第二章 MCS-51系列单片机的硬件结构

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,*,第二章,MCS-51,系列单片机的硬件结构,第一节 总体概况,一、主要功能（内部资源）,8,位,CPU,，,4K,字节,ROM,，,128,字节,RAM,，,四个,8,位并行,I/O,口，,2,个,16,位定时器，一个全双工串行口，,5,个中断源，最高允许晶振,12MHZ,，,可寻址,64K,程序存储空间和,64K,外部数据存储空间。,二、内部结构框图,10/1/2024,1,第二节 微处理器,一、运算部件,由,ALU,、,ACC,、,TMP1,、,TMP2,、,寄存器,B,和,PSW,等组成。,二、控制部件,由程序计数器,PC,、,指令寄存器、指令译码器、振荡器及定时电路等组成。,10/1/2024,2,振荡周期：振荡源的周期,时钟周期（状态周期）：振荡器,2,分频,机器周期：,6,个时钟周期,指令周期：,CPU,执行一条指令的时间，以,机器周期为单位,例如：使用,12MHZ,晶振,振荡周期：,1/f=1/12 us,时钟周期：,Tc,=2*1/f=1/6 us,机器周期：,Tcy,=6*,Tc,=1us,三、振荡器和,CPU,时序,10/1/2024,3,第三节 存储器,程序存储器和数据存储器是分开编址的结构形式（称为哈佛结构）。,一、程序存储器,用于存放程序及表格常数。,8051/8751,片内有,4K,字节的,ROM /EPROM,，,用,16,位地址线在片外可扩展到,64K,字节的,ROM/EPROM,，,两者是统一编址的。,片内,0000H0FFFH 4K,片外,1000HFFFFH,共,64K,EA=,“,0,”,单片机均在片外程序存储器取指令,EA=,“1”,10/1/2024,4,单片机复位后将自,0000H,单元开始执行程序,0000H,：,复位后,PC=0000H,0003H,：,外中断,0,入口地址,000BH,：,定时器,0,溢出中断入口地址,0013H,：,外中断,1,入口地址,001BH,：,定时器,1,溢出中断入口地址,0023H,：,串行口中断入口地址,10/1/2024,5,二、数据存储器,用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。,1,、片内：低,128,字节 （,00H7FH,）,为用户,RAM,区,其中,32,个工作寄存器占用,00H1FH,单元，,32,个工作寄存器分成,4,组，通过,PSW,的第,4,、,3,位（,RS1,和,RS0,）,设置，每组由,8,个通用寄存器,R0R7,组成,.,10/1/2024,6,其中,20H2FH,共,16,个字节 为位寻址区域；,怎样区别位地址和低,128,字节,RAM,地址呢？,（同样是,00H7FH,）,访问低,128,字节单元用直接寻址及间接寻址,而访问,128,个位地址用位寻址方式,10/1/2024,7,2,、片外扩展,RAM,：,片外与片内数据存储空间,独立编址,，有重迭：,0000H00FFH,怎样区分内、外,RAM,空间？,片内,RAM,使用,MOV,指令,片外,RAM,使用,MOVX,指令,10/1/2024,8,3,、特殊功能寄存器（,SFR,）,片内高,128,字节,SFR,中，除程序计数器,PC,外，有,21,个专用寄存器，它们离散地分布在,80HFFH,的,RAM,空间中，,访问,SFR,仅允许用直接寻址方式,，其中有,11,个,SFR,具有位寻址功能。,10/1/2024,9,堆栈概念：,“后进先出”,用于调用子程序和响应中断时暂存信息的存储单元,。,堆栈一般设在,RAM 30H,以后的区域内，栈顶由堆栈指针,SP,指出，堆栈是向上生成的。,进栈（,PUSH,）,时，,SP,内容自动增值，,出栈时（,POP,），,SP,内容自动减值。,10/1/2024,10,思考题,1,8051,单片机的内部数据存储区可以分成几个不同区域,?,各有什么特点,?,什么叫堆栈,?,堆栈指示器,SP,的作用是什么,?8051,单片机的堆栈设在什么区域比较合适,?,8051,外接,10MHz,晶振时，一个时钟周期为多少,us,？,一个机器周期为多少,us,？,10/1/2024,11,提问,:,什么叫做单片机？,MCS-51,单片机的寻址范围是多少,?,程序存储器和数据存储器的编址方式是什么,?,8051,单片机片内有哪些主要逻辑功能部件,?,8051,的工作寄存器分成几组？每组多少单元？复位后，工作寄存器位于那一组？,10/1/2024,12,第四节 定时器,/,计数器,片内有两个,16,位定时器,/,计数器，,T0,和,T1,，,具有定时或事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。,一、定时器,/,计数器,0,、,1,的结构,由加法计数器、,TMOD,寄存器、,TCON,寄存器组成,10/1/2024,13,1,、,16,位加法计数器,T0,和,T1,都是,16,位加,1,计数器，由,TH0,、,TL0,、,TH1,、,TL1,表示。,作定时器使用时：每个机器周期使定时器的数值加,1,直至溢出；,作计数器使用时：对外部引脚,T0(P3.4),或,T1(P3.5),上的输入脉冲计数。,10/1/2024,14,定时和计数工作方式由,TMOD,设置和,TCON,控制,2,、定时器,/,计数器方式控制寄存器,TMOD,（,89H,）,功能选择,1,：计数,0,：定时,工作方式,00,：方式,0,01,：方式,1,10,：方式,2,11,：方式,3,选通控制,1,：受,INT1,控制,0,：不受,INT1,控制,GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0,T1,T0,10/1/2024,15,3,、定时器,/,计数器控制寄存器,TCON,（,88H,）,TF1 TR1 TF0 TR0,用于外中断控制,TR0,运行控制,（软件）,1,：启动,0,：停止,TF1,溢出中断标志,（硬件）,1,：溢出,0,：未溢出,10/1/2024,16,二、定时器,/,计数器,0,、,1,的,4,种工作方式,方式,0,（,13,位定时器,/,计数器,需重装载初值）,计数次数：,N=,（,213 - X),定时时间：,T=,（,213 -,X)Tcy,10/1/2024,17,方式,1,（,16,位定时器,/,计数器,需重装载初值）,计数次数：,N=,（,216 - X),定时时间：,T=,（,216 -,X)Tcy,10/1/2024,18,方式,2,（能自动重装载的,8,位定时器,/,计数器）,计数次数：,N=,（,28 - X),定时时间：,T=,（,28 -,X)Tcy,10/1/2024,19,方式,3,（只适用于,T0,）,3,个定时器,/,计数器：,TH0,是,8,位定时器；,TL0,是,8,位定时器,/,计数器；,16,位定时器,/,计数器,1(TH1,、,TL1),，,但不能产生溢出中,断，只可用作串行口的波特率发生器。,举例：设,T0,为工作方式,1,，设置为定时状态，定时时间为,2ms,，,计算定时初值。使用,6MHZ,晶振。,(216 - X)*,Tcy,=2ms,Tcy,=2us,所以：,X=64536=FC18H,10/1/2024,20,一、,P1,口,1,、,P1,口,1,位的结构图,2,、功能（通用输入,/,输出口）,3,种工作方式：,输出方式,MOV P1,，,#data,数据,data,经内部数据总线送锁存器,输入方式,MOV A,，,P1,（,读端口引脚）,引脚上的数据经三态门进入内部数据总线送,A,注：,作输入时，必须先写,“,1”,（准双向口）,端口操作（读、改、写）,（,读锁存器）,第五节 并行输入,/,输出接口,10/1/2024,21,三、,P3,口（准双向口或第二功能口）,P3.0RXD,P3.1TXD,P3.2INT0,P3.3INT1,P3.4T0,P3.5T1,P3.6WR,P3.7RD,二、,P2,口（通用,I/O,口或高,8,位地址总线）,1,、,P2,口,1,位结构图,2,、地址总线（一般不再作,I/O,口）,3,、通用,I/O,口（准双向口）,10/1/2024,22,地址,/,数据分时复用总线和,I/O,口,P0,口,1,位结构原理图,四、,P0,口,1,、地址,/,数据分时复用总线,作数据总线时，,P0,口是真正的双向口。,2,、通用,I/O,口（准双向口）,注：,应外加上拉电阻。,10/1/2024,23,思考题,2,8051,的,P2,口和,P0,口能否直接作为输入输出口连接外部设备？为什么？,试分析,MCS-51,端口的两种读操作（读端口引脚和读锁存器,),读,-,改,-,写操作是由哪一种操作进行的,?,10/1/2024,24,