MCS-51单片机的组成及结构分析

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,*,2.,MCS-51,单片机的组成及结构分析,2,.1 MCS-51,单片机的,内部结构及,结构特点,1）在,RAM,区有一个,寄存器工作区,（4,8,个工作寄存器,），,专门功能寄存器,SFR,（,完成定时器、串行口、中断逻辑等控制）。,2）程序,存储器与数据存储器,在空间上分开。,有不同的地址指针,PC、DPTR。,3）,有,32个,I/O,引脚，部分,I/O,引脚具有,第二功能,。,4）内部有一个全双工的,串行接口,，可同时发送和接收，以实现双机和多机通讯。,5）具有多个中断源，具有两级优先权控制。,6）,内部有专门的,位处理机,。,7,）可对内部程序加密。,图,2-1 MCS-51,系列产品的引脚及封装,2,.2,MCS-51,单片机的引脚及封装,MCS-51,单片机的总线工作方式,P0,P2,WR,ALE,RD,锁存器,（74,HC373）,D0.7,A0.7,A8.15,RD,WR,8051单片机有四个双向8位,I/O,口：,P0P3,口，每一个口部由口,锁存器,（特殊功能寄存器）、,输入三态缓冲器,输出驱动器,所组成。,1）P0,口,P0,口为三态双向,IO,口,，,可以驱动8个,LSTTL,电路。,P0,口作为地址数据总线口使用，分时输出外部存贮器的,低8位地址,A0A7,和,传送数据,D0D7,。,如果不作为,系统扩展的地址数据总线口,，它也可以作为,输入输出口,使用。,2,.3 I/O,端口及其锁存器,D Q,P0,锁存器,CL Q,VCC,&,地址,/,数据,控制,读锁存器,读引脚,内部总线,写锁存器,引,脚,3）,P2,口,P2,口为准三态双向,IO,口,，,可以驱动3个,LSTTL,电路。,CPU,访问外部的程序存贮器时，,P2,口输出,程序存贮器的高8位地址,A8A15,，,该地址来源于内部的程序计数器,PC,的高8位；当,CPU,以16位地址指针,DPTR,访问外部,RAMIO,的时候，,P2,口输出的地址来源于,DPH,，,其它情况下，,P2,口作为一般的,IO,口,使用,。,D Q,P0,锁存器,CLK Q,VCC,地址,控制,读锁存器,读引脚,内部总线,写锁存器,引,脚,2,）,P1,口：为准双向口，它的每一位可以分别定义为,输线,或 输出线,。,它可以驱动3个,LSTTL,电路。,D Q,P0,锁存器,CL Q,VCC,读锁存器,读引脚,内部总线,写锁存器,引脚,4）,P3,口：多功能口，它的第一功能为,准三态双向,IO,口,，,第二功能为,特殊输入输出线,。,D Q,P0,锁存器,CLK Q,VCC,读锁存器,读引脚,内部总线,写锁存器,引脚,&,选择输出功能,2.4 MCS-51,的存储空间及存储器,若选择外部程序存储器,(EA=0),，则,P0,、,P2,自动设置为数据、地址工作方式。,目前，由于大容量内部程序存储器芯片的生产，采用外部程序存储器的设计越来越少了。,通过开关，也可混合使用，如设计,PLC,时，在,PLC,处于编程方式时使用片内程序，将外部程序存储器设计成数据存储器，将用户所编写的程序写入外部程序存储器，在,PLC,处于运行方式时则执行外部程序存储器中的用户程序,3.4.1,程序存储器,通过,EA,引脚来选择内部或外部程序存储器,P0,P2,WR,ALE,RD,锁存器,（74,HC373）,D0.7,A0.7,A8.15,RD,WR,PSEN,EA,&,VCC,+,+,+,单片机,存储器,3.4.2,数据存储器,MCS-51,系列弹片机除了具有片内数据存储器以外，还可以通过外部端口来扩展,64KB,的外部数据存储器（或,I/O,）。但这些数据必须用外部操作指令,MOVX,将其读入内部,RAM,或寄存器中才能进行数据运算和处理,P0,P2,WR,ALE,RD,锁存器,（74,HC373）,D0.7,A0.7,A8.15,RD,WR,单片机,存储器,3.4.2,数据存储器,0000h,7Fh,80h,FFh,SFR,128B,直接寻址,通用,RAM,128B,可直接或,间接寻址,通用,RAM,128B,间接寻址,FFFFh,00h,外部扩展,I/O,空间,64KB,用,MOVX,指令,间接寻址,操作,52(32),以上,型号单片机,片内低128,BRAM:,堆栈或数据缓冲器,位寻址区,工作寄存器区,0,工作寄存器区,1,工作寄存器区,2,工作寄存器区,3,00h,08h,10h,18h,20h,30h,7Fh,16Byte(128bit 00h7Fh),工作寄存器区,R0R7,地址由,PSW,中的,RS1,和,RS2,决定,不用的区域可用作堆栈或数据缓冲器,特殊功能寄存器,MCS-51,系列单片机具有数十个特殊功能寄存器,使用内部高,128B,的地址空间,只能用直接寻址的方式,才能操作这些寄存器,.,在这些特殊功能寄存器中,位于,x0H,和,x8H,的寄存器,还支持位操作,.,每个特殊功能寄存器和可位操作的每一位,都有自己的名字,(,助记符,),在汇编语言程序设计时,可直接使用其名称,不用去记其具体的地址,.,PSW:CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P,外部数据存储器（,I/O,）的扩展,锁存器和触发器,D Q,LE,OE,D Q,CLK,OE,高阻,高阻,D,LE,Q,OE,D,CLK,Q,OE,触发器,锁存器,利用,CPLD/FPGA,扩展,I/O,P0,P2,ALE,74,373,A0.7,A8.15,WR,RD,单片机,CPLD/FPGA,译码电路,74,374,74,374,74,244,OE,选通,控制,Swr0,Swr1,Q0,PA,PB,PC,QA,QB,译码电路,完全译码和不完全译码,完全译码,:,利用所有地址线。用于端口多的复杂系统,不完全译码,:,利用部分地址线。一个引脚占用多个地址,例：上图中，若：,Swr0=WR+!(A7&!A0),占用地址：,xx1xxxxxx0,Swr1=WR+!(A7&A0),占用地址：,xx1xxxxxx1,写,0080h 0090h,00F0h FF80hFFF0h,则输出到同一端口,OE=RD+!A7;,Q0=A7&!A1&!A0&PA+A8&!A1&A0&PB,+A7,则,:,读,0080h,00F0h FFF0h,都是读,PA,端口,CPU,取出一条指令至该指令执行完所需的时间称为指令周期，指令周期是以,机器周期,为单位的。,8051,的一个机器周期由六个状态(,S1，S2，S6),组成，每一个状态为2个,时钟周期,(时相,P1，P2)。,一个机器周期有12个时钟周期(,S1P1，S1P2，S2P1，S2P2，S6P1，S6P2)，,若晶振为12,MHz，,则一个机器周期为1,s。,2,.5 MCS-51,单片机工作时序,MCS-51,的工作时序图,