单片机的基本结构课件

,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 89C51,单片机硬件结构和原理,第二章 89C51单片机硬件结构和原理,1,第一节 MCS-51单片机的性能及结构,MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量、I/O口功能、系统扩展能力、指令系统、引脚等都基本相同。在制造技术上，MCS-51系列单片机按两种工艺生产。一种是HMOS工艺，即高密度短沟道 MOS工艺。另一种是CHMOS工艺，即互补金属氧化物的HMOS工艺生产,第一节 MCS-51单片机的性能及结构 MCS,2,（1）一个8位微处理器CPU,（2）256B RAM和SFR,（3）4KB Flash ROM,（4）两个16位定时/计数器,（5）四个8位可编程的I/O（输入/输出）并行端口,（6）一个全双工，用于数据的串行通信,（7）具有5个中断源,2个中断优先级的中断控制系统,一 基本组成:,（1）一个8位微处理器CPU一 基本组成:,3,89C51单片机结构功能框图,89C51单片机结构功能框图,4,1中央处理器CPU,（1）运算器,包括一个可进行8位算术运算和逻辑运算的ALU单元，8位的暂存器TMP1和暂存器TMP2，8位累加器ACC，8位寄存器B和程序状态寄存器PSW。,（2）控制器 包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、振荡和定时电路等部分。,2存储器,（1）程序存储器ROM 89C51及8751片内均有4KB字节容量的程序存储器，地址0000H开始，用于存放程序和表格常数，8031片内无ROM，使用时要进行片外扩展,。,二 内部结构,二 内部结构,5,（2）数据存储器RAM,89C51/8031/8751片内数据存储器均为128B，地址为00H7FH，用于存放运算的中间结果、数据暂存及数据缓冲等。,3I/O接口,89C51有四个8位并行接口，即P0P3，它们是双向端口，可用于输入也可用于输出，每个端口各有8条I/O口线。,（2）数据存储器RAM,6,图2-2 MCS-51芯片内部结构框图,通道0驱动器,通道2驱动器,RAM地址锁存器,RAM,通道0锁存器,通道2锁存器,ROM/,EPROM,B寄存器,程序地址寄存器,缓冲器,PC递增器,程序计数器PC,DPTR指针,V,CC,GND,P,1.0,P,1.7,堆栈指针SP,ACC,TMP,2,PSW,通道3锁存器,通道1锁存器,通道1驱动器,通道3驱动器,TMP,1,SCON,TMOD,PCON,TCON,TL0,TH1,TH0,TL1,IE,SBUF(TX/RX),IP,中断、串行口和定时器逻辑,振荡器,P,3.0,P,3.7,RST,EA,ALE,PSEN,XTAL,2,XTAL,1,ALU,(+5V),指令,寄存器,定时和,控制逻辑,指令,译码器,P,0.0,P,0.7,P,2.0,P,2.7,图2-2 MCS-51芯片内部结构框图通道0驱动器通道2驱,7,P,1.0,P,1.1,P,1.2,P,1.3,P,1.4,P,1.5,P,1.6,P,1.7,RST/VPD,RXD/P,3.0,TXD/P,3.1,INT,0,/P,3.2,INT,1,/P,3.3,T0/P,3.4,T1/P,3.5,WR/P,3.6,RD/P,3.7,XTAL,2,XTAL,1,V,SS,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,8031,8051,8751,40,39,38,37,36,35,34,33,32,31,30,29,28,27,26,25,21,22,23,24,V,CC,P,0.0,P,0.1,P,0.2,P,0.3,P,0.4,P,0.5,P,0.6,P,0.7,EA/Vpp,ALE/PROG,PSEN,P,2.7,P,2.6,P,2.5,P,2.4,P,2.3,P,2.2,P,2.1,P,2.0,MCS-51单片机的引脚配置图,P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1,8,控制信号引脚,1RST/V,PD,（9脚）复位信号,RST是复位信号输入端，高电平有效。时钟电路工作后，在此引脚上连续出现两个机器周期的高电平，就可以完成复位操作。,同一引脚的V,PD,是备用电源输入端（即V,PD,接+5V备用电源）。在VCC掉电时，为保证RAM中的信息不丢失，可使用此引脚完成掉电保护功能。,2ALE/(30脚）地址锁存信号,当CPU访问片外存储器时，ALE用于锁存P0口输出的低8位地址信息到片外地址锁存器。之后，P0口作地址/数据复用口，P0口的信息究竟是地址还是数据完全由ALE来判别，ALE高电平期间，P0口出现的是地址信息，ALE下降沿到来时，P0口上的地址信息被锁存，在ALE低电平期间P0口上出现指令和数据信息。,控制信号引脚,9,此引脚的第二功能是对片内带有4K EPROM的89c51编写固化程序时，作为编程脉冲输入端。,3 （29脚）：片外程序存储器读选通信号。低电平有效。89c51在访问片外程序存储器时，此引脚端输出负脉冲作为读片外程序存储器的选通信号。,4 /V,PP,（31脚）：内部和外部程序存储器选择信号,高电平:CPU先访问片内4KEPROM/ROM，执行内部程序存储器中的指令，但在程序计数器超过0FFFH时（即地址大于4KB时），将自动转向执行片外大于4KB程序存储器内的程序。,低电平（接地）:CPU只访问外部程序存储器.,此引脚的第二功能V,PP,，在对EPROM编程固化程序时，需施加21V编程电压。,此引脚的第二功能是对片内带有4K E,10,I/O（输入/输出）端口,MCS-51单片机有4个双向并行的8位I/O口P0P3，P0,口为三态双向口，可驱动8个TTL电路，P1、P2、P3口为,准双向口（作为输入时，口线被拉成高电平，故称为准,双向口），其负载能力为4个TTL电路。,I/O（输入/输出）端口,11,1)P0口（P0.0P0.7，占3932脚）,P0口为三态双向口，图2-4是P0口的某一位的结构图。它包括一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器，一个输出驱动电路和一个输出控制端。,单片机的基本结构课件,12,1.P0口作为一般I/O口使用,（C=0）无外扩存储器,输入口用时，应先向锁存器写入“1”，使 =0，因为控制线为,“0”，因此T1与T2全截止，引脚处于高阻抗输入状态，以避免由于T1,并接在引脚上，T1的导通误将高电平拉成低电平而误读。当CPU读端口,数据时，“读引脚”信号有效，打开三态缓冲器，端口数据经缓冲器,读入内部总线。,P0口作为地址/数据总线使用,（C=1）访问外扩存储器,1)低8位地址/数据总线：,2）输入口：,总结,:(1),当P0作为输出时，输出级漏极，必须外接10K欧的电阻，才,能有高电平输出；,(2)当P0作为输入时，必须先向锁存器写1，使FET2截至；,(3)当P0作为地址/数据总线时，就无法在用作I/0口使用。,1.P0口作为一般I/O口使用 （C=0）无外扩存储器,13,2)P1口（P1.0P1.7，占18脚）,P1口是一个准双向I/O口，某一位结构如图2-5所示。P1口在结构上与P0口的区别是：没有多路开关MUX和控制电路部分，输入驱动电路与P0也不相同，只有一个场效应管，上拉电阻与电源相连。,P1口位结构原理图,2)P1口（P1.0P1.7，占18脚）P1口是,14,3)P2口（P2.0P2.7，占2128脚）,图2-6是P2口的位结构图。P2口的位结构中上拉电阻的结构与P1口相同，但P2口比P1口多了一个输出控制部分，所以P2口还能用作高8位地址输出。,P2口位结构原理图,3)P2口（P2.0P2.7，占2128脚）图2-6,15,4)P3口（P3.0P3.7，占1017引脚）,P3口是一个多功能端口，图2-7是P3口位结构图，与P1口结构对比，P3口与P1口的差别是多了一个与非门和缓冲器3，正式因为有了这两部分，使得P3口除了具有P1口的双向I/O功能之外，还可以使P3口的各引脚具有第二功能。,P3口位结构原理图,4)P3口（P3.0P3.7，占1017引脚）P3口,16,P3口8位口线第二功能,P3口8位口线第二功能,17,综上所述，MCS-51单片机很容易将I/O口线及管脚组成传统微机系统的三总线结构，使用和系统扩展都很方便。如图2-11所示为系统组成的三总线接线图，图中，A0A15为16位地址总线，可用于扩展64KB的外部程序存储器和64KB的外部数据存储器。P0口作地址/数据复用口，访问外部存储器时，由ALE的下降沿将P0.0P0.7端口上的低8位地址信号锁存到地址锁存器中，P2口的P2.0P2.7送出系统地址的高八位A8A15，从而构成16位地址总线。D0D7构成数据总线，在访问外部程序存储器时，,有效（低电平），P0口作数据总线出现指令信号；在访问外部数据存储器时，或 信号有效时，P0口上出现数据信号。其余是12条控制信号组成的控制总线。,综上所述，MCS-51单片机很容易将I/O口线及管脚组,18,单片机的基本结构课件,19,一、存储器配置,89C51单片机的存储器从物理上分四个存储空间：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。,从用户的角度考虑，89C51单片机的存储器又可分三个逻辑空间：片内、片外统一遍址的64KB（0000HFFFFH）程序存储器地址空间（使用16位地址线），256B的片内数据存储器地址空间（00HFFH），其中80HFFH内仅有二十几个字节单元供特殊功能寄存器专用），片外可扩展的64KB（0000HFFFFH）数据存储器地址空间（使用16位地址线）。,第二节 单片机的存储器结构,一、存储器配置第二节 单片机的存储器结构,20,这三个存储器空间地址是重叠的，89C51的指令系统为区别这几个空间，有针对性地设置了这三个地址空间的数据传送指令：CPU访问片内RAM用MOV指令，访问片内、片外程序存储器用MOVC指令，访问片外数据存储器用MOVX指令。,MOV,MOVC,MOVX,这三个存储器空间地址是重叠的，89C51的指令系统为区别这,21,二、MCS-51程序存储器地址空间,(一)程序存储器的分类,1.掩膜ROM:在制造时由生产厂家根据用户需求,2.PROM:由用户编程,PROM出厂时为熔丝断裂型，编程输入时，对需要写1的单元通过大电流熔断其熔丝，丝断后不可再恢复，故只能写入一次,3.EPROM:一种可多次写入的ROM。当芯片在紫外线照射时，入射光子驱散EPROM中的电子，将原来存储的电荷信息擦除，EPROM所存信息被擦除。当再次使用时，可重新写入新内容。,4.E,2,PROM:可电檫除,二、MCS-51程序存储器地址空间,22,（二）程序存储器的使用,MCS-51系列单片机上电复位后，程序计数器指针PC,为0000H，故CPU总是从0000H开始执行程序，若用户编写,的主程序或初始化程序不从此地址开始，则应在0000H单,元内存放一条绝对跳转指令，将PC转向主程序或初始化,程序的入口地址。,例如:,ORG 0000H,START:SJMP MAIN,ORG 0040H,MAIN:MOV P1,#00H,RET,END,（二）程序存储器的使用,23,三、MCS-51数据存储器地址空间,（一）分类,:,（1）SRAM :,其存储电路以双稳态触发器为基础，其优点是状态稳定，只要不掉电，信息不会丢失，不需要刷新电路；缺点是集成度低。,（2）DRAM :其存储单元以电容为基础，电路简单，集成度高。但存在电容中电荷由于漏电会逐渐丢失的问题，,需定时刷新。它适于大存储容量的计算机，常说的内存条就是由DRAM组成。,（3）非易失RAM或掉电自保护RAM:,三、MCS-51数据存储器地址空间,24,（二）MCS-51单片机的数据存储器,片内:00HFFH,用MOV指令访问,片外:0000HFFFFH,用MOVX指令访问,1.片内RAM低128字节区域(