c51单片机基本结构与工作原理.ppt

单片机原理及应用,第二章单片机的基本结构与工作原理,2.1单片机的基本组成,主要功能部件,8位CPU片内4KB程序存储器片内128B数据存储器二十多个SFR四个可编程并行I/O口全双工串行I/O口2个16位定时/计数器5个中断源，2个优先级,2.280C51单片机的引脚功能,1、主电源引脚,VCC（40脚）：电源，+5VVSS（20脚）：电路地电平,2、外接晶振或外部振荡器引脚,XTAL2（18脚）：接内部反向放大器输出端，输入到内部时钟发生器。采用外部振荡器时，CHMOS悬空80C51HMOS外部振荡信号输入XTAL1（19脚）：接内部反向放大器输入端。采用外部振荡器时，CHMOS外部振荡信号输入80C51HMOS接地。,3、控制、选通引脚,RST（9脚）：RST为Reset（复位）信号输入端。ALE/PROG（30脚）：ALE，允许地址锁存信号，输出。PROG，编程脉冲输入端。,2个机器周期以上高电平,负跳变锁存P0口低8位地址1/6振荡频率,PSEN（29脚）：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。EA/VPP（31脚）：EA，访问内部或外部程序存储器选择信号。高电平，访问内部程序存储器。低电平，访问外部程序存储器。VPP，片内EPROM（8751）编程电压输入端。,4、多功能I/O口引脚,P0口（3239脚）：8位双向并行I/O端口。低8位地址总线和数据总线复用。可带8个LSTTL负载P1口（18脚）：8位准双向并行I/O端口可带4个LSTTL负载P2口（2128脚）：8位准双向并行I/O端口高8位地址总线可带4个LSTTL负载,P3口（1017脚）：8位准双向并行I/O端口特殊第二功能P3.0-RXD：串行数据接收端P3.1-TXD：串行数据发送端P3.2-INT0：外部中断0请求端P3.3-INT1：外部中断1请求端P3.4-T0：定时/计数器0外部事件计数输入端P3.5-T1：定时/计数器1外部事件计数输入端P3.6-WR：外部数据存储器写选通P3.7-RD：外部数据存储器读选通,2.3中央处理器CPU,包括控制器、运算器和工作寄存器及时序电路。作用是读入及分析指令，控制各个部件进行指定的操作主要部件：算术/逻辑运算部件ALU布尔处理器定时/控制部件寄存器,一、算术/逻辑运算部件ALU,功能：实现数据的算术/逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作,二、专用寄存器,累加器A：运算时的暂存寄存器寄存器B：一般用于乘、除指令，与A配合使用，存放第二操作数程序状态字寄存器PSW：8位寄存器，相当于8086的FLAGS。用于寄存当前指令执行后的状态。格式：,PSW各位的定义,Cy：高位进位标志位有进位或借位时，Cy=1；否则，Cy=0用作位累加器，用“C”表示AC：辅助进位标志低4位向高4位有进位或借位时，AC=1；否则，AC=0常用于BCD码调整F0：用户标志位,RS1、RS0：选择工作寄存器组位用于选择内部数据存储器区内4组工作寄存器中的某一组OV：溢出标志位P：奇偶校验标志位根据累加器A中1的个数由硬件置位或清除奇数个1，P=1；否则，P=0PSW1：保留位，无定义,三、时钟电路及时序脉冲,时钟电路,作用：产生时序电位和时序脉冲产生方式：内部方式，利用片内的振荡器电路外部方式,1）内部时钟方式,片内振荡器等效电路,外部谐振电路,晶体或陶瓷谐振器1.2M12MHZ,补偿电容30PF或47PF,2）外部时钟方式,XTAL2悬空,3）CPU的时序,振荡周期即时钟周期，由晶振主频率决定，为其倒数机器周期单片机完成一个基本操作的时间一个机器周期包括12个振荡周期，分为6个状态，S1S6；每个状态包含两个振荡周期，P1和P2。因此，80C51的时序可表示为S1P1，S1P2，S6P1，S6P2,指令周期一条指令的执行时间一般为12个机器周期，乘除指令为4个机器周期设晶振主频率为12MHZ振荡周期为1/12s，机器周期为1s，指令周期为1s、2s、4s,2.4复位电路,一、复位操作引脚9RST/VPD：复位引脚,RST,斯密特触发器,片内复位电阻,两个机器周期以上高电平,二、复位电路1、上电复位电路,复位引脚电压曲线,2、开关自动复位电路,2.580C51存储器,一、概述,80C51存储器为哈佛结构，即程序存储器与数据存储器分开编址4个物理空间：内、外程序存储器，内、外数据存储器3个逻辑空间：64KB程序存储器，编址为0000HFFFFH64KB外部数据存储器，编址为0000FFFFH256B内部数据存储器，编址为00HFFH,二、存储器结构,1、程序存储器,保留单元，用于特定程序段,0000H0002H：程序的起始，一般存放一条绝对跳转指令例：LJMP0050H0003H002AH：5个中断服务程序0003H外部中断0000BH定时器0溢出中断0013H外部中断1001BH定时器1溢出中断0023H串行口中断,2、内部数据存储器,256字节，编址为00HFFH分为两部分00H7FH：内部数据RAM80HFFH：特殊功能寄存器区,80C52内部RAM为256字节80HFFH：RAM区和SFR区重合,片内数据存储器地址空间,片内数据RAM地址空间,片内数据RAM,构成布尔处理器的存储器空间位地址为00H7FH（0127）,例：MOVA，40H；将字节地址为40H的8位数据送入累加器AMOVC，40H；位地址为40H（字节地址为28H的第0位）的一位数据送入位累加器C,2）20H2FH可位寻址RAM区,通过寻址方式与字节存储单元的访问区分,3）30H7FH内部RAM区,只可字节寻址,80C5280HFFH数据RAM仅可间接寻址,3、特殊功能寄存器区（SFR）,地址范围80HFFH,21个特殊功能寄存器,占用26个字节，其余单元无定义,80C52：内部RAM与特殊功能寄存器地址重叠空间，依靠不同寻址方式实现区别访问,RAM：间接寻址,SFR：直接寻址,1）程序计数器PC,用于存放下一条要执行指令的地址,可寻址范围为065535（64K）,2）累加器A（E0H）可位寻址,3）寄存器B（F0H）可位寻址,4）程序状态字寄存器PSW（D0H）可位寻址,5）I/O端口P0P3,P0：80HP1：90HP2：A0HP3：B0H均可位寻址,6）、堆栈指针SP（81H）,8位专用寄存器，指示堆栈顶部在内部RAM中的位置，不可位寻址,MCS-51堆栈为向上生长型,如执行PUSHA操作,复位后，SP=07H,7）、数据指针DPTR,DPH：83H,DPL：82H,不可位寻址,特点：既可做16位，也可做两个8位寄存器使用,例：,MOVDPTR，#2000H,MOVDPH，#20HMOVDPL，#00H,8）、其它SFR略，见课本35页,地址能被8整除的SFR，可位寻址,可位寻址的地址单元X,最高有效位用X7表示最低有效位用X0表示,例：P37、P30,4、外部数据存储器,最大扩展范围：64KB编址为：0000HFFFFH,访问指令：MOVX,访问地址：由DPTR或R0、R1提供,16位数据指针，寻址范围64K,8位寄存器，提供低8位地址，高8位由P2口提供,2.6布尔（位）处理器,组成：,位累加器Cy（PSW7）,位寻址寄存器（SFR可寻址位）,位寻址I/O口,位寻址内部RAM,位寻址指令系统,程序存储器（与8位CPU共用）,寻址空间,20H2FH16个字节单元,128位,字节地址能被8整除SFR中可寻址位,82位,位操作指令,置位,清零,求反,传送,判跳,逻辑运算,本章内容小结,MCS-51硬件结构引脚功能中央处理器CPU时钟及复位电路MCS-51存储器布尔（位）处理器,80C51最小系统,