单片机原理接口及应用.ppt
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1、第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 单片机原理接口及应用 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 MCS-51MCS-51单片机内部结构单片机内部结构存存 储储 器器特殊功能寄存器特殊功能寄存器时钟电路与复位电路时钟电路与复位电路引脚功能引脚功能 内内 容容 提提 要要第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 1.1.1 概述概述MCS-51系列单片机有多种型号的产品:系列单片机有多种型号的产品:普
2、通型普通型(51子系列)子系列)8051、8031、8751、89C51、89S51等。等。增强型增强型(52子系列)子系列)8032、8052、8752、89C52、89S52等。等。它们的结构基本相同,其主要差别反映在存储器的配置上。它们的结构基本相同,其主要差别反映在存储器的配置上。8031片内没有程序存储器片内没有程序存储器8051内部设有内部设有4KB的掩模的掩模ROM程序存储器程序存储器8751是将是将8051片内的片内的ROM换成换成EPROM89C51则换成则换成4KB的闪速的闪速EEPROM89S51结构同结构同89C51,4KB的闪速的闪速EEPROM可在线编程可在线编程增
3、强型的存储容量为普通型的一倍增强型的存储容量为普通型的一倍 本课以本课以 8XX51 代表这一系列的单片机。代表这一系列的单片机。p21第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 51系列单片机内部结构如图系列单片机内部结构如图1-1所示。所示。图图1-1 (图中图中“/”两边分别为基本型和增强两边分别为基本型和增强型型)P3P1P2 可编程 串行I/O口P0外部中断基准频率源控制 128/256B数据存储器 4KB/8KB程序存储器 2/3个16位定时/计数器 振荡器及 定时电路 CPU 64KB总线扩展控制 可编程并行I/O口内部中断计数脉冲串行输出串行输入第第1章章 MCS-51单片机
4、结构单片机结构 1.1.2 CPU1.1.2 CPU CPUCPU是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成。是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成。1 1.运算器运算器 运算器的功能是进行运算器的功能是进行算术运算算术运算:加、减、乘、除、加:加、减、乘、除、加1、减、减1、比较、比较、BCD码十进制调整等码十进制调整等逻辑运算逻辑运算:与、或、异或、求反、循环等逻辑操作:与、或、异或、求反、循环等逻辑操作位操作位操作:内部有布尔处理器,它以进位标志位:内部有布尔处理器,它以进位标志位C C为位累加器,为位累加器,用来处理位操作。可对位置用来处理位操作。可对位置 “1 1”、
5、对位清零、对位清零 、位判断等。、位判断等。操作结果的状态信息送至状态寄存操作结果的状态信息送至状态寄存PSWPSW。第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 2.2.程序计数器程序计数器PCPC 程序计数器程序计数器PCPC是是1616位的寄存器,用来存放即将要执行的指位的寄存器,用来存放即将要执行的指令地址,可对令地址,可对64KB64KB程序存储器直接寻址。执行指令时,程序存储器直接寻址。执行指令时,PCPC内容内容的低的低8 8位经位经P0P0口输出,高口输出,高8 8位经位经P2P2口输出。口输出。3.3.指令寄存器指令寄存器 指令寄存器中存放指令代码。指令寄存器中存放指令代码。
6、CPUCPU执行指令时,由程序存储执行指令时,由程序存储器中读取的指令代码送入指令存储器,经指令译码器译码后由器中读取的指令代码送入指令存储器,经指令译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号,完成指令功能。定时与控制电路发出相应的控制信号,完成指令功能。第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 1.2 存 储 器 MCS-51MCS-51的储存器结构与常见的微型计算机的配置方法的储存器结构与常见的微型计算机的配置方法不同不同,它将程序存储器和数据存储器分开它将程序存储器和数据存储器分开,各有自己的寻址各有自己的寻址方式、控制信号和功能。方式、控制信号和功能。程序存储器程序存储器用来存
7、放程序和始终要保留的常数。用来存放程序和始终要保留的常数。数据存储器数据存储器存放程序运行中所需要的常数和变量。存放程序运行中所需要的常数和变量。从从物理空间物理空间看看,MCS-51,MCS-51有四个存储器地址空间:有四个存储器地址空间:片内数据存储器、片外数据存储器片内数据存储器、片外数据存储器片内程序存储器、片外程序存储器片内程序存储器、片外程序存储器 MCS-51MCS-51存储器物理结构见下图所示:存储器物理结构见下图所示:第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 外部数据 存储器 (RAM)外部程序 存储器 (ROM)内部程序 存储器内部数据 存储器8XX51 从从逻辑上逻辑
8、上看看,MCS-51,MCS-51有三个存储器空间:有三个存储器空间:片内数据存储器、片外数据存储器片内数据存储器、片外数据存储器 片内、片外统一编址的程序存储器片内、片外统一编址的程序存储器 MCSMCS5151的存储器的存储器逻辑结构逻辑结构如图如图1-21-2所示。所示。MCS-51存储器物理结构第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 引脚引脚 EA 的接法决定了程序储存器的的接法决定了程序储存器的00000FFFH 4KB地地址范围是在单片机片内还是片外。址范围是在单片机片内还是片外。H00000FFFH 图1-2 MCS-51单片机的存储器逻辑结构FFFFH0000H0FFFH
9、 外部 RAM 外部ROM内部OM (EA=1)H00008031外部OM(EA=0)80511000HFFFFH 特殊功能 寄存器内部数据存储器内部数据存储器 内部数据 RAM7FH80H00HFFH外部数据存储器外部数据存储器 (增强型)程序存储器程序存储器 地址重叠 第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 1.2.1 程序储存器程序储存器 程序存储器用来存放编制好的始终保留的固定程序和程序存储器用来存放编制好的始终保留的固定程序和表格常数。程序储存器以程序计数器表格常数。程序储存器以程序计数器 PC PC 作为地址指针,作为地址指针,通过通过1616位地址总线,可寻址的地址空间为位
10、地址总线,可寻址的地址空间为64KB64KB。在在8051/8751/89C51 8051/8751/89C51 片内,分别内置最低地址空间的片内,分别内置最低地址空间的4KB ROM/EPROM4KB ROM/EPROM程序储存器(内部程序储存器),而在程序储存器(内部程序储存器),而在80318031片内,则无内部程序储存器,必须外部扩展片内,则无内部程序储存器,必须外部扩展EPROMEPROM。MCS-51MCS-51单片机中单片机中64KB64KB内、外程序储存器的地址是统一编排的。内、外程序储存器的地址是统一编排的。第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 8031 8031单片
11、机无内部程序存储器,地址从单片机无内部程序存储器,地址从0000H0000HFFFFHFFFFH都都是外部程序存储空间。是外部程序存储空间。应始终接地,应始终接地,对于内部有对于内部有ROMROM的单片机(的单片机(5151、5252系列)系列),引脚接高引脚接高电平,使程序从内部电平,使程序从内部ROMROM开始执行。当开始执行。当PCPC值超出内部值超出内部ROMROM的容的容量时,会自动转向外部程序存储器空间。外部程序存储器地量时,会自动转向外部程序存储器空间。外部程序存储器地址空间为址空间为1000H1000HFFFFHFFFFH。访问程序存储器使用访问程序存储器使用MOVC指令。指令
12、。EAEA第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 程序存储器中的几个特殊地址的使用:程序存储器中的几个特殊地址的使用:地址地址 用途用途 0000H 0000H 复位操作后的程序入口复位操作后的程序入口 0003H 0003H 外部中断外部中断0 0服务程序入口服务程序入口 000BH 000BH 定时器定时器0 0中断服务程序入口中断服务程序入口 0013H 0013H 外部中断外部中断1 1服务程序入口服务程序入口 001BH 001BH 定时器定时器1 1中断服务程序入口中断服务程序入口 0023H 0023H 串行口中断服务程序入口串行口中断服务程序入口 由于两入口地址之间的存储
13、空间有限,因此在编程时,通常在这些由于两入口地址之间的存储空间有限,因此在编程时,通常在这些入口地址开始的两三个地址单元中,放入一条转移类指令,已使相应的入口地址开始的两三个地址单元中,放入一条转移类指令,已使相应的程序转到指定的程序存储器区域中执行。程序转到指定的程序存储器区域中执行。第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 1.2.2 1.2.2 外部数据存储器外部数据存储器 用于存放随机读写的数据。用于存放随机读写的数据。外部外部I/OI/O口地址影像区。口地址影像区。MCS-51MCS-51单片机的外部数据存储器和外部单片机的外部数据存储器和外部I/OI/O口实行统一编口实行统一编
14、址址 ,并使用相同的,并使用相同的 作选通控制信号,均使用作选通控制信号,均使用 MOVXMOVX 指令访问。指令访问。MCS-51 MCS-51 单片机最多可扩展单片机最多可扩展64KB64KB外部数据存储器外部数据存储器1.2.3 1.2.3 内部数据储存器内部数据储存器 内部数据存储器是使用最多的地址空间,存放随机读写内部数据存储器是使用最多的地址空间,存放随机读写的数据的数据 通用寄存器区通用寄存器区 RD WR第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 堆栈区堆栈区 运算操作数存放区运算操作数存放区 指令(算术运算、逻辑运算、位操作运算等)的操作数指令(算术运算、逻辑运算、位操作运
15、算等)的操作数只能在此地址空间或特殊功能寄存器地址空间。只能在此地址空间或特殊功能寄存器地址空间。内部数据存储器的地址分配内部数据存储器的地址分配 51 51 系列单片机内部数据存储器系列单片机内部数据存储器地址范围地址范围为为00007FH7FH。各。各区域地址见下表。区域地址见下表。(1 1)地址)地址 0 01FH1FH的前的前3232个单元称为寄存器区个单元称为寄存器区 共分共分4 4组(组(0 0组),每组有组),每组有8 8个个8 8位寄存器位寄存器R0R0R7R7用途:用途:作通用寄存器作通用寄存器R0R0R7R7。R0R0与与R1R1可作间址寄存器使用。可作间址寄存器使用。第第
16、1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 使用时应注意使用时应注意:3232个单元的寄存器区分为四组,使用时只能选其中一组寄存器。个单元的寄存器区分为四组,使用时只能选其中一组寄存器。寄存器的选组由程序状态字寄存器的选组由程序状态字PSWPSW的的RS1RS1和和RS0RS0位定。位定。RS1 RS0 RS1 RS0 选寄存器组选寄存器组 0 0 00 0 0组组 0 1 10 1 1组组 1 0 21 0 2组组 1 1 31 1 3组组 初始化时或复位时,自动选中初始化时或复位时,自动选中0 0组。组。一旦选中一组,其它三组只能作为数据存储器使
17、用,而不能作为寄存一旦选中一组,其它三组只能作为数据存储器使用,而不能作为寄存器使用。器使用。设置多组寄存器可以方便保护现场。设置多组寄存器可以方便保护现场。第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 (2 2)20H20H2FH2FH为位地址区为位地址区 共共1616个单元,每单元有八个位,每位有一个位地址,共个单元,每单元有八个位,每位有一个位地址,共128128位,位地址范围为位,位地址范围为00H00H7FH7FH,该区既可位寻址,又可字节寻,该区既可位寻址,又可字节寻址。址。如如 MOV 20HMOV 20H,C C(这里这里C C是是CyCy进位标志位),该指令是将进位标志位),
18、该指令是将CyCy内内容送容送20H20H位位,如果如果CyCy1 1,位,位20H20H值为值为“1 1”。(3 3)除选中的寄存组以外的存储器均可以作为通用)除选中的寄存组以外的存储器均可以作为通用RAMRAM区区。(4 4)堆栈区)堆栈区 8XX518XX51单片机的堆栈设在内部单片机的堆栈设在内部RAMRAM区,深度不大于区,深度不大于128128字字节,初始化时节,初始化时SPSP指向指向07H07H。(初始时,。(初始时,“0 0”组选择为寄存器组)组选择为寄存器组)注:注:对对5151基本型单片机只有基本型单片机只有00H-7FH00H-7FH单元单元128128字节的字节的RA
19、MRAM区。对区。对5252增强型的单片机还有增强型的单片机还有80H-FFH80H-FFH组成的高组成的高128128字节字节RAMRAM区(共区(共256256字节字节RAM RAM)。)。第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 1.3特殊功能寄存器 MCS-51MCS-51单片机共有单片机共有2121个字节的特殊功能寄存器用英文缩个字节的特殊功能寄存器用英文缩写写SFR SFR(Special Fuction RegisterSpecial Fuction Register)表示。)表示。1.1.用途:用途:A A 累加器、状态标志寄存器累加器、状态标志寄存器单片机内部各部件专用的
20、控制、状态寄存器单片机内部各部件专用的控制、状态寄存器并行口、串行口影射寄存器并行口、串行口影射寄存器2.2.地址空间:地址空间:2121个特殊功能器不连续的分布在个特殊功能器不连续的分布在80H80HFFH 128FFH 128个字节地个字节地址空间,见表址空间,见表1-21-2。地址为地址为X0HX0H和和X8HX8H是可位寻址的寄存器,表是可位寻址的寄存器,表1-21-2中用中用“*”表示。表示。第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 第第1章章 MCS-51单片机结构单片机结构 表表1-21-2中还标注了各中还标注了各SFRSFR的名称、字节地址、可寻址位的位的名称、字节地址、可
21、寻址位的位地址和位名称。地址和位名称。2121个特殊功能寄存器的名称及主要功能介绍如下,详细的个特殊功能寄存器的名称及主要功能介绍如下,详细的用法见后面各节的内容。用法见后面各节的内容。A A累加器,自带有全零标志累加器,自带有全零标志Z Z,A=0A=0则则Z=1Z=1;A0A0则则Z=0Z=0。该标志常用于程序分支转移的判断条件。该标志常用于程序分支转移的判断条件。B B寄存器,常用于乘除法运算(见第寄存器,常用于乘除法运算(见第2 2章)。章)。PSWPSW程序状态字。主要起着标志寄存器的作用,其程序状态字。主要起着标志寄存器的作用,其8 8位定位定义见表义见表1-31-3。第第1章章
22、MCS-51单片机结构单片机结构 其中其中 CYCY:进:进/借位标志借位标志 反映最高位的进位借位情况,加法为进位、减反映最高位的进位借位情况,加法为进位、减 法法为借位。为借位。CY=1CY=1,有进,有进/借位借位 ;CY=0CY=0,无进,无进/借位。借位。ACAC:辅助进:辅助进/借位标志借位标志 反映高半字节与低半字节之间的进反映高半字节与低半字节之间的进/借位,借位,AC=1AC=1有进有进/借位;借位;AC=0AC=0无进无进/借位借位 。FOFO:用户标志位。可由用户设定其含义。:用户标志位。可由用户设定其含义。RS1RS1,RS0RS0:工作寄存器组选择位。:工作寄存器组选
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