第2章 MCS-51单片机的硬件结构_end

第2章MCS-51单片机的硬件结构第2章MCS-51单片机的硬件结构2.1MCS-51单片机的基本结构2.2MCS-51单片机的引脚及片外总线结构2.3MCS-51单片机内部存储器及特殊功能寄存器2.4并行I/O口电路结构2.5MCS-51单片机时钟电路与时序2.6MCS-51单片机工作方式2.1MCS-51单片机的基本结构一、MCS-51单片机的基本组成二、CPU构成及工作原理返回本章首页2.1MCS-51单片机的基本结构一、MCS-51单片机的基本组成返回本节时钟电路SFR和RAMROMCPU定时/计数器并行端口中断系统串行端口系统总线时钟源T0T1P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1（5）四个8位I/O并行端口。（6）一个串行端口。（7）中断控制系统。（8）内部时钟电路。一、MCS-51单片机的基本组成（1）一个8位微处理器CPU。（2）数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR。（3）内部程序存储器ROM。（4）两个定时/计数器。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/EPROMB寄存器程序地址寄存器缓冲器PC递增器程序计数器PC０驱动器DPTR指针VCCGNDP1.0～P1.7堆栈指针SPACCTMP2PSW通道3锁存器通道1锁存器通道1驱动器通道3驱动器TMP1SCONTMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中断、串行口和定时器逻辑振荡器P3.0～P3.7RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指令寄存器定时和控制逻辑指令译码器图2-2MCS-51片内总体结构框图P0.0～P0.7P2.0～P2.7返回本节2.1MCS-51单片机的基本结构二、CPU构成及工作原理1、构成微控制器运算部件时序控制电路一组特殊功能寄存器例：Y=5+10求解过程ROM地址机器代码指令代码2000H7405HMOVA,#05H2002H240AHADDA,#0AH2004H80FEHSJMP$2、工作原理由PC地址取指令通过IR、ID指令译码由微控制其控制指令执行返回本节2.2MCS-51单片机的引脚及片外总线结构一、MCC-51引脚描述二、MCC-51片外总线结构返回本章首页2.2MCS-51单片机的引脚及片外总线结构一、MCC-51引脚描述1、分类主电源引脚VCC和VSS外接晶振引脚XTAL1和XTAL2控制或电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROGEA/VPP、PSEN输入/输出引脚(共32根)P0、P1、P2、P3P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1VSS12345678910111213141516171819208031805187514039383736353433323130292827262521222324VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0返回本节2.2MCS-51单片机的引脚及片外总线结构一、MCC-51引脚描述2、双功能引脚3条控制线P3P3.2P3.3位线引脚第二功能P3.010RXD（串行输入口）P3.111TXD（串行输出口）12INT0（外部中断0）13INT1（外部中断1）P3.414T0（定时器0的计数输入）P3.515T1（定时器1的计数输入）16WR（外部数据存储器写脉冲）17RD（外部数据存储器读脉冲）P3.7P3.6P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1VSS12345678910111213141516171819208031805187514039383736353433323130292827262521222324VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0返回本节2.2MCS-51单片机的引脚及片外总线结构二、MCC-51片外总线结构总线：CPU与各部件之间传递信息的公共通道数据总线（DB）8位由P0提供地址总线（AB）16位由P2提供高8位P0提供低8位控制总线（CB）控制线+P3DBAB地址锁存器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0P3.1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.2P0.4返回本节2.3MCS-51单片机的内部存储器一、片内数据存储器(InternalRAM)二、特殊功能寄存器(SpecialFunctionRegister)三、片内程序存储器(InteralROM)四、MCS-51单片机系统的存储器结构特点分析返回本章首页2.3MCS-51单片机的内部存储器一、片内数据存储器（InternalRAM）低128单元用途：供用户管理、使用，存放程序的变量、中间结果、堆栈等。特点：受集成度限制，容量非常有限，51系列仅为128B。注意合理分配、使用。扩展：常通过扩展片外RAM，提高数据存放量。按用途分三个区通用寄存器区位寻址区堆栈/数据缓冲区30H2FH00H20H1FH7FH通用寄存器区(4组)位寻址区128bit00H~7FH堆栈/数据缓冲区80Byte16Byte32Byte返回本节2.3MCS-51单片机的内部存储器一、片内数据存储器（InternalRAM）低128单元1、通用寄存器区（32Byte）地址范围：00H~1FH，共4组，每组R0~R7。当前寄存器组选择：通过设置PSW中的位RS1、RS0完成。仅当前R组以寄存器方式工作,其他组以存储器方式功能：存放常用变量，提高访问速度;在中断或程序调用时使用，可减少堆栈中的数据保护30H2FH07H00H20H1FH7FHR3组R2组R1组R0组位寻址区128bit00H~7FH堆栈/数据缓冲区80Byte16ByteRS1RS011100100工作寄存器组设置参数返回本节2.3MCS-51单片机的内部存储器一、片内数据存储器（InternalRAM）低128单元2、位寻址区（16Byte）地址范围：20H2FH对应位地址：00H7FH功能可进行位操作，设置用户标志未作位操作单元，可进行字节操作3、堆栈/用户数据区地址范围：30H7FH功能程序堆栈区常选高端连续地址（如：50H7FH）用户数据区30H2FH00H20H1FH7FH通用寄存器区(4组)位寻址区堆栈/数据缓冲区80Byte16Byte(128bit)32Byte00H7FH返回本节2.3MCS-51单片机的内部存储器二、特殊功能寄存器（SFR）高128单元地址范围：物理地址分布在80HFFH中；未作定义单元，操作无效。数量：51系列共有SFR21个，如图；52系列SFR26个。操作方式：访问时，可用寄存器符号或地址；字节操作位操作（表中带*号的SFR）专用寄存器简介返回本节2.3MCS-51单片机的内部存储器二、特殊功能寄存器（SFR）高128单元专用寄存器简介返回本节1)程序计数器（ProgramCounter）•16位计数器，寻址范围16KB；•自动加1，保证指令顺序执行；•PC无地址，不能直接操作。2)累加器A（Acc—Accumulator）•8位寄存器（Themostversatile•使用频率最高register)3)B寄存器•8位寄存器，用于乘除运算。•也可作一般数据寄存器。4)程序状态字（ProgramStatusWord）2.3MCS-51单片机的内部存储器二、特殊功能寄存器（SFR）高128单元专用寄存器简介4)程序状态字（ProgramStatusWord）•8位寄存器，存放指令执行的状态信息。（无符号数）（带符号数）返回本节2.3MCS-51单片机的内部存储器二、特殊功能寄存器（SFR）高128单元专用寄存器简介5)数据指针DPTR（DataPointer）•16位寄存器，寻址范围64KB;•由两个8位寄存器（DPHDPL）组成；•用于存放ROM及片外RAM地址。如：MOVDPTR,#2000H返回本节2.3MCS-51单片机的内部存储器二、特殊功能寄存器（SFR）高128单元专用寄存器简介30H2FH00H20H1FH7FH通用寄存器区(4组)位寻址区128bit00H~7FH堆栈/数据缓冲区80B16B32B52H51HSP50H05HACC80HB05H80H入栈05HACC80HB出栈6)堆栈指针SP（StackPointer）堆栈概念•一种符合FILO/LIFO的数据结构；•功能：保护恢复断点(自动)与中断现场(人工)。堆栈的设置•内堆栈，必须设置在内部RAM中的堆栈/用户数据区；•堆栈由栈底、栈顶组成；•向上生长型，SP指向栈顶。如：MOVSP,#50H;则可用51H7FH为堆栈空间堆栈的操作•保护恢复断点，SP自动加1或减1；•入栈PUSHACCPUSHB•出栈POPB；后入先出PUSHACC返回本节2.3MCS-51单片机的内部存储器三、片内程序存储器（ROM）1.类型腌膜ROMEPROMEEPROMFlashROM2.片内寻址范围EA=1时：（否则64KB全部限定在片外)51系列，4KB，0000H0FFFH52系列，8KB，0000H1FFFH3.一组特殊单元RESET地址：0000H中断向量：0003H000AH外部中断（INT0）地址区000BH0012H定时器/计数器中断（T0）地址区0013H001AH外部中断（INT1）地址区001BH0022H定时器/计数器中断（T1）地址区0023H002AH串行中断（Serial）地址区外部ROM内部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH返回本节2.3MCS-51单片机的内部存储器四、MCS-51系统存储器结构特点分析数据存储器（内外地址重叠，通过不同指令访问）内部RAM128B+SFR外部扩展RAM64KB外部ROM内部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH程序存储器（c）返回本节程序存储器（由EA确定访问空间）内部ROM4KB或8KB外部扩展ROM64KB外部数据存储器（b）特殊功能寄存器通用RAM区位寻址区00H20H1FH30H2FH80H7FHFFH外部RAM(I/O口地址)0000HFFFFH内部数据存储器（a）工作寄存器区00FFH2.4MCS-51并行输入输出（I/O）端口一、I/O口内部电路结构二、I/O口操作三、各I/O口作用四、负载能力返回本章首页2.4MCS-51并行输入输出（I/O）端口一、I/O口内部电路结构P0口组成：锁存器—存储P口状态3S输入/输出缓冲器—总线隔离输出驱动电路—提高负载能力控制电路工作原理：通过指令译码，CPU发出不同控制信号CB=1，作AB/DB数据地址分时复用输入AB/DB=‘1’，T1(+),T2(-),输出‘1’输