单片机原理及接口技术第二章

单片机原理及接口技术华中科技大学出版社2013-21单片机原理及接口技术第2章单片机的硬件结构及原理29§2.151系列单片机的内部结构§2.251系列单片机的引脚功能§2.3中央处理器§2.4储器结构输入/输出端口§2.5单片机的并行输入/输出接口§2.6单片机的时钟与时序§2.7单片机的复位§2.851系列单片机的最小系统单片机原理及接口技术301、按功能分基本型：末位数字为1：如80C31、80C51、87C51、89C51增强型：末位数字为2，如80C32、80C52、87C52、89C522、按生产工艺分HMOS工艺：特点为高速度高密度，型号中不带C，如8031、8051、8751，8032、8052、8752CHMOS工艺：特点为高速度高密度且低功耗，型号中带C，如80C31、80C51、87C5180C32、80C52、87C5251系列单片机分类§2.151系列单片机的内部结构单片机原理及接口技术31分类芯片型号存储器类型及数量I/O口定时器中断源ROMRAM并行口串行口基本型80C31无128B4个1个2个5个80C514KB掩膜ROM128B4个1个2个5个87C514KBEPROM128B4个1个2个5个89C514KBFlashROM128B4个1个2个5个增强型80C32无256B4个1个3个6个80C528KB掩膜ROM256B4个1个3个6个87C528KBEPROM256B4个1个3个6个89C528KBFlashROM256B4个1个3个6个80C51系列单片机典型产品资源配置表单片机原理及接口技术80C51单片机内部结构•1个8位微处理器CPU•256B数据存储器（RAM）•4KB程序存储器(ROM)•4个8位并行I/O接口P0～P3•1个全双工串行I/O接口•2个16位定时/计数器•5个中断源，其中包括2个优先级嵌套中断以上各部分电路通过内部总线相连接。单片机原理及接口技术时钟CPU并行I/O口定时计数器程序存储器数据存储器串行I/O口中断系统P0P1P2P3内部总线总线控制RSTXTAL1XTAL2EAALEPSEN80C51单片机内部结构图单片机原理及接口技术§2.251系列单片机的引脚功能下图为DIP封装的80C51单片机引脚图，受到引脚数目的限制，分引脚具有第二功能。51系列单片机封装1.双列直插式（DIP）封装8051单片机采用40引脚的DIP封装。2.方形封装80C51单片机除采用DIP封装外，还采用44引脚的方形封装形式（其中4个引脚不用）。单片机原理及接口技术80C5112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1VssVccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0口P2口P1口P3口80C51DIP引脚图单片机原理及接口技术40个引脚的功能分配：电源引脚2根时钟引脚2根控制引脚4根I/O引脚4×8＝32根80C51引脚功能分配图80C51VCCVSSRST/VPDXTAL1XTAL2EA/VPPPSENALE/PROGP3口P2口P1口P0口单片机原理及接口技术电源引脚1．VCC(40脚)：电源接入引脚，接+5V电源2．VSS(20脚)：接地引脚时钟引脚1.XTAL1(19脚)：接外部晶振和微调电容的一端2.XTAL2(18脚)：接外部晶振和微调电容的另一端控制引脚1.RST/VPD(9脚)：复位信号/备用电源输入引脚2.ALE/PROG(30脚)：地址锁存允许信号输出/编程脉冲输入引脚3.EA/VPP(31脚)：内外ROM选择/编程电压输入引脚4.PSEN(29脚)：片外ROM读选通信号输出引脚单片机原理及接口技术I/O引脚1．P0.0～P0.7(39～32脚)：P0口的8位双向I/O口引脚2．P1.0～P1.7(1～8脚)：P1口的8位准双向I/O口引脚3．P2.0～P2.7(21～28脚)：P2口的8位准双向I/O口引脚4．P3.0～P3.7(10～17脚)：P3口的8位准双向I/O口引脚单片机原理及接口技术运算器CPU算术/逻辑部件ALU(ArithmeticLogicUnit)累加器ACC(Accumulator)程序状态字寄存器PSW(ProgramStatusWord)暂存器1、2寄存器B控制器堆栈指针SP程序计数器PC指令寄存器IR、指令译码器ID§2.3中央处理器数据指针DPTR定时控制电路单片机原理及接口技术①累加器ACC累加器ACC简称累加器A，8位寄存器，是CPU中工作最繁忙的寄存器，专门存放操作数或运算结果。②寄存器B8位寄存器，用于配合累加器A完成乘除运算。③程序状态寄存器PSW8位寄存器，用于存放指令执行后的状态，作为程序的查询或判别的条件。运算器单片机原理及接口技术位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志CYACF0RS1RS0OV－PCY：进位标志位。在进行加法（或减法）运算时，若最高位A7有进位（或借位），则CY＝1AC：辅助进位标志位。在进行加法（或减法）运算时，若低4位（即A3）向高4位(即A4)有进位（或借位），则AC＝1F0：用户标志位。用户可根据自己的需要通过软件设置F0位，作为用户程序的流向标志。RS1和RS0：工作寄存器组选择位。OV：溢出标志。当有溢出，OV=1。P：奇偶标志位。当累加器A中1的个数为奇数，则P=1；否则P=0。PSW各标志位定义单片机原理及接口技术控制器完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。①程序计数器PC（ProgramCounter）16位计数器，用来存放将要执行的下一条指令的16位地址。当CPU顺序执行指令时，首先根据PC所指地址，取出指令，然后PC的内容自动加1，指向下一条指令的地址。在执行转移、子程序调用指令及中断响应时例外，PC的内容不再加1，而是被自动置入新的地址。单片机上电或复位时，PC＝0000H，CPU就从ROM区0000H处开始执行程序。单片机原理及接口技术②数据指针DPTR(DataPointor)DPTR为16位的地址指针，对64K的外部数据存储器和I/O口进行寻址。还可以分为2个独立的8位寄存器DPH和DPL使用，DPH是DPTR的高8位，DPL是DPTR的低8位。③堆栈指针SP(StackPointor)SP为8位寄存器，它总是指向堆栈顶部。80C51单片机的堆栈常设在内部RAM的30H～7FH地址空间，用于响应中断或调用子程序时保护断点地址，也可通过栈操作指令(指令PUSH和POP)用于保护现场和恢复现场。堆栈操作遵循“先进后出”的原则。入栈操作时，SP先加1，数据再压入SP指向的单元；出栈操作时，先将SP指向的单元的数据弹出，然后SP再减1。当系统复位后，SP指向07H单元，可根据应用系统的需要来设置SP。单片机原理及接口技术§2.4存储器结构在物理结构上，80C51的存储器分为4个存储空间：1.片内数据存储器：256B，地址范围：00H～FFH2.片内程序存储器：4KB，地址范围：0000H～0FFFH3.片外数据存储器：可扩展64KB，地址范围：0000H～FFFFH4.片外程序存储器：可扩展64KB，地址范围：0000H～FFFFH单片机原理及接口技术EA=14KBROMFFH80H7FH00HSFRRAM片内80C51存储器结构64KBROMEA=00000H0FFFH1000HFFFFH64KBRAM(I/O)0000HFFFFH片外单片机原理及接口技术程序存储器ROM程序存储器ROM用来存放程序、常数或表格等。如前所述，在80C51内部有4KBROM，片外最多可扩展至64KBROM，片内外ROM统一编址。80C51利用EA引脚，区分片内、片外ROM公共低4KB地址区：★如果EA端保持高电平，80C51执行片内4KBROM地址(0000H～0FFFH)中的程序。当寻址范围超过4KB（1000H～FFFFH）时，则从片外存储器取指令。★当EA端保持低电平时，80C51的所有取指令操作均在片外ROM中进行。单片机原理及接口技术ROM中特殊单元0000H：单片机复位后的程序入口地址0003H：外部中断0入口地址000BH：定时器0溢出中断入口地址0013H：外部中断1入口地址001BH：定时器1溢出中断入口地址0023H：串行口中断入口地址使用时，通常在这些入口地址处存放一条绝对跳转指令，使程序跳转到用户安排的中断程序起始地址，或者从0000H起始地址跳转到用户设计的初始程序上。单片机原理及接口技术一般中断程序结构举例：ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPINT0ORG0050HMAIN:……SJMP$INT0:…….RETI主程序中断服务子程序单片机原理及接口技术数据存储器RAM1.片外RAM64KB，地址范围0000H~FFFFH2.片内RAM256B，地址范围00H~FFH，其中：低128B(00H～7FH)为真正的RAM区高128B(80H～FFH)为特殊功能寄存器(SFR)区单片机原理及接口技术片内RAM低128B通用RAM区(80B)位地址区(16B)寄存器3组寄存器2组寄存器1组寄存器0组寄存器区4组(32B)①由PSW中的2位RS1、RS0来决定选哪一组为当前工作寄存器：RS1、RS0=00选0组RS1、RS0=01选1组RS1、RS0=10选2组RS1、RS0=11选3组②在位地址区，每一个BIT都有一个地址，共16×8=128位7FH.........00H30H2FH20H1FH...单片机原理及接口技术通用RAM区(80B)位地址区(16B)7FH寄存器3组寄存器2组寄存器1组寄存器0组位地址区20H21H22H23H24H25H26H27H28H29H2AH2BH2CH2DH2EH2FH00H01H02H03H04H05H06H07H08H0FH10H7FH78H70H68H60H58H50H48H40H38H30H28H20H77H6FH67H1FH5FH57H4FH47H3FH37H2FH27H1FH17H........................D7D6D5D4D3D2D1D0.........00H30H2FH20H1FH...位地址字节地址片内RAM低128B单片机原理及接口技术通用RAM区(80B)位地址区(16B)00H30H2FH20H1FH7FH寄存器3组寄存器2组寄存器1组寄存器0组通用RAM区............共80个字节，作为一般的数据缓冲区并可设置堆栈区片内RAM低128B单片机原理及接口技术片内RAM高128B－特殊功能寄存器（21个）简称SFR(SpecialFunctionalRegister)，见表2-421个SFR中，有11个还具有位寻址能力，它们的字节地址正好能被8整除（即十六进制的地址码尾数为0或8），位地址的分布，见表2-5单片机原理及接口技术§2.5单片机的并行输入/输出接口80C51单片机有4个并行I/O口，即P0～P3。每个口都各有8条I/O口线，每条I/O口线都能独立地用作输入或输出。在无片外扩展储存器的系统中，这4个I/O口都可以作为通用I/O口使用。在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，P0口分时作为低8位地址线和双向数据总线，P3口用作第二功能，只有P1口作为I/O使用。单片机原理及接口技术1、结构下图为P0口的某位P0.X(X=0～7)结构图，它由一个输出锁