第二章 MCS-51系列单片机的结构和原理

第2章MC2-51系列单片机的结构和原理第二章MCS-51系列单片机的结构和原理2.1MCS-51系列单片机概述2.289C51单片机内部结构2.389C51单片机的引脚2.4MCS-51系列单片机的工作方式测试题第2章MC2-51系列单片机的结构和原理2.1MCS-51系列单片机概述2.1.1MCS-51系列单片机的基本结构2.1.2MCS-51系列单片机的分类习题第2章MC2-51系列单片机的结构和原理2.1.1MCS-51系列单片机的基本结构单片机是一个大规模集成电路芯片，其上集成有CPU、存储器、I/O口(串行口、并行口)、其它辅助电路(如中断系统，定时/计数器，振荡电路及时钟电路等)。其基本结构框图如下：第2章MC2-51系列单片机的结构和原理MCS-51系列单片机的基本结构图CPURAMROM中断系统串行口并行口定时计数器振荡电路X1X2P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1T0T1计算机微机第2章MC2-51系列单片机的结构和原理MCS-51系列单片机的基本结构图X1X2P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1返回CPURAMROM中断系统串行口并行口定时计数器振荡电路X1X2P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1T0T11、RAM被称为随机读写存储器。2、用于存放数据。3、具有易失性：芯片掉电后，其内的信息消失。第2章MC2-51系列单片机的结构和原理MCS-51系列单片机的基本结构图T0T1CPURAMROM中断系统串行口并行口定时计数器振荡电路X1X2P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1T0T11、ROM被称为只读存储器。2、用于存放程序。3、具有非易失性：掉电后其内的信息依然存在。返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理运算器最终结果数中间结果/据最后结果原始数据与程序最后结果程序计算机系统的硬件组成框图存储器控制器输出设备输入设备单片机微机返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理DBCPUABCB存储器I/O口•微机的结构框图单片机计算机返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理2.2.1MCS-51系列单片机的分类常用的MCS51系列单片机有2种类型的产品：8051/8751/89C51和8031。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上的不同：8051内设有4KB的掩膜ROM；8751内设有4KB的EPROM；89C51内设有4KB的E2PROM；8031内没有ROM。MCS-51系列单片机配置一览表第2章MC2-51系列单片机的结构和原理89C51单片机的内部结构ATMPPSWBSPDPTRRAMPCROMP1P2P3P0定时中断串口IRPLAID振荡X1X2PSENRSTALEEAP0P1P2P3ALU习题第2章MC2-51系列单片机的结构和原理89C51单片机的内部结构返回ATMPPSWBSPDPTRRAMPCROMP1P2P3P0定时中断串口IRPLAID振荡X1X2PSENRSTALEEAP0P1P2P3ALU算术逻辑运算部件主要用来完成数据的算术和逻辑运算。ALU有2个输入端和2个输出端，其中一端接至累加器，接收由累加器送来的一个操作数；另一端接收TMP中的第二个操作数。参加运算的操作数在ALU中进行规定的操作运算，运算结束后，一方面将结果送至累加器，同时将操作结果的特征状态送标志寄存器。第2章MC2-51系列单片机的结构和原理89C51单片机的内部结构ATMPPSWBSPDPTRRAMPCROMP1P2P3P0定时中断串口IRPLAID振荡X1X2PSENRSTALEEAP0P1P2P3ALU1、16位寄存器2、存放下一条将要执行的指令地址.程序中的指令是按照顺序存放在存储器中的某个连续区域.每条指令都有自己的地址,CPU根据PC中的指令地址从存储器中取出将要执行的指令.3、具有自动加1功能,从而指向下一条将要执行的指令地址.4、PC的值可以修改，一般程序是按顺序执行指令的.若改变了的PC的值,则程序将不再按顺序执行。返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理89C51单片机的内部结构ATMPPSWBSPDPTRRAMPCROMP1P2P3P0定时中断串口IRPLAID振荡X1X2PSENRSTALEEAP0P1P2P3IR：用来存放当前正在执行的指令代码。ID：用来对指令代码进行分析、译码，根据指令译码的结果，输出相应的控制信号。PLA：产生出各种操作电位、不同节拍的信号、时序脉冲等执行此条命令所需的全部控制信号。返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理89C51单片机的内部结构X1X2PSENRSTALEEAATMPPSWBSPDPTRRAMPCROMP1P2P3P0定时中断串口IRPLAID振荡X1X2PSENRSTALEEAP0P1P2P31、8位寄存器2、累加器是一个特殊的寄存器，它的字长和微处理器的字长相同，累加器具有输入／输出和移位功能，微处理器采用累加器结构可以简化某些逻辑运算。3、由于所有运算的数据都要通过累加器，故累加器在微处理器中占有很重要的位置。ALU返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理89C51单片机的内部结构X1X2PSENRSTALEEAATMPPSWBSPDPTRRAMPCROMP1P2P3P0定时中断串口IRPLAID振荡X1X2PSENRSTALEEAP0P1P2P3ALU1、8位寄存器2、在进行乘除法运算时，存放参与运算的一个操作数3、除此之外，作为一般REG使用返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理ATMPPSWBSPDPTRRAMPCROMP1P2P3P0定时中断串口IRPLAID振荡X1X2PSENRSTALEEAP0P1P2P31、PSW称为程序状态字寄存器，是一个8位寄存器。2、D7D6D5D4D3D2D1D0CyAcF1RS1RS0Ov-PALU返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理89C51单片机的内部结构X1X2ATMPPSWBSPDPTRRAMPCROMP1P2P3P0定时中断串口IRPLAID振荡X1X2PSENRSTALEEAP0P1P2P31、SP称为堆栈指针，8位寄存器2、SP用来存放堆栈栈顶的地址。返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理89C51单片机的内部结构PSENRSTALEEAATMPPSWBSPDPTRRAMPCROMP1P2P3P0定时中断串口IRPLAID振荡X1X2PSENRSTALEEAP0P1P2P31、数据指针DPTR是一个16位的专用寄存器,其高位字节寄存器用DPH表示,低位字节寄存器用DPL表示。2、既可作为一个16位寄存器DPTR来处理,也可作为两个独立的8位寄存器DPH和DPL来处理。3、DPTR主要用来存放16位地址，当对64KB外部数据存储器空间寻址时,作为间址寄存器用。在访问程序存储器时,用作基址寄存器。返回演示第2章MC2-51系列单片机的结构和原理89C51单片机的内部结构PSENRSTALEEAATMPPSWBSPDPTRRAMPCROMP1P2P3P0定时中断串口IRPLAID振荡X1X2PSENRSTALEEAP0P1P2P389C51内有的4K的ROM；不够用时可以外扩ROM；内ROM+外ROM≤64K返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理7FH真正RAM区00HMCS-51单片机片内RAM的配置图FFHSFR区80H89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00H—FFH，分为两大部分:低128字节（00H~7FH）为真正的RAM区;高128字节（80H~FFH）为特殊功能寄存器区SFR。返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理7FH真正RAM区00HMCS-51单片机片内RAM的配置图FFHSFR区80H返回89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00H—FFH，分为两大部分:低128字节（00H~7FH）为真正的RAM区;高128字节（80H~FFH）为特殊功能寄存器区SFR。7FH普通RAM区30H2FH位寻址区20H1FH工作寄存器区00H第2章MC2-51系列单片机的结构和原理7FH真正RAM区00HMCS-51单片机片内RAM的配置图FFHSFR区80H89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00H—FFH，分为两大部分:低128字节（00H~7FH）为真正的RAM区;高128字节（80H~FFH）为特殊功能寄存器区SFR。7FH普通RAM区30H2FH位寻址区20H1FH工作寄存器区00H返回07H0组00H0FH1组08H17H2组10H1FH3组18H1、工作寄存器区是指00H～1FH区,共分4个组,每组有8个单元,共32个内部RAM单元。2、每次只能有1组作为工作寄存器使用,其它各组可以作为一般的数据缓冲区使用。3、作为工作寄存器使用的8个单元，又称为R0—R74、程序状态字PSW中的PSW.3（RS0）和PSW.4（RS1）两位来选择哪一组作为工作寄存器使用。CPU通过软件修改PSW中RS0和RS1两位的状态,就可任选一个工作寄存器工作。第2章MC2-51系列单片机的结构和原理RS1、RS0与片内工作寄存器组的对应关系RS1RS0寄存器组片内PAM地址通用寄存器名称000组00H~07HR0~R7011组08H~0FHR0~R7102组10H~17HR0~R7013组18H~1FHR0~R7返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理工作寄存器和RAM地址对照表返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理7FH真正RAM区00HMCS-51单片机片内RAM的配置下图所示：FFHSFR区80H7FH普通RAM区30H2FH位寻址区20H1FH工作寄存器区00H20H21H22H23H24H25H26H27H2FH1、位寻址区是指20H～2FH单元，共16个单元。2、位寻址区的每1位都可当作软件触发器,由程序直接进行位处理。3、位寻址区的16个单元（共计128位）的每1位都有一个8位表示的位地址,位地址范围为00H～1FH。如表所示。4、同样,位寻址的RAM单元也可以按字节操作作为一般的数据缓冲区。返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理内部RAM中位地址表返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理7FH真正RAM区00HMCS-51单片机片内RAM的配置图FFHSFR区80H返回89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00H—FFH，分为两大部分:低128字节（00H~7FH）为真正的RAM区;高128字节（80H~FFH）为特殊功能寄存器区SFR。1、高128B的RAM单元中有21个单元可用，称为SFG。这21个SFG分散在高128B的地址空间内，分别是A，B，PSW，SP，DPH，DPL，P0，P1，P2，P3，IP，IE，TCON，TMOD，TH0，TL0，TH1，TL1，SCON，SBUF，PCON。2、有些可以按位寻址。3、特殊功能寄存器名称、标识符、地址见表第2章MC2-51系列单片机的结构和原理特殊功能寄存器名称、标识符、地址一览表返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理2.389C51单片机的引脚学习单片机的内部结构有助于了解信息流动,掌握编程技巧;学习单片机的外部引脚有助于掌握它与其它芯片的连接,单片机与外界的信息交换就是通过它的引脚实现的。在MCS51系列单片机中,各类型号单片机的引脚是相互兼容的.在器件的封装形式上,MCS51系列单片机有二种:双列直插式和方形封装，均为40脚。MCS-51单片机引脚及总线结构图如下：习题第2章MC2-51系列单片机的结构和原理MCS-51单片机引脚及总线结构(a)管脚图；(b)引脚功能分类P2P0ALEPSENEARSTVCCGNDP1P3X1X2返回第2章MC2-51系列单片机的结构和原理ATMPPSWBSPDPTRRAMPCROMP1P2P3P0定时中断串口IRPLAID振荡X1X2PSENRSTALEEAP