单片机内部结构 自学教程

西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构单片机内部结构西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构引脚MCS-51单片机40脚Vcc,GND2XTAL1,XTAL22RESET1EA/Vpp1ALE/PROG1PSEN1P0.0—P0.78P1.0—P1.78P2.0—P2.78P3.0—P3.78西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构引脚电源端Vcc,GND:正电源端与接地端(+5V/3.3V/2.7V)不同的单片机可以允许不同的工作电压,不同的单片机表现出的功耗也不同。西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构引脚晶振端Vcc,GND:正电源端与接地端(+5V/3.3V/2.7V)不同的单片机可以允许不同的工作电压,不同的单片机表现出的功耗也不同。XTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入/输出端西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构引脚晶振端Vcc,GND:正电源端与接地端(+5V/3.3V/2.7V)XTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入/输出端15～45pFx21～12MHz（MCS-51）0～24MHz（Atmel-89C）XTAL1XTAL2XTAL2XTAL1外部时钟通常外接一个晶振两个电容也可以由XTAL1端接入外部时钟，此时应将XTAL2接地：西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构引脚晶振端CPU总是按照一定的时钟节拍与时序工作：振荡周期/时钟周期：Tc=晶振频率fosc（或外加频率）的倒数状态周期：Ts=2个时钟周期(Tc)（不常见）机器周期：Tm=6个状态周期(Ts)=12个振荡周期(Tc)指令周期:Ti:执行一条指令所需的机器周期(Tm)数1个机器周期=12个振荡周期；1个指令周期=1、2、4个机器周期西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构引脚复位端Vcc,GND:电源端（+5V/3.3V/2.7V）XTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入、输出端RESET:复位端（正脉冲有效,宽度8ms）西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构引脚复位端复位后单片机进入到初始状态:▼PC值归零(0000H);▼各个SFR被赋予初始值：P0~P3=0FFH,Acc=0,B=0,TH0=0，TL0=0,TH1=0,TL0=0,SP=7,PSW=0……▼退出处于节电工作方式的停顿状态、退出一切程序进程、退出程序的死循环，从头开始。西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构引脚复位端PC与SFR复位后的状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HA00HT2CON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0~P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUFXXHIE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构引脚复位端上电复位与手动复位+5V10uF10KVccRSTGND上电复位10uF10KVccRSTGND手动&上电复位1K+5V西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构引脚EA端EA/Vpp:寻址外部ROM控制端/编程电源输入端。▼低电平有效，片内无ROM时必须接地；片内有ROM时应当接高电平；▼对片内ROM编程时编程正电源加到此端。西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构引脚ALE端ALE/PROG:地址锁存允许/编程脉冲输入端。▼P0口寻址外部低8位地址时接外部锁存器G端；▼ALE端平时会输出周期正脉冲：ffosc/6；▼对片内ROM编程时编程脉冲由此端加入。西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构引脚PSEN端寻址外部程序存储器时选通外部EPROM的读控制端（OE）低电平有效。单片机锁存器74LS373P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROM西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构存储器组织计算机的两种不同结构——冯·诺依曼型：中央处理器（CPU）输入/输出部件存储器逻辑部件（ALU）控制部件西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构存储器组织计算机的两种不同结构——哈佛型：中央处理器（CPU）输入/输出部件程序存储器逻辑部件（ALU）控制部件数据存储器西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构存储器组织为了理解存储器——我们先来看一个仓库：货架上带编号的格子仓库货架西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构存储器组织单片机的存储器——几个有关的概念：计算机中的存储器就是一个用来存放数据（包括用户数据和程序）的仓库，仓库中有很多用来存放货物（数据）的货架，货架上面的格子(存储器中的存储单元)，在这个仓库中存放数据可以一个字节一个字节的放、也可以一个位一个位的放，为了存取货物（数据）方便，每个格子都有一个编号，这个编号被称为地址，即存储单元地址，地址用一个8位或16位的二进制数来表示。西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构存储器组织单片机的存储器——几个有关的概念：随机存储器——RAM（RandomAccessMemory）只读存储器——ROM（ReadOnlyMemory）闪速存储器——FlashMemoryEPROM——（UV）ErazibleProgrammableROMEEPROM/E2PROM——ElectricalErasableProgrammableROM静态存储器SRAM——StaticRAM（动态存储器DRAM——DynamicRAM）按字节寻址：每个字节(8个位)占一个地址按位寻址：有的存储器每一个位就有一个地址西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构存储器组织MCS51单片机存储器配置•片内RAM128字节（00H~7FH）；片内RAM前32个单元是工作寄存器区(00H~1FH)片内RAM有128个可按位寻址的位，占16个单元。位地址编号为：00H~7FH，分布在20H~2FH单元•片内21个特殊功能寄存器(SFR)中：地址号能被8整除的SFR中的各位也可按位寻址•可寻址片外RAM64K字节（0000H~FFFFH）•可寻址片外ROM64K字节（0000H~FFFFH）•片内FlashROM4K字节（000H~FFFH）西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构存储器组织存储器配置(片内RAM)：片内RAM128字节(00H~7FH)00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM区普通RAM区位寻址区工作寄存器区SFR分布在80H~FFH其中92个位可位寻址80HFFH所有的RAM区(包括位寻址区、工作寄存器区）都可以用于存放数据，故也称为数据缓存寄存器89C51128字节西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构存储器组织存储器配置(片内RAM)：片内RAM前32个单元是工作寄存器区(00H~1FH)00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM区普通RAM区位寻址区工作寄存器区R0R2R1R3R4R5R6R707H02H01H00H06H04H05H03H08H1FH工作寄存器区3工作寄存器区2工作寄存器区1工作寄存器区00FH10H17H18H西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构存储器组织存储器配置(片内RAM)片内RAM中有128位可按位寻址它们的地址为:00H~7FH分布在字节地址为20H~2FH的单元内00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM区普通RAM区位寻址区工作寄存器区7F7E7D7C7B7A797827H22H21H20H26H24H25H23H28H2FH单元字节地址07060504030201000F0E0D0C0B0A090817161514131211101F1E1D1C1B1A191827262524232221202F2E2D2C2B2A292837363534333231303F3E3D3C3B3A39384746454443424140位地址西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构存储器组织存储器配置(片内RAM)：片外RAM64K字节(0000H~FFFFH)；片外ROM64K字节(0000H~FFFFH)；片内FlashROM4K字节(0000H~0FFFH)；FFFFH0000H片外RAM64K字节FFFFH0000H片外ROM64K字节0FFFH0000H片内FlashROM4K字节89C517FH00H片内RAM128字节FFH80H西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构存储器组织MCS-51单片机的堆栈：什么是堆栈？在片内RAM中,常常要指定一个专门的区域来存放某些特别的数据,它遵循顺序存取和后进先出(LIFO/FILO)的原则,这个RAM区叫堆栈。。堆栈的作用是什么？1）子程序调用和中断服务时CPU自动将当前PC值压栈保存,返回时自动将PC值弹栈。2）保护现场/恢复现场3）数据传输西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构存储器组织MCS-51单片机的堆栈：堆栈区通过特殊功能寄存器SP(堆栈指针)进行管理。堆栈区可以安排在RAM区任意位置,但为了防止数据区的冲突,所以一般不安排在工作寄存器区和可按位寻址的RAM区,通常放在RAM区的靠后的位置。西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构存储器组织MCS-51单片机的堆栈：00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM区普通RAM区位寻址区工作寄存器区初始SPSP栈顶已经存入堆栈的数据将要进入堆栈的数据存放于此数据进栈复位后SP=07H,数据进栈时：首先SP+1指向08H单元,第一个放进堆栈的数据将放进08H单元,然后依此类推,SP始终指着栈顶……实栈顶西南交通大学电气工程学院单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机内部结构引脚存储器组织I/O口结构存储器组织MCS-51单片机的堆栈：00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM区普通RAM区位寻址区工作寄存器区初始SPSP栈顶当前要出栈的数据数据出栈从堆栈取出数据时：取出的数据是最近放进去的一个数据,也就是当前栈顶的数据。然后SP再自动减1,仍指着栈顶……SP-1指向下一个要出栈的数据西南交通大