第2章(第5版)李朝青-单片机原理及接口技术(第5版)课件

单片机原理及接口技术设计者：刘艳玲单片机原理及接口技术§2.189C51/S51单片机芯片内部结构及特点§2.289C51/S51单片机引脚及其功能§2.389C51/S51单片机存储器配置§2.4时钟电路及89C51/S51CPU时序§2.5复位操作第2章89C51/S51单片机的结构和原理单片机原理及接口技术§2.189C51/S51单片机芯片内部结构及特点§2.1.189C51/S51单片机的基本组成§2.1.289C51/S51单片机芯片内部结构单片机原理及接口技术一、组成二、89C51/S51系列单片机的性能§2.1.189C51/S51单片机的基本组成单片机原理及接口技术一、组成89C51/S51带闪存(FlashROM)单片机结构框图如图2-1所示图2-189C51/S51单片机结构框图80C51CPU振荡器和时序OSC64KB总线扩展控制器数据存储器256BRAM/SFR2×16位定时器/计数器可编程I/O程序存储器4KBFLASHROM可编程全双工串行口外中断内中断控制P0P2P1P3串行通信外部时钟源外部事件计数地址/数据单片机原理及接口技术一、组成1、一个8位的微处理器CPU。用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。2、片内数据存储器(RAM128B/256B）:用以存放程序、一些原始数据和表格。3、片内4kB程序存储器FlashROM（4KB）:4、四个8位并行I/O（输入/输出）接口P0~P3:每个口可以用作输入，也可以用作输出。单片机原理及接口技术每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。5、两个16位定时/计数器:可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。7、一个全双工UART的串行I/O口:但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许振荡频率为24MHz。8、片内振荡器和时钟产生电路:6、具有5个中断源、两个中断优先级的中断控制系统9、具有节电工作方式：休闲方式及掉电方式。单片机原理及接口技术二、89C51/S51/S51系列单片机的性能89C51/S51/S51单片机与8051相比，具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式。以上各个部分通过片内8位数据总线（DBUS）相连接。另外89C51/S51/S51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式——空闲方式（IdleMode)和掉电方式（PowerDownMode）。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。此时的电流可降到大约为正常工作方式的15%。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。这种方式下的电流可降到15μA以下，最小可降到06μA。89C51/S51单片机还有一种低电压的型号，即89LV51，除了电压范围有区别之外，其余特性与89C51/S51完全一致。89C51/S51/LV51是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机。它采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器（NURAM）技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS51兼容；片内的FlashROM允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此89C51/S51/LV51是一种功能强、灵活性高，且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。单片机原理及接口技术§2.1.289C51/S51单片机芯片内部结构一、结构图二、结构组成单片机原理及接口技术一、结构图由中央处理单元（CPU）、存储器（ROM及RAM）和I/O接口组成。89C51/S51单片机内部结构如图2-2所示。P0驱动器P2驱动器P0锁存器P2锁存器RAM地址寄存器128BRAM4KBROMB寄存器暂存器1暂存器2ACCSP程序地址寄存器缓冲器PC增1PCDPTR中断、串行口和定时器PSWP1锁存器P1驱动器P3锁存器P3驱动器定时控制指令寄存器指令译码器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1XTAL2PSENALEEARESET89C51/S51单片机内部结构图运算器控制器存储器I/O接口P0驱动器P2驱动器P0锁存器P2锁存器RAM地址寄存器128BRAM4KBROMB寄存器暂存器1暂存器2ACCSP程序地址寄存器缓冲器PC增1PCDPTR中断、串行口和定时器PSWP1锁存器P1驱动器P3锁存器P3驱动器定时控制指令寄存器指令译码器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1XTAL2PSENALEEARESET89C51/S51单片机内部结构图运算器控制器存储器I/O接口单片机原理及接口技术二、结构组成（一）、中央处理单元（CPU）（二）、存储器（三）、I/O接口单片机原理及接口技术1、中央处理单元（89C51/S51CPU）1）运算器2）控制器单片机原理及接口技术1）运算器（1）8位的ALU：（2）8位累加器ACC（A）：（3）8位程序状态寄存器PSW：（4）8位寄存器B：（5）布尔处理器：（6）2个8位暂存器：单片机原理及接口技术1）运算器可对4位、8位、16位数据进行操作。（1）8位的ALU：单片机原理及接口技术1）运算器（2）8位累加器ACC（A）：它经常作为一个运算数经暂存器2进入ALU的输入端，与另一个来自暂存器1的运算数进行运算，运算结果又送回ACC。单片机原理及接口技术1）运算器指示指令执行后的状态信息供程序查询和判别用。（3）8位程序状态寄存器PSW：单片机原理及接口技术1）运算器（4）8位寄存器B：在乘除运算时，用来存放一个操作数也用来存放运算后的一部分结果；如不能做乘除运算时，作为通用寄存器。单片机原理及接口技术1）运算器（5）布尔处理器：专门用于处理位操作的，以PSW中的C为其累加器。单片机原理及接口技术1）运算器（6）2个8位暂存器：ALU的两个入口处。单片机原理及接口技术2）控制器（1）程序计数器PC（16位）（2）指令寄存器IR及指令译码器ID（3）振荡器和定时电路单片机原理及接口技术（1）程序计数器PC（16位）由两个8位计数器PCH、PCL组成。PC是程序的字节地址计数器，PC内容为将要执行的指令地址。改变PC内容，改变执行的流向。PC可对64KB的ROM直接寻址，也可对89C51/S51片内RAM寻址。单片机原理及接口技术（2）指令寄存器IR及指令译码器ID由PC中的内容指定ROM地址取出来的指令经IR送至ID由ID对指令译码产生一定序列的控制信号，以执行指令所规定的操作。单片机原理及接口技术（3）振荡器和定时电路89C51/S51单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容（2个30pF左右），其频率范围为1.2MHz~12MHz。该信号作为89C51/S51工作的基本节拍即时间的最小单位。单片机原理及接口技术2、存储器1）程序存储器（ROM）2）数据存储器（RAM）单片机原理及接口技术1）程序存储器（ROM）89C51/S51片内为4KBFlashROM。地址从0000H开始。用于存放程序和表格常数。单片机原理及接口技术2）数据存储器（RAM）89C51/S51RAM均为128B，地址为00H～7FH。用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。这128B的RAM中有32个字节单元可指定为工作寄存器。片内还有21个特殊功能寄存器（SFR），它们同128字节RAM统一编址，地址为80H～FFH。后面详细介绍。单片机原理及接口技术3、I/O接口89C51/S51有四个8位并行I/O接口P0～P3。它们都是双向端口，每个端口各有8条I/O线。P0-P3口四个锁存器同RAM统一编址，可作为SFR来寻址。单片机原理及接口技术2.289C51/S51单片机引脚及其功能§2.2.189C51/S51单片机引脚§2.2.289C51/S51单片机引脚功能单片机原理及接口技术§2.2.189C51/S51单片机引脚图2-3是89C51/S51/LV51的引脚结构图，有双列直插封装(DIP)方式和方形封装方式。单片机原理及接口技术图2-389C51/S51/LV51的引脚结构单片机原理及接口技术§2.2.289C51/S51单片机引脚功能一、电源引脚：Vcc和Vss二、时钟电路引脚：XTAL1和XTAL2三、控制信号引脚RST、ALE、PSEN和EA四、输入/输出端口P0、P1、P2和P3单片机原理及接口技术一、电源引脚：Vcc和Vss1．Vcc(40脚)：电源端，为+5V。2．Vss(20脚)：接地端。单片机原理及接口技术二、时钟电路引脚：XTAL1和XTAL2XTAL2（18脚）：接外部晶体和微调电容的一端；在89C51/S51片内它是振荡电路反向放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。89C51/S51正常工作时，该引脚应有脉冲信号输出。单片机原理及接口技术XTAL1（19脚）：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反向放大器的输入端，在采用外部时钟时，该引脚接地。二、时钟电路引脚：XTAL1和XTAL2单片机原理及接口技术三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EARST/VPD（9脚）：RST：复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。单片机原理及接口技术RST/VPD（9脚）：VPD：RST引脚的第二功能，备用电源输入端。当主电源Vcc发生故障，降低到低电平规定值时，将+5V电源自动接入该引脚，为RAM提供备用电源，以保证RAM中的信息不丢失，使得复位后能继续正常运行。三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EA单片机原理及接口技术ALE/PROG（30脚）：ALE：地址锁存允许信号端。正常工作时，该引脚以振荡频率的1/6固定输出正脉冲。CPU访问片外存储器时，该引脚输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。它的负载能力为8个LS型TTL负载。三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EA单片机原理及接口技术ALE/PROG（30脚）：PROG：是对片内带有4KBFlashROM的89C51/S51编程写入时的编程脉冲输入端。三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EA单片机原理及接口技术PSEN（29脚）：程序存储器允许信号输出端。在访问片外ROM时，定时输出负脉冲作为读片外ROM的选通信号，接片外ROM的OE端。它的负载能力为8个LS型TTL负载。三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EA单片机原理及接口技术EA/Vpp（31脚）：EA：外部程序存储器地址允许输入端。当该引脚接高电平时，CPU访问片内ROM并执行片内程序存储器中的指令，但当PC值超过0FFFH（片内ROM为4KB）时，将自动转向执行片外ROM中的程序。当该引脚接低电平时，CPU只访问片外ROM并执行外部程序存储器中的程序。三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EA单片机原理及接口技术EA/Vpp（31脚）：Vpp：对89C51/S51片内FlashROM固化编程时，编程电压输入端（12-21V）。三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EA单片机原理及接口技术四、输入输出端口P0、P1、P2和P31、准双向2、P0口3、P1口4、P2口5、P3口6、端口某1位结构单片机原理及接口技术1、准双向当I/O口作为输入时，应先向此口锁存器写入全1，此时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。单片机原理及接口技术2、P0口：漏极开路的8位准双向I/O口，每位能驱动8个LS型TTL负载。P0口可作为一个数据输入/