单片机的引脚及其功能

第2章单片机的硬件结构和原理第2章单片机的硬件结构和原理2.1概述2.2MCS-51单片机硬件结构2.3中央处理器CPU2.4存储器的结构2.5并行输入/输出接口2.6单片机的引脚及其功能2.7单片机工作的基本时序第2章单片机的硬件结构和原理2.1概述2.1.1单片机的发展简史1.4位单片机（1971～1974）2.低档8位单片机（1974～1978）3.高档8位单片机（1978～1982）4.16位单片机（1982～1990）5.新一代单片机（90年代以来）第2章单片机的硬件结构和原理2.1.2单片机的应用1.单机应用（1）测控系统。（2）智能仪表。（3）机电一体化产品。（4）智能接口。（5）智能民用产品。第2章单片机的硬件结构和原理2.多机应用（1）功能集散系统。（2）并行多控制系统。（3）局部网络系统。第2章单片机的硬件结构和原理2.2MCS-51单片机硬件结构2.2.1MCS-51系列单片机的分类表2.1MCS-51系列单片机配置一览表第2章单片机的硬件结构和原理2.2.2MCS-51单片机的内部结构图2.1MCS-51单片机结构框图第2章单片机的硬件结构和原理2.3中央处理器CPU2.3.1运算器1.算术逻辑单元ALU2.累加器ACC（Accumulator）3.寄存器B4.程序状态字PSW（ProgrameStateWord）CyACF0RS1RS0OV…PD7D6D5D4D3D2D1D0PSW第2章单片机的硬件结构和原理表2.2RS1、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第2章单片机的硬件结构和原理2.3.2控制器1.时钟电路图2.2单片机时钟电路（a）内部时钟电路；（b）外部振荡源第2章单片机的硬件结构和原理2.复位电路图2.3（a）上电复位电路；(b)开关复位电路第2章单片机的硬件结构和原理表2.3复位后内部寄存器状态第2章单片机的硬件结构和原理3.指令寄存器中存放指令代码。CPU执行指令时,由程序存储器中读取的指令代码送入指令存储器,经译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号,完成指令所指定的操作。第2章单片机的硬件结构和原理4.程序计数器PC（ProgramCounter）PC用于存放CPU下一条要执行的指令地址,是一个16位的专用寄存器,可寻址范围是0000H~0FFFFH共64KB。程序中的每条指令存放在ROM区的某一单元,并都有自己的存放地址。CPU要执行哪条指令时,就把该条指令所在的单元的地址送上地址总线。在顺序执行程序中,当PC的内容被送到地址总线后,会自动加1,即(PC)←(PC)+1,又指向CPU下一条要执行的指令地址。第2章单片机的硬件结构和原理5.堆栈指针SP（StackPointer）堆栈操作是在内存RAM区专门开辟出来的按照“先进后出”原则进行数据存取的一种工作方式,主要用于子程序调用及返回和中断处理断点的保护及返回,它在完成子程序嵌套和多重中断处理中是必不可少的。为保证逐级正确返回,进入栈区的“断点”数据应遵循“先进后出”的原则。SP用来指示堆栈所处的位置,在进行操作之前,先用指令给SP赋值,以规定栈区在RAM区的起始地址（栈底层）。当数据推入栈区后,SP的值也自动随之变化。MCS-51系统复位后,SP初始化为07H。第2章单片机的硬件结构和原理6.数据指针寄存器DPTR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。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。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。第2章单片机的硬件结构和原理2.4存储器的结构图2.4MCS-51单片机的存储器结构第2章单片机的硬件结构和原理1.程序存储器对于8051来说,程序存储器（ROM）的内部地址为0000H~0FFFH,共4KB;外部地址为1000H~FFFFH,共60KB。当程序计数器由内部0FFFH执行到外部1000H时,会自动跳转。对于8751来说,内部有4KB的EPROM,将它作为内部程序存储器;8031内部无程序存储器,必须外接程序存储器。8031最多可外扩64KB程序存储器,其中6个单元地址具有特殊用途,是保留给系统使用的。0000H是系统的启动地址,一般在该单元中存放一条绝对跳转指令。0003H、000BH、000BH、001BH和0023H对应5种中断源的中断服务入口地址。第2章单片机的硬件结构和原理2.内部数据存储器MCS-51单片机片内RAM的配置如图2.4（b）所示。片内RAM为256字节,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。在低128字节RAM中,00H~1FH共32单元是4个通用工作寄存器区。每一个区有8个通用寄存器R0~R7。寄存器和RAM地址对应关系如表2.4。第2章单片机的硬件结构和原理表2.4寄存器与RAM地址对照表第2章单片机的硬件结构和原理表2.5RAM中的位寻址区地址表第2章单片机的硬件结构和原理表2.6SFR第2章单片机的硬件结构和原理表2.6SFR第2章单片机的硬件结构和原理表2.6SFR第2章单片机的硬件结构和原理3.外部数据存储器一般由静态RAM构成，其容量大小由用户根据需要而定,最大可扩展到64KBRAM,地址是0000H~0FFFFH。CPU通过MOVX指令访问外部数据存储器,用间接寻址方式,R0、R1和DPTR都可作间接寄存器。注意,外部RAM和扩展的I/O接口是统一编址的,所有的外扩I/O口都要占用64KB中的地址单元。第2章单片机的硬件结构和原理2.5并行输入/输出接口图2.5P0口内部一位结构图1.P0口第2章单片机的硬件结构和原理2.P1、P2和P3口P1、P2和P3口为准双向口,在内部差别不大,但使用功能有所不同。P1口是用户专用8位准双向I/O口,具有通用输入/输出功能,每一位都能独立地设定为输入或输出。当有输出方式变为输入方式时,该位的锁存器必须写入“1”,然后才能进入输入操作。P2口是8位准双向I/O口。外接I/O设备时,可作为扩展系统的地址总线,输出高8位地址,与P0口一起组成16位地址总线。对于8031而言,P2口一般只作为地址总线使用,而不作为I/O线直接与外部设备相连。第2章单片机的硬件结构和原理表2.7P3口的第二功能第2章单片机的硬件结构和原理2.6单片机的引脚及其功能图2.6MCS-51(a)管脚图；(b)8031引脚功能分类第2章单片机的硬件结构和原理2.7单片机工作的基本时序1.（1）振荡周期:也称时钟周期,是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。（2）状态周期:每个状态周期为时钟周期的2倍,是振荡周期经二分频后得到的。（3）机器周期:一个机器周期包含6个状态周期S1~S6,也就是12个时钟周期。在一个机器周期内,CPU可以完成一个独立的操作。（4）指令周期:它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。每条指令执行时间都是有一个或几个机器周期组成。MCS-51系统中,有单周期指令、双周期指令和四周期指令。第2章单片机的硬件结构和原理2.MCS-51指令的取指/执行时序图2.7MCS-51单片机取指/执行时序第2章单片机的硬件结构和原理3.访问外部ROM和RAM的时序图2.8读外部程序ROM时序第2章单片机的硬件结构和原理图2-9读外部数据RAM时序第2章单片机的硬件结构和原理图2.10写外部数据RAM的时序