第二部分——MCS-51系列单片机的结构和原理-8051单片机课件

第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录1MCS-51单片机系统硬件结构(2课时)1.1MCS-51单片机结构框图1.2MCS-51单片机外部引脚及其功能1.4MCS-51单片机存储器结构2MCS-51单片机工作原理（2课时）2.1MCS-51单片机的时钟与时序2.2MCS-51单片机工作过程2.3MCS-51单片机工作方式单片机的结构和原理部分2.4MCS-51单片机最小应用系统1.3MCS-51单片机内部寄存器及其功能总目录ⅡⅠ第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录1、熟练掌握MCS=51系列单片机基本结构，存储器结构，PC、PSW、SP、DPTR的组成及作用；2、掌握堆栈的操作，8051的引脚功能，复位和程序工作方式，复位电路和时钟电路的组成，时钟和时序的基本概念；3、了解MCS-51系列单片机各代表型号的区别。MCS-51单片机系统硬件结构单片机的结构和原理部分教学目的要求：重点：MCS-51系列单片机基本结构、存储器结构、PC、PSW、SP、DPTR的组成及作用、堆栈的操作和8051的引脚功能。难点：PSW的定义和含义及应用价值第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录1MCS-51单片机系统硬件结构1.1MCS-51单片机结构框图1.1.1内部资源8位CPU；4KB字节掩膜ROM程序存贮器；128字节内部RAM数据存贮器；2个16位的定时器/计数器；1个全双工的异步串行口,4个8位并行I/O口；5个中断源、2级中断优先级的中断控制器；时钟电路，外接晶振和电容可产生1.2MHz~24MHz的时钟频率。第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录1.1.2结构框图MCS51系列单片机的所有产品都含有8051除程序存贮器外的基本硬件，都是在8051的基础上增减部分资源（程序存贮器、数据存贮器、I/O口、定时/计数器及一些其它特殊部件）。微处理器(运算部件)CPU控制部件数据存贮器128BRAMP0口P2口P3口程序存贮器4KB特殊功能寄存器（SFR）中断系统定时器0定时器1串行口P1口ROM/EPROM外部中断888PSENEAALERESETBXTAL1XTAL2VCCVSS图1-1MCS-51系列单片机结构框图定时器2特殊I/O特殊部件128BRAMnKB8第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录1.2MCS-51单片机外部引脚及其功能P0I/OP2I/OI/OP1I/OP3VccALEPSENEARSTXTAL1XTAL2Vss图1-2b逻辑符号803180518751图1-2aMCS-51引脚图P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9RxDP3.010TxDP3.111INT0P3.212T0P3.414WRP3.616RDP3.717XTAL218XTAL119Vss2039P0.038P0.137P0.236P0.335P0.434P0.533P0.632P0.731EA/Vpp29PSEN28P2.727P2.626P2.525P2.424P2.340Vcc803180518751P1.01T1P3.515INT1P3.31322P2.121P2.023P2.230ALE/PROG制造工艺为HMOS的系列单片机大都采用40条引脚的双列直插式封装（DIP)。第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录一、电源及时钟引脚Vcc(40脚)：接+5V电源；Vss(20脚)：接地;XTAL1(19脚)：接外部晶体的一个引脚;XTAL2(18脚)：接外部晶体的另一端;时钟引脚(18、19脚)外接晶体时与片内的反相放大器构成一个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。图12aMCS-51引脚图P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9RxDP3.010TxDP3.111INT0P3.212T0P3.414WRP3.616RDP3.717XTAL218XTAL119Vss2039P0.038P0.137P0.236P0.335P0.434P0.533P0.632P0.731EA/Vpp29PSEN28P2.727P2.626P2.525P2.424P2.340Vcc803180518751P1.01T1P3.515INT1P3.31321P2.022P2.123P2.230ALE/PROG第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录图12aMCS-51引脚图P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9RxDP3.010TxDP3.111INT0P3.212T0P3.414WRP3.616RDP3.717XTAL218XTAL119Vss2039P0.038P0.137P0.236P0.335P0.434P0.533P0.632P0.731EA/Vpp29PSEN28P2.727P2.626P2.525P2.424P2.340Vcc803180518751P1.01T1P3.515INT1P3.31321P2.022P2.123P2.230ALE/PROG二、控制引脚RST／VPD(9脚)当振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位(RST)；ALE／PROG(30脚)当单片机访问外部存贮器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲的下降沿用于锁存16位地址的低8位。即使不访问外部存贮器，ALE端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率的1／6；PSEN(29脚)此输出为访问外部程序存贮器的读选通信号；EA／Vpp(31脚)当EA端保持高电平时，单片机访问的是内部程序存贮器(对8051、8751来说)，但当PC(程序计数器)值超过某值（如8751内部含有4KBEPROM，值为0FFFH）时，将自动转向执行外部程序存贮器内的程序。当EA端保持低电平时，则不管是否有内部程序存贮器而只访问外部程序存贮器。第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录三、输入输出引脚●P0口MCS—51单片机中有４个双向（８位）并行I/O端口（３２线），每线都配备独立的端口锁存器、输出驱动器和输入缓冲器，用于与外界设备之间交换信息。图1-3P0口一位结构图P0口除了作普通的I/O口，直接和外部设备打交道外;还用作片外总线的地址总线AB0-AB7的低八位和数据总线。注：单片机复位后4个端口对外均呈现高电平第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录P2口除了作普通的I/O口，直接和外部设备打交道外;还用作片外总线的地址总线的高八位地址线AB8-AB15●P2口P0口在作输出入口使用时，由于它无内部上拉电阻，为了在口线上输出高电平并具有一定的驱动能力，必须外接上拉电阻。注意：作输入口使用时，为了防止口锁存器对输入口线的输入信号造成影响，必须先往口锁存器写1。同理，P2口作输入时，也必须先往口锁存器写1。图1-4P2口一位结构图第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录图1-5P1口一位结构图P1口只用作普通输入输出口●P1口从单片机的使用角度来看，P1是一个真正的双向口，而其他三个端口都是准双向口。注意：和P0、P2口一样，为防止口锁存器对输入口线造成影响，P1口作输入时，也必须先往口锁存器写1。第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录图1-6P3口一位结构图P3口除了作普通的I/O口（功能和P1口一样）直接和外部设备打交道外;还具有第二功能。P3.0串行输入口(RXD)P3.1串行输出口(TXD)P3.2外中断0(INT0)P3.3外中断1(INT1)P3.5定时/计数器1的外部输入口(T1)P3.6外部数据存储器写选通(WR)P3.4定时/计数器0的外部输入口(T0)P3.7外部数据存储器读选通(RD)第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录1.3MCS-51单片机内部寄存器及其功能一、累加器Accumulator(ACC)功能:累加器A是一个最常用的专用寄存器，大部分单操作指令的一个操作数取自累加器，很多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。加、减、乘、除法运算的指令，运算结果都存放于累加器A或寄存器B中。大部分的数据操作都会通过累加器A进行，它形象于一个数据运输中转站，在数据传送过程中，任何两个不能直接实现数据的传送单元之间，通过累加器A中转，都能送达目的地。第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录二、寄存器B功能:在乘除法指令中，乘法指令中的两个操作数分别取自累加器A和寄存器B，其结果存放于AB寄存器对中。除法指令中，被除数取自累加器A，除数取自寄存器B，结果商存放于累加器A，余数存放于寄存器B中。三、程序状态字功能:标志寄存器,保存指令执行结果的特征信息,以供程序查询和判断表1-1PSW格式及含义位编号PSW。7PSW。6PSW。5PSW。4PSW。3PSW〉2PSW。1PSW。0位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H位定义名CyACF0RS1RS0OVP第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录Cy——进位/借位标志位；反映无符号数运算时有无进（借）位；位累加器（C）在加法（减法）运算时，Cy位有进位（借位）时，Cy由硬件置1，否则Cy清０，在进行位操作时，Cy又是位累加器．AC——辅助进/借位标志；用于十进制调整。在进行加（减）法运算时，D3位向D4位有进（借）位时，AC位由硬件自动置１，否则AC位清０.F0——由用户根据需要自行定义标志位；软件置位/清零。OV——溢出标志位；反映有符号数运算时有无溢出；由硬件置位/清零。在进行补码运算时，运算结果超出－128~+127范围时，称之产生溢出，则OV自动置１，否则OV清零．在进行加法或减法运算时，当D6位向D7位有进位或借位，而D7位没有向Cy位进位或借位时，则OV=1或C6y=0而C7y=1时，OV=1.在进行乘法或除法运算时也会影响OV．若A和B中的两个数的乘积超过255时，OV=1，否则OV=0;当除数为0时，OV=1,否则为0。PSW.1——保留位（未定义）．P——奇偶校验标志位;常用于校验串行通信中数据传送是否正确.该位始终跟踪累加器A中1的数目的奇偶性,当A中有奇数个1,则P=1;否则P=0.RS1、RS0——工作寄存器组选择位；用于选择工作寄存器物理地址RS1RS0工作寄存器组号R0~R7的物理地址00000H~07H01108H~0FH10210H~17H11318H~1FH表1-2工作寄存器选择第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理上饶职业技术学院——电子工程系编著组目录四、程序计数器PC(programCounter)程序计数器在物理上是独立的，它不属于特殊内部数据存储器块中。PC是一个16位的计数由两个八位寄存器PCH和PCL组成，用于存放一条要执行的指令地址，寻址范围为64kB，PC有自动加1功能，即完成了一条指令的执行后，其内容自动加1。PC本身并没有地址，因而不可寻址，用户无法对它进行读写，但是可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以控制程序的执行顺序。五、数据指针（DPTR）数据指针为16位寄存器，编程时，既可以16位寄存器来使用，也可以按两个8位寄存器来使用,即高位字节寄存器DPH和低位字节DPL。DPTR主要是用来保存16位地址，当对64kB外部数据存储器寻址时，