,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第二章,MCS_51,單片機的結(jié)構(gòu)原理,本章主要介紹,MCS_51,系列的8051的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、存儲器結(jié)構(gòu)、,P,0,、P,1,、P,2,、P,3,四個,I/O,口的基本工作原理和操作特點。單片機的 各種工作方式、單片機的時序等。,2.1,概 述,MCS_51,系列單片機是,Intel,公司于是,1980,年推出的高檔,8,位機。由于其優(yōu)秀的性能價格獲得了廣泛的應用，也成為我國單片機市場的主流產(chǎn)品。,目前廣泛使用的,MCS-51,系列單片機有三個版本：,8031,、,8051,、,8751,。,8051,：,8,位,CPU,、,128B RAM,、,4KB ROM,、,23,個特殊功能寄存器、,4,個,8,位并行口、,1,個全雙工串行口、,2,個別,16,位定時,/,計數(shù)器。,8751,：,僅改進來,8051,的掩模式的,4,KB ROM,為,4,KB,的,EPROM,。,8031,：,較,8051,不包含,ROM,。,嚴格說來，,8031,不是完全的單片機。,單片機的發(fā)展非常迅速，世界上一些著名的器件公司如,Motorola,公司、,Zilog,公司等也競相推也新產(chǎn)品。,1983,年，,Intel,公司又推出了高性能的,16,位,MCS-96,系列單片機。,INTEL,公司將,MCS51,的核心技術授權給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機，當然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中89,C51,就是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國,ATMEL,公司開發(fā)生產(chǎn)的。以后我們將用89,C51,來完成一系列的實驗。,表,2.1,MCS-51,系列型號,型 號,制造技術,片內(nèi)程序存儲器,片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器,8051,AH,H MOS,ROM(4k),128字節(jié),8031,AH,AH MOS,無,128字節(jié),8751,H,H MOS,EPROM（4K）,128字節(jié),80,C51,CHMOS,ROM（4K）,128字節(jié),80,C31,CHMOS,無,128字節(jié),8052,H MOS,ROM（8K）,256字節(jié),8032,H MOS,無,256字節(jié),2.2,MCS_51,單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳,圖 21,MCS-51,單片機的基本結(jié)構(gòu),圖,22 8051,的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,通道,0,驅(qū)動器,通道,2,驅(qū)動器,RAM,地址鎖存器,RAM,通道,0,鎖存器,通道,2,鎖存器,ROM/,EPROM,B,寄存器,程序地址寄存器,緩沖器,PC,遞增器,程序計數(shù)器,PC,驅(qū)動器,DPTR,指針,V,CC,GND,P,1.0,P,1.7,堆棧指針,SP,ACC,TMP,2,PSW,通道,3,鎖存器,通道,1,鎖存器,通道,1,驅(qū)動器,通道,3,驅(qū)動器,TMP,1,SCON,TMOD,PCON,TCON,TL0,TH1,TH0,TL1,IE,SBUF(TX/RX),IP,中斷、串行口和定時器邏輯,振蕩器,P,3.0,P,3.7,RST,EA,ALE,PSEN,XTAL,2,XTAL,1,ALU,(+5V),指令,寄存器,定時和,控制邏輯,指令,譯碼器,2.2.1,8051單片機的結(jié)構(gòu),1.,中央處理單元,(8,位,CPU,),2.,只讀存儲器(4,K ROM),3.,隨機存取存儲器(128,B/256B RAM),4.,并行輸入,/,輸出口（,32,條）:,P0,口、,P1,口、,P2,口、,P3,口,5.,串行輸入,/,輸出口（,2,條）:,TXD RXD,6.,定時,/,計數(shù)器:,T0 T1,7.,時鐘電路為內(nèi)部振蕩器與外接晶振電路。,8.,中斷系統(tǒng)有,5,個中斷:,INT0 INT1 TF0 TF1 TI/RI,2.2.2,MCS_51,單片機外部引腳,掩模,MOS,制造工藝的,MCS_51,單片機都采用,40,腳,雙列直插式封裝（,DIP,）,方式。下面分別敘述這,40,條,引腳的功能。,主電源引腳,.,VSS,(20,腳)：接地；,.,VCC,（,40,腳）：接,+5,V,電源。,外接晶振引腳,.,XTAL1,（,19,腳）：接外部晶振的一個腳。,.,XTAL2,（,18,腳）：接外部晶振的一個引腳。,控制或復位引腳,.,RST/VPD,（,9,腳）,.ALE/PROG,(30,腳),PSEN,（29,腳）,EA/VPP,（31,腳）,輸入/輸出引腳,P0P3,共4個輸入/輸出口，32個引腳，每個口為8根,I/O,線，它們的功能與使用將在本章程2.5節(jié)中詳細介紹。,圖2.3,MCS51,引腳圖,2.3,MCS_51,單片機存儲器配置,圖2.4,8051,存儲器組織結(jié)構(gòu)圖,2.3.1,MCS_51,的存儲器結(jié)構(gòu),1物理上，分為4個存儲空間：片內(nèi),ROM,、,片外,ROM,、,片外,RAM,（8031,無片內(nèi),ROM,）。,2,邏輯上，分為3個空間：片內(nèi)、片外同一程序存儲器，片內(nèi)隨機存儲,器，片外隨機存儲器。它們的編址方式太及可用于其上的指令如下。,程序存儲器（片內(nèi)、片外）統(tǒng)一編址，使用,MOVC,指令；,數(shù)據(jù)存儲器（片內(nèi)）統(tǒng)一編址，使用,MOV,指令；,數(shù)據(jù)存儲器（片外）統(tǒng)一編址，使用,MOVX,指令。,3功能上，把存儲器分為5種類型：,程序存儲器，使用,MOVC,指令；,內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，使用,MOV,指令；,外部數(shù)據(jù)存儲器，使用,MOVX,指令；,特殊功能寄存器，使用,MOV,指令；,位地址空間，使用,MOV、SETB、CLR,等指令。,程序存儲器,容量：可擴展到,64,KB,。,尋址范圍：,0000,HFFFFH,，,共,64,KB,。,EA,=1，,尋址內(nèi)部,ROM,；,EA,=0，,尋址外部,ROM,。,地址碼長度：16位。,尋址方式：基址+變址尋址，如：,MOVC A，A+DPTR,MOVC A，A+PC,作用：存放程序及程序運行時所需的常數(shù)。,特征：,（1）若無片內(nèi),ROM（8031），64KB,全部由外部,ROM,承擔，主要存放處理程序及所需的常數(shù)。,（2）有7個單元具有特殊含義，它們是：0000,H：,系統(tǒng)復位后，,PC=0000H，,由0000,H,單元存放一條絕對 跳轉(zhuǎn)指令，用戶設計的程序由跳轉(zhuǎn)后的地址存放；,0003,H,：,外部中斷0的入口直址；000,BH：,定時器1的溢出中斷入口地址；,0013,H,：,外部中斷的入口地址；,001,BH,：,定時器1的溢出中斷入口地址；,0023,H,：,串行口中斷入口地址；,002,BH,：,定時器2溢出中斷入口地址（8032、8052有）。,（3）訪問外部程序存儲器的信息傳送通路：地址碼由,P0,、,P2,口傳送，控制信號由,PSEN,（,讀選通）接,EPROM,的,OE,，,數(shù)據(jù)信息由,P0,接收。,2.3.3,內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器,51系列單片機的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器在物理上分為兩個區(qū)：,00,H7FH,單元組成的低落128字節(jié)的,RAM,塊和字節(jié)的,SFR,塊。,尋址范圍：,00,H7FH,。,作用：作數(shù)據(jù)緩沖用。,特征：,（1）,00,H1FH,共32個單元作工作寄存器用，分為4個區(qū)，每個區(qū)8個單元，由,PSW,中的,RS1、RS0,確定當前工作區(qū)；,（2）,20,H2FH,為位尋址區(qū)，作為布爾處理機存儲空間的一部分；,（3）可在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中開辟一個堆棧區(qū)，堆棧深度小于128字節(jié)。,數(shù)據(jù)緩沖區(qū),堆棧區(qū),工作單元,位地址：00,H7FH,3區(qū),2區(qū),1區(qū),0區(qū),只能字節(jié)尋址,可位尋址，也可字節(jié)尋址,4組工作寄存器,R0R7,可以字節(jié)地址尋址,00,H,1,FH,202,FH,30,H,7,FH,圖2.5,RAM,空間分配示意圖,RS1 RS0,寄存器區(qū),R0R7,所占單元的地址,0 0,0 1,1 0,1 1,0組,1組,2組,3組,00,H07H,08H0FH,10H17H,18H1FH,表2.3,PSW3、PSW4,的含義,2.3.4,特殊功能寄存器,SFR,尋址空間：,80,HFFH,。,注意：在,MCS-51,中，只有,22,個專用寄存器，其中,6,個是雙,字節(jié)寄存器。,PC,為程序計數(shù)器，在物理上獨立，用于安放,下一條將要執(zhí)行的指令的地址（程序存儲器地址），是一,個,16,位專用寄存器，尋址范圍為,064,KB,，,不屬于內(nèi)部數(shù),據(jù),RAM,的,SFR,塊，共占用了,26,個字節(jié)。其中，,SBUF,有兩個寄,存器。,所有特殊功能寄存器的地址分配和位地址分別如表2.4、,表2.5所示。,符號,名稱,位地址,字節(jié)地址,符號,名稱,位地址,字節(jié)地址,*,ACC,累加器,E0E7H,0,E0H,+*,T2CO,定時/計數(shù)器2控制,C8CFH,0,C8H,*,B,乘法寄存器,F0F7H,0,F0H,TH0,定時器0高8位,8,CH,*,PSW,程序狀態(tài)字,D0D7H,0,D0H,TH1,定時器1高8位,8,DH,SP,堆棧指針,81,H,TL0,定時器0低8位,8,AH,DPTR,數(shù)據(jù)存儲器指針,83,H 82H,TL1,定時器1低8位,8,BH,*,P0,通道0,8087,H,80,H,+,TH2,定時器2高8位,0,CDH,*,P1,通道1,9097,H,90,H,+,TL2,定時器2低8位,0,CCH,*P2,通道2,A0A7H,0,A0H,+,RLDH,定時/計數(shù)器2自動裝載（高）,0,CBH,*,P3,通道3,B0B7H,0,B0H,+,PLDL,定時/計數(shù)器2自動裝載（高）,0,CAH,*,IP,中斷優(yōu)先控制寄存器,B8BFH,0,B8H,*,SCON,串行口控制,989,FH,98,H,*,IE,中斷允許控制寄存器,A8AF,0,A8H,SBUF,串行數(shù)據(jù)緩沖器,99,H,TMOD,定時/計數(shù)器方式選擇,89,H,PCON,電源控制及波特率選擇,87,H,*TCON,定時/計數(shù)器控制,888,FH,88,H,注：*可按字節(jié)和位尋址；+僅在8032/8052芯片中存在,表2.4 特殊功能寄存器,SFR,一纜表,算術運算寄存器,（1）累加器,A,（Accumulator）,（2）,B,寄存器,（3）程序狀態(tài)字,PSW,（Program Status Word）,寄存器,.,CY,（PSW.7）(Carry0:,進位/借位標志。,.,AC,（PSW.6）（Auxiliary Carry）,輔助進位/借位標志。,.,F0,(PSW.5)(Flag 0):,標志0。,.,RS1、RS0,（PSW.4、PSW.3）(Register Bank Select):,寄存器區(qū),選擇控制位。,.,OV,（PSW.2）(Overflow):,溢出標志。,.,P,(PSW.0),奇偶標志。,CY,AC,F0,RS1,RS0,OV,-,P,2.,指針寄存器,程序計數(shù)器,PC：,指明即將執(zhí)行的下一條指令的地址，為,16,位寄存器。系統(tǒng)初始化時，,PC=0000H，,可尋址范圍,64,KB。,堆棧指針,SP：,指明棧頂元素的地址，,8,位?？捎绍浖O置初始值，系統(tǒng)復位時設置為,07,H。,堆棧,：,堆棧是一個區(qū)域，主要用來保護斷點和保護現(xiàn)場，這個區(qū)域本身沒有任何特殊之處，就是內(nèi)部,RAM,的一部份，特殊的是它存放和取用數(shù)據(jù)的方式，即所謂的先進后出，后進先出，并且堆棧有特殊的數(shù)據(jù)傳輸指令，即,PUSH,和,POP,，,有一個特殊的專為其服務的單元，即堆棧指針,SP,，,每當執(zhí)一次,PUSH,指令時，,SP,就（在原來值的基礎上）自動加,1,，每當執(zhí)行一次,POP,指令，,SP,就（在原來值的基礎上）自動減,1,。由于,SP,中的值可以用指令加以改變，所以只要在程序開始階段更改了,SP,的值，就可以把堆棧設置在規(guī)定的內(nèi)存單元中。,數(shù)據(jù)指針,DPTR：,指明訪問的數(shù)據(jù)存儲器的單元地址，16位，可尋址范圍64,KB，,由,DPH，DPL,組成。,DPH，DPL,也可單獨作為8位寄存器使用。,3.,并行輸入/輸出端口,專用寄存器P0、P1、P2、P3分別是P0P3的