2第二章单片机芯片的硬件结构

第2章单片机的硬件结构第二章单片机的硬件结构2.1MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚2.2MCS-51单片机的内部存储器2.3MCS-51单片机并行输入/输出口电路2.4MCS-51单片机时钟电路与时序2.5MCS-51的工作方式第2章单片机的硬件结构2.1MCS-51单片机逻辑结构及信号引脚频率基准源计数器内部总线中断中断控制并行I/O口串行输入/输出振荡器及定时电路4K/8K字节程序存储器ROM128/256字节数据存储器RAM2个16位定时器/计数器CPU64K字节总线扩展控制可编程I/O口4×8位可编程串行口1、中央处理单元CPU（8位）用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位）2、片内程序存储器ROM（4KB）用于存放程序、原始数据及表格3、片内数据存储器RAM（128B）用于存放可以读或写的数据，如运算的中间结果，最终结果以及欲显示的数据等4、并行输入/输出口I/O（32线）用作系统总线、扩展外存、I/O接口芯片5、串行输入/输出口UART（二线）串行通信、扩展I/O接口芯片6、定时/计数器T（16位增量可编程）每个定时器/计数器都是可以设置成计数方式，用以对外部事件计数，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7、时钟电路fosc分为内部振荡器、外接振荡电路，最高允许振荡频率是12MHZ8、中断系统五源中断、两级优先，可编程进行控制。9、位处理器10、总线MCS-51单片机芯片内部逻辑结构1.CPU又称为微处理器，由运算器和控制器二部组成。1.运算器组成：由算术运算单元ALU及相关的专用寄存器组组成。功能：1）算术逻辑单元ALU在控制信号作用下可进行各种算术运算操作各逻辑操作。2）专用寄存器组主要用于指示当前所执行指令的内存地址、存放操作数和指示指令执行后的状态等。第2章单片机的硬件结构MCS-51单片机芯片内部逻辑结构说明：1）运算器包括一个可进行8位算术运算和逻辑运算的单元ALU，MCS-51CPU的字长为8位.2）8位的暂存器1、暂存器2。3）8位的累加器ACC累加器A是一个最常用的专用寄存器，大部分操作指令的操作数取自累加器A，其运算结果大多也存放于累加器A中，指令系统用A作为累加器的助记符。4）寄存器B：与累加器A一起完成乘除运算，乘法指令的两个操作数分别取自A和B，相乘结果高8位存于B中，低8位存于A中。其他指令，B可当作一般寄存器存取数据。2.控制器控制器包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、堆栈指针SP、数据指针DPTR、振荡器及定时电路等。1）程序计数器PC：由两个8位的计数PCH及PCL组成，共16位。PC实际上是程序的字节地址计数器，PC中的内容是将要执行的下一条指令的地址。改变PC的内容就可改变程序执行的方向。PC可对64KB的ROM（程序存储器）直接寻址。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，取出来的指令经指令寄存器IR送至指令译码器ID,由ID对指令译码并送PLA产生一定序列的控制信号，以执行指令所规定的操作。3）堆栈指针SP4）数据指针DPTR:第2章单片机的硬件结构程序的切换（两句话）处理器是个傻瓜，PC让它干啥，它就干啥。PC是个指路器，它指向哪儿，处理器就去哪儿。从此可以知道，哪个语句占有了PC，哪个语句就占有了处理器。=PC深刻地理解PC是理解系统进行程序执行的关键。第2章单片机的硬件结构PC的功能：1、提供初始状态功能。系统复位时PC=0000H,即指向ROM的一开始单元，找到程序第一条指令所在的单元。2、提供计数功能。在顺序结构的程序执行时，系统自动执行(PC)+1送入PC，最终PC的值就是相对第一指令的偏移地址，即程序执行的指令条数。3、提供程序的转移功能。在跳跃结构的程序执行时，系统自动执行目的地址送入PC，即通过改变PC的值来改变程序的执行方向。MCS-51单片机信号引脚封装形式，见右图：01p.71p.SSV1XTAL2XTALRD73p/.WR63p/.1T53p/.0T43p/.1INT33p/.0INT23p/.TXD13p/.RXD03p/.RST02p.72p.CCV00p.70p.PSENPROGALE/EAVpp/182018191716151413121110921284039322930318051引脚及功能1、主电源引脚Vss、Vcc2、外接晶振引脚XTAL1、XTAL23、控制或复位引脚RST/VPD——当出现两个机器周期高电平时，单片机复位。复位后，PC=0000H,P0~P3输出高电平；SP寄存器为07H；其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。复位电路的实现：=0时，只访问外部程序存储器,即外ROM=1时，访问内部程序存储器,即内ROM/Vpp——内\外ROM选择端对于8751单片机编程时，该端施加编程电压4、输入/输出引脚P0.0~P0.7；P1.0~P1.7；P2.0~P2.7；P3.0~P3.7四个I/O口，每口八条线；还兼作地址/数据线。EAEAEAALE/PROG——地址锁存控制端提供1/6fosc振荡频率；为其内的EPROM输入编程脉冲PSEN——外部程序存储器的读选通信号端2.2MCS-51单片机的内部存储器H0080HRAM内部FFH能寄存器特殊功0FFFFH）（外部K64RAM数据存储器H00007FH0FFFFH0FFFH1EA内部ROMH0000程序存储器1000H外部ROM/EA=0第2章单片机的硬件结构2.2MCS-51单片机的内部存储器H0080HRAM内部FFH能寄存器特殊功0FFFFH）（外部K64RAM数据存储器H00007FH0FFFFH0FFFH1EA内部ROMH0000程序存储器1000H外部ROM/EA=0物理上分为：4个空间即片内ROM、片外ROM片内RAM、片外RAM第2章单片机的硬件结构2.2MCS-51单片机的内部存储器H0080HRAM内部FFH能寄存器特殊功0FFFFH）（外部K64RAM数据存储器H00007FH0FFFFH0FFFH1EA内部ROMH0000程序存储器1000H外部ROM/EA=0逻辑上分为:3个空间（程序员的角度）1、片内、外统一编址的程序存储空间，0000H~FFFFH共64KB（16位地址）2、片外数据存储空间，0000H~FFFFH共64KB（16位地址）3、片内数据存储空间，00H~7FH共128B（8位地址）。第2章单片机的硬件结构2.2MCS-51单片机的内部存储器H0080HRAM内部FFH能寄存器特殊功0FFFFH）（外部K64RAM数据存储器H00007FH0FFFFH0FFFH1EA内部ROMH0000程序存储器1000H外部ROM/EA=0三类不同存储空间（逻辑空间）的访问方法：用不同的指令区别：访问片内外ROM用MOVC指令；访问片外RAM用MOVX指令；访问片内RAM用MOV指令；第2章单片机的硬件结构一、程序存储器寻址范围：0000H~FFFFH容量64KB，即地址长度：16位1EA，寻址内部ROM；0EA，寻址外部ROM。当PC值超过片内ROM容量时会自动转向外部存储器空间。EA8031单片机接低电平。作用：存放程序及程序运行时所需的常数。第2章单片机的硬件结构七个具有特殊含义的单元是：0000H——系统复位，PC指向此处；0003H——外部中断0入口000BH——T0溢出中断入口0013H——外中断1入口001BH——T1溢出中断入口0023H——串口中断入口002BH——T2溢出中断入口第2章单片机的硬件结构二、内部数据存储器物理上分为两大区域：00H~7FH即128B内RAM区80H~FFH即SFR区。第2章单片机的硬件结构1、低128BRAM（00H~7FH）可直接、间接访问。分为三个区域（1）工作寄存器组区（字节地址00H~1FH）4组32个单元，每组8个寄存器R0、R1、R2……R7工作寄存器组区第2章单片机的硬件结构（1）工作寄存器组区（字节地址00H~1FH）4组32个单元，每组8个寄存器R0、R1、R2……R700H01H02H04H03H05H06H07HR0R1R2R3R4R5R6R712HMOV00H,#12HMOVR0,#12H通过直接数值地址进行访问通过寄存器名字（即符号地址）进行访问第2章单片机的硬件结构（1）工作寄存器组区（字节地址00H~1FH）4组32个单元，每组8个寄存器R0、R1、R2……R708H09H0AH0CH0BH0DH0EH0FHR0R1R2R3R4R5R6R712HMOV08H,#12HMOVR0,#12H通过寄存器PSW的两个位RS1、RS0来控制当前工作寄存器组的选择。第2章单片机的硬件结构（1）工作寄存器组区（字节地址00H~1FH）4组32个单元，每组8个寄存器R0、R1、R2……R7RS1RS0工作寄存器组数值地址范围00第0组工作寄存器组01第1组工作寄存器组10第2组工作寄存器组11第3组工作寄存器组第2章单片机的硬件结构（2）位寻址区（字节地址20H~2FH）16个字节，128个可操作位。每一位都有一个位地址，范围为：00H—7FH单元地址位地址EH2FH2H20H21H77FH7H76EH7H75DH7H74CH7H73BH7H72AH7H71H79H70H78H07FH0H06EH0H05DH0H04CH0H03BH0H02AH0H01H09H00H08第2章单片机的硬件结构（2）位寻址区单元地址位地址EH2FH2H20H21H77FH7H76EH7H75DH7H74CH7H73BH7H72AH7H71H79H70H78H07FH0H06EH0H05DH0H04CH0H03BH0H02AH0H01H09H00H08位操作：置1或清0置1:SETB清0:CLRSETB0DHSETB21H.5访问方式：1、直接位地址2、字节地址.位序号位寻址区（20H—2FH）16个字节。16*8=128位，每一位都有一个位地址，范围为：00H—7FH，位地址区也可作为一般RAM使用。单元地址位地址EH2FH2H20H21H77FH7H76EH7H75DH7H74CH7H73BH7H72AH7H71H79H70H78H07FH0H06EH0H05DH0H04CH0H03BH0H02AH0H01H09H00H08第2章单片机的硬件结构（3）用户RAM区（字节地址30H~7FH）共80个字节单元，为用户RAM区（堆栈、数据缓冲）注意：在源程序中用到子程序调用时或者说是用到堆栈时，首先设置SP的值在（30H～7FH）之间。因系统复位时SP的值为07H，即指向第0组工作寄存器的R7单元。3.特殊功能寄存器MCS-51单片机内共有22个专用功能寄存器，包括PC及SFR。PC为程序计数器。它是一个双字节寄存器,寻址范围为:0000H~FFFFH，即0~64KB。SFR为特殊功能寄存器。其寻址空间：80H~FFH其中，51子系列有18个寄存器，占有21个字节；52子系列有21个寄存器，占有26个字节。51子系列SFR的地址分配及位地址见下页表：寄存器位地址/位定义地址F7F6F5F4F3F2F1F0BF0HE7E6E5E4E3E2E1E0ACCE0D7D6D5D4D3D2D1D0PSWCYACF0RS1RS0OV/PD0HBFBEBDBCBBBAB9B8IPB8HB7B6B5B4B3B2B1B0P3P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0B0HIEA8HA7A6A5A4A3A2A1A0P2P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0A0HSBUF99H++SCON98H9796959493929190P1P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.090HTH18DHTH08CHTL18BHTL08AHTMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M089H8F8E8D8C8B8A8988TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0