MCS-51系列单片微计算机及其应用

2.MCS-51单片机的组成及结构分析2.1MCS-51单片机的内部结构及结构特点1）在RAM区有一个寄存器工作区（4×8个工作寄存器），专门功能寄存器SFR（完成定时器、串行口、中断逻辑等控制）。2）程序存储器与数据存储器在空间上分开。有不同的地址指针PC、DPTR。3）有32个I/O引脚，部分I/O引脚具有第二功能。4）内部有一个全双工的串行接口，可同时发送和接收，以实现双机和多机通讯。5）具有多个中断源，具有两级优先权控制。6）内部有专门的位处理机。7）可对内部程序加密。图2-1MCS-51系列产品的引脚及封装2.2MCS-51单片机的引脚及封装MCS-51单片机的总线工作方式P0P2WRALERD锁存器（74HC373）D[0..7]A[0..7]A[8..15]RDWR8051单片机有四个双向8位I/O口：P0—P3口，每一个口部由口锁存器（特殊功能寄存器）、输入三态缓冲器／输出驱动器所组成。1）P0口P0口为三态双向I／O口，可以驱动8个LSTTL电路。P0口作为地址／数据总线口使用，分时输出外部存贮器的低8位地址A0—A7和传送数据D0—D7。如果不作为系统扩展的地址／数据总线口，它也可以作为输入／输出口使用。2.3I/O端口及其锁存器DQP0锁存器CLQVCC&地址/数据控制读锁存器读引脚内部总线写锁存器引脚3）P2口P2口为准三态双向I／O口，可以驱动3个LSTTL电路。CPU访问外部的程序存贮器时，P2口输出程序存贮器的高8位地址A8—A15，该地址来源于内部的程序计数器PC的高8位；当CPU以16位地址指针DPTR访问外部RAM／IO的时候，P2口输出的地址来源于DPH，其它情况下，P2口作为一般的I／O口使用。DQP0锁存器CLKQVCC地址控制读锁存器读引脚内部总线写锁存器引脚2）P1口：为准双向口，它的每一位可以分别定义为输线或输出线。它可以驱动3个LSTTL电路。DQP0锁存器CLQVCC读锁存器读引脚内部总线写锁存器引脚4）P3口：多功能口，它的第一功能为准三态双向I／O口，第二功能为特殊输入／输出线。DQP0锁存器CLKQVCC读锁存器读引脚内部总线写锁存器引脚&选择输出功能2.4MCS-51的存储空间及存储器若选择外部程序存储器(EA=0)，则P0、P2自动设置为数据、地址工作方式。目前，由于大容量内部程序存储器芯片的生产，采用外部程序存储器的设计越来越少了。通过开关，也可混合使用，如设计PLC时，在PLC处于编程方式时使用片内程序，将外部程序存储器设计成数据存储器，将用户所编写的程序写入外部程序存储器，在PLC处于运行方式时则执行外部程序存储器中的用户程序3.4.1程序存储器通过EA引脚来选择内部或外部程序存储器P0P2WRALERD锁存器（74HC373）D[0..7]A[0..7]A[8..15]RDWRPSENEA&VCC+++单片机存储器3.4.2数据存储器MCS-51系列弹片机除了具有片内数据存储器以外，还可以通过外部端口来扩展64KB的外部数据存储器（或I/O）。但这些数据必须用外部操作指令MOVX将其读入内部RAM或寄存器中才能进行数据运算和处理P0P2WRALERD锁存器（74HC373）D[0..7]A[0..7]A[8..15]RDWR单片机存储器3.4.2数据存储器0000h7Fh80hFFhSFR128B直接寻址通用RAM128B可直接或间接寻址通用RAM128B间接寻址FFFFh00h外部扩展I/O空间64KB用MOVX指令间接寻址操作52(32)以上型号单片机片内低128BRAM:堆栈或数据缓冲器位寻址区工作寄存器区0工作寄存器区1工作寄存器区2工作寄存器区300h08h10h18h20h30h7Fh16Byte(128bit00h~7Fh)工作寄存器区R0~R7地址由PSW中的RS1和RS2决定不用的区域可用作堆栈或数据缓冲器特殊功能寄存器MCS-51系列单片机具有数十个特殊功能寄存器,使用内部高128B的地址空间,只能用直接寻址的方式,才能操作这些寄存器.在这些特殊功能寄存器中,位于x0H和x8H的寄存器,还支持位操作.每个特殊功能寄存器和可位操作的每一位,都有自己的名字(助记符),在汇编语言程序设计时,可直接使用其名称,不用去记其具体的地址.PSW:CYACF0RS1RS0OVF1P外部数据存储器（I/O）的扩展锁存器和触发器DQLEOEDQCLKOE高阻高阻DLEQOEDCLKQOE触发器锁存器利用CPLD/FPGA扩展I/OP0P2ALE74373A[0..7]A[8..15]WRRD单片机CPLD/FPGA译码电路743747437474244OE选通控制Swr0Swr1Q0PAPBPCQAQB译码电路完全译码和不完全译码完全译码:利用所有地址线。用于端口多的复杂系统不完全译码:利用部分地址线。一个引脚占用多个地址例：上图中，若：Swr0=WR+!(A7&!A0)占用地址：~xx1xxxxxx0Swr1=WR+!(A7&A0)占用地址：~xx1xxxxxx1写0080h0090h…00F0h…FF80h…FFF0h,则输出到同一端口OE=RD+!A7;Q0=A7&!A1&!A0&PA+A8&!A1&A0&PB+A7&A1&!A0&PC;则:读0080h…00F0h……FFF0h都是读PA端口CPU取出一条指令至该指令执行完所需的时间称为指令周期，指令周期是以机器周期为单位的。8051的一个机器周期由六个状态(S1，S2，…，S6)组成，每一个状态为2个时钟周期(时相P1，P2)。一个机器周期有12个时钟周期(S1P1，S1P2，S2P1，S2P2，…，S6P1，S6P2)，若晶振为12MHz，则一个机器周期为1s。2.5MCS-51单片机工作时序MCS-51的工作时序图