单片机-完整最新最新版

实用文档第二章MCS-51单片机的基本结构及工作原理实用文档MCS-51单片机的基本结构及工作原理§2-1MCS－51单片机的基本结构§2-2MCS－51的存储器结构§2-3专用功能寄存器的SFR§2-4单片机的工作方式与最小应用系统MCS-51系列单片机的内部结构、存储器结构、工作原理、引脚功能、工作方式、时序和最小应用系统实用文档本章要点：掌握MCS-51单片机的内部结构、存储器结构、PSW特殊功能寄存器的使用、引脚功能、最小应用系统的设计；了解工作时序及工作方式。实用文档第一节MCS-51单片机的基本结构教学内容：一、MCS-51单片机内部结构二、CPU三、输入／输出端口结构四、端口负载能力和接口要求五、MCS-5l引脚及功能实用文档MCS-51系列单片机配置一览表系列片内存储器（字节）定时器计数器并行I/O串行I/O中断源片内ROM片内RAM无有ROM有EPROMIntelMCS-51子系列803180C31805180C51(4K字节)875187C51(4K字节)128字节2x164x8位15IntelMCS-52子系列803280C32805280C52(8K字节)875287C52(8K字节)256字节3x164x8位16ATEML89C系列(常用型)1051(1K)/2051(2K)/4051(4K)（20条引脚DIP封装）1282151589C51(4K)/89C52(8K)（40条引脚DIP封装）128/2562/33215/6实用文档一、MCS-51内部结构并行口串行通信ROM4KB时钟电路RAM128计数器/定时器8051CPU控制逻辑可编程I/O口可编程全双工串行口外部时钟图2-18051的功能部件图外部中断实用文档二、CPU主要功能：产生各种控制信号，去控制存储器、输入／输出端口的数据传送、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等。（一）运算器组成：运算器由算术逻运算部件ALU、累加器Acc、暂存器、程序状态字寄存器PSW、BCD码运算调整电路等组成。对数据完成算术运算，逻辑运算、循环移位、位处理。实用文档（二）控制器组成：由程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、定时控制与条件转移逻辑电路等组成。功能：对来自存储器中的指令进行译码，通过定时控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部控制信号，协调各功能元件的工作，完成指令所规定的功能。实用文档特点：▼它是16位的按机器周期自动加1计数器▼一切分支/跳转/调用/中断/复位等操作的本质就是:改变PC值▼总指向下一条指令所在首地址(当前PC值)1．程序计数器PC(ProgramCounter)一个16位的专用寄存器，用来存放下一条指令的地址。它具有自动加1的功能。实用文档2．指令寄存器一个8位的寄存器，用于暂存待执行的指令，等待译码。3．指令译码器对指令寄存器中的指令进行译码，分析它的功能，并根据功能产生相应的电信号。实用文档4．数据指针DPTR是一个16位的地址指针寄存器。它主要用来存放16位地址，作间址寄存器使用。可用来访问64K外部数据存储器和I/O端口。DPTR也可以拆成两个独立8位寄存器，即DPH（高8位字节）和DPL（低8位字节），分别占据83H和82H两个地址。实用文档5.定时控制部件与时序功能：在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部的控制信号，协调各功能元件工作，完成指令所规定的功能。主要任务：产生一个工作时序，其工作需要时钟电路提供一个工作频率。实用文档（1）时钟电路设计XTAL1,XTAL2:接外部晶振的两个引脚。MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，此放大器的输入和输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接时钟源即可构成时钟电路。实用文档（1）时钟电路设计XTAL1,XTAL2:接外部晶振的两个引脚。单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。有内部和外部两种时钟产生方式。单片机的生产工艺不同，接法也不同。实用文档在XTALl和XTAL2两端接晶体或陶瓷谐振器，与内部反向器构成稳定的自激振荡器。参数选取：C1、C2起稳定振荡频率，快速起振的作用。外接晶振时：Cl和C2选择10～30pF外接陶瓷谐振器时：Cl和C2的典型值约为40±10pF。振荡频率范围一般是1.2MHz～12MHz，有的可达40MHz。实用文档设计印刷电路板时，晶体和电容应尽可能安装在单片机芯片附近，以减少寄生电容，保证振荡器稳定和可靠工作。实用文档实用文档（2）CPU的时序80C51的片内振荡器及时钟发生器实用文档振荡信号经一个二分频触发器向芯片提供了一个2节拍的状态信号。状态周期是振荡周期（时钟周期）的2倍。每个状态周期有两个节拍P1和P2。在每个状态的前半周期，节拍P1有效，在每个状态的后半周期，节拍P2有效。CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥51单片机各个部件协调地工作。实用文档CPU总是按照一定的时钟节拍与时序工作：振荡周期（时钟周期）：晶振频率fosc（或外加频率）的倒数状态周期：2个振荡周期机器周期：完成一个规定操作所需要的时间。如，取指令、存储器读、存储器写等；1个机器周期=6个状态周期=12个振荡周期指令周期:执行一条指令所需的机器周期数1个机器周期=12个振荡周期；1个指令周期=1、2或4个机器周期思考：若采用12MHz的晶振频率，其机器周期=？实用文档通常，每个机器周期中，ALE两次有效，第一次出现在S1P2和S2P1期间，第二次出现在S4P2和S5P1期间。实用文档CPU取指、执行时序每条指令的执行都可以包括取指令和执行两个阶段。在取指阶段，根据程序计数器PC的内容，CPU从内部或外部ROM中取出指令操作码及操作数，然后再执行这条指令。按指令执行时间分类：单周期、双周期、四周期按指令所占字节数分类：单字节、双字节、三字节实用文档各指令的微操作在时间上有严格的次序，这种微操作的时间次序我们称作时序。单字节指令如：INCA（1）单周期指令时序S1S2S3S4S5S61个机器周期P1P2ALE读操作码空读S1S2S3S4S5S61个机器周期P1P2ALE读操作码读第二字节双字节指令如：ADDA,#data实用文档单字节单周期指令指令特点:在程序存储器ROM中仅占一个存储单元。在ALE第一次有效(S2P1)时,从ROM中读取指令的操作码，送入指令寄存器IR中，PC加一，并译码执行，在ALE第二次有效时,封锁PC加一，并丢弃第二次读的操作码。指令寄存器译码地址译码程序计数器地址寄存器累加器A运算器①②存储器内部数据总线外部地址总线AB数据缓冲器外部数据总线DB寄存器区外部控制总线CB内部控制信号时钟及清零单片机的工作过程取指过程例:MOVA,#09H74H09H;把09H送到累加器A中执行过程PC=0000H0001H0000H0002H0111010000001001(PC)(PC)0001H0002H0000H外部控制总线CB取指过程(PC)执行过程你知道PC的作用吗？实用文档五、MCS-51单片机的引脚及其功能AT89S52DIP40封装实用文档认识单片机的引脚MCS-51单片机40脚Vcc,GND2XTAL1,XTAL22RESET1EA/Vpp1ALE/PROG1PSEN1P0.0—P0.78P1.0—P1.78P2.0—P2.78P3.0—P3.78实用文档（1）Vcc（40脚）,GND（20脚）正电源端与接地端不同的单片机可以允许不同的工作电压（+5V/3.3V/2.7V)，不同的单片机表现出的功耗也不同。（2）XTAL1（19脚）,XTAL2（18脚）片内振荡电路输入/输出端实用文档对AT89S51/S52单片机，通常外接一个晶振两个20或30pf电容，一个12M或11.0592MHz的晶振实用文档（3）RST/VPD(9脚)、ALE/PROG(30脚)、EA/Vpp(31脚)、PSEN(29脚)控制信号引脚。RST/VPD：复位（正脉冲有效）/备用电源引脚复位使单片机进入某种确定的初始状态退出处于节电工作方式的停顿状态、退出一切程序进程、退出程序的死循环，从头开始。Vcc掉电期间，此引脚可接备用电源，能保护片内RAM中的内容不丢失。实用文档无论是HMOS型还是CHMOS型的单片机，在振荡器正在运行的情况下，复位是靠在RST引脚上施加持续2个机器周期的高电平来实现的。MCS-51单片机通常采用的简单复位电路有：上电自动复位、外部脉冲复位、上电+按钮电平复位、程序运行监视复位等方式。实用文档简单复位电路+5V10uF10kVccRSTGND上电复位10uF10kVccRSTGND上电+按钮复位1k+5V实用文档实用文档程序运行监视复位程序运行监视复位通常是由各种类型的程序监视定时器WDT（WatchdogTimer）俗称为“看门狗”实现。WDT可保证程序非正常运行（如程序“飞逸”、“死机”）时，能及时进入复位状态，恢复程序正常运行。实用文档“看门狗”工作原理：在规定时间内必须至少“喂狗”一次，即复位“看门狗”。否则“看门狗”电路将复位单片机。实现：可在软件的合适地方加一条“喂狗”指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置。实用文档WDT通常有几种实现方法供用户选择：1）单片机内部带有的WDT功能单元（如：S51）2）选择μP（microprocessor）监视控制器件，这些器件中大多有WDT电路，如Max705芯片等。实用文档μP监视控制器件MAX705/706、DS1232等DS1232（看门狗）是DALLAS公司生产的一种微机监控电路芯片。主要功能：产生上电复位和手动复位，监视电源电平，监视软件运行状态，当程序运行出现飞车时，产生复位信号。实用文档实用文档TD引脚连接至定时时间地（GND）150ms悬空600ms电源（Vcc）1200ms看门狗定时器定时时间设置Tol：电源检测选择端Tol接地，电源电压跌至4.75V以下产生复位信号Tol接VCC，电源电压跌至4.5V以下产生复位信号注意：保证看门狗定时器计数溢出前复位看门狗定时器实用文档实用文档89S51看门狗功能的使用方法在ATMEL的89S51系列的89S51与89C51功能相同，指令兼容。89S51比89C51增加了一个看门狗功能。要激活AT89S51/52的看门狗功能，只需依次向WDTRST寄存器（SFR地址为0A6H）单元送入#01EH和#0E1H即可，使看门狗定时计数器工作。实用文档AJMPMAIN;启动看门狗MAIN:MOV0A6H,#01EH;先送1EMOV0A6H,#0E1H;后送E1;主程序START:.....ACALLWDT;调用复位看门狗子程序....AJMPSTART;主程序********;复位看门狗子程序WDT:MOV0A6H,#01EH;先送1EMOV0A6H,#0E1H;后送E1RETEND实用文档注意事项：1．89S51的看门狗必须由程序激活后才开始工作。所以必须保证CPU有可靠的上电复位。否则看门狗也无法工作。2．看门狗使用的是CPU的晶振。在晶振停振的时候看门狗也无效。3．89S51只有14位计数器。在16383个机器周期内必须至少喂狗一次。而且这个时间是固定的，无法更改。当晶振为12M时每16个毫秒需喂狗一次。实用文档ALE/PROG（30脚）:地址锁存允许/编程脉冲输入端。P0口寻址外部低8位地址时接外部锁存器74ls373的G端；ALE端平时会输出周期正脉冲：ffosc/6；对片内ROM编程时编程脉冲由此端加入。（指并行编程模式）实用文档EA/Vpp（31脚）:寻址外部ROM控制端/编程电源输入端。低电平有效，片内无ROM时必须接地；片内有ROM时可以接高电平，也可以接低电平；接低电平时，只访问片外ROM，接