西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機械專業(yè)單片機第2章.ppt

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單片機原理及應(yīng)用,MCS-51單片機原理及應(yīng)用,西南大學(xué).工程技術(shù)學(xué)院,單片機原理及應(yīng)用,單片機的組成,I/O端口,單片機存儲器配置,第章單片機結(jié)構(gòu),本章內(nèi)容提要,最小系統(tǒng),單片機原理及應(yīng)用,MCS-51單片機硬件結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)框圖,中央處理器CPU：8位，運算和控制功能,內(nèi)部RAM：共256個RAM單元，用戶使用前128個單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后128個單元被專用寄存器占用。,內(nèi)部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。,定時/計數(shù)器：兩個16位的定時/計數(shù)器，實現(xiàn)定時或計數(shù)功能。,并行I/O口：4個8位的I/O口P0、P1、P2、P3。,串行口：一個全雙工串行口。,中斷控制系統(tǒng)：5個中斷源（外部中斷2個，定時/計數(shù)中斷2個，串行中斷1個）,時鐘電路：可產(chǎn)生時鐘脈沖序列，允許晶振頻率至12MHZ,單片機原理及應(yīng)用,8051單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu),單片機原理及應(yīng)用,CPU由運算器、控制器組成,控制器：程序計數(shù)器(PC)16位指令寄存器指令譯碼器數(shù)據(jù)指針定時控制邏輯、復(fù)位電路、堆棧指針、時鐘發(fā)生器,運算器：累加器Acc算邏單元ALU程序狀態(tài)寄存器PSW存放程序運行中的各種狀態(tài)信息(P13)B寄存器、暫存器、十進制調(diào)整電路、布爾處理器,單片機原理及應(yīng)用,MCS-51單片機信號引腳簡介,P3口線的第二功能,VCC,VSS,XTAL2XTAL1,RST,P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7,P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7,P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0,ALE,P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7,2、振蕩電路：XTAL1、XTAL2,3、復(fù)位引腳：RST,4、并行口：P0、P1、P2、P3,7、ALE：地址鎖存控制信號,1、電源線：VCC(+5V)、VSS(地),單片機原理及應(yīng)用,三個獨立的存儲器空間：64KB程序存儲器空間（0~0FFFFH）256B內(nèi)部RAM空間（0~0FFH)包括：128B內(nèi)部特殊功能寄存器空間（80~0FFH)、7F位尋址空間（0~07FH)64K外部數(shù)據(jù)存儲器空間（0~0FFFFH),2.2MCS51存儲器配置,單片機原理及應(yīng)用,3.存儲器,80318751805189C51,,,256B（字節(jié)）,4K,,64K,,64K,,,,,單片機原理及應(yīng)用,,程序存儲器,程序存儲器,內(nèi)部,外部,(PC),程序存儲器資源分布,中斷入口地址,單片機原理及應(yīng)用,ROM,2.2MCS－51存儲器配置,外部ROM,內(nèi)部ROM,0FFFFH,0FFFH,0000H,16位PC2160~0FFFFH64KB,EA接VSS忽略內(nèi)部ROM,總是從外部ROM中取指,在CPU訪問外ROM時，PSEN輸出負脈沖,內(nèi)部無ROM的(如8031)，EA必須接地,單片機原理及應(yīng)用,使用內(nèi)部ROM,,8051,,EA,,,,,,Vcc,,單片機原理及應(yīng)用,內(nèi)部,外部,,數(shù)據(jù)存儲器,數(shù)據(jù)存儲器,,RAM,專用寄存器,內(nèi)部RAM存儲器,工作寄存器區(qū)選擇位RS0、RS1,,,單片機原理及應(yīng)用,MSB——MostSignificantBit（最高有效位）LSB——LeastSignificantBit（最低有效位）,RAM位尋址區(qū)位地址表,,單片機原理及應(yīng)用,高128個單元,,☆離散分布有21個特殊功能寄存器SFR。,☆11個可以進行位尋址。,☆特別提示：對SFR只能使用直接尋址方式，書寫時可使用寄存器符號，也可用寄存器單元地址。,單片機原理及應(yīng)用,內(nèi)部RAM特殊功能寄存器SFR片外64KRAM空間,2.2MCS51存儲器配置,單片機原理及應(yīng)用,四個雙向8位輸入/輸出口P0~P3，每口由鎖存器、輸入/輸出緩沖器、輸出驅(qū)動電路、輸出控制電路構(gòu)成。P0口的結(jié)構(gòu)1.作一般I/O口2.地址/數(shù)據(jù)總線的A0~A7/D0~D7P1口帶上拉電阻，每一位可分別定義為輸入線/輸出線P2口1.輸入/輸出口2.系統(tǒng)擴展高位地址總線A8~A15P3口多功能口每一位可分別定義為第一功能或第二功能,2.3I/O端口結(jié)構(gòu),單片機原理及應(yīng)用,4、并行輸入/輸出電路結(jié)構(gòu),P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7,P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7,P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0,P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7,4個8位并行I/O口：P0，P1，P2，P3,均可作為雙向I/O端口使用。,特點：,P0：1.作一般I/O口2.地址/數(shù)據(jù)總線的A0~A7/D0~D7，訪問片外擴展存儲器時，復(fù)用為低8位地址線和數(shù)據(jù)線,P2：1.輸入/輸出口2.系統(tǒng)擴展高位地址總線A8~A15,P1：雙向I/O端口帶上拉電阻，每一位可分別定義為輸入線/輸出線,P3：多功能口每一位可分別定義為第一功能或第二功能,,單片機原理及應(yīng)用,P0口位結(jié)構(gòu),單片機原理及應(yīng)用,P1口的位結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,,,DP1.iQ鎖存器CLQ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,讀鎖存器,內(nèi)部總線,寫鎖存器,讀引腳,內(nèi)部上拉電阻,Vcc,2,1,V1,,P1.i引腳,單片機原理及應(yīng)用,,P2口的位結(jié)構(gòu),單片機原理及應(yīng)用,控制線（4條）：ALE/PROG：雙功能引腳由于P0口的8個引腳是低8位地址總線與數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用，因此必須將P0口輸出的低8位地址進行鎖存。在訪問片外存儲器時，每機器周期該信號出現(xiàn)2次。其下降沿用于控制鎖存P0口輸出的低8位地址。即使不訪問片外存儲器，該引腳上仍出現(xiàn)上述頻率的周期性信號，因此也可作為對外輸出的時鐘脈沖，頻率為振蕩器頻率的1/6，必須注意的是：在訪問片內(nèi)外存儲器時，ALE脈沖會跳空1個。PSEN：片外程序存儲器讀選通信號輸出端在CPU從片外程序存儲器取指期間，此信號每個機器周期兩次有效，以通過P0口讀入指令，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，該信號不出現(xiàn)。,單片機原理及應(yīng)用,EA/Vpp：雙功能引腳為片外程序存儲器選用端。當該引腳信號有效時，選擇片外程序存儲器，即EA/Vpp=1時，訪問片內(nèi)程序存儲器。對片內(nèi)含有EPROM的機型，此引腳在編程期間用于施加+21v的編程電壓。RST/VPO：雙功能引腳在單片機工作期間，當此引腳上出現(xiàn)連接2個機器周期的高電平時可實現(xiàn)復(fù)位操作，詳見2.4節(jié)。在Vcc掉電期間，若該引腳接備用電源（+5v），可向片內(nèi)RAM供電，以保存片內(nèi)RAM中的信息。,,,單片機原理及應(yīng)用,時鐘電路1.利用內(nèi)部時鐘電路2.外部方式CPU時序1.時鐘周期2.機器周期3.指令周期4.時序,2.4時序電路,單片機原理及應(yīng)用,單片機時鐘電路通常有兩種形式：1．內(nèi)部振蕩方式：MCS-51單片機片內(nèi)有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。2．外部振蕩方式：外部振蕩方式就是把外部已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。,單片機原理及應(yīng)用,內(nèi)部振蕩方式,外部振蕩方式,返回本節(jié),外接晶振,單片機原理及應(yīng)用,1．振蕩周期：為單片機提供時鐘信號的振蕩源的周期。2．時鐘周期：是振蕩源信號經(jīng)二分頻后形成的時鐘脈沖信號。3．機器周期：通常將完成一個基本操作所需的時間稱為機器周期。4．指令周期：是指CPU執(zhí)行一條指令所需要的時間。一個指令周期通常含有1～4個機器周期。,單片機原理及應(yīng)用,振蕩器輸出的振蕩脈沖經(jīng)2分頻后作為內(nèi)部節(jié)拍信號，作單片機內(nèi)部各部件協(xié)調(diào)工作的控制信號，其周期稱為時鐘周期。計算機一條指令的執(zhí)行分幾個階段，每一階段完成一項規(guī)定的操作，完成某一規(guī)定操作所需的時間稱為一個機器周期。對MCS—51系列單片機，6個時鐘周期構(gòu)成一個機器周期。CPU執(zhí)行一條指令所需的時間為指令周期。指令周期以機器周期為單位，MCS—51系列單片機的指令多為單周期、雙周期指令，只有乘除指令為4周期指令，若用12MHZ晶振，則單周期指令、雙周期指令的執(zhí)行時間分別為1μs和2μs，而乘除指令則需4μsCPU時序：MCS—51系列單片機的一個機器周期包含6個時鐘周期。我們用S1、S2、……、S6表示，每個時鐘周期的2個振蕩節(jié)拍用P1、P2表示，則一個機器周期包括12個振蕩周期，不同周期、不同字節(jié)數(shù)的指令時序不同。,單片機原理及應(yīng)用,MCS-51單片機各種周期的相互關(guān)系,單片機原理及應(yīng)用,單片機原理及應(yīng)用,,8051,,,,,,,,,,,,,,,XTAL2,XTAL1,C1,C2,,外接晶振電路,,,,,,Vss,單片機原理及應(yīng)用,單片機復(fù)位電路及復(fù)位狀態(tài),1．復(fù)位電路單片機復(fù)位電路包括片內(nèi)、片外兩部分。外部復(fù)位電路就是為內(nèi)部復(fù)位電路提供兩個機器周期以上的高電平而設(shè)計的。MCS-51單片機通常采用上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。2．單片機復(fù)位后的狀態(tài)單片機運行出錯或進入死循環(huán)時，可按復(fù)位鍵重新運行。21個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值。,單片機原理及應(yīng)用,復(fù)位電路,單片機原理及應(yīng)用,表2-6單片機復(fù)位后特殊功能寄存器的狀態(tài),返回本節(jié),單片機原理及應(yīng)用,,復(fù)位和復(fù)位電路,,,單片機原理及應(yīng)用,現(xiàn)在是答問時間,,