MCS-51单片机结构及原理

第2章MCS-51单片机结构及原理1第2章MCS-51单片机结构及原理2.1MCS-51单片机结构2.2MCS-51的存储器结构2.3单片机的复位、时钟与时序2.4并行I/O口第2章MCS-51单片机结构及原理22.1MCS-51单片机结构2.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1.2MCS-51引脚及功能2.2MCS-51的存储器结构2.3单片机的复位、时钟与时序2.4并行I/O口第2章MCS-51单片机结构及原理第2章MCS-51单片机结构及原理3SCM——将通用微计算机基本功能部件集成在一块芯片上构成的一种专用微计算机系统SCM=CPU+OSC+ROM+RAM+T/C+INT+BEC+I/O+UART2.1.1MCS-51单片机的内部结构51单片机的结构组成2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理487C52INTELMCS-51系列单片机一览表SCM=CPU+OSC+ROM+RAM+T/C+INT+BEC+I/O+UART80C51=(8位)CPU+4KBROM+128BRAM+(2×16)T/C+(4×8)I/O+1个UART+5个INT+2个64KBBEC2.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理551单片机主要内部资源的学习安排中央处理器CPU——第2章程序存储器ROM——第2章数据存储器RAM——第2章并行I/O口—————第2章中断源INT—————第5章定时器/计数器T/C——第6章全双工串行口UART—第7章教材结构第1章单片机基础知识概述第2章MCS-51单片机结构及原理第3章单片机的汇编语言与程序设计第4章单片机的C51语言第5章单片机的中断系统第6章单片机的定时器/计数器第7章单片机的串行通信技术第8章单片机接口技术第9章单片机应用系统的设计与开发附录实验指导2.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理6CPUCPU=控制器+运算器（CentralProcessingUnit）2.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理7控制器的用途：统一指挥和控制各单元协调工作控制器的任务：从ROM中取出指令→译码→执行指令控制器的组成：程序计数器PC、数据指针寄存器DPTR、…2.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理8运算器的用途：对数据进行算术运算和逻辑操作运算器的任务：计算缓存器内容→结果暂存→修改运行标志运算器的组成：累加器ACC、程序状态字寄存器PSW、…2.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理9（1）程序计数器（ProgramCounter——PC）——指向ROM存储单元的地址指针（引导程序运行）……XxxxxxxxXxxxxxxxXxxxxxxxXxxxxxxxXxxxxxxxROM0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH16位寄存器→可寻址范围216（=65536B=64KB）永远存放着下一条指令的首地址具有自动加“1”功能→顺序运行程序功能具有可被指令修改功能→跳转运行程序功能复位时，PC初值=0→复位后程序从0开始运行PC指针00002.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理10（2）数据指针寄存器（DataPointer——DPTR）16位寄存器，可寻址范围216（64KB）可拆为2个8位的独立寄存器DPL和DPH具有可被指令修改功能→可变更数据地址DPLDPH——指向ROM或RAM存储单元的地址指针（引导数据传送）……0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH35H77HF4H94H9EHDPTR指针……xxHxxHxxHxxHxxHROMRAM0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH2.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理11（3）累加器（ACCUMULATER——A或ACC）8位寄存器其值可由指令修改是最繁忙的寄存器——存放操作数或中间运算结果的寄存器A2.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理12（4）程序状态字寄存器（ProgramStateWord——PSW）8位寄存器各位都具有特殊含义状态值可由硬件形成或由指令修改——存放程序运行过程中的各种状态信息的寄存器CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.02.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理13CY（PSW.7）——进位标志在进行加或减运算时，如果操作结果最高位有进位或借位时，CY由硬件置“1”，否则清“0”。CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0用途：1、可根据CY判断有无进位或借位；2、可作为位操作中的位累加器用。10010011+11110000————————CY=110000011进位标志位CY举例2.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理14AC（PSW.6）——辅助进位标志在进行加或减运算时，如果操作结果的低四位数向高四位产生进位或借位时，将由硬件置“1”，否则清“0”。01001111+10100001————————AC=111110000半进位举例用途：1、根据AC判断加减运算时有无半进位或半借位；2、在BCD码调整运算中要用到AC标志CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.02.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理15F0（PSW.5）和F1（PSW.1）——用户标志位用途:可做为用户指定的状态标志CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.02.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理16RS1（PSW.4）和RS0（PSW.3）——工作寄存器组指针用途：用于指定CPU的当前工作寄存器组CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.02.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理17OV（PSW.2）——溢出标志在有符号数加减运算或无符号数乘除运算中若有异常结果，OV硬件置1，否则硬件清0。用途：判断运算的结果是否正确，正确=0；出错=1CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.02.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理18OV=C6YC7Y=10=101010100（+84）+01101001（+105）——————————————CY=010111101→（-67）D6有进位D7无进位10111101→11000010→11000011正数的补码是它本身，负数的补码是除符号位外每位求反，然后末尾加111111011（-5）[phone]（-16）——————————————CY=111101011→（-21）D7有进位D6有进位OV=C6YC7Y=11=011101011→10010100→10010101→运算出错→运算正确举例举例2.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理19P（PSW.0）——奇偶标志位该位始终跟踪累加器A中含“1”个数的奇偶性如果A中有奇数个“1”，则P置“1”，否则置“0”举例若A=10011111，则P=0若A=11000001，则P=1用途：串行通讯中的数据校验，判断是否存在传输错误。CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.02.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理202.1MCS-51单片机结构2.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1.2MCS-51引脚及功能2.2MCS-51的存储器结构2.3单片机的复位、时钟与时序2.4并行I/O口第2章MCS-51单片机结构及原理2151系列单片机一般采用40只引脚的双列直插式（DIP——DualIn-linePackage）封装结构2.1.2MCS-51外部引脚及功能2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理22除DIP封装外，51单片机还采用44只引脚的方形扁平(QFP——QuadFlatPackage)封装方式（4只引脚无用）。2.1.2MCS-51外部引脚及功能2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理23DIP引脚分布电源及晶振引脚（共4只）控制引脚（共4只）端口引脚（共32只）三类2.1.2MCS-51外部引脚及功能2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理24（1）电源及晶振引脚VCC(40脚)：+5V电源引脚VSS(20脚)：接地引脚XTAL1(19脚)；外接晶振引脚（内置放大器输入端）XTAL2(18脚)：外接晶振引脚（内置放大器输出端）80C51Vcc80C512040Vss+5V80C512.1.2MCS-51外部引脚及功能2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理25（2）控制引脚RST/VPD(9)：复位/备用电源引脚ALE/PROG(30)：地址锁存使能输出/编程脉冲输入PSEN(29)：输出访问外部ROM读选通信号EA/VPP(31)：外部ROM允许访问/编程电源输入20μF8K10k80C512.1.2MCS-51外部引脚及功能2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理26（3）端口引脚P0.0～P0.7（39～32脚）——P0口P1.0～P1.7（1～8脚）——P1口P2.0～P2.7（21～28脚）——P2口P3.0～P3.7（10～17脚）——P3口8只/组×4组=32只引脚P0口～P3口是单片机对外联络的重要通道2.1.2MCS-51外部引脚及功能2.1MCS-51单片机的结构第2章MCS-51单片机结构及原理27最简单的单片机电路图MCU的电源引脚被隐藏（ISIS仿真与Vcc和Vss无关）2.1.2MCS-51外部引脚及功能2.