《片機基本結(jié)構(gòu)》PPT課件

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1、 8051單 片 機 基 本 結(jié) 構(gòu) 8051單 片 機 的 特 點 8051單 片 機 可 分 為 無 ROM型 和 ROM型 兩 種 無 ROM型 的 芯 片 ， 必 須 外 接 EPROM才 能 應用 （ 典 型 芯 片 為 8031） ROM型 芯 片 又 分 為 EPROM型 （ 典 型 芯 片 為8751） 、 FLASH型 （ 典 型 芯 片 為 89C51） 、掩 膜 ROM型 （ 典 型 芯 片 為 8051 ） 、 一 次 性可 編 程 ROM（ One Time Programming,簡稱 OTP） 的 芯 片 （ 典 型 芯 片 為 97C51） 。 8051單 片

2、機 的 基 本 組 成時 鐘 電 路 SFR和 RAM ROMCPU 定 時 /計 數(shù) 器 并 行 端 口 中 斷 系 統(tǒng)串 行 端 口系 統(tǒng) 總 線時 鐘 源 T0 T1P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 （ 1） 一 個 8位 微 處 理 器 CPU。 （ 2） 片 內(nèi) 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 RAM和 特 殊 功 能 寄 存 器 SFR。 （ 3） 片 內(nèi) 程 序 存 儲 器 ROM。 （ 4） 兩 個 定 時 /計 數(shù) 器 T0、 T1， 可 用 作 定 時 器 ， 也 可 用 以 對 外 部 脈 沖 進 行 計 數(shù) 。 （ 5） 四 個 8位 可 編 程 的 并

3、行 I/O端 口 ， 每 個 端 口 既 可 作 輸 入 ， 也 可 作 輸 出 。 （ 6） 一 個 串 行 端 口 ， 用 于 數(shù) 據(jù) 的 串 行 通 信 。 （ 7） 中 斷 控 制 系 統(tǒng) 。 （ 8） 內(nèi) 部 時 鐘 電 路 。 一 個 8051單 片 機 包 含 下 列 部 件 8051單 片 機 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu)通 道 0驅(qū) 動 器 通 道 2驅(qū) 動 器RAM地 址鎖 存 器 RAM 通 道 0鎖存 器 通 道 2鎖存 器 ROM/EPROMB寄 存 器 程 序 地 址 寄 存 器緩 沖 器 PC遞 增 器程 序 計 數(shù) 器 PC數(shù) 據(jù) 指 針 DPTRVCCGND P 1.0 P

4、1.7 堆 棧 指 針 SPACCTMP2 PSW 通 道 3鎖 存 器通 道 1鎖 存 器通 道 1驅(qū) 動 器 通 道 3驅(qū) 動 器TMP1 SCON TMODPCON TCONTL0 TH1TH0 TL1IESBUF(TX/RX) IP中 斷 、 串 行 口 和 定 時 器 邏 輯振 蕩 器 P3.0 P3.7RST E AALEPSEN XTAL2XTAL1 ALU (+5V) 指 令寄存器定 時和控 制邏 輯 指令譯碼器 CPU即 中 央 處 理 器 ， 是 單 片 機 的 核 心 部 件 ， 它 完 成 各 種 運 算 和 控制 操 作 ， CPU由 運 算 器 和 控 制 器 兩

5、部 分 組 成 。（ 1） 運 算 器 運 算 器 以 算 術(shù) 邏 輯 單 元 ALU為 核 心 ， 加 上 累 加 器 ACC、 暫 存寄 存 器 TMP和 程 序 狀 態(tài) 字 寄 存 器 PSW等 所 組 成 。 ALU主 要 用 于 完 成二 進 制 數(shù) 據(jù) 的 算 術(shù) 和 邏 輯 運 算 ， 并 通 過 對 運 算 結(jié) 果 的 判 斷 影 響程 序 狀 態(tài) 字 寄 存 器 PSW中 有 關 位 的 狀 態(tài) 。 D7 D0PSW： 8051單 片 機 的 CPUCY AC F0 RS1 RS0 OV P PSW中 各 位 的 意 義 如 下 ： CY： 進 位 標 志 。 在 進 行 加

6、 法 或 減 法 運 算 時 ， 若 運 算 結(jié)果 的 最 高 位 有 進 位 或 借 位 ， CY=1， 否 則 CY=0， 在 執(zhí) 行位 操 作 指 令 時 ， CY作 為 位 累 加 器 。 AC： 輔 助 進 位 標 志 。 在 進 行 加 法 或 減 法 運 算 時 ， 若 低半 字 節(jié) 向 高 半 字 節(jié) 有 進 位 或 借 位 ， AC=1， 否 則 AC=0，AC還 作 為 BCD碼 運 算 調(diào) 整 時 的 判 別 位 。 F0： 用 戶 標 志 。 RS1和 RS0： 工 作 寄 存 器 組 選 擇 ， 如 下 表 所 示 。RS1 RS0 工 作 寄 存 器 組 片 內(nèi) R

7、AM地 址0 0 第 0組 00H 07H 0 1 第 1組 08H 0FH 1 0 第 2組 10H 17H 1 1 第 3組 18H 1FH OV： 溢 出 標 志 。 當 兩 個 帶 符 號 的 單 字 節(jié) 數(shù) 進 行 運 算 ，結(jié) 果 超 出 -128 +127的 范 圍 時 ， OV=1， 表 示 有 溢 出 ，否 則 OV=0表 示 無 溢 出 。 PSW中 的 D1位 為 保 留 位 ， 對 于 8051來 說 沒 有 意 義 ， 對 于8052來 說 為 用 戶 標 志 ， 與 F0相 同 。 P： 奇 偶 校 驗 標 志 。 每 條 指 令 指 行 完 畢 后 ， 都 按 照

8、 累 加器 A中 “ 1” 的 個 數(shù) 來 決 定 P值 ， 當 “ 1” 的 個 數(shù) 為 奇 數(shù)時 ， P=1， 否 則 P=0。 （ 2） 控 制 器 控 制 器 包 括 程 序 計 數(shù) 器 PC、 指 令 寄 存 器 、 指 令 譯 碼 器 、 數(shù) 據(jù)指 針 DPTR、 堆 棧 指 針 SP、 緩 沖 器 以 及 定 時 與 控 制 電 路 等 。 控制 電 路 完 成 指 揮 控 制 工 作 ， 協(xié) 調(diào) 單 片 機 各 部 分 正 常 工 作 。程 序 計 數(shù) 器 PC： 當 一 條 指 令 按 PC所 指 向 的 地 址 從 程 序 存 儲 器 中取 出 之 后 ， PC的 值 會

9、自 動 增 量 ， 即 指 向 下 一 條 指 令 。堆 棧 指 針 SP： 用 來 指 示 堆 棧 的 起 始 地 址 。 80C51單 片 機 的 堆 棧位 于 片 內(nèi) RAM中 ， 而 且 屬 于 “ 上 長 型 ” 堆 棧 ， 復 位 后 SP被 初始 化 為 07H， 使 得 堆 棧 實 際 上 由 08H單 元 開 始 。指 令 譯 碼 器 ： 當 指 令 送 入 指 令 譯 碼 器 后 ， 由 譯 碼 器 對 該 指 令 進行 譯 碼 ， CPU根 據(jù) 譯 碼 器 輸 出 的 電 平 信 號 使 定 時 控 制 電 路 產(chǎn)生 執(zhí) 行 該 指 令 所 需 要 的 各 種 控 制 信

10、 號 。數(shù) 據(jù) 指 針 寄 存 器 DRTR： 它 是 一 個 16位 寄 存 器 ， 由 高 位 字 節(jié) DPH和 低 位 字 節(jié) DPL組 成 ， 用 來 存 放 16位 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 的 地 址 ， 以 便 對 片 外 64kB的 數(shù) 據(jù) RAM區(qū) 進 行 讀 寫 操 作 。 P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD/P 3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL 1VSS 1234567891011121314 151617181920 80318

11、0518751 4039383736353433323130292827 262521222324 VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP 2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0 8051單 片 機 引 腳 描 述 電 源 引 腳 Vcc和 Vss Vcc： 電 源 端 ， 接 5V。 Vss： 接 地 端 。 時 鐘 電 路 引 腳 XTAL1和 XTAL2 XTAL1： 接 外 部 晶 振 和 微 調(diào) 電 容 的 一 端 ， 在 片 內(nèi) 它 是 振 蕩 器 倒 相 放 大 器 的 輸 入 ， 若

12、使 用 外 部 TTL時 鐘 時 ， 該 引 腳 必 須 接 地 。 XTAL2： 接 外 部 晶 振 和 微 調(diào) 電 容 的 另 一 端 ， 在 片 內(nèi) 它 是 振 蕩 器 倒 相 放 大 器 的 輸 出 ， 若 使 用 外 部 TTL時 鐘 時 ， 該 引 腳 為 外 部 時 鐘 的 輸 入 端 。 地 址 鎖 存 允 許 ALE 系 統(tǒng) 擴 展 時 ， ALE用 于 控 制 地 址 鎖 存 器 鎖 存 P0口 輸 出 的 低 8位 地 址 ， 從 而 實 現(xiàn) 數(shù) 據(jù) 與 低 位 地 址 的 復 用 。 外 部 程 序 存 儲 器 讀 選 通 信 號 PSEN PSEN是 外 部 程 序

13、存 儲 器 的 讀 選 通 信 號 ， 低 電 平 有 效 。 程 序 存 儲 器 地 址 允 許 輸 入 端 EA /VPP 當 EA為 高 電 平 時 ， CPU執(zhí) 行 片 內(nèi) 程 序 存 儲 器 指 令 ， 但 當 PC中 的 值 超 過 0FFFH時 ， 將 自 動 轉(zhuǎn) 向 執(zhí) 行 片 外 程 序 存 儲 器 指 令 。 當 EA為 低 電 平 時 ， CPU只 執(zhí) 行 片 外 程 序 存 儲 器 指 令 。 復 位 信 號 RST 該 信 號 高 電 平 有 效 ， 在 輸 入 端 保 持 兩 個 機 器 周 期 的 高 電 平 后 ， 就 可 以 完 成 復 位 操 作 。 輸 入

14、 /輸 出 端 口 引 腳 P0， P1， P2和 P3 P0口 （ P0.0 P0.7） ： 該 端 口 為 漏 極 開 路 的 8位 準 雙 向 口 ， 它 為 外 部 低 8位 地 址 線 和 8位 數(shù) 據(jù) 線 復 用 端 口 ， 驅(qū) 動 能 力 為 8個 LSTTL負 載 。 P1口 （ P1.0 P1.7） ： 它 是 一 個 內(nèi) 部 帶 上 拉 電 阻 的 8位 準 雙 向 I/O口 ， P1口 的 驅(qū) 動 能 力 為 4個 LSTTL負 載 。 P2口 （ P2.0 P2.7） ： 它 為 一 個 內(nèi) 部 帶 上 拉 電 阻 的 8位 準 雙 向 I/O口 ， P 2口 的 驅(qū)

15、動 能 力 也 為 4個 LSTTL負 載 。 在 訪 問 外 部 程 序 存 儲 器 時 ， 作 為 高 8位 地 址 線 。 P3口 （ P3.0 P3.7） ： 為 內(nèi) 部 帶 上 拉 電 阻 的 8位 準 雙 向 I/O口 ， P3口 除 了 作 為 一 般 的 I/O口 使 用 之 外 ， 每 個 引 腳 都 具 有 第 二 功 能 。 外 部RAM(I/O口地 址 ) 0000H FFFFH 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 外 部ROM內(nèi) 部 ROM(EA=1) 外 部ROM(EA=0)0000H 0000H0FFFH 0FFFH1000H FFFFH 程 序 存 儲 器 90H 98

16、H特殊功能寄存器通 用RAM區(qū)位 尋 址 區(qū)00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH 80H88HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H 特殊功能寄存器地址 內(nèi) 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器工 作 寄存 器 區(qū) 8051單 片 機 的 存 儲 器 配 置 片 內(nèi) ROM和 片 外 ROM。 片 內(nèi) RAM和 片 外 RAM。 片 外 程 序 存 儲 器 ROM地 址 空 間 為 64kB， 片外 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 RAM也 有 64kB的 尋 址 區(qū) ， 在地 址 上 是 與 ROM重 迭 的 。 8051單 片 機 通 過 不 同 信 號 來 選 通 ROM或RAM。 當 從 外 部

17、 ROM中 取 指 令 時 ， 采 用 選通 信 號 PSEN， 而 從 外 部 RAM中 讀 寫 數(shù) 據(jù) 時則 采 用 讀 RD和 寫 WR信 號 或 來 選 通 ， 因 此 不會 因 地 址 重 迭 而 發(fā) 生 混 亂 。 8051在 物 理 上 有 4個 存 儲 器 空 間 片 內(nèi) 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 RAM 片 內(nèi) RAM有 256個 字 節(jié) ， 其 中 00H 7FH地 址 空 間 是 直接 尋 址 區(qū) ， 該 區(qū) 域 內(nèi) 從 00H 1FH地 址 為 工 作 寄 存 器區(qū) ， 安 排 了 4組 工 作 寄 存 器 ， 每 組 都 為 R0 R7， 在某 一 時 刻 ， CPU只 能

18、 使 用 其 中 任 意 一 組 工 作 寄 存 器 ，由 程 序 狀 態(tài) 字 PSW中 RS0和 RS1的 狀 態(tài) 決 定 。 片 內(nèi) RAM的 20H 2FH地 址 單 元 為 位 尋 址 區(qū) ， 其 中 每個 字 節(jié) 的 每 一 位 都 規(guī) 定 了 位 地 址 。 每 個 地 址 單 元 除了 可 進 行 字 節(jié) 操 作 之 外 ， 還 可 進 行 位 操 作 。 片 內(nèi) RAM的 80H FFH地 址 空 間 是 特 殊 功 能 寄 存 器 SFR區(qū) ， 對 于 51子 系 列 在 該 區(qū) 域 內(nèi) 安 排 了 21個 特 殊 功 能寄 存 器 ， 對 于 52子 系 列 則 在 該 區(qū)

19、 域 內(nèi) 安 排 了 26個 特殊 功 能 寄 器 ， 同 時 擴 展 了 128個 字 節(jié) 的 間 接 尋 址 片內(nèi) RAM， 地 址 也 為 80 FFH， 與 SFR區(qū) 地 址 重 迭 。 片 內(nèi) 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 中 的 位 地 址 特 殊 功 能 寄 存 器 地 址 及 功 能 表 片 外 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 RAM 當 片 內(nèi) RAM不 能 滿 足 數(shù) 量 上 的 要 求 時 ，可 通 過 總 線 端 口 和 其 他 I/O口 擴 展 外 部RAM， 其 最 大 容 量 可 達 64KB字 節(jié) 。 在 片 內(nèi) 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 中 ， 數(shù) 據(jù) 區(qū) 和 擴 展的 I/O口 是 統(tǒng)

20、 一 編 址 的 ， 使 用 的 指 令 也 完全 相 同 ， 因 此 ， 用 戶 在 應 用 系 統(tǒng) 設 計 時 ，必 須 合 理 地 進 行 外 部 RAM和 I/O端 口 的 地址 分 配 ， 并 保 證 譯 碼 的 唯 一 性 。 程 序 存 儲 器 ROM 程 序 存 儲 器 ROM包 括 片 內(nèi) ROM和 片 外ROM兩 個 部 分 。 主 要 用 來 存 放 編 好 的 用戶 程 序 和 表 格 常 數(shù) ， 它 以 16位 的 程 序 計數(shù) 器 PC作 為 地 址 指 針 ， 尋 址 空 間 為64KB。 當 EA接 高 電 平 時 ， 單 片 機 從 片 內(nèi)ROM的 4kB字

21、節(jié) 存 儲 器 區(qū) 取 指 令 ， 當 指令 地 址 超 過 0FFFH后 ， 自 動 地 轉(zhuǎn) 向 片 外ROM取 指 令 。 當 EA接 低 電 平 時 ， 所 有 的取 指 操 作 均 對 片 外 程 序 存 儲 器 進 行 。 8051單 片 機 的 CPU時 序1 單 片 機 的 時 鐘 電 路2 振 蕩 周 期 、 機 器 周 期 、 指 令 周 期3 單 片 機 指 令 的 取 指 和 執(zhí) 行 時 序 單 片 機 的 時 鐘 電 路單 片 機 時 鐘 電 路 通 常 有 兩 種 形 式 ：1 內(nèi) 部 振 蕩 方 式 ： 8051單 片 機 片 內(nèi) 有 一 個 用 于 構(gòu) 成振 蕩

22、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) 。 XTAL2XTAL1MCS-51C1C2 CYS XTAL2XTAL1MCS-51+5V VSSTTL外部時鐘源內(nèi) 部 振 蕩 方 式 外 部 振

23、蕩 方 式 P1 P2S1 振 蕩 周 期機 器 周 期 機 器 周 期指 令 周 期XTAL2(OSC) S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S4 S5S3 S6P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P28051單 片 機 各 種 周 期 的 相 互 關 系 振 蕩 周 期 、 機 器 周 期 、 指 令 周 期P2 1 振 蕩 周 期 ： 為 單 片 機 提 供 時 鐘 信 號 的 振 蕩 源 的 周 期 。2 機 器 周 期 ： 完 成 一 個 基 本 操 作 所 需 的 時 間 ， 通 常 為 12個

24、 振 蕩 周 期 。3 指 令 周 期 ： 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 。 振 蕩 周 期 1/12s 機 器 周 期 1s 指 令 周 期 1 4s 8051單 片 機 外 接 晶 振 為 12MHz時3個 周 期 的 具 體 值 復 位 電 路 及 復 位 狀 態(tài)1 復 位 電 路 單 片 機 復 位 電 路 包 括 片 內(nèi) 、 片 外 兩 部 分 。外 部 復 位 電 路 就 是 為 內(nèi) 部 復 位 電 路 提 供兩 個 機 器 周 期 以 上 的 高 電 平 而 設 計 的 。8051

25、單 片 機 通 常 采 用 上 電 自 動 復 位 和 按鍵 手 動 復 位 兩 種 方 式 。 單 片 機 運 行 出 錯或 進 入 死 循 環(huán) 時 ， 可 按 復 位 鍵 重 新 運 行 。 C 1 22F RST R11K+5V +5V803180518751（ a） 上 電 復 位 電 路 （ b） 按 鍵 復 位 電 路 C 1 22F RSTR2200 803180518751 R11K上 電 復 位 和 按 鍵 復 位 電 路 特 殊 功 能 寄 存 器 初 始 狀 態(tài) 特 殊 功 能 寄 存 器 初 始 狀 態(tài)ACC 00H TMOD 00HPC 0000H TCON 00HP

26、SW 00H TH0 00HSP 07H TL0 00HDPL 00H TH1 00HDPH 00H TL1 00HP0 P3 FFH SBUF 不 定IP 00000B SCON 00H IE 0 00000B PCON 0 0000B 復 位 后 的 初 始 狀 態(tài) 8051單 片 機 的 并 行 I/O口 8051單 片 機 有 4個 雙 向 并 行 的 8位 I/O口 P0 P3。 P0口 為 三 態(tài) 雙 向 口 ， 可 驅(qū)動 8個 TTL電 路 ， P1、 P2、 P3口 為 準雙 向 口 （ 作 為 輸 入 時 ， 需 要 先 向 口 鎖存 器 寫 入 1， 故 稱 為 準 雙 向

27、 口 ） ， 其負 載 能 力 為 4個 TTL電 路 。 1 P0口 的 結(jié) 構(gòu) VCCP0.X鎖 存 器讀 鎖 存 器 地 址 /數(shù) 據(jù) 控 制D 讀 引 腳寫 鎖 存 器內(nèi) 部 總 線 QQ MUX T2 P0.XT1CL 2 P1口 的 結(jié) 構(gòu) VCC P1.X鎖 存 器讀 鎖 存 器 D讀 引 腳寫 鎖 存 器內(nèi) 部 總 線 QQ T P1.X內(nèi) 部 上 拉 電 阻CL 3 P2口 的 結(jié) 構(gòu) VCCP 2.X鎖 存 器讀 鎖 存 器 地 址 控 制D讀 引 腳 寫 鎖 存 器內(nèi) 部 總 線 QQ MUX T P2.X內(nèi) 部 上 拉 電 阻CL 4 P3口 的 結(jié) 構(gòu) VCCP 3.

28、X鎖 存 器讀 鎖 存 器 第 二 輸 出 功 能D讀 引 腳 寫 鎖 存 器內(nèi) 部 總 線 QQ T P3.X內(nèi) 部 上 拉 電 阻第 二 輸 入 功 能CL P3.2P3.3位 線 引 腳 第 二 功 能P3.0 10 RXD（ 串 行 輸 入 口 ）P3.1 11 TXD（ 串 行 輸 出 口 ）12 INT0（ 外 部 中 斷 0）13 INT1（ 外 部 中 斷 1）P3.4 14 T0（ 定 時 器 0的 計 數(shù) 輸 入 ）P3.5 15 T1（ 定 時 器 1的 計 數(shù) 輸 入 ）16 WR（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 寫 脈 沖 ）17 RD（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 讀

29、 脈 沖 ）P 3.7 P3.6 P3口 的 第 二 功 能 （ 1） 地 址 總 線 （ AB） ： 地 址 總 線 寬 度 為 16位 ，由 P0口 經(jīng) 地 址 鎖 存 器 提 供 低 8位 地 址 （ A0 A7） ； P2口 直 接 提 供 高 8位 地 址 （ A8 A15） 。地 址 信 號 是 由 CPU發(fā) 出 的 ， 故 地 址 總 線 是 單 方向 的 。（ 2） 數(shù) 據(jù) 總 線 （ DB） ： 數(shù) 據(jù) 總 線 寬 度 為 8位 ，用 于 傳 送 數(shù) 據(jù) 和 指 令 ， 由 P0口 提 供 。（ 3） 控 制 總 線 （ CB） ： 控 制 總 線 隨 時 掌 握 各 種部 件 的 狀 態(tài) ， 并 根 據(jù) 需 要 向 有 關 部 件 發(fā) 出 命 令 ，主 要 有 PSEN、 WR、 RD信 號 。8051單 片 機 的 片 外 總 線 結(jié) 構(gòu) 8051與 外 部 存 儲 器 、 I/O端 口 的 連 接