1、第二章 MCS-51单片机的内部结构,2.1 内部结构与引脚配置,单片机原理与应用,以CPU为核心部件，外围部件包括存储器、定时/计数器、中断控制器、异步串行通信接口和并行接口，它们之间以8位总线相互连接。,引脚配置： （1）电源及时钟引脚（4个）：GND，VCC，XTAL1，XTAL2 （2）控制线引脚（4个）：RST，nEA，PSEN，ALE （3）输入/输出引脚（32个）：P0.0P0.7P1.0P1.7P2.0P2.7 P3.0P3.7,单片机原理与应用,2.2 中央处理单元 CPU,1、组成：,运算器：执行算术运算或逻辑运算；,控制器：协调单片机各部件工作；,寄存器：存储指令、操作数
2、或地址；,2、特点：, 字长为8位；, 可执行算术或逻辑运算；, 具有专用的乘法和除法指令；,单片机原理与应用,2.3 存储器组织,单片机原理与应用,1、程序只读存储器ROM,单片机的存储器包括三部分：程序只读存储器、数据随机存储器和特殊功能寄存器。,2.3 存储器组织,单片机原理与应用,1、程序只读存储器ROM,三句话：,MCS-51单片机具有64KB的寻址范围（地址：0000HFFFFH）；,低4KB空间（地址：0000 H0FFFH）为片内ROM和片外ROM所共用，但不能同时使用；高60KB空间（地址：1000HFFFFH）为片外ROM所专用；,片内ROM和片外ROM大小之和不能超过64
3、KB。,设问 程序是按照怎样的顺序存储的？程序是按照怎样的顺序运行的？又是怎样实现的呢？,2.3 存储器组织,单片机原理与应用,1、程序只读存储器ROM,程序计数器PC, 16 bit 二进制寄存器；, 能自动加1；, 用户不能通过指令对其进行读写；, 作用：指示程序运行方向，总是存储下一条将要被执行的指令在程序存储器中的地址。,2.3 存储器组织,单片机原理与应用,2、数据随机存储器RAM,MCS-51单片机的RAM有片内和片外之分，以指令区分（MOV、MOVX）。以8051为例，片内RAM为128B，片外最大64KB。,2.3 存储器组织,单片机原理与应用,3、特殊功能寄存器SFR,就本质
4、而言，特殊功能寄存器是普通的数据随机存储器（RAM），所不同的是单片机制造者赋予它们特殊的功能。,（1）特点：,特殊功能寄存器零散地分布在片内RAM的高128B空间（地址：80HFF）内；,所有特殊功能寄存器均支持字节寻址，个别特殊功能寄存器还支持位寻址；,用户程序只能通过直接寻址方式访问特殊功能寄存器。,（2）几个特殊功能寄存器,2.3 存储器组织,单片机原理与应用,3、特殊功能寄存器SFR,累加器ACC最繁忙的寄存器,描述：8位二进制寄存器,功能：存放操作数和运算结果,通用寄存器B,描述：8位二进制寄存器,功能：通用目的的寄存器；乘法、除法指令；,（2）几个特殊功能寄存器,2.3 存储器组
5、织,3、特殊功能寄存器SFR,堆栈指针SP,单片机原理与应用,（2）几个特殊功能寄存器,2.3 存储器组织,3、特殊功能寄存器SFR,堆栈指针SP,描述：8位二进制寄存器；能自动加1或减1；,功能：总是存放栈顶数据在内部RAM中的地址。,数据指针DPTR,描述：16位二进制寄存器；由两个8位二进制拼接而成 （DPH、DPL）；,功能：对外部RAM寻址、程序存储器ROM寻址时，存储操作数地址。,单片机原理与应用,（2）几个特殊功能寄存器,2.3 存储器组织,3、特殊功能寄存器SFR,程序状态字PSW,单片机原理与应用,描述：8位二进制寄存器；,功能：指示指令执行的状态 。,CY：（最高位）进位位
6、；,AC：（第3位）进位位；,FO：用户标志位；,RS1，RS0：工作寄存器组选择位；,OV：溢出位；,P：奇偶标志位；,2.4 输入/输出,问题1:什么是“输入/输出”？,单片机原理与应用,问题2:为什么要输入/输出？也就是输入/输出的作用。,问题3:输入/输出有哪些途径？,2.4 输入/输出并行端口,单片机原理与应用,MCS-51单片机有4个双向8位I/O端口：PO口、P1口、P2口和P3口。它们均由端口锁存器、三态输入缓冲器、控制电路和驱动电路构成。,表2-1 并行端口的作用,2.4 输入/输出并行端口,单片机原理与应用,并行端口的操作,（A） 写引脚：既写到端口寄存器中，同时反映到引脚
7、上；一条指令即可完成。,（B） 读端口：实质上是读端口寄存器（SFR），与引脚状态无关，一条指令即可完成。,2.4 输入/输出并行端口,单片机原理与应用,并行端口的操作,（C） 读引脚：先将端口寄存器置1，选取引脚与内部数据总线的连接，再读取引脚状态；需要两条指令才能完成。,Why？,2.4 输入/输出并行端口,单片机原理与应用,并行端口的结构（P0口）,2.4 输入/输出并行端口,单片机原理与应用,并行端口的结构（P1口）,2.4 输入/输出并行端口,单片机原理与应用,并行端口的结构（P2口）,2.4 输入/输出并行端口,单片机原理与应用,并行端口的结构（P3口）,2.4 输入/输出串行端口
8、,单片机原理与应用,全双工异步串行通信接口（UART） 将在第七章中学习！,2.4 输入/输出Intel总线结构,单片机原理与应用,Intel经典三总线结构：数据总线、地址总线、控制总线。,2.5 单片机系统的基本组成电路,单片机原理与应用,所谓“单片机最小系统”，就是保证单片机系统正常工作所需要的最少的电路。,一个重要概念： 单片机最小系统,最小系统的组成：,电源电路,复位电路,时钟电路,其他设置电路,2.5 单片机系统的基本组成电路,单片机原理与应用, 时钟电路与时序（2-1）,时钟电路的作用, 时钟是单片机各部分部件协调工作的时间基准（节拍）。, 时钟对于单片机系统的作用相当于人体的脉搏
9、。,两种时钟电路:,2.5 单片机系统的基本组成电路,单片机原理与应用, 时钟电路与时序（2-2）,时序 三个周期,周期是时间单位！ T=1/f,振荡周期TOSC：外部晶体 振荡器标称频率的倒数。,机器周期TM：指令被划分成几个基本操作，完整完成一个基本操作的时间称为机器周期。一个机器周期由12个振荡周期组成。,指令周期TI：执行一条指令的全部时间。通常由14个机器周期组成。,TM= 12 TOSC,2.5 单片机系统的基本组成电路,单片机原理与应用, 复位电路（2-1）,复位的作用：使程序回到初始位置重新开始运行。,什么时候复位？, 系统上电时；, 手动复位时；, 程序进入死循环时（需要“看
10、门狗”）；,复位后的状态：,一个确定的状态！,* 程序计数器PC的值为0000H，即从程序存储器的低地址开始运行；,* 特殊功能寄存器的状态；, 端口寄存器P0P3：0FFH 堆栈指针SP：07H 其他单元全都归零,说明：复位后，RAM中的数据不 会丢失,保持不变。,2.5 单片机系统的基本组成电路,单片机原理与应用, 复位电路（2-2）,怎样复位？复位条件,Pin9:RST引脚上维持至少2个机器周期的高电平。,复位电路:,分立元件构成的复位电路,集成复位电路,2.5 单片机系统的基本组成电路,单片机原理与应用, 电源电路, 单片机系统往往使用+5V或者+3.3V供电；, 电源可选择整流稳压电源、开关电源、电池等。, 其他电路,第二章 完,
