二計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ).ppt

《二計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ).ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《二計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ).ppt（70頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)科學(xué)與軟件學(xué)院 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)部,重點(diǎn)與要求,重點(diǎn)： 微型計(jì)算機(jī)的工作原理 MCS-51單片機(jī)的硬件組成 1、存儲器結(jié)構(gòu) 2、CPU結(jié)構(gòu) （運(yùn)算器，布爾處理器） MCS-51單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài),要求： 清楚MCS-51存儲器結(jié)構(gòu) 思考題 第一章 1-13 — 1-15 第二章 2-1 — 2-11 2-20,主要內(nèi)容,,微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識 第一章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 1.2 微型計(jì)算機(jī)的組成及其工作原理 MCS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 第二章 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 MCS-51單片機(jī)存儲結(jié)構(gòu)小結(jié),,,1.2 微

2、型計(jì)算機(jī)的組成及其工作原理,,1.2.1 微型計(jì)算機(jī)的組成 1、存儲器（類型、結(jié)構(gòu)、重要指標(biāo)） 2、微處理器MPU （結(jié)構(gòu)圖） 3、I/O接口和外設(shè) 4、地址、數(shù)據(jù)、控制總線 1.2.2 微型計(jì)算機(jī)的基本原理,1.2.1 微型計(jì)算機(jī)的組成,P5,Random Access Memory,Read Only Memory,類型： ROM 正常工作時(shí)只能讀不能寫的存儲器,1、存儲器（類型、結(jié)構(gòu)、重要指標(biāo)）,,不 易 失,P5,RAM 正常工作時(shí)即可讀又可寫的存儲器,易失,ROM和RAM的主要區(qū)別： 1、斷電后ROM內(nèi)的信息不丟失 RAM 中的信息立即丟失 2、讀/寫方式不同 ROM采用特殊方式

3、寫入信息， 正常工作是只讀方式 RAM正常工作既能讀又能寫,ROM和RAM芯片均有分四組引腳線： （ROM另有特殊的引腳線） 1、地址線 傳送存儲器的地址碼，其根數(shù)決定存儲單元個(gè)數(shù)即字?jǐn)?shù) 2、數(shù)據(jù)線 傳送對某一單元進(jìn)行讀/寫的數(shù)據(jù)，雙向 決定一個(gè)單元內(nèi)存儲二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，即字長 3、控制線 傳送讀/寫控制信號，以控制讀/寫操作 4、電源線 +5V 和GED線,結(jié)構(gòu),P6,存儲器的兩個(gè)重要指標(biāo),存貯容量 存儲容量＝2地址線條數(shù)數(shù)據(jù)線的條數(shù)bit ＝存儲單元個(gè)數(shù)字長 例： 芯片2732 4KB 即 4 K 8bit=32Kb 地址線 12根，數(shù)據(jù)線 8根 芯片 2

4、114 1K 4bit 地址線 10根， 數(shù)據(jù)線 4根 問？ 2764 8KB 地址線 ？根，數(shù)據(jù)線 ？根 存取周期 存儲器從接到存儲單元地址開始， 到讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)為止所用的時(shí)間。,字?jǐn)?shù),2、微處理器MPU,?結(jié)構(gòu)圖,P7,,在控制器的控制下，對二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算。 ?1 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元 ALU （8位) 運(yùn)算器的核心，以全加器為基礎(chǔ)，輔以移位和控制邏輯組合而成 在控制器的控制下，可進(jìn)行加減乘除算術(shù)運(yùn)算和各種邏輯運(yùn)算 ?2 累加器 A 由8位觸發(fā)器組成的移位寄存器， 運(yùn)算前存放一個(gè)操作數(shù)， 運(yùn)算后存放運(yùn)算結(jié)果，可進(jìn)行累加 ?3 暫存器 TMP 8位寄存

5、器，暫存另一個(gè)操作數(shù) ?4 程序狀態(tài)字 PSW 8位觸發(fā)器組成， 存放ALU操作中形成的狀態(tài) 例 CY OV AC 標(biāo)志位 ?5 通用寄存器組 PS 用于存放操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果,1）運(yùn)算器（主要由五部分組成）以8位微機(jī)為例,發(fā)布操作命令的機(jī)構(gòu)，是計(jì)算機(jī)的指揮中心，控制計(jì)算機(jī)的各部分協(xié)調(diào)工作，用以自動(dòng)執(zhí)行程序。 ?1 指令部件 用來讀取指令、分析指令和為完成指令產(chǎn)生控制信號的邏輯部件，也是控制器的核心。指令部件由以下三部分組成： ? 程序計(jì)數(shù)器PC（Program Counter） ? 指令寄存器IR（Instruction Register） ? 指令譯碼器ID（Instructi

6、on Decoder） ?2 時(shí)序部件 由時(shí)鐘系統(tǒng)和脈沖分配器組成，用于產(chǎn)生微操作控制部件所需的定時(shí)脈沖信號。 ?3 微操作控制部件 為指令譯碼器ID的輸出信號配上節(jié)拍電位和節(jié)拍脈沖，也可和外部進(jìn)來的控制信號組合，共同形成相應(yīng)的微操作控制序列，以完成規(guī)定的操作。,,2）控制器（主要由三部分組成）,程序 存儲器,PC,,,取出 指令碼,,指令 寄存器IR,指令 譯碼器ID,把指令轉(zhuǎn)變 成所需要得 電平信號,,,CPU 產(chǎn)生執(zhí)行該指令所需的各種控制信號,,取指令,分析指令,執(zhí)行指令,,1．2．2 微型計(jì)算機(jī)的基本原理,程序執(zhí)行過程舉例 求21＋43和的程序。 機(jī)器碼 機(jī)器碼 助記

7、符 功能 0111010000010101B 7415H MOV A,#15H ；(A)←15H 0010010000101011B 242BH ADD A,#2BH ；(A)←(A)＋2BH 1000000011111110B 80FEH SJMP $ ； 停止,15H,2BH,40H,CY OV AC,,,,0,0,1,,PSW,P10,第二章MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理,,本教材主要講述MCS-51單片機(jī)，包括它的硬件、軟件及其應(yīng)用。 本章介紹MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及其組成部件和各部件的功能。 2.1

8、MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 2.2 8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能 2.3 MCS-51單片機(jī)的引腳功能 2.4 MCS-51單片機(jī)的工作方式 2.5 MCS-51單片機(jī)的時(shí)序,,,2.1.2 MCS-51單片機(jī)的應(yīng)用特性,2．1 MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu),,2.1.1 MCS-51 單片機(jī)的基本組成,,,,存儲器,I/O接口,P35,MCS-51單片機(jī)芯片有許多種： 如8051、8031、8751、80C51、80C31等。 它由8個(gè)部件組成， 1、中央處理器（CPU）核心 2、時(shí)鐘電路 12MHz 3、程序存儲器（ROM/EPROM） 4KB 4、數(shù)據(jù)存儲器（R

9、AM） 128B+128B SFR 5、并行I/O口（P0～P3口）P0和P2兼作外總線 6、串行口 全雙工串行口 7、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2個(gè)16位 8、中斷系統(tǒng) 5個(gè)中斷源，高級和低級兩級優(yōu)先級別 它們都是通過單一總線連接，并被集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，為單片微型計(jì)算機(jī)（Single-Chip Microcomputer）,片內(nèi)存儲器,片內(nèi)I/O接口,1. MCS-51單片機(jī)系列 兩大系列：MCS-51子系列和MCS-52子系列。 其中51子系列是基本型，而52子系列屬于增強(qiáng)型。 各子系列配置如表2-1所示。(P36) 片內(nèi)ROM形式 無 ROM

10、 EPROM 8031 8051 8751 80C31 80C51 87C51 8032 8052 8752 80C32 80C52 87C52 功能增強(qiáng)的具表現(xiàn)在片內(nèi)ROM和片內(nèi)RAM的容量、 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)、中斷源的個(gè)數(shù)。,2．1．2 MCS-51單片機(jī)的應(yīng)用特性,,51 子系統(tǒng),52 子系統(tǒng),,P36,2. 單片機(jī)芯片的半導(dǎo)體工藝 MCS-51系列單片機(jī)采用以下兩種半導(dǎo)體工藝生產(chǎn) HMOS 芯片型號中不帶有字母“C”的， 具有高速度、高密度、功耗較大的特點(diǎn) 。 CHMOS 芯片型號中凡帶有字母“C”的， 具

11、有高速度、高密度、低功耗的特點(diǎn) 例如 8051的功耗為630mW， 80C51的功耗只有120mW。 3. MCS-51單片機(jī)片內(nèi)ROM存儲器的配置形式有三種： 掩模ROM型 （由廠家一次寫入，成本低） EPROM型 （由用戶可反復(fù)寫入，成本較高） 無ROM （需在片外擴(kuò)展） 各有特點(diǎn)，也各有其適用場合，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇,2.2.1 中央處理器CPU 2.2.2 存儲器結(jié)構(gòu) 2.2.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T/C) 2.2.4 并行I/O接口 2.2.5 串行口 2.2.6 中斷系統(tǒng),2．2 8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能,,2．2 8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能,,P38,運(yùn)

12、算器,控制器,一、運(yùn)算器 功能：運(yùn)算部件，在控制器的控制下 實(shí)現(xiàn)算術(shù)、邏輯運(yùn)算、位變量處理、移位、數(shù)據(jù)傳送 1. 算術(shù)邏輯單元（ALU）按指令對8位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行各種算術(shù) 邏輯運(yùn)算、位處理、移位和數(shù)傳送等運(yùn)算 運(yùn)算結(jié)果影響PSW的有關(guān)標(biāo)志位 2. 累加器（ACC）8位 存放操作數(shù)和中間結(jié)果 工作頻繁，大多數(shù)操作均通過它進(jìn)行 3. 寄存器B 8位 乘法時(shí)用于存乘數(shù)/積的高8位 除法時(shí)用于存除數(shù)/余數(shù) 4. 程序狀態(tài)字（PSW）8位 特殊功能寄存器 5. 布爾處理器 1位 它以進(jìn)位標(biāo)志（CY）作為累加位 進(jìn)行位操作,程序狀態(tài)字PSW各標(biāo)志位的含義,,,PSW.7 P

13、SW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0,CY (PSW.7) 進(jìn)位標(biāo)志位 AC（PSW.6） 輔助進(jìn)位（或稱半進(jìn)位）標(biāo)志 F0（PSW.5） 用戶標(biāo)志位 RS1和RS0（PSW.4，PSW.3）工作寄存器組選擇位 OV（PSW.2） 溢出標(biāo)志位 PSW.1 未定義位 P（PSW.0） 奇偶標(biāo)志位,P38,CY是PSW中最常用的標(biāo)志位。 由硬件或軟件置位和清零。 ? 字節(jié)運(yùn)算中(ALU)： 它表示運(yùn)算結(jié)果是否有進(jìn)位（或借位）。 Cy=SUB⊕C8 加法時(shí)(SUB=0)：有進(jìn)位 Cy由硬件置“1” 即Cy=1； 無進(jìn)位 CY被硬件

14、清“0” 即Cy=0。 減法時(shí)(SUB=1)：有借位 Cy由硬件置“1” 即Cy=1； 無借位 CY被硬件清“0” 即Cy=0。 ? 位操作（布爾操作）時(shí)，CY作為累加器使用，其作用相當(dāng)于字節(jié)操作的累加器ACC。,Cy,在指令中可作為轉(zhuǎn)移的條件 JC rel ； cy=1轉(zhuǎn)移 JNC rel ； cy=0 轉(zhuǎn)移 位操作指令中CY作為位累加器，簡寫成C ANL C, bit ANL C, / bit ORL C, bit ORL C, / bit SETB C CLR C CPL C MOV C,bit MOV bit,c,Cy,C,AC（PSW.

15、6） 輔助進(jìn)位（或稱半進(jìn)位）標(biāo)志。 當(dāng)執(zhí)行加減運(yùn)算時(shí)，其運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生低四位向高四位進(jìn)位或借位時(shí), AC由硬件置“1”；否則AC位被自動(dòng)清“0”。 AC=SUB ⊕ C4 一般在BCD碼運(yùn)算時(shí)，系統(tǒng)利用AC位進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整。,Ac,OV,OV（PSW.2） 溢出標(biāo)志位 它反映運(yùn)算結(jié)果是否溢出，溢出時(shí)則由硬件將OV位置“1”；否則置“0”。只有對補(bǔ)碼運(yùn)算起作用。 雙進(jìn)位法判溢出： OV=C8 ⊕ C7,溢出和進(jìn)位是兩種不同性質(zhì)的概念。 溢出是指兩個(gè)帶符號數(shù)運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算結(jié)果超出了累加器以補(bǔ)碼所能表示一個(gè)有符號數(shù)的范圍。 而進(jìn)位則表示兩數(shù)運(yùn)算最高位（D7）相加（或相減）有無進(jìn)

16、位（或借位）。 因此使用時(shí)應(yīng)加以注意。,OV 與 Cy,F0（PSW.5） 用戶標(biāo)志位。 用戶可根據(jù)自己的需要對F0位賦予一定的含義，由用戶置位或復(fù)位，作為軟件標(biāo)志。 SETB F0 ; 置位 CLR F0 ; 復(fù)位 相當(dāng)于高級語言中的邏輯變量,F0,P（PSW.0） 奇偶標(biāo)志位 P標(biāo)志表明累加器ACC中1的個(gè)數(shù)的奇偶性。在每條指令執(zhí)行完后，單片機(jī)根據(jù)ACC的內(nèi)容對P 位自動(dòng)置位或復(fù)位。 若累加器ACC中有奇數(shù)個(gè)“1”，則P=1； 若累加器ACC中有偶數(shù)個(gè)“1”，則P=0。,P,1．程序計(jì)數(shù)器（PC）16位計(jì)數(shù)器（重要） PC是一個(gè)16位的程序地址寄存器，其內(nèi)容是當(dāng)前執(zhí)

17、行指令的下一條指令在程序存儲器中的地址，這樣就確定程序的運(yùn)行順序，尋址范圍達(dá)64KB。 PC具有自動(dòng)加1的功能。一般情況，在執(zhí)行程序時(shí)，CPU每從ROM中取出一條指令，PC就自動(dòng)加1，從而保證了程序能夠自動(dòng)順序執(zhí)行。 CPU要執(zhí)行那條指令由PC的值決定，但PC單元本身沒有地址，是不可尋址的，用戶無法對其進(jìn)行讀寫，因此要實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移，需要通過執(zhí)行轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令自動(dòng)改變PC內(nèi)容。 在單片機(jī)復(fù)位時(shí)，PC= 0000H。,二、控制器,2．指令譯碼器ID 是分析指令功能的部件。指令取出經(jīng)指令寄存器IR送至指令譯碼器ID時(shí) ，ID對該指令進(jìn)行譯碼，即把指令轉(zhuǎn)變成執(zhí)行相應(yīng)操作的控制電位。

18、3．定時(shí)控制電路 根據(jù)ID輸出的控制電位，在OSC配合下產(chǎn)生指令時(shí)序脈沖，控制單片及各功能部件協(xié)調(diào)地、有節(jié)拍地完成相應(yīng)指令所規(guī)定的全部操作。 4．?dāng)?shù)據(jù)指針（DPTR）16bit 數(shù)據(jù)指針DPTR為16位寄存器。它的功能是存放16位的地址，作為訪問外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)的地址。 編程時(shí)，DPTR既可按16位寄存器使用，也可以按兩個(gè)8位寄存器分開使用。即： DPH DPTR的高8位 DPL DPTR的低8位,5. 堆棧指針(SP)8 bit 堆棧是一種遵循“后進(jìn)先出” 原則進(jìn)行存取的存儲區(qū)域， 堆棧有棧頂和棧底之分。 棧底地址一旦設(shè)定后，固定不變，它決定了堆棧在RAM中的物

19、理位置。 SP的內(nèi)容就是堆棧棧頂?shù)拇鎯卧刂贰２徽撌菙?shù)據(jù)進(jìn)棧還是數(shù)據(jù)出棧，都是對堆棧的棧頂單元進(jìn)行的，即對棧頂單元的寫和讀操作。 當(dāng)堆棧中空無數(shù)據(jù)時(shí)，棧頂?shù)刂泛蜅５椎刂分睾稀?2.2.2 存儲器結(jié)構(gòu),一 程序存儲器,二 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器低128個(gè)單元（RAM),四 片外數(shù)據(jù)存儲器（RAM/I/O),二 特殊功能寄存器（SFP）,2.2.2 存儲器結(jié)構(gòu),,,8051單片機(jī)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采用了哈佛型，其存儲器在物理結(jié)構(gòu)上分程序存儲器（ROM） 和數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。 有四個(gè)物理上相互獨(dú)立的存儲空間 ：其配置如圖2-3所示。,片內(nèi)ROM,片外ROM,片內(nèi)RAM,片外RAM/I/O口,60KB,

20、4KB,64KB,,,128B RAM,128B SFR,P40,8051存儲空間分為： ? 4KB的片內(nèi)ROM，其地址從0000H～0FFFH； ?與片內(nèi)統(tǒng)一編址的64KB的片外ROM， 其地址從0000H～0FFFFH； ? 256B的片內(nèi)RAM，其地址從00H～0FFH（其中特殊 功能寄存器分散分布在地址從80H～0FFH的存儲空間內(nèi)） ? 64KB片外RAM，地址也從0000H～FFFFH。 ； 由上可以看出，下列空間地址是重疊的： ?程序存儲器中片內(nèi)外低4K字節(jié)地址重疊； ?數(shù)據(jù)存儲器中片內(nèi)外低256個(gè)字節(jié)地址重疊。 ?數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器64K地址全部重疊； 雖然地址重疊，

21、但由于采用了不同的操作指令及控制信號EA、PSEN的選擇，因此不會產(chǎn)生混亂。,,,說明,程序存儲器用來存放程序和常數(shù)，分為片內(nèi)和片外兩部分，其中8051內(nèi)部有4kB的ROM，地址范圍是0000H-0FFFH，片外用16位地址線可擴(kuò)充64kB的ROM，地址范圍是0000H-0FFFFH。,,一 程序存儲器,如何確定是從片內(nèi)ROM取指令，還是從片外ROM取指令呢 ？,讀取ROM中的常數(shù)、表格中的數(shù)據(jù)時(shí)，通常采用“MOVC”指令。 在程序存儲器中有些特殊單元是留給系統(tǒng)使用的，用戶不能占用，使用時(shí)應(yīng)注意。 特殊單元： 0000H-0002H（開機(jī)復(fù)位單元） 3個(gè) 0003H-000AH（I

22、NT0中斷地址區(qū)） 8個(gè) 000BH-0012H（T/C0中斷地址區(qū)） 8個(gè) 0013H-001AH（INT1中斷地址區(qū)） 8個(gè) 001BH-0022H（T/C1中斷地址區(qū)） 8個(gè) 0023H-002AH（串行口中斷地址區(qū)） 8個(gè),,,用戶RAM區(qū) （堆棧、數(shù)據(jù)緩沖） （30H-7FH）,位尋址區(qū) （位地址00H-7FH） （20H-2FH）,第3組通用寄存器 （18H-1FH）,第2組通用寄存器 （10H-17H）,第1組通用寄存器 （08H-0FH）,第0組通用寄存器 （00H-07H）,用于存放操作數(shù)及中間結(jié)果。由于它們的功能預(yù)先不作規(guī)定，因此稱為通用寄存器，也叫工作寄存

23、器。 任一時(shí)刻，CPU只能使用一組工作寄存器。（由PSW的RS0和RS1決定）,,,可以直接對位進(jìn)行尋址。（共16個(gè)單元，128個(gè)位）,,用于存放用戶數(shù)據(jù)和及做堆棧用。,00H,7FH,,二 片內(nèi)RAM低128個(gè)單元,⑴ 工作寄存器（00H—1FH) RS1 RS0 寄存器組 片內(nèi)RAM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,R0~R7,4個(gè),這16個(gè)單元（共計(jì)128位）的每一位都有一個(gè)8位表示的位地址，位尋址范圍為00H～7FH，如表2-3所示

24、P42。 位尋址區(qū)的每一個(gè)單元既可作為一般RAM單元使用，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對單元中的每一位進(jìn)行位操作。 MCS-51布爾處理器的存儲空間就是指這個(gè)位尋址空間。,28H 字節(jié)地址,位地址,⑵ 可位尋址區(qū)（20H—2FH),28H 字節(jié)地址,MOV 28H,#56H,SETB 43H,CLR 28H.2,1,0,字節(jié)操作,位操作,,“位”有兩種表示形式,位地址,存儲單元地址.位,30H～7FH是供用戶使用的一般RAM區(qū)，也是數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，共80個(gè)單元。對用戶RAM區(qū)的使用沒有任何規(guī)定或限制，一般用于存放用戶數(shù)據(jù)及作堆棧區(qū)使用。,⑶ 用戶RAM區(qū)（30H～7FH）,8051片內(nèi)有21個(gè)特殊功能寄

25、存器，又稱為專用寄存器（SFR）。它們不連續(xù)地分布在片內(nèi)RAM的高128個(gè)存儲單元中，即80H～0FFH RAM地址中。 在21個(gè)特殊功能寄存器中，有一部分是屬于CPU范圍的，例如累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)字PSW等；另一部分屬于接口的范圍，例如I/O的鎖存器P0～P3，定時(shí)器和控制寄存器等。,3 高128字節(jié)特殊功能寄存器 SFR,使用時(shí)注意： ①在80H～0FFH RAM地址中，除了這21個(gè)SFP單元，其它單元為虛單元，是不能被讀寫的。 ② 對特殊功能寄存器只能使用直接尋址方式，書寫時(shí)既可使用寄存器符號，也可使用寄存器單元地址。例如：0F0H和B，0D0H和PSW，一般多使用寄存器

26、符號，易于識別。,在21個(gè)特殊功能寄存器中，有11個(gè)寄存器具有位地址，見表2-5(P43)。如寄存器B， 0F0H字節(jié)地址，位地址0F0H ～0F7H，字節(jié)地址與其最低位的位地址相同。,2.2.2.3 片外數(shù)據(jù)存儲器（RAM/I/O),,2、片外RAM地址范圍為0000H～0FFFFH，其中在0000H～00FFH這段區(qū)間與片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址是重疊的，CPU使用MOV指令訪問片內(nèi)RAM，使用MOVX指令訪問片外RAM。 3、若用戶應(yīng)用系統(tǒng)有擴(kuò)展的I/O接口時(shí)，MSC-51的片外RAM與擴(kuò)展的I/O口統(tǒng)一編址，即所有擴(kuò)展的I/O接口地址均占用片外RAM的單元地址，單片機(jī)可以象訪問片外RAM那樣

27、訪問外部I/O接口，對I/O進(jìn)行讀寫操作 。,1、片外數(shù)據(jù)存儲器，即片外RAM一般由靜態(tài)RAM組成。MCS-51系列單片機(jī)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器通過一個(gè)特殊寄存器——DPTR尋址。由于DPTR是16位，則外部數(shù)據(jù)存儲器可尋址的范圍是64kB。,MCS-51系列單片機(jī)芯片均為40個(gè)引腳，HMOS工藝制造的芯片采用雙列直插式封裝（DIP）。 本節(jié)主要介紹引腳功能和引腳功能的復(fù)用。,2.3 MCS-51單片機(jī)的引腳功能,,P48,一 引腳信號功能介紹,,1、I/O（輸入/輸出）端口（Port）P0、P1、P2、P3 P0口 ⑴ 通用I/O接口：當(dāng)不接外存儲器或不擴(kuò)展I/O口時(shí)，P0口可作為一個(gè)通用I/

28、O接口。 ⑵ 地址/數(shù)據(jù)口：在訪問外存儲器時(shí)，P0口分時(shí)作為低8位地址線和8位雙向數(shù)據(jù)線。 P1口 P1口只能做通用I/O接口。 P2口 ⑴ 通用I/O接口; ⑵ 地址口：在訪問外部存儲器時(shí)，輸出高8位地址。 P3口 ⑴ 通用I/O接口； ⑵ 第二功能：每個(gè)引腳還有特殊的功能。,4、電源引腳Vss和Vcc Vss為電壓接地端，Vcc為+5V電源端。,3、時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1和XTAL2是外接晶體引線端。當(dāng)芯片使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，用于外接石英晶體和電容；當(dāng)用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號。,二 引腳信號的第二功能,,1、P3口線的第二功能,對于各種型號的芯片，

29、其引腳的第一功能信號是相同的，所不同的只是引腳的第二功能信號。 對于控制信號引腳，由于第一功能信號與第二功能信號是單片機(jī)在不同工作方式下的信號，因此不會發(fā)生使用上的矛盾。 但是P3口的情況卻有所不同，它的第二功能信號都是單片機(jī)的重要控制信號，因此在實(shí)際使用時(shí)，先要保證第二功能信號。P0和P2口，在有外接存儲器時(shí)，常使用第二功能。因此以上引腳只有在不使用第二功能時(shí)，才能作為通用I/O接口使用。,MCS-51單片機(jī)的工作方式有 復(fù)位方式 單步執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式 掉電和低功耗方式 以及EPROM編程、校驗(yàn)與加密方式等。,2.4 MCS-51單片機(jī)的工作方式,,P49,1、單片機(jī)的初始化操作—

30、—復(fù)位 單片機(jī)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器PC和特殊功能寄存器的狀態(tài)（見書P50頁）。 復(fù)位后，PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H開始執(zhí)行程序。復(fù)位后不影響片內(nèi)RAM。,2.4.1 復(fù)位方式,,2、復(fù)位信號 RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號為高電平有效。當(dāng)高電平持續(xù)24個(gè)震蕩脈沖周期（兩個(gè)時(shí)鐘周期）以上時(shí)，單片機(jī)完成復(fù)位。,3、復(fù)位方式 復(fù)位分為上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位。,復(fù)位后各SFR的初始狀態(tài)——重要,P51,,P53,2.4.3 程序執(zhí)行方式,程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式，有以下兩種方式：單步執(zhí)行方式、連續(xù)執(zhí)行方式 單步執(zhí)行就是通過外來脈沖控制程序的執(zhí)行，使之達(dá)到來一

31、個(gè)脈沖就執(zhí)行一條指令的目的。而外來脈沖是通過按鍵產(chǎn)生的，因此單步執(zhí)行實(shí)際上就是按一次鍵執(zhí)行一條指令。,在單片機(jī)復(fù)位時(shí)，PC= 0000H，CPU從0000H開始逐條執(zhí)行存放在ROM中的程序指令， 由于PC具有自動(dòng)加1的功能，因此保證了程序的連續(xù)執(zhí)行。但是MCS-51單片機(jī)從0003H開始的若干個(gè)單元規(guī)定為中斷服務(wù)程序的入口地址，所以通常在ROM的0000H～0002H單元存放一個(gè)三字節(jié)的長轉(zhuǎn)移指令 LJMP addr16，其中addr16為實(shí)際程序起始地址，使PC指向?qū)嶋H程序的起始地址，以便跳轉(zhuǎn)到實(shí)際程序的入口去執(zhí)行。 應(yīng)用轉(zhuǎn)移指令可使程序跳轉(zhuǎn)至ROM中0000H～0FFFFH的任何單元。,

32、連續(xù)執(zhí)行方式,,單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行程序過程中，如發(fā)生掉電故障將會使RAM和寄存器中的數(shù)據(jù)丟失，其后果有時(shí)是非常嚴(yán)重的。 為此，MCS-51單片機(jī)可以設(shè)置掉電保護(hù)，進(jìn)行掉電變化處理。 具體作法是： 1．先把有用信息轉(zhuǎn)存到內(nèi)部RAM中 2．然后接通備用電源，維持內(nèi)部RAM的供電,2.4.3 8051的掉電保護(hù),,,P51,2．接通備用電源 信息轉(zhuǎn)存后還應(yīng)維持內(nèi)部RAM的供電，才能保護(hù)轉(zhuǎn)存信息不被破壞。 為此系統(tǒng)應(yīng)裝有備用電源，并在掉電后立即接通備用電源。 備用電源由單片機(jī)RST/VPD引腳接入。 為了在掉電時(shí)能及時(shí)接通備用電源，系統(tǒng)中還需要備用電源與VCC電源的自動(dòng)切換電路，這個(gè)電路已表示在圖

33、2-7中。,2．5 MCS-51單片機(jī)的時(shí)序,,單片機(jī)在執(zhí)行指令時(shí)，通常將一條指令分解為若干基本的微操作，這些微操作所對應(yīng)的脈沖信號在時(shí)間上的先后次序稱為單片機(jī)的時(shí)序。,P55,2．5．2．CPU時(shí)序,,時(shí)序定時(shí)單位 MCS-51的時(shí)序定時(shí)單位從小到大依次為：節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。下面分別說明。 1．節(jié)拍與狀態(tài) 把振蕩脈沖的周期定義為節(jié)拍（用P表示）。每二個(gè)節(jié)拍定義為一個(gè)狀態(tài)（用S表示）。一個(gè)狀態(tài)包含節(jié)拍1（P1）和節(jié)拍2（P2） 2．機(jī)器周期 MCS-51采用定時(shí)控制方式，有固定的機(jī)器周期，規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期的寬度為6個(gè)狀態(tài)，并依次表示為S1～S6。由于一個(gè)狀態(tài)包括兩個(gè)節(jié)拍，因此一個(gè)

34、機(jī)器周期總共有12個(gè)節(jié)拍，分別記作S1P1、S1P2、……S6P2。因此一個(gè)機(jī)器周期就由12個(gè)振蕩周期組成。 顯然，當(dāng)振蕩頻率為12MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1μs ，當(dāng)振蕩頻率為6MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為2μs 。,P56,3．指令周期 指令周期是最大的時(shí)序定時(shí)單位，執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間稱為指令周期。MCS-51的指令周期根據(jù)指令的不同，可分別包含有一、二、四個(gè)機(jī)器周期。 例：MUL AB DIV AB 是4機(jī)器周期指令 SJMP $ 是2機(jī)器周期指令 MOV A,B 是1機(jī)器周期指令,S狀態(tài),P節(jié)拍,,,節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期,MCS-51的時(shí)序定時(shí)單位,P56

35、,幾個(gè)地址重疊區(qū)的用指令識別： 1、片內(nèi)RAM/SFR 用MOV指令 2、片外RAM/I/O 用 MOVX 指令 3、片外程序存儲器 用MOVC指令 4、片內(nèi)可位尋址區(qū)，用SETB ,CLR ,MOV指令 用控制信號識別： 1、片外程序存儲器 用/PSEN 2、片外RAM/I/O 用/WR,/RD,MCS-51單片機(jī)存儲結(jié)構(gòu)小結(jié),,,,重點(diǎn)與要求,重點(diǎn)： 微型計(jì)算機(jī)的工作原理 MCS-51單片機(jī)的硬件組成 1、存儲器結(jié)構(gòu) 2、CPU結(jié)構(gòu) （運(yùn)算器，布爾處理器） MCS-51單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài),要求： 分清MCS-51存儲器結(jié)構(gòu) 思考題 第一章 1-13 — 1-15 第二章 2-1 — 2-11 2-20,第二章 結(jié)束,