西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械專(zhuān)業(yè)單片機(jī)第2章.ppt

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單片機(jī)原理及應(yīng)用,MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用,西南大學(xué).工程技術(shù)學(xué)院,單片機(jī)原理及應(yīng)用,單片機(jī)的組成,I/O端口,單片機(jī)存儲(chǔ)器配置,第章單片機(jī)結(jié)構(gòu),本章內(nèi)容提要,最小系統(tǒng),單片機(jī)原理及應(yīng)用,MCS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)框圖,中央處理器CPU：8位，運(yùn)算和控制功能,內(nèi)部RAM：共256個(gè)RAM單元，用戶(hù)使用前128個(gè)單元，用于存放可讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，后128個(gè)單元被專(zhuān)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(shí)/計(jì)數(shù)器：兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。,并行I/O口：4個(gè)8位的I/O口P0、P1、P2、P3。,串行口：一個(gè)全雙工串行口。,中斷控制系統(tǒng)：5個(gè)中斷源（外部中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)，串行中斷1個(gè)）,時(shí)鐘電路：可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，允許晶振頻率至12MHZ,單片機(jī)原理及應(yīng)用,8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu),單片機(jī)原理及應(yīng)用,CPU由運(yùn)算器、控制器組成,控制器：程序計(jì)數(shù)器(PC)16位指令寄存器指令譯碼器數(shù)據(jù)指針定時(shí)控制邏輯、復(fù)位電路、堆棧指針、時(shí)鐘發(fā)生器,運(yùn)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(yùn)行中的各種狀態(tài)信息(P13)B寄存器、暫存器、十進(jìn)制調(diào)整電路、布爾處理器,單片機(jī)原理及應(yīng)用,MCS-51單片機(jī)信號(hào)引腳簡(jiǎn)介,P3口線(xiàn)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(hào),1、電源線(xiàn)：VCC(+5V)、VSS(地),單片機(jī)原理及應(yīng)用,三個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器空間：64KB程序存儲(chǔ)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(chǔ)器空間（0~0FFFFH),2.2MCS51存儲(chǔ)器配置,單片機(jī)原理及應(yīng)用,3.存儲(chǔ)器,80318751805189C51,,,256B（字節(jié)）,4K,,64K,,64K,,,,,單片機(jī)原理及應(yīng)用,,程序存儲(chǔ)器,程序存儲(chǔ)器,內(nèi)部,外部,(PC),程序存儲(chǔ)器資源分布,中斷入口地址,單片機(jī)原理及應(yīng)用,ROM,2.2MCS－51存儲(chǔ)器配置,外部ROM,內(nèi)部ROM,0FFFFH,0FFFH,0000H,16位PC2160~0FFFFH64KB,EA接VSS忽略?xún)?nèi)部ROM,總是從外部ROM中取指,在CPU訪(fǎng)問(wèn)外ROM時(shí)，PSEN輸出負(fù)脈沖,內(nèi)部無(wú)ROM的(如8031)，EA必須接地,單片機(jī)原理及應(yīng)用,使用內(nèi)部ROM,,8051,,EA,,,,,,Vcc,,單片機(jī)原理及應(yīng)用,內(nèi)部,外部,,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,,RAM,專(zhuān)用寄存器,內(nèi)部RAM存儲(chǔ)器,工作寄存器區(qū)選擇位RS0、RS1,,,單片機(jī)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(jī)原理及應(yīng)用,高128個(gè)單元,,☆離散分布有21個(gè)特殊功能寄存器SFR。,☆11個(gè)可以進(jìn)行位尋址。,☆特別提示：對(duì)SFR只能使用直接尋址方式，書(shū)寫(xiě)時(shí)可使用寄存器符號(hào)，也可用寄存器單元地址。,單片機(jī)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(chǔ)器配置,單片機(jī)原理及應(yīng)用,四個(gè)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(dòng)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(xiàn)的A0~A7/D0~D7P1口帶上拉電阻，每一位可分別定義為輸入線(xiàn)/輸出線(xiàn)P2口1.輸入/輸出口2.系統(tǒng)擴(kuò)展高位地址總線(xiàn)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(jī)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(gè)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(diǎn)：,P0：1.作一般I/O口2.地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)的A0~A7/D0~D7，訪(fǎng)問(wèn)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，復(fù)用為低8位地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn),P2：1.輸入/輸出口2.系統(tǒng)擴(kuò)展高位地址總線(xiàn)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(xiàn)/輸出線(xiàn),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(jī)原理及應(yīng)用,P0口位結(jié)構(gòu),單片機(jī)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(xiàn),寫(xiě)鎖存器,讀引腳,內(nèi)部上拉電阻,Vcc,2,1,V1,,P1.i引腳,單片機(jī)原理及應(yīng)用,,P2口的位結(jié)構(gòu),單片機(jī)原理及應(yīng)用,控制線(xiàn)（4條）：ALE/PROG：雙功能引腳由于P0口的8個(gè)引腳是低8位地址總線(xiàn)與數(shù)據(jù)總線(xiàn)分時(shí)復(fù)用，因此必須將P0口輸出的低8位地址進(jìn)行鎖存。在訪(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，每機(jī)器周期該信號(hào)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(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ)器，該引腳上仍出現(xiàn)上述頻率的周期性信號(hào)，因此也可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖，頻率為振蕩器頻率的1/6，必須注意的是：在訪(fǎng)問(wèn)片內(nèi)外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖會(huì)跳空1個(gè)。PSEN：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端在CPU從片外程序存儲(chǔ)器取指期間，此信號(hào)每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，以通過(guò)P0口讀入指令，在訪(fǎng)問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，該信號(hào)不出現(xiàn)。,單片機(jī)原理及應(yīng)用,EA/Vpp：雙功能引腳為片外程序存儲(chǔ)器選用端。當(dāng)該引腳信號(hào)有效時(shí)，選擇片外程序存儲(chǔ)器，即EA/Vpp=1時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。對(duì)片內(nèi)含有EPROM的機(jī)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(jī)工作期間，當(dāng)此引腳上出現(xiàn)連接2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，詳見(jiàn)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(jī)原理及應(yīng)用,時(shí)鐘電路1.利用內(nèi)部時(shí)鐘電路2.外部方式CPU時(shí)序1.時(shí)鐘周期2.機(jī)器周期3.指令周期4.時(shí)序,2.4時(shí)序電路,單片機(jī)原理及應(yīng)用,單片機(jī)時(shí)鐘電路通常有兩種形式：1．內(nèi)部振蕩方式：MCS-51單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)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(shí)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(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。,單片機(jī)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(jī)原理及應(yīng)用,1．振蕩周期：為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)的振蕩源的周期。2．時(shí)鐘周期：是振蕩源信號(hào)經(jīng)二分頻后形成的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。3．機(jī)器周期：通常將完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱(chēng)為機(jī)器周期。4．指令周期：是指CPU執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。一個(gè)指令周期通常含有1～4個(gè)機(jī)器周期。,單片機(jī)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(hào)，作單片機(jī)內(nèi)部各部件協(xié)調(diào)工作的控制信號(hào)，其周期稱(chēng)為時(shí)鐘周期。計(jì)算機(jī)一條指令的執(zhí)行分幾個(gè)階段，每一階段完成一項(xiàng)規(guī)定的操作，完成某一規(guī)定操作所需的時(shí)間稱(chēng)為一個(gè)機(jī)器周期。對(duì)MCS—51系列單片機(jī)，6個(gè)時(shí)鐘周期構(gòu)成一個(gè)機(jī)器周期。CPU執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間為指令周期。指令周期以機(jī)器周期為單位，MCS—51系列單片機(jī)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(shí)間分別為1μs和2μs，而乘除指令則需4μsCPU時(shí)序：MCS—51系列單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期包含6個(gè)時(shí)鐘周期。我們用S1、S2、……、S6表示，每個(gè)時(shí)鐘周期的2個(gè)振蕩節(jié)拍用P1、P2表示，則一個(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)振蕩周期，不同周期、不同字節(jié)數(shù)的指令時(shí)序不同。,單片機(jī)原理及應(yīng)用,MCS-51單片機(jī)各種周期的相互關(guān)系,單片機(jī)原理及應(yīng)用,單片機(jī)原理及應(yīng)用,,8051,,,,,,,,,,,,,,,XTAL2,XTAL1,C1,C2,,外接晶振電路,,,,,,Vss,單片機(jī)原理及應(yīng)用,單片機(jī)復(fù)位電路及復(fù)位狀態(tài),1．復(fù)位電路單片機(jī)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(gè)機(jī)器周期以上的高電平而設(shè)計(jì)的。MCS-51單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。2．單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可按復(fù)位鍵重新運(yùn)行。21個(gè)特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值。,單片機(jī)原理及應(yīng)用,復(fù)位電路,單片機(jī)原理及應(yīng)用,表2-6單片機(jī)復(fù)位后特殊功能寄存器的狀態(tài),返回本節(jié),單片機(jī)原理及應(yīng)用,,復(fù)位和復(fù)位電路,,,單片機(jī)原理及應(yīng)用,現(xiàn)在是答問(wèn)時(shí)間,,