會(huì)計(jì)學(xué)1chMCS系列微控制器實(shí)用2內(nèi)容提要6.1概述6.2CPU結(jié)構(gòu)6.3存儲(chǔ)器組織6.4引腳功能P0~P3口6.5單片方式以及總線擴(kuò)展方式第1頁/共33頁36.1MCS-51系列微控制器概述Intel公司1981年推出，MCS(MicroControllerSeries)8位CPU，含布爾處理器內(nèi)部時(shí)鐘電路，外接晶振ROM：無ROM型/基本型4KB/增強(qiáng)型8KBRAM：基本型128B/增強(qiáng)型256B定時(shí)器：16位，基本型2個(gè)/增強(qiáng)型3個(gè)并行I/O口：P0~P3，4個(gè)8位并行I/O串行口：全雙工串行口1個(gè)中斷系統(tǒng)：中斷源基本型5個(gè)/增強(qiáng)型6個(gè)，2個(gè)優(yōu)先級(jí)第2頁/共33頁4HMOS工藝功耗高Intel公司的MCS-51系列產(chǎn)品﹡8051/8751/8031﹡8052/8752/8032﹡80C51/87C51/80C31﹡80C52/87C52/80C32

掩膜ROMEEPROM無ROMCHMOS工藝功耗低尾數(shù)1：基本型；尾數(shù)2：增強(qiáng)型第3頁/共33頁5簡化的結(jié)構(gòu)示意圖第4頁/共33頁6外形及引腳排列第5頁/共33頁72、CPU結(jié)構(gòu)第6頁/共33頁8與運(yùn)算相關(guān)的寄存器ALU——運(yùn)算部件TMP2，TMP1——暫存器，對(duì)用戶不透明PSW——運(yùn)算標(biāo)志，處理器狀態(tài)ACC——累加器，A寄存器B——通用寄存器，乘除運(yùn)算PSWPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0（D0H）CYACF0RS1RS0OV-P第7頁/共33頁9PSW的標(biāo)志位CY：進(jìn)位標(biāo)志，運(yùn)算在最高位發(fā)生進(jìn)(借)位，則該位為1狀態(tài)；否則為0。AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志，兩個(gè)8位數(shù)運(yùn)算時(shí)，低四位向高四位進(jìn)位，則AC=1，否則AC=0。用于BCD碼加法后的調(diào)整，程序員不直接使用。OV：溢出標(biāo)志位，為1有溢出，為0則無溢出。P：奇偶標(biāo)志，累加器ACC中，“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)則P=1；否則為偶數(shù)，P=0。F0：用戶標(biāo)志RS1，RS0：通用寄存器選擇位第8頁/共33頁10與控制器相關(guān)的寄存器PC——程序計(jì)數(shù)器，復(fù)位時(shí)初值為0000H。SP——堆棧指針寄存器，8位。復(fù)位初值為07H，入棧遞增1，出棧遞減1，堆棧在內(nèi)部RAM空間。DPTR——數(shù)據(jù)指針寄存器，16位。訪問擴(kuò)展數(shù)據(jù)空間中的數(shù)據(jù)。IR——指令寄存器，程序員不使用。第9頁/共33頁11內(nèi)部時(shí)鐘外部時(shí)鐘時(shí)鐘電路第10頁/共33頁1280C51的時(shí)鐘信號(hào)一個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)晶振周期或6個(gè)時(shí)鐘周期

指令的執(zhí)行時(shí)間稱作指令周期（單、雙、四周期）第11頁/共33頁13復(fù)位與復(fù)位狀態(tài)復(fù)位：通過電路，在上電或按下復(fù)位按鈕時(shí)，使CPU處于已知的初始狀態(tài)PC的初值為0000H意味著什么？128/256個(gè)字節(jié)的RAM中的內(nèi)容是否被復(fù)位到00H?寄存器內(nèi)容PC0000HACC00HB00HSP07HDPTR0000HP0~P3FFH……第12頁/共33頁14復(fù)位電路上電復(fù)位電路按鍵與上電復(fù)位

復(fù)位要求：使RST引腳連續(xù)保持至少2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)晶體振蕩周期）的高電平。第13頁/共33頁153、MCS-51的存儲(chǔ)器組織具有多個(gè)獨(dú)立的邏輯地址空間程序代碼與數(shù)據(jù)在不同空間片內(nèi)有一塊多用途RAM特殊功能寄存器提供對(duì)片內(nèi)功能部件的訪問第14頁/共33頁16程序存儲(chǔ)器配置（64KBROM）片內(nèi)有一部分ROM不足部分外部擴(kuò)充目前片內(nèi)也可達(dá)64K/EA引腳的配置作用掩膜ROM/FLASHOEM產(chǎn)品需要…無ROM型第15頁/共33頁17程序存儲(chǔ)器地址安排PC是16位，所以能尋址64KBROM。掩膜ROM/FLASHROM，在內(nèi)部有4/8KB的EPROM，而80C31在內(nèi)部沒有ROM。

第16頁/共33頁18內(nèi)部RAM與SFR間接尋址RAM(僅增強(qiáng)型有)128Bytes間接和直接尋址RAM128Bytes（多用途）直接尋址SFR(Special

Function

Registor)80~FFH00~7FH80~FFH有兩個(gè)邏輯地址空間，CPU以指令的尋址方式區(qū)分。第17頁/共33頁19R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0Bank3Bank2Bank1Bank000H1FHCyAcF0RS1RS0OVPPSW多用途內(nèi)部RAM

通用寄存器組區(qū)任務(wù)切換過程中快速保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場。第18頁/共33頁20多用途內(nèi)部RAM

可位尋址RAM區(qū)7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H…07H06H05H04H03H02H01H00H位地址00H-7FH2FH20H字節(jié)地址…每個(gè)字節(jié)的8個(gè)位分別編址CPU提供對(duì)單個(gè)位的訪問方式第19頁/共33頁21通用RAM區(qū)（30H~7FH）位尋址區(qū)之后，共80個(gè)字節(jié)；可以作為數(shù)據(jù)緩沖器（分配為變量）；操作指令非常豐富，數(shù)據(jù)處理方便靈活；在實(shí)際應(yīng)用中，常需在該RAM區(qū)設(shè)置堆棧；棧頂?shù)奈恢糜蒘P寄存器指示復(fù)位時(shí)SP的初值為07H軟件可對(duì)其重新設(shè)置堆棧在高地址區(qū)第20頁/共33頁22特殊功能寄存器SFR除R0~R7(4組)以外，程序員可訪問的任何寄存器都是在SFR邏輯空間編址，包括ACC，B，SP，PSW，DPTR對(duì)應(yīng)于并行口P0~P3有同名的寄存器提供訪問；定時(shí)器TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1,TL1，T2CON,TH2,TL2,RCAP2H,RCAP2L串行控制口SBUF,SCON電源控制PCON中斷控制寄存器IE,IPSFR都是直接尋址，即按地址訪問。按地址訪問，對(duì)新增功能，只需知道地址，不需要增加指令。第21頁/共33頁234、MCS-51系列微控制器的P0~P3第22頁/共33頁24P1口的結(jié)構(gòu)（鎖存器，三態(tài)門和驅(qū)動(dòng)）寫狀態(tài)“1”或“0”到引腳；讀引腳、讀鎖存器；“讀——修改——寫”操作；可以字節(jié)操作，也可位操作。第23頁/共33頁25讀—修改—寫如CPU執(zhí)行下列指令時(shí)

ANLP1，A讀：內(nèi)部產(chǎn)生讀鎖存器操作信號(hào)，鎖存器Q端數(shù)據(jù)進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線；修改：與累加器A進(jìn)行邏輯運(yùn)算之后產(chǎn)生結(jié)果；寫：將結(jié)果送回P1口的鎖存器并出現(xiàn)在引腳。讀鎖存器可避免因外電路造成誤讀。第24頁/共33頁26準(zhǔn)雙向I/O口1、P1口是通用的準(zhǔn)雙向I/O口。2、輸出高電平時(shí)，能向外提供拉電流負(fù)載，不必再接上拉電阻。3、當(dāng)P1口用作輸入時(shí)，須向口鎖存器寫入1。第25頁/共33頁27P3的結(jié)構(gòu)類似于P1，P3也是準(zhǔn)雙向口；具有第二功能，其操作通過相應(yīng)的特殊功能寄存器；剩余的第一功能用位操作。第26頁/共33頁28P3口的第二功能引腳分布

第一功能第二功能信號(hào)名功能描述方向P3.0RxD串行通信輸入IP3.1TxD串行通信輸出OP3.2/INT0外部中斷輸入0IP3.3/INT1外部中斷輸入1IP3.4T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器外部輸入0IP3.5T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器外部輸入1IP3.6/WR擴(kuò)展RAM寫控制信號(hào)OP3.7/RD擴(kuò)展RAM讀控制信號(hào)O第27頁/共33頁29P2口的結(jié)構(gòu)作為端口，與P1類似，準(zhǔn)雙向口；根據(jù)指令的需要，控制MUX開關(guān)；輸出高8位地址A8~A15，是總線功能（有些系統(tǒng)只需要低8位地址）第28頁/共33頁30P0口的結(jié)構(gòu)端口功能低8位地址功能數(shù)據(jù)總線功能第29頁/共33頁31P0用作通用I/O口

當(dāng)系統(tǒng)既不進(jìn)行片外的ROM擴(kuò)展，也不進(jìn)行片外RAM擴(kuò)展時(shí)，P0用作通用I/O口。在這種情況下，硬件自動(dòng)使MUX開關(guān)接向鎖存器的反相輸出端。與門輸出的“0”使輸出驅(qū)動(dòng)器的上拉場效應(yīng)管T1處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，輸出級(jí)工作在漏極開路方式。外接上拉電阻可構(gòu)成準(zhǔn)雙向口。

第30頁/共33頁32

P0作地址/數(shù)據(jù)總線在外部存儲(chǔ)器訪問周期，P0口分時(shí)傳輸?shù)?位地址信息和數(shù)據(jù)信息，用作總線；在地址（或