1、1,MCS-51系列單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理 概述 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS-51單片機(jī)外部引腳及功能， I/O 接口電路 MCS-51的指令系統(tǒng) MCS-51的擴(kuò)展應(yīng)用,2,概 述,單片機(jī)：把中央處理器CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出（I/O）接口電路以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等部件制作在一塊集成電路芯片中，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)。,3,總線：各個(gè)器件共同享用連線，器件的數(shù)據(jù)線稱為數(shù)據(jù)總線，器件所有的控制線被稱為控制總線。用于抵制分配的線稱為地址總線。 數(shù)據(jù)、地址、指令：三者的本質(zhì)都是數(shù)字0和1組成的序列。指令即由單片機(jī)芯片的設(shè)計(jì)者規(guī)定的一種數(shù)字；地址即是尋找單片機(jī)內(nèi)部、外部的存儲(chǔ)

2、單元、輸入輸出口的依據(jù)；數(shù)據(jù)即由微處理機(jī)處理的對(duì)象。 堆棧：用來存放數(shù)據(jù)的一個(gè)區(qū)域，是內(nèi)部RAM的一部分?！跋冗M(jìn)后出，后進(jìn)先出”，有其特殊的數(shù)據(jù)傳輸指令，即PUSH和POP,有一個(gè)特殊的服務(wù)單元堆棧指針SP.每執(zhí)行一次PUSH,SP+1，每執(zhí)行一次POP,SP-1,4, MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 一、MCS-51內(nèi)部資源及特點(diǎn) 1、內(nèi)部資源 MCS-51系列單片機(jī)包括8031、8051、8751等很多型號(hào)，其代表型號(hào)是以8051，以此為例介紹單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 8051內(nèi)包括： 適于控制應(yīng)用的8位CPU； 4KB程序存儲(chǔ)器(ROM)； 128B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM); 32根雙向并可以按位尋址

3、的I/O線 1個(gè)全雙工串行口I/O線； 2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器器； 5各中斷源2個(gè)優(yōu)先級(jí)的嵌套結(jié)構(gòu)； 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器,5,二、MCS-51單片機(jī)基本結(jié)構(gòu) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-1所示。 包括：CPU、存儲(chǔ)器（ROM、RAM）、I/O接口等計(jì)算機(jī)的基本組成。,6, MCS-51外部引腳及功能、I/O接口電路 一、外部引腳 返回 MCS-51共40個(gè)引腳，大致可分為四類，其管腳分布如下圖所示。 1）電源引腳VCC和VSS VCC：40腳，電源端，+5V VSS：20腳，接地端（GND） 2）時(shí)鐘電路引腳 XTAL1：19腳，外接晶振輸入引腳。 XTAL2：18腳，外接晶振輸出引腳。 3）控制線引腳 共

4、4根，其中3根為雙功能 RST/VPD ：9腳，復(fù)位/備用電源。 RST-通過外接復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位或按鍵復(fù)位。 VPD-可外接備用電源，在VCC掉電時(shí)向RAM供電。,7,8,二、專用寄存器組 1、程序計(jì)數(shù)器 PC 16位計(jì)數(shù)器，指向程序存儲(chǔ)器中被執(zhí)行的指令所在的地址。本身沒有地址，在物理上獨(dú)立。 尋址范圍0000FFFFH的64KB空間。 2、數(shù)據(jù)指針DPTR 16位地址指針，可尋址范圍0000FFFFH 的64KB空間，可指向程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 3、堆棧指針SP 8位地址寄存器，SP用來管理堆棧。它指向內(nèi)部RAM的一個(gè)存儲(chǔ)單元，且總是指向棧頂單元。 MCS-51的堆棧是內(nèi)部RAM中的一個(gè)

5、部分，符合“先進(jìn)后出、后進(jìn)先出”原則。 4、累加器ACC ACC是一個(gè)具有特殊用途的8位寄存器，主要用于存放操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果。8051指令系統(tǒng)中多數(shù)指令的執(zhí)行都要通過累加器ACC進(jìn)行。因此，在CPU中，累加器的使用頻率是很高的。也可簡(jiǎn)寫累加器A。,9,5、寄存器B B也是一個(gè)8位的寄存器，通常用來和累加器配合，進(jìn)行乘、除法的 運(yùn)算。對(duì)于其它指令，B可作為一個(gè)工作寄存器使。 6、程序狀態(tài)字PSW PSW是一個(gè)可編程的8位寄存器，用來寄存當(dāng)前指令執(zhí)行結(jié)果的有 關(guān)狀態(tài)。8051有些指令的執(zhí)行會(huì)自動(dòng)影響PSW的有關(guān)位的狀態(tài)，在編程 時(shí)要加以注意，同時(shí)，PSW中各位的狀態(tài)也可通過指令設(shè)置。PSW各標(biāo) 志

6、位的定義如下： CY：（PSW.7) 進(jìn)位標(biāo)志位。累加器A的最高位有進(jìn)行位（加法） 或借位（減法）時(shí)，CY=1；否則CY=0。在布爾操作時(shí)，它是各種位操 作的“累加器 ”。CY亦可簡(jiǎn)記為C。 AC：（PSW.6) 輔助進(jìn)位標(biāo)志位。當(dāng)累加器A的D3位向D4位進(jìn)位或 借位標(biāo)志時(shí)，AC=1，否則為0。（有時(shí)AC也被稱為半進(jìn)位標(biāo)志）。 F0：（PSW.5) 用戶通用標(biāo)志位?？梢愿鶕?jù)需要用程序?qū)⑵渲梦换?清零，從而可通過測(cè)試FO的狀態(tài)來控制程序的轉(zhuǎn)向。 RS1、 （PSW.4 ）寄存器區(qū)選擇位1。 RS0、（ PSW.3）寄存器區(qū)選擇位0。RS1、RS0可由指令置位或 清零，用來選擇8051的工作寄存器

7、區(qū)。其選擇方法見表2-1,10,OV、（ PSW.2）溢出標(biāo)志位。當(dāng)帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算（加法或減法）結(jié)果超 出范圍（-127-+127）時(shí)，有溢出，OV=1；否則OV=0。 -、（ PSW.1）用戶定義標(biāo)志位。 P、（ PSW.0）奇偶校驗(yàn)位。在每個(gè)指令周期由硬件按累加器A中“1”的 個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)而為“1”或“0”。因此，P可用指示操作結(jié)果（累加器A中 ）的1的個(gè)數(shù)的奇偶性。 四、 MCS-51存儲(chǔ)器 可分為五類：程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、特殊功能存儲(chǔ)器、位尋址 區(qū)、外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和擴(kuò)展I/O口。,11,指令的描述中經(jīng)常用到一些特殊符號(hào), MCS-51的指令系統(tǒng),12,1、寄存器尋址：寄

8、存器尋址是指令中指定寄存器的內(nèi)容作為操作數(shù)的尋址方式。 2、直接尋址：直接尋址是指令直接給出操作數(shù)所在單元的地址的尋址方式。指令中操作數(shù)部分給出直接地址，用direct表示。 3、寄存器間接尋址：指令操作數(shù)的地址事先存放在某個(gè)寄存器中，由該寄存器的內(nèi)容指定操作數(shù)地址的尋址方式，稱為寄存器間接尋址，為間接尋址指示符。 4、立即數(shù)尋址：立即數(shù)尋址是由指令直接給出操作數(shù)的尋址方式。#為立即數(shù)的標(biāo)識(shí)符。,13,每一種尋址方式可涉及的存儲(chǔ)器空間,14,(1)MOV A ， #65H (2)MOV R1，65H (3)MOV 30H，R2 (4)MOV 60H，R1,寄存器尋址 立即數(shù)尋址,寄存器間接尋址

9、 直接尋址,直接尋址 寄存器尋址,直接尋址 寄存器間接尋址,Example 判斷下列指令各操作數(shù)的尋址方式,15,表2-2 特殊功能寄存器SFR的名稱及地址（一）,一、單片機(jī)擴(kuò)展的基本概念 1、單片機(jī)最小系統(tǒng)：使單片機(jī)運(yùn)行的最少器件構(gòu)成的 系統(tǒng)，就是最小系統(tǒng)。 無ROM芯片：8031 必須擴(kuò)展ROM，復(fù)位、晶振電路 有ROM芯片：89C51等，不必?cái)U(kuò)展ROM，只要有復(fù)位、 晶振電路 2、擴(kuò)展使用的三總線： 地址總線：由外部程序存儲(chǔ)器取指，P0低8位；P2高8位 數(shù)據(jù)總線：指令輸入，P0 控制總線：RD、WR、 ALE、 PSEN (讀、 寫、地址鎖存允許、 外程序存儲(chǔ)器讀選通）, MCS-51

10、的擴(kuò)展應(yīng)用,16,圖2-5 8051特殊功能寄存器地址分布圖,二、存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 1、隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM的擴(kuò)展 ：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一般采用RAM芯片，這種存儲(chǔ)器在電源關(guān)斷后，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)將全部丟失。有兩大類： 動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)，一般容量較大，易受干擾，使用略復(fù)雜。例2116、2186 靜態(tài)RAM(SRAM)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常使用SRAM，例：6264、6116,存儲(chǔ)器與微型機(jī)三總線的連接： 1)數(shù)據(jù)線 D0n 連接數(shù)據(jù)總線 DB0n 2)地址線 A0N 連接地址總線低位AB0N。 3)片選線 CS 連接地址總線高位ABN+x。 4) 讀寫線OE、WE(R/W) 連接讀寫控制線RD、WR。,17,2、

11、只讀存儲(chǔ)器ROM的擴(kuò)展 工作時(shí)，ROM中的信息只能讀出，要用特殊方式寫入(固化信息)，失電后可保持信息不丟失。 掩膜ROM：不可改寫ROM由生產(chǎn)芯片的廠家固化信息。在最后一道工序用掩膜工藝寫入信息，用戶只可讀。 PROM：可編程ROM用戶可進(jìn)行一次編程。存儲(chǔ)單元電路由熔絲相連，當(dāng)加入寫脈沖，某些存儲(chǔ)單元熔絲熔斷，信息永久寫入，不可再次改寫。 EPROM：可光擦除PROM 用戶可以多次編程。編程加寫脈沖后，某些存儲(chǔ) 單元的PN結(jié)表面形成浮動(dòng)?xùn)?，阻擋通路，?shí)現(xiàn)信息寫入。用紫外線照射 可驅(qū)散浮動(dòng)?xùn)?，原有信息全部擦除，便可再次改寫?EEPROM：可電擦除PROM既可全片擦除也可字節(jié)擦除，可在線擦除信息， 又能失電保存信息，具備RAM、ROM的優(yōu)點(diǎn)。但寫入時(shí)間較長。 ROM常用芯片如：2864A、2816/2816A、2817/2817A,18,三、 I/O接口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 1、8255簡(jiǎn)單I/O接口擴(kuò)展：利用TTL芯片、COMS鎖存器、三態(tài)門等接口芯片把P0接口擴(kuò)展，常選用7