单片微型计算机原理2研讨.ppt

单片微型计算机原理与应用 主讲教师：凌宏江 华中科技大学材料学院 linghj@mail.hust.edu.cn 目 录 第一章 概述 第二章 MCS-51的内部结构 第三章 MCS-51的指令系统 第四章 汇编语言程序设计 第五章 存储器及扩展技术 第六章 中断系统 第七章 I/O口扩展及应用 第八章 定时器/计数器 第九章 串行通信及其接口 第十章 A/D和D/A转换器接口 第十一章 显示器、键盘、打印机接口 第二章 MCS-51单片机的内部结构 2.1 MCS-51的结构 2.2 MCS-51的引脚及片外总线结构 2.3 CPU的时序及辅助电路 2.4 MCS-51的存储器结构 2.1 MCS-51的结构 MCS-51单片机逻辑结构 MCS-51的逻辑结构 由图可以看出，单片机内部主要包含下列几个部件： 一个8位CPU； 一个时钟电路； 4Kbyte程序存储器； 128byte数据存储器； 两个16位定时/计数器； 64Kbyte扩展总线控制电路； 四个8-bit并行I/O端口； 一个可编程串行接口； 五个中断源，其中包括两个优先级嵌套中断 MCS-51单片机芯片内部结构框图 1. CPU CPU即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作，CPU由运算器和控制器两部分电路组成。 （1）运算器电路 运算器电路包括ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。 （2）控制器电路 控制器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。 2. 定时器/计数器 MCS－51单片机片内有两个16位的定时/计数器，即定时器0和定时器1。它们可以用于定时控制、延时以及对外部事件的计数和检测等。 3. 存储器 MCS－51系列单片机的存储器包括数据存储器和程序存储器，其主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是相互独立的，物理结构也不相同。 4. 并行I/O口 MCS－51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2和P3），每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。P0口为三态双向口，能带8个TTL门电路，P1、P2和P3口为准双向口，负载能力为4个TTL门电路。 5. 串行I/O口 MCS－51单片机具有一个采用通用异步工作方式的全双工串行通信接口，可以同时发送和接收数据。 6. 中断控制系统 8051共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。 7. 时钟电路 MCS－51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调电容必须外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，振荡器的频率范围为1.2MHz～12MHz，典型取值为6MHz。 8. 总线 以上所有组成部分都是通过总线连接起来，从而构成一个完整的单片机。系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。 2.2 MCS-51的引脚及片外总线结构 图为MCS-51系列单片机引脚图及逻辑符号，它们为标准的40脚DIP封装。 1. 芯片的封装-DIP 1. 芯片的封装- PQFP/TQFP 1. 芯片的封装- PLCC/LCC 2. 引脚信号 1) 电源引脚Vcc和Vss Vcc：电源端，接＋5V。 Vss：接地端。 2) 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部TTL时钟时，该引脚必须接地。 XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部TTL时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。 3) 地址锁存允许ALE/PROG 系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。 4) 外部程序存储器读选通信号PSEN 是读外部程序存储器的选通信号，低电平有效。 5) 程序存储器地址允许输入端 EA/VPP 当为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令。当为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。 6) 复位信号RST 该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高