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单片机接口技术电子教案
第一章 MCS-51单片机的组成及指令系统 1.1 MCS-51单片机的基本结构 1.1.1 MCS-51单片机的基本组成 (1)一个8位微处理器CPU。 (2)数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR。 (3)内部程序存储器ROM。 (4)两个定时/计数器,用以对外部事件进行计数,也可用作定时器。 (5)四个8位可编程的I/O(输入/输出)并行端口,每个端口既可做输入,也可做输出。 (6)一个串行端口,用于数据的串行通信。 (7)中断控制系统。 (8)内部时钟电路。 微机系统结构 1.1.2 单片机的引脚及片外总线结构1.1.2.1 MCS-51单片机芯片引脚描述 1.主电源引脚VCC和VSS 2.外接晶振引脚XTAL1和XTAL2 3.控制或其他电源复用引脚RST/ VP、ALE、PSEN 、EA 4.输入/输出引脚P0、P1、P2、P3(共32根) 1.1.2.2 单片机的片外总线结构 微型计算机中的总线通常分为: (1)地址总线(AB):地址总线宽度为16位,由P0口经地址锁存器提供低8位地址(A0-A7);P2口直接提供高8位地址(A8~A15)。地址信号是由CPU发出的,故地址总线是单方向的。 (2)数据总线(DB):数据总线宽度为8位,用于传送数据和指令,由P0口提供。 (3)控制总线(CB):控制总线随时掌握各种部件的状态,并根据需要向有关部件发出命令。 引脚分类及结构 1.1.3 MCS-51单片机的存储器配置 片内数据存储器256 RAM(00-FFH) 片外数据存储器64K RAM(0000-FFFFH) 片内程序存储器4K ROM(0000-0FFFH) 片外程序存储器64K ROM(0000-FFFFH) 1.1.3.1 片内数据存储器 片内RAM空间为256 ,地址(00-FFH ) 80-FFH为特殊寄存器区 1、工作寄存器与RAM的映射 工作寄存区的选择 2、位选址区 内部RAM 的20-2FH 位地址=(字节地址-20H)*8+位数 特殊寄存器 累加器A:累加器是一个最常用的专用寄存器,其自身带有全零标志Z,若A=0则Z=1;若A≠0则Z=0。该标志常用作程序分支的判断条件。 SP:堆栈指针。 DPTR:数据地址指针寄存器 B寄存器: PC寄存器 PC程序控制 过程 PSW:程序状态字寄存器。定义格式。 其中,CY:进借位标志;AC:辅助进借位标志; F0:用户标志; RS1、RS0:工作寄存器组选择。 1.1.3.2 片外数据存储器 外部数据存储器又称外部RAM,当片内RAM不能满足数量上的要求时,可通过总线端口和其他I/O口扩展外部数据RAM,其最大容量可达64K字节。 在片外数据存储器中,数据区和扩展的I/O口是统一编址的,使用的指令也完全相同,因此,用户在应用系统设计时,必须合理地进行外部RAM和I/O端口的地址分配,并保证译码的唯一性 1.1.3.3 程序存储器 程序存储器的结构包括片内和片外程序存储器两个部分。其主要用来存放编好的用户程序和表格常数,它以16位的程序计数器PC作为地址指针,故寻址空间为64KB 1.1.4 CPU的时序及辅助电路 1.1.4.1 单片机的时钟电路 单片机时钟电路通常有两种形式: 1.内部振荡方式:MCS-51单片机片内有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。把放大器与作为反馈元件的晶体振荡器或陶瓷谐振器连接,就构成了内部自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。 2.外部振荡方式:外部振荡方式就是把外部已有的时钟信号引入单片机内。 1.1.4.2 振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期 1.振荡周期:为单片机提供时钟信号的振荡源的周期。 2.时钟周期:是振荡源信号经二分频后形成的时钟脉冲信号。 3.机器周期:通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。 4.指令周期:是指CPU执行一条指令所需要的时间。一个指令周期通常含有1~4个机器周期 若MCS-51单片机外接晶振为12MHz时,则单片机的四个周期的具体值为: 振荡周期=1/12MHz=1/12μs=0.0833μs 时钟周期=1/6μs=0.167μs 机器周期=1μs 指令周期=1~4μs 1.1.4.4 单片机复位电路及复位状态 1.复位电路 单片机复位电路包括片内、片外两部分。外部复位电路就是为内部复位电路提供两个机器周期以上的高电平而设计的。MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按键手动复位两种方式。 2.单片机复位后的状态 单片机运行出错或进入死循环时,可按复位键重新运行。21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值, * * P1.0 P1.1
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