《MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用》第3章 MCS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)ppt課件.ppt

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1、本章導(dǎo)讀本章從應(yīng)用的角度介紹單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，要求了解單片機(jī)內(nèi)部功能模塊框圖、CPU時(shí)序，熟悉時(shí)鐘電路及復(fù)位電路，掌握單片機(jī)引腳及其外特性以及幾個(gè)重要SFC的使用，對(duì)單片機(jī)的存儲(chǔ)器分配要非常清晰。在其它相關(guān)章節(jié)學(xué)完后，再來(lái)重溫本章內(nèi)容，將會(huì)更好的理解和提高。第3章MCS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)8/27/20211MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用MCS-51是Intel公司1980年推出的8位高性能單片機(jī)系列，其典型芯片有8051、8031和8751，它們的外部引腳和指令系統(tǒng)完全兼容，差別只在于片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的不同。8031無(wú)片內(nèi)ROM，8051有4KB片內(nèi)掩膜ROM，8751有4KB片內(nèi)EPRO

2、M。本書(shū)將以8051為代表來(lái)講述，實(shí)驗(yàn)時(shí)則選用新一代80C51中的FLASH版本AT89系列芯片。3.1.1單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖（1）一個(gè)8位CPU,由運(yùn)算器、控制器組成。其中算邏單元ALU、累加器ACC、程序狀態(tài)寄存器PSW等構(gòu)成運(yùn)算器；程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器、振蕩器及定時(shí)電路等構(gòu)成控制器。時(shí)鐘脈沖由片內(nèi)振蕩器和時(shí)3.1單片機(jī)的結(jié)構(gòu)8/27/20212MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用3.1單片機(jī)的結(jié)構(gòu)28/27/20213MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用鐘產(chǎn)生電路OSC提供,石英晶體和微調(diào)電容要外接,見(jiàn)圖2.2,頻率范圍為1.2MHz～12MHz。一個(gè)布爾處理器,以進(jìn)位標(biāo)志C為位累加器,用于

3、處理位操作。（2）程序存儲(chǔ)器:4KB片內(nèi)ROM;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器:128B片內(nèi)RAM;21個(gè)片內(nèi)特殊功能寄存器SFR。可尋址外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間各為64KB。（3）4個(gè)8位并行I/O口P0～P3,作為輸入/輸出；1個(gè)全雙工串行口UART,用于串行通信。（4）2個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，可用作定時(shí)或計(jì)數(shù)。（5）5個(gè)中斷源:2個(gè)外中斷INT0和INTl,3個(gè)內(nèi)中斷,即2個(gè)定時(shí)／計(jì)數(shù)中斷,一個(gè)串口中斷。具有2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)嵌套結(jié)構(gòu)。CPU與各部件間通過(guò)內(nèi)部總線相連。3.1.1單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖38/27/20214MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用8051是40引腳雙列直插型封裝,引腳排列如圖3.2所

4、示。受到引腳數(shù)目的限制,P3口等引腳具有第二功能?？蓪⑵浞譃?部分來(lái)說(shuō)明。（1）主電源與時(shí)鐘引腳VCC：電源端,+5V；VSS：接地端；XTAL1：外接晶振端,片內(nèi)反相放大器輸入端；XTAL2：外接晶振端,片內(nèi)反相放大器輸出端；3.1.2單片機(jī)引腳及其外特性18/27/20215MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用3.1.2單片機(jī)引腳及其外特性2（2）控制引腳RST/VPD:復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。晶振工作時(shí)，RST引腳保持2個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。第二功能VPD，備用電源的輸入端。ALE/:地址鎖存允許信號(hào)輸出端。訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE作為鎖存低8位地址的控制信號(hào)。不訪問(wèn)片外

5、存儲(chǔ)器時(shí)，ALE引腳周期性地以1/6振蕩器頻率向外輸出正脈沖信號(hào)。:程序存儲(chǔ)允許輸出端,低電平有效。訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí),此端口定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀選通信號(hào)。/Vpp:外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng)引腳接高電平時(shí)，CPU只訪問(wèn)片內(nèi)程8/27/20216MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用3.1.2單片機(jī)引腳及其外特性3序存儲(chǔ)器,但當(dāng)PC值超過(guò)0FFFH時(shí),將自動(dòng)轉(zhuǎn)向訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器。當(dāng)引腳接低電平時(shí),CPU只訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器。無(wú)片內(nèi)ROM的8031系統(tǒng),需外擴(kuò)EPROM,該引腳須接地。對(duì)8751片內(nèi)EPROM編程時(shí),VPP作為編程電壓的輸入端。（3）I/O引腳P0口:漏

6、極開(kāi)路8位雙向I/O口。負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為每位8個(gè)LS型TTL。P1～P3口:帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為每位4個(gè)LS型TTL。P3口每個(gè)引腳還具有第二功能,在圖3.2中是用括號(hào)括起來(lái)的。8/27/20217MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用3.2單片機(jī)時(shí)鐘電路及CPU時(shí)序13.2.1單片機(jī)時(shí)鐘電路單片機(jī)是一個(gè)按照時(shí)鐘節(jié)拍工作的復(fù)雜數(shù)字電路。圖3.3（a）是采用內(nèi)部時(shí)鐘的電路。C1和C2:30pF±10pF,晶振頻率:1.2～12MHz。常用為6MHz或12MHz。8/27/20218MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用3.2.2CPU時(shí)序1CPU在執(zhí)行指令時(shí),是將一條指令分解為一系

7、列特定的微操作,這些微操作所對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)在時(shí)間上的先后次序稱為時(shí)序。1.描述時(shí)序的單位（1）振蕩周期（又叫節(jié)拍，用P表示）為單片機(jī)提供定時(shí)信號(hào)的振蕩源的周期。如外接晶振頻率為,振蕩周期就為其倒數(shù),即1/。（2）狀態(tài)周期（狀態(tài)用S表示）振蕩脈沖經(jīng)過(guò)片內(nèi)時(shí)鐘電路二分頻后就是單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào),該時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為狀態(tài)周期。這樣，1個(gè)狀態(tài)包含2個(gè)節(jié)拍,前半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍可表示為S1P1,后半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍可表示為S1P2。8/27/202