单片机原理与接口技术(第3版)-第2章硬件结构和工作原理.pptx

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,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,单片机原理与接口技术,第2章MCS-51硬件结构和工作原理,10/14/2019,1,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,熟悉MCS-51单片机CPU内部组成结构和各功能部件的作用。

掌握MCS-51单片机引脚功能，包括：

P0P3并行I/O口的定义、控制信号、三总线组成。

掌握存储器的组织结构和程序存储器、数据存储器、内部特殊功能寄存器（SFR）的配置情况，熟悉程序状态寄存器（PSW）各位的含义及变化规律。

掌握P0P3并行I/O口结构及其特点，掌握时钟电路、CPU时序和复位电路。

本章教学要求,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,本章目录,2.1MCS-51系列单片机分类,2.2单片机硬件结构,单片机的引脚功能单片机的内部结构,2.3中央处理器,2.3.2控制器2.3.3布尔（位）处理器2.4存储器2.4.1程序存储器2.4.2数据存储器,10/14/2019,3,返回目录,本章目录,2.7单片机的工作方式,2.7.1复位方式2.7.2程序执行方式2.7.3低功耗运行方式,习题与思考题,2.5并行输入/输出端口2.5.1P1口2.5.2P2口2.5.3P3口2.5.4P0口2.5.5并行口的应用,2.6时钟电路和时序2.6.1时钟电路,2.6.2单时片机序原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,2.1MCS-51系列单片机的分类,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,自从Intel公司于20世纪80年代初推出MCS-51系列单片机以后，所有的51系列单片机都是以Intel公司最早的典型产品8051为核心，增加一定的功能部件后构成的。

本章以8051为主阐述MCS-51系列单片机的系统结构、工作原理和应用中的一些技术问题。

MCS-51系列可分为两大系列：

51子系列和52子系列。

51子系列主要有8031、8051和8751三种机型。

52子系列主要有8032、8052和8752三种机型。

表2-1MCS-51系列单片机的性能一览表,2.1MCS-51系列单片机的分类,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,2.2单片机硬件结构,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,2.2.1单片机的引脚功能MCS-51系列单片机是在一块芯片上集成了ROCMPU、定R时A/M计、数器和多功能I/O口等基本功能部件的一台计算机。

单片机必须配备部分外围元件才能使用，其系统核心是单片机芯片，芯片引脚按功能分为3类，即数据总线、地址总线和控制总线。

MCS-51系列单片机的外形采用40条引脚双列直插封装（DIP）或LCC/QFP封装，每条引脚有规定的序号和名称DI。

P封装的引脚排列和逻辑符号如图2-1所示。

芯片引脚按功能分成3类，即：

-51单片机的引脚功能数据总线地址总线控制总线,2.2.1单片机的引脚功能,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,1.主电源引脚Vcc和Vss,Vcc（+5V）电源输入端Vss（GND）共用接地端,2.2.1单片机的引脚功能,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,-51单片机电源引脚,2.时钟振荡电路引脚XTAL1和XTAL2XTAL1和XTAL2分别用做晶体振荡电路的反相器输入端和输出端。

在使用内部振荡电路时，这两个端子用来外接石英晶体，振荡频率为晶体振荡频率，振荡信号送至内部时钟电路产生,2.2.1单片机的引脚功能,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,10/14/2019,10,-51单片机时钟引脚,RST为复位信号输入端VPD为内部RAM的备用电源输入端PSEN外部程序存储器的读选通信号ALE地址锁存允许信号,2.2.1单片机的引脚功,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,10/14/2019,11,能3.控制信号引脚,-复位/外部存储器/地址锁存引脚,返回目录,复位信号输入端RST当RST（RESET）端保持两个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平时，单片机完成复位操作。

VPD为内部RAM的备用电源输入端。

当主电源Vcc一旦发生断电或电压降到一定值时，可通过VPD为单片机内部RAM提供电源，以保护片内RAM中的信息不丢失，使,2.2.1单片机的引脚功能,-复位引脚,10/14/2V019cc上电单片后机能原理继与接续口技正术常（第3运版）.李晓林.电子工业出版社,12,返回目录,2.2.1单片机的引脚功能,-ALE与PSEN引脚,地址锁存允许信号ALE在访问外部存储器时，ALE用来锁存P0送出的低8位地址信号。

PROG是对8751内部EPROM编程时的编程脉冲输入端。

读选通信号PSEN外部程序存储器的读选通信号。

当访问外部ROM时，产生负脉冲作为外部ROM的选通10/14/2019信号。

单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,13,外部程序存储器控制信号EAEA=0：

访问外部程序存储器。

EA=1：

访问片内与片外程序存储器。

VPP为8751EPROM的21V编程,2.2.1单片机的引脚功能,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,10/14/2019,14,-内外程序存储器控制引脚,-P0端口,P0端口（P0.0,P0.7）第一功能：

是一个8位漏极开路型的双向I/O口，这时P0口可看成用户数据总线；第二功能：

是在访问外部存储器时，分时提供低8位地址和8位双向数据总线，这时先用做地址总线再用做数据,4.P0、P1、P2、P3端口,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,10/14/2019,15,2.2.1单片机的引脚功能,P1口（P1.0P1.7）内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。

P2口（P2.0P2.7）第一功能：

一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。

第二功能：

在访问外部存储器时，输出高8位地址。

P3口（P3.0P3.7）第一功能：

内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。

在系统中，这8个引脚都有各自的第二功能。

2.2.1单片机的引脚功能,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,10/14/2019,16,-P1、P2和P3端口,2.2.2单片机的内部结构,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,10/14/2019,17,一个8位CPU；4KB程序存储器，采1用28RBO通M用或数EP据R存OM储（器8；031无ROM）；21个特殊功能寄存器（SFR）；4个8位并行口，其中P0、P2、P3是复用口（P0和P2为地址/数据线，可寻址64KBROM和64KBRAM）；一个可编程全双工串行口；具有5个中断源，两个优先级嵌套结构；两个16位定时/计数器；一个片内振荡器与时钟电路。

-51单片机内部主要器件,2.2.2单片机的内部结构,-51单片机内部主要,部件,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,10/14/2019,18,2.3中央处理器（CPU）,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,单片机核心部分是CPU由下面三部分组成:

运算器控制器布尔（位）处理器,2.3.1运算器,运算器算术逻辑单元（ALU）包括：

累加器（ACC）程序状态字（PSW）暂存器B寄存器等部件,-运算器的组成,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,10/14/2019,20,1.累加器累加器是一个8位寄存器。

在指令系统中，累加器在直接寻址时的助记符为ACC。

除此之外全部用助记符A表示。

2.3.1运算器,-累加器,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,10/14/2019,21,返回目录,-算术/逻辑部件,成。

在控制信号的,2.3.1运算器,2.算术/逻辑部件算术/逻辑部件ALU是用于对数据进行算术运算和逻辑操作的执行部件，由加法器和其他逻辑电路（移位电路和判断电路等）组,作用下，完成算术加、减、乘、除和逻辑与、或、异或等运算，以及循环移位操作、位操作10/14/2等019功能。

单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,22,-程序状态字寄存器,进位标志半位进位标志位,标志位,工作寄存器,用户自定义组选择位,溢出标志位,奇偶校验标志,2.3.1运算器,3.程序状态字寄存程序状态字寄存器PSW是一个8位寄存器，用来存放运算结果的一些特征。

器,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,10/14/2019,23,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,10/14/2019,24,Cy（PSW.7）：

进位标志位。

在执行加、,减法指令时，若运算结果的最高位（D7位）有进位或借位，则Cy位被置1，否则清零。

Cy既可以作为条件转移指令中的条件，也可用于十进制调整。

AC（PSW.6）：

半进位标志位。

在执行加、,减法指令时，如果其低半字节向高半字节有进位或借位（D3位向D4位），则AC位被置1，否则清零。

AC也可用于十进制调整。

F0（PSW.5）：

用户自定义标志位。

用户,可用软件对F0赋以一定的含义，决定程序的执行转向。

RS1（PSW.4）和RS0（PSW.3）：

工作寄,存器组选择位。

表2-2所示为RS1和RS0与片内工,-程序状态字寄存器,2.3.1运算器,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,10/14/2019,25,OV（PSW.2）：

溢出标志位。

当补码运算,的结果超出-128+127的范围（溢出）时，OV位被置1，若无溢出，则OV位为0。

OV也可以作为条件转移指令中的条件。

PSW.1：

未定义位。

P（PSW.0）：

奇偶校验标志位。

单片机,在指令执行后，根据ACC中1的个数的奇偶性，自动将该标志位置1或清零。

若1的个数为奇数，则P=1，否则P=0。

P也可以作为条件转移指令中的条件。

-程序状态字寄存器,2.3.1运算器,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,RS1、RS0与片内工作寄存器组的对应关系,2.3.1运算器,-片内四组工作寄存器的选择,返回目录,4.B寄存器,在进行,乘法、除法运算时，B寄存器作为ALU的输入之一，与ACC配合完成运算，并存放运算结果。

在无乘除运算时，它可作为内部一单R个片A单机M原元理的与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,2.3.1运算器,-寄存器,10/14/2019,27,2.3.2控制器,-控制器的组成,控制器是CPU的大脑中枢，它包括：

定时控制逻辑指令寄存器数据指针（DPTR）程序计数器（PC）堆栈指针,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,10/14/2019,28,1.程序计数器程序计数器（ProgramCounter，PC）用来存放下一条要执行的指令的地址当。

按照PC所指的地址从存储器中取出一条指令后，PC会自动加即指l，向下一条指令。

2.3.2控制器,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目录,10/14/2019,29,-程序计数器,2.堆栈指针堆栈指针（StackPointer，SP）是指在片内RAM的l28B（52子系列为256B）空间中开辟的堆栈区的栈顶地址，并随时跟踪栈顶地址变化。

堆栈是按先进后出的原则存取数据的，开机复位后，单片机栈底地址为07H。

2.3.2控制器,单片机原理与接口技术（第3版）.李晓林.电子工业出版社,返回目