单片机结构和时序共51页文档
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第2章 MCS-51单片机结构和时序
举例： 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 ，状态周期 机器周期＝1μs 指令周期＝1～4μs
各种周期的关系图
指令周期 机器周期 S1 机器周期 S4 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2
② 作地址数据线使用 当CPU对片外存储器进行读写时，P0口用作 地址总线低8位/数据总线（分时使用）
2. P1口组成结构与功能
（1）P1口的结构 （P.28）
从P1口的结构图可以看出，P1口在电路上只是P0 口的一部分，没有多路选择开关MUX以及相应控制电 路；另外，输出电路只有一个场效应管，内部有上拉 电阻，无须外接。 （2）P1口的功能 （P. 28） P1口是一个专供用户使用的通用双向I/O口。 ◆ 用作输出口 此时，能通过内部的上拉电阻提供负载电流，不 须外接上拉电阻； ◆ 用作输入口 此时，同P0口一样，有两种读操作：“读锁存器”和 “读引脚”。
（4）关于堆栈
原理上讲，堆栈可以设在内部RAM区的任意地方， 但由于很多区域有其特殊用途，故堆栈一般设在30H ~ 7F H 之间。 MCS-51单片机的堆栈是从低地址向高地址生长的， 复位后SP的内容为07H，若不重新定义，则以07H为 栈底，进栈的数据从08H单元开始存放。
5.片内高128字节RAM—SFR 区 （P24）
（2）附加要点
◆ 访问片内、片外ROM的指令均为MOVC; ◆ 复位后，PC的值为0000H，也就是说CPU从程序存储 器的0000H地址处开始取指令执行程序；但由于0003H ~ 0032H单元被保留用于中断向量地址，所以应该在 0000H单元处放置一条绝对转移指令以跳过这些单元。
第2章MCS-51单片机结构和时序_2012_7565_1963_20120312141827
60H
2BH
5FH
5EH
5DH
5CH
5BH
5AH
59H
58H
2AH
57H
56H
55H
54H
53H
52H
51H
50H
29H
4FH
4EH
4DH
4CH
4BH
4AH
49H
48H
28H
47H
46H
45H
44H
43H
42H
41H
40H
27H
3FH
3EH
3DH
3CH
3BH
3AH
39H
38H
26H
37H
36H
35H
2.0 MCS-51单片机概述
8位CPU 片内带振荡器及时钟电路 128B片内数据存储器 4KB片内程序存储器（8031/80C31无） 程序存储器的寻址范围为64KB 片外数据存储器的寻址范围为64KB 21B特殊功能寄存器 4×8根I/O线 1个全双工串行I/O接口，可多机通信 2个16位定时器/计数器 中断系统有5个中断源，可编程为两个优先级 111条指令，含乘法指令和除法指令 布尔处理器 使用单＋5V电源
⑴ 自动加1。CPU从ROM中每读一个字节，自动执行PC+1→PC；
⑵ 执行转移指令时，PC会根据该指令要求修改下一次读ROM新 的地址；
⑶执行调用子程序或发生中断时，CPU会自动将当前PC值压入 堆栈，将子程序入口地址或中断入口地址装入PC；子程序返 回或中断返回时，恢复原有被压入堆栈的PC值，继续执行原 顺序程序指令。
80H 7FH
RAM 30H 2FH
第2章 MCS-51单片机结构与时序_110905
2.3.1 运算部件及专用寄存器组 2.3.2 控制部件及振荡器 2.3.3 单片机工作的基本时序
2.3.1 运算部件及专用寄存器组
运算部件以算术逻辑单元ALU为核心，包括一个位处理器和 两个8位暂存寄存器（不对外开放），它能实现数据的算术运 算、逻辑运算、位变量处理和数据传输操作。 累加器ACC 寄存器B 专用寄存器组 程序状态字PSW 程序计数器PC 堆栈指针SP 数据指针寄存器DPTR
锁 存 器
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VCC VSS
地 址 总 线 (AB)
数 据 总 线 (DB)
VCC VSS
ห้องสมุดไป่ตู้(a)
(b)
MCS-51系列单片机引脚及总线结构
2.3 微 处 理 器
Program State Word
accumulator
ALU －－Arithmetic and Logic Unit
图2.1 MCS-51单片机内部结构框图
1．算术逻辑单元ALU与累加器ACC、寄存器B
算术逻辑单元不仅能完成8位二进制的加、减、乘、除、加 1、减1及BCD加法的十进制调整等算术运算，还能对8位变量进 行逻辑"与"、"或"、"异或"、循环移位、求补、清零等逻辑运 算，并具有数据传输、程序转移等功能。 累加器(ACC，简称累加器A，地址E0H)为一个8位寄存器， 它是CPU中使用最频繁的寄存器。进入ALU作算术和逻辑运算的 操作数多来自于A，运算结果也常送回A保存。 寄存器B（地址F0H ）是为ALU进行乘除法运算而设置的。 若不作乘除运算时，则可作为通用寄存器使用。
2.3.1 运算部件及专用寄存器组
运算部件以算术逻辑单元ALU为核心，包括一个位处理器和 两个8位暂存寄存器（不对外开放），它能实现数据的算术运 算、逻辑运算、位变量处理和数据传输操作。 累加器ACC 寄存器B 专用寄存器组 程序状态字PSW 程序计数器PC 堆栈指针SP 数据指针寄存器DPTR
锁 存 器
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VCC VSS
地 址 总 线 (AB)
数 据 总 线 (DB)
VCC VSS
ห้องสมุดไป่ตู้(a)
(b)
MCS-51系列单片机引脚及总线结构
2.3 微 处 理 器
Program State Word
accumulator
ALU －－Arithmetic and Logic Unit
图2.1 MCS-51单片机内部结构框图
1．算术逻辑单元ALU与累加器ACC、寄存器B
算术逻辑单元不仅能完成8位二进制的加、减、乘、除、加 1、减1及BCD加法的十进制调整等算术运算，还能对8位变量进 行逻辑"与"、"或"、"异或"、循环移位、求补、清零等逻辑运 算，并具有数据传输、程序转移等功能。 累加器(ACC，简称累加器A，地址E0H)为一个8位寄存器， 它是CPU中使用最频繁的寄存器。进入ALU作算术和逻辑运算的 操作数多来自于A，运算结果也常送回A保存。 寄存器B（地址F0H ）是为ALU进行乘除法运算而设置的。 若不作乘除运算时，则可作为通用寄存器使用。
单片机1-----CS-51系列单片机的结构和时序
2764
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1
结构框图
• 并行 口：4个 并行I/O口 个 • 8位的 中央处理器、 位的I/O口 位的 口P0、 CPU：8位。 P1、P2、P3。 、 ： 位， 、 • 内部ROM： 内部 ： 运算和控制 • 串行口：一个全 串行口： 4KB掩膜 掩膜ROM， 掩膜 功能 • 中断控制系统： 中断控制系统 ， 双工串行口。 双工串行口。 ： • 时钟电路：可 、 时钟电路： 外 用于存放程序、 用于存放程序 5个中断源（ 个中断源（ 个中断源 产生时钟脉冲 原始数据和表 部中断2个 共 • 部中断2个，定 内部RAM： 内部 计数器： ： • 序列，允许晶 定时/计数器 定时 计数器： 序列， 格。 RAM单 计数中断2 时/计数中断 计数中断 256个 个 单 两个16位的定 两个 振频率6MHZ和 振频率 位的定 和 个，串行中断 元/计数器，实 ，串行中断1 用户使用 计数器， 时 计数器 12MHZ 个） 个单元， 个单元， 前128个单元 现定时或计数 用于存放可读 功能。 功能。 写数据， 写数据，后 128个单元被 个单元被 专用寄存器占 用。
微型计算机（ 微型计算机（8086）系统 ）
RAM 6264 ROM2764
中断控制器8259 AD DA 定时计数器8253
输入输出扩展8255 串行口8251
MCS-51系列单片机的组成 2.1.1 MCS-51系列单片机的组成
T0 T1
时钟电路
ROM
RAM
定时计数器
CPU
并行接口 串行接口 中断系统
单片机的时序
三、振荡周期、状态周期、机器周期、指令周期
振荡周期： 振荡器输出的振荡时钟脉冲信号的周期； 也称为时钟周期； 最小的时序单位； 片内的各种微操作都以此周期为时序基准。 状态周期：振荡周期的两倍； 用S表示，分为P1、P2节拍。
（P1节拍通常完成逻辑操作，
P2节拍通常完成内部寄存器间数据传送。）
单片机的时序
小结与作业
五、小结与作业
① 了解单片机时序的概念。 小结
② 重点掌握单片机时序中的振荡周期、状态周期、 机器周期、指令周期。
③ 熟悉这几个周期的代数关系。
作业：P27课后习题 预习下节课3.1节单片机指令格式
机器周期
XTAL2 (OSC)
指令周期 机器周期
S1 S4 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2
振荡周期 状态周期
1个机器周期=6个状态周期=12个振荡周期
机器周期: 执行每个基本操作所需要的时间； 一个机器周期包括12个振荡周期 6个状态周期：S1 -S6 ； S1P1,S1P2, S2P1 ,S2P2…… S6P1,S6P2.
指令周期: CPU执行一条指令所需要的时间；
以机器周期为单位的；
CPU执行一条指令通常需要1～4个机器周期。
单片机的时序
四、单片机各种周期的相互关系
单片机的时序
上节回顾
一、单片机的内部组成
时钟电路
ROM
RAM
定时/计数
CPU
并行接口
串行接口
中断系统
单片机的时序
二、单片机的时序
第二章51结构与时序案例
MCS-51 CPU 64KB 总线 扩展控制器 内中断 外中断 控制 并行口
返回
可编程I/O
可编程全双工 串行口 串行通信
由图2.1可以看出，单片机内部主要包含下列几个部件： u u u u 一个8位CPU； 一个时钟电路； 4Kbyte程序存储器； 128byte数据存储器；
u
u u u
两个16位定时/计数器；
13
1．运算器
• （4）8位寄存器B： 在乘除运算时，用来存放一个操作数也用来 存放运算后的一部分结果；如不做乘除运算 时，作为通用寄存器。
14
1．运算器
• （5）布尔处理器：
专门用于处理位操作的，以PSW中的CY （指令中用C代替CY）为其累加器。
15
返回
1．运算器
• （6）2个8位暂存器：
当前工作寄存器组。
• 根据需要，可利用传送指令对PSW整字节操作或用位操 作指令改变RS1和RS0的状态，以切换当前工作寄存器组。 这样的设置为程序中保护现场提供了方便。
12
• OV(PSW.2)： 溢出标志位。当进行补码运算时，如有溢
出，即当运算结果超出－128～＋127的范围时，OV位由
硬件自动置1；无溢出时，OV=0。 • PSW.1： 为保留位。89C51未用，89C52为F1用户标志位。 • P(PSW.0)： 奇偶校验标志位。每条指令执行完后，该位 始终跟踪指示累加器A中1的个数。如结果A中有奇数个1， 则置P=1；否则P=0。常用于校验串行通信中的数据传送 是否出错。
• AC(PSW.6)： 半进位标志位，也称辅助进位标志。当 执行加法(或减法)操作时，如果运算结果(和或差)的低 半字节向高半字节有半进位(或借位)，则AC位将被硬 件自动置1；否则AC被自动清0。 • F0(PSW.5)： 用户标志位。用户可以根据自己的需要对 F0位赋予一定的含义，由用户置位或复位，以作为软 件标志。
1.1单片机的结构和时序
MCS-51系列 单片机结构和工作原理
1
1 MCS-51系列单片机的内部结构 2 MCS-51单片机引脚功能 3 MCS-51单片机的工作方式 4 MCS-51单片机时序
2
什么是单片机？ ◆所谓单片机(Single Chip Microcomputer)，是指
在一块芯片中集成有中央处理器(CPU)、存储器 (RAM和ROM)、基本I/O接口以及定时器、计数器 等部件，并具有独立指令系统的智能器件，即在 一块芯片上实现一台微型计算机的基本功能。 特点是：体积小，控制功能强，性价比高等
存储器的地址分配有三个地址空间，这三个地址 空间是：ROM存储器地址空间（包括片内ROM和片外 ROM），地址范围是0000H～FFFFH；8052AH/8752BH片内 RAM地址空间为256字节，地址范围是00H～FFH， 8051/8031片内RAM地址空间为128字节，地址范围是 00H-7FH；片外RAM地址空间，地址范围是0000H～FFFFH。
33
2.片内ROM
8051内部有4KB ROM,地址范围为0000H～0FFFH，可 以外接外部ROM，但片内和片外之和不能超过64KB。
34
3.片外RAM
8051的片内RAM容量有128个存储单元，可以用来存放操作 数、操作结果和实时数据。如果片内RAM容量太小，不能满 足控制需要，也可以外接外部RAM。外接外部RAM的最大容 量不能超过64KB，地址范围为0000H～FFFFH。
是否产生溢出，OV置位表示运算结果超出了目的寄存器A
所能表示的带符号数的范围（一128～＋127）。
若以Ci表示位i向位i＋l有进位或借位，则OV为由下式决定：
OV=C6⊕C7；
上式表示：当位6向位7有进位(借位)而位7不向CY进位(借 位)时；或当位7向C进位(借位)而位6不向位7进位(借位)时 OV标志置1，表示带符号数运算时运算结果是错误的；否 则，清除OV标志，运算结果正确。
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1 MCS-51系列单片机的内部结构 2 MCS-51单片机引脚功能 3 MCS-51单片机的工作方式 4 MCS-51单片机时序
2
什么是单片机？ ◆所谓单片机(Single Chip Microcomputer)，是指
在一块芯片中集成有中央处理器(CPU)、存储器 (RAM和ROM)、基本I/O接口以及定时器、计数器 等部件，并具有独立指令系统的智能器件，即在 一块芯片上实现一台微型计算机的基本功能。 特点是：体积小，控制功能强，性价比高等
存储器的地址分配有三个地址空间，这三个地址 空间是：ROM存储器地址空间（包括片内ROM和片外 ROM），地址范围是0000H～FFFFH；8052AH/8752BH片内 RAM地址空间为256字节，地址范围是00H～FFH， 8051/8031片内RAM地址空间为128字节，地址范围是 00H-7FH；片外RAM地址空间，地址范围是0000H～FFFFH。
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2.片内ROM
8051内部有4KB ROM,地址范围为0000H～0FFFH，可 以外接外部ROM，但片内和片外之和不能超过64KB。
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3.片外RAM
8051的片内RAM容量有128个存储单元，可以用来存放操作 数、操作结果和实时数据。如果片内RAM容量太小，不能满 足控制需要，也可以外接外部RAM。外接外部RAM的最大容 量不能超过64KB，地址范围为0000H～FFFFH。
是否产生溢出，OV置位表示运算结果超出了目的寄存器A
所能表示的带符号数的范围（一128～＋127）。
若以Ci表示位i向位i＋l有进位或借位，则OV为由下式决定：
OV=C6⊕C7；
上式表示：当位6向位7有进位(借位)而位7不向CY进位(借 位)时；或当位7向C进位(借位)而位6不向位7进位(借位)时 OV标志置1，表示带符号数运算时运算结果是错误的；否 则，清除OV标志，运算结果正确。
单片机结构和时序
23
23H
1F
1E
1D
1C
1B
22H
17
16
15
14
13
21H
0F
0E
0D
0C
0B
20H
07
06
05
04
03
LSB
7A
79
78
72
71
70
6A
69
68
62
61
60
5A
59
58
52
51
50
4A
49
48
42
41
40
3A
39
38
32
31
30
2A
29
28
22
21
20
1A
19
18
12
11
10
0A
09
08
02
01
••
内2元前放数定两时现部时个个产序振152部，程据时个定中，）生列频1//6M计计2个H用序和时断串时，率R/18数数计6R个ZA户、表或行钟允26位器中数AM个M单使原格计中脉许的M，断器：H，元单用始。数断冲晶定Z实：共2定，和1
用功于能存。放可读
写数据，后128
个单元被专用
寄存器占用。
第2章 MCS-51单片机结构与时序
出”的原则存取数据的。堆栈共有两种操作：进栈和出栈。
(6) 数据指针DPTR （Data Pointer）： 16位寄存器 DPTR存放的是地址，作用是访问外部数据。 编程时，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按两个8位寄存器
分开使用，即： DPH－－ DPTR高位字节 DPL－－ DPTR低位字节