单片机教学课件

…
0004H 0003H 0002H 0001H 0000H
…
xxH xxH xxH xxH xxH
RAM
第2章MCS-51单片机结构及原理
（3）累加器（ACCUMULATER——A）
——存放操作数或中间运算结果的寄存器
➢具有8位字长 ➢具有可被指令修改功能 ➢是利用率最高的寄存器
算术逻辑单元ALU：它是计算机 中必不可少的数据处理单元。实 质是一个全加器，其运算输入主 要来自两个暂存器和累加器ACC
在进行加或减运算时，如果操作结果最高位有进位或借位 时，CY由硬件置“1”，否则清“0”。
举例
1001 0011 + 1111 0000
————————
CY= 1 1000 0011
wenku.baidu.com
进位标志位CY
用途：1、根据CY判断有无 进位或借位；
2、在位操作中CY可作为位 累加器用。
第2章MCS-51单片机结构及原理
4. 4个8位双向I/O口——第四章调第二章
5. 5中断源——第四章 6. 2个16位定时器/计数器——第四章 7. 1个全双工串行口——第四章
第2章MCS-51单片机结构及原理
1、CPU（中央处理器，Central Processing Unit ）
CPU = 控制器 + 运算器
第2章MCS-51单片机结构及原理
第2章MCS-51单片机结构及原理
除DIP封装外， 51单片机还采用44只引脚的方形扁平(QFP ——Quad Flat Package) 封装方式（4只引脚无用）。
DIP引脚分布
电源及晶振引脚（共4只） 三类 控制引脚（共4只）
端口引脚 （共32只）
第2章MCS-51单片机结构及原理
（1）电源及晶振引脚 VCC (40脚)：+5V电源引脚 VSS (20脚)： 接地引脚
RRSS11
位4
PSW.3
RRSS00
位3
PSW.2
OOVV
位2
PSW.1
FF11
位1
PSW.0
PP
位0
F0（PSW.5）和F1（PSW.1） ——用户标志位 可作为用户自行定义的一个状态标志
举例 定义F0为门的开关状态， F0 = 0→开；F0 = 1→闭 定义F1为灯的开闭状态， F1 = 0→开；F1 = 1→闭
第2章MCS-51单片机结构及原理
PSW.7
CCYY
位7
PSW.6
AACC
位6
PSW.5
FF00
位5
PSW.4
RRSS11
位4
PSW.3
RRSS00
位3
PSW.2
OOVV
位2
PSW.1
FF11
位1
PSW.0
PP
位0
OV（PSW.2） ——溢出标志
在有符号数加减运算或无符号数乘除运算中若有异常结果， OV硬件置1，否则硬件清0。
举例
0100 1111
+ 1010 0001
————————
AC=1 1111 0000
半进位
用途：1、根据AC判断加减运 算时有无半进位或半借位；
2、在BCD码调整运算中要用 到AC标志
第2章MCS-51单片机结构及原理
PSW.7
CCYY
位7
PSW.6
AACC
位6
PSW.5
FF00
位5
PSW.4
控制器的用途：统一指挥和控制各单元协调工作 控制器的任务：从ROM中取出指令→译码→执行指令 控制器的组成：程序计数器PC、数据指针寄存器DPTR、…
第2章MCS-51单片机结构及原理
运算器的用途：对数据进行算术运算和逻辑操作 运算器的任务：计算缓冲器内容→暂存→修改运行标志 运算器的组成：算术逻辑单元ALU、累加器ACC、程序状 态字寄存器PSW、寄存器B 、暂存器等
2. 片内程序存储器(ROM)
作用：存放程序、表格或常数，具有非易失性
字长：8位
数量：4KB （80C51）
0FFFH
1KB=1024字节（0～03FFH） 4KB=4096字节（0～0FFFH） 8KB=8192字节（0～1FFFH） ……
PSW.7
PSW.6 PSW.5
PSW.4 PSW.3
PSW.2
PSW.1
PSW.0
CCYY
AACC
FF00
RRSS11
RRSS00
OOVV
FF11
PP
位7
位6
位5
位4
位3
位2
位1
位0
AC（PSW.6）——辅助进位标志
在进行加或减运算时，如果操作结果的低四位数向高四位 产生进位或借位时，将由硬件置“1”，否则清“0”。
➢具有8位字长 ➢具有可被指令修改功能
➢开机或系统复位后，SP初始化为07H（即默认的栈 底地址为07H） ；每执行一次入栈操作（PUSH）， SP+1; 而执行一次出栈操作（POP），SP-1。
第2章MCS-51单片机结构及原理
2. 1.2 MCS-51引脚及功能
51系列单片机一般采用40只引脚的双列直插式（DIP—— Dual In-line Package）封装结构
10μF
10
8.2K
80C51
ALE/PROG (30)：地址锁存使能输出/ 编程脉冲输入 PSEN (29)：输出访问片外程序存储器读选通信号 EA/VPP (31)：外部ROM允许访问/ 编程电源输入
用到时 再介绍
（3）端口引脚
共计8只/组×4 组= 32 只引脚： P0.0～P0.7（39～32脚）——P0口； P1.0～P1.7（1～8脚）——P1口； P2.0～P2.7（21～28脚）——P2口； P3.0～P3.7（10～17脚）——P3口。
计算机存储器地址空间的两种结构形式： 普林斯顿结构和哈佛结构。
RAM和ROM统一编址 RAM和ROM分别编址
第2章MCS-51单片机结构及原理
51系列单片机采用哈佛结构，共有四个物理存储空间，或 三个逻辑存储空间。
程数 序据 存存 储储 器器 RR OA MM
第2章MCS-51单片机结构及原理
a） 同时使用片内和片外ROM
OV=C6Y C7Y=1 0=1→运算出错
举例
11111011 （-5）
+ 11110000 （-16）
——————————————
CY= 1 11101011 →（-21）
D6有进位 D7有进位
11101011→10010100→10010101 OV=C6Y C7Y=1 1=0 →运算正确
第2章MCS-51单片机结构及原理
…
xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
ROM
➢ 具有自动加1功能→顺序运行 程序功能
➢ 具有可被指令修改功能→跳转 运行程序功能
➢ 复位时，PC值为0 →复位后程 序从0开始运行
第2章MCS-51单片机结构及原理
（2）数据指针寄存器（Data Pointer ——DPTR）
第2章 MCS-51单片机结构及原理
2.1 MCS-51单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构 2.3单片机的复位、时钟与时序 2.4 并行I/O口
第2章MCS-51单片机结构及原理
2.1 MCS-51单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构 2.3单片机的复位、时钟与时序 2.4 并行I/O口
第2章MCS-51单片机结构及原理
P0口～P3口是单片机对外联络的重要通道
第2章MCS-51单片机结构及原理
2.1 MCS-51单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构 2.3单片机的复位、时钟与时序 2.4 并行I/O口
第2章MCS-51单片机结构及原理
2.2 MCS-51的存储器结构
1. 存储器划分方法
——指向ROM或RAM存储单元的地址指针
➢具有16位字长，可寻址范围216（64KB） ➢具有可被指令修改功能→可变更数据地址
➢可拆为2个8位的独立寄存器DPL和DPH
FFFFH
FFFFH
…
0004H 0003H 0002H 0001H 0000H
…
9EH 94H F4H 77H 35H
ROM
DPL DPH DPTR指针
INTEL MCS-51系列单片机一览表
87C52
80C51=(8位)CPU + 4KBROM +128BRAM + (2×16)T/C + (4×8)I/O + 1个UART +5个中断源
第2章MCS-51单片机结构及原理
80C51单片机的主要内部资源与教学安排 1. 8位CPU ——第二章 2. 4KB片内 ROM ——第二章 3. 128B片内RAM ——第二章
第2章MCS-51单片机结构及原理
（1）程序计数器（Program Counter——PC）
——指向ROM存储单元的地址指针
FFFFH
➢ 永远存放着下一条指令的地址
➢ 具有16位字长→可寻址范围 216（= 65536字节= 64KB）
0000H PC指针
…
0004H 0003H 0002H 0001H 0000H
（5）程序状态字寄存器（Program State Word——PSW）
——存放程序运行过程中的各种状态信息的寄存器
➢具有8位字长
➢各位都具有特殊含义
➢状态信息通常自动形成，但也可用指令修改
按位置定义的名称
PSW.7
CCYY
位7
PSW.6
AACC
位6
PSW.5
FF00
位5
PSW.4
RRSS11
位4
PSW.3 PSW.2 PSW.1
RRSS00
OOVV
FF11
位3
位2
位1
按功能定义的名称
PSW.0
PP
位0
第2章MCS-51单片机结构及原理
PSW.7
CCYY
PSW.6
AACC
PSW.5
FF00
PSW.4
RRSS11
PSW.3
RRSS00
PSW.2
OOVV
PSW.1
FF11
PSW.0
PP
位7
位6
位5
位4
位3
位2
位1
位0
CY（PSW.7）——进位标志
XTAL1 (19脚)；外接晶振引 脚（内置放大器输入端） XTAL2 (18脚)：外接晶振引 脚（内置放大器输出端）
第2章MCS-51单片机结构及原理
40 Vcc
+5V
800C5511
20 Vss
80C51
（2）控制引脚 RST/VPD(9)：复位/ 备用电源引脚
第2章MCS-51单片机结构及原理
举例 若A =1001 1111，则P=0 若A =1100 0001，则P=1
用途：用于串行通讯中的数据校验，判断是否存在传输错误。
第2章MCS-51单片机结构及原理
（4）堆栈指针SP
它是一个8位的特殊功能寄存器，SP的内容 可指向 8051/31片内00H-7FH RAM的任何单元。MCS-51单片 机把堆栈设置在片内数据RAM区中，具体位置可由SP设 定。
用途：在程序运行中判断门或灯的工作状态
第2章MCS-51单片机结构及原理
PSW.7
CCYY
位7
PSW.6
AACC
位6
PSW.5
FF00
位5
PSW.4
RRSS11
位4
PSW.3
RRSS00
位3
PSW.2
OOVV
位2
PSW.1
FF11
位1
PSW.0
PP
位0
RS1和 RS0（PSW.4和 PSW.3） ——工作寄存器组指针 用途：用于指定CPU的当前工作寄存器组
用途：判断运算的结果是否正确，正确 = 0；出错 = 1
第2章MCS-51单片机结构及原理
举例
01010100 （+84）
+ 01101001 （+105）
——————————————
CY=0 10111101→（-67）
D6有进位 D7无进位
正数的补码是它本身，负数的补码是 除符号位外每位求反，然后末尾加1 10111101→11000010→11000011
SCM——将通用微计算机 基本功能部件集成在一块 芯片上构成的一种专用微 计算机系统
第2章MCS-51单片机结构及原理
SCM = CPU+程序存储器+数据存储器+定时器/计数器+ 内外中断+可编程I/O+可编程全双工串行口+…
第2章MCS-51单片机结构及原理
2.1.1 MCS-51单片机的内部结构
b）ROM地址分布
当EA引脚接高电平（开关接A点）时，4 KB以内的地址在片 内ROM，大于4KB的地址在片外ROM中（图中折线），两者 共同构成64KB空间； 当EA引脚接低电平（开关接B点）时，片内ROM被禁用，全 部64KB地址都在片外ROM中（图中直线）。
第2章MCS-51单片机结构及原理
PSW.7
CCYY
位7
PSW.6
AACC
位6
PSW.5
FF00
位5
PSW.4
RRSS11
位4
PSW.3
RRSS00
位3
PSW.2
OOVV
位2
PSW.1
FF11
位1
PSW.0
PP
位0
P（PSW.0） ——奇偶标志位 该位始终跟踪累加器A中含“1”个数的奇偶性 如果A中有奇数个“1”，则P置“1”，否则置“0”
第2章MCS-51单片机结构及原理
（4）寄存器（B）
可作为一个普通的8位寄存器。同时它在乘、除运算中有 特殊用途
➢具有8位字长 ➢具有可被指令修改功能
➢乘法中，两个乘数分别放在A、B，乘积的低位放 A、高位放B中；
除法中，被除数放在A，除数放在B，商放在A、余 数放在B中
第2章MCS-51单片机结构及原理