第2章 MCS--51系列单片机的结构及原理(广西大学).ppt

第2章MCS--51系列单片机的结构及原理2.1MCS--51系列单片机的结构与引脚功能
MCS--51系列单片机的结构框图见图2-1。
51子系列的配置如下：
（1）8位CPU；
（2）振荡频率1.2～12MHZ；
（3）128个字节的片内数据存储器（片内RAM）；
（4）21个专用寄存器；
（5）4KB的片内程序存储器（8031无）；
（6）8位并行I/O口P0，P1，P2，P3；
（7）一个全双工串行I/O口；
（8）2个16位定时器/计数器；
（9）5个中断源，分为2个优先级；

2图2-1MCS---51系列单片机的结构框图图2-1MCS—51系列单片机的引脚功能
主电源引脚Vss、Vcc
外接晶振引脚XTAL1、XTAL2
输入/输出引脚P0、P1、P2、P3
P0.0～P0.7：P0口的8个引脚，P0口是8位漏极开路型双向I/0端口，在接有片外存储器或I/0扩展接口时，P0.0～P0.7分时复用，作低8位地址总线与双向8位数据总线
P1.0～P1.7：P1口的8个引脚，P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，对于52子系列，P1.0还可用于定时器/计数器2的计数脉冲输入端Ｔ2，Ｐ1.1还可作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。
P2.0～P2.7：P2口的8个引脚，P2口也是一个带内部上拉电阻的双向I/O口，在访问片外存储器或扩展I/O接口时，还用于提供高8位地址。
P3.0～P3.7：P3口的8个引脚，P3口也是一个带上拉电阻的I/O口，除可以作双向的输入输出口外，还具有第2功能，见表2.1表２－１P3口第二功能表（EA/Vpp：双功能引脚，为片外程序存储器选用端。当该引脚信号有效时，选择片外程序存储器，即EA/Vpp=1时，访问片内程序存储器。对片内含有EPROM的机型，此引脚在编程期间用于施加+21v的编程电压。RST/VPO：双功能引脚，在单片机工作期间，当此引脚上出现连接2个机器周期的高电平时可实现复位操作，详见2.4节。在Vcc掉电期间，若该引脚接备用电源（+5v），可向片内RAM供电，以保存片内RAM中的信息。运算器由算逻运算单元ALU、累加器A、B寄存器、暂存器1、暂存器2、及程序状态字PSW构成。程序状态字PSW是1个8位的专用寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息，可进行位寻址，
PSW的各位定义见图2—3。
D7D6D5D4D3D2D1D0
图2-1的虚框部分为微处理器,又分为控制器、运算器。控制器由指令寄存器、指令译码器、定时控制部分组成，可根据不同的指令产生相应的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的功能。

图2—3程序状态字各位的含义

（1）进位标志C（PSW.7）；很多算术逻辑运算指令执行后都会影响进位标志C。例如加减运算，若运算结果有进位或借位，则C=1，若无，则C=0。可用专门的指令或硬件将C置位或清零，在进行位操作时，C又起着位累加器的作用，类似于累加器A。
（2）辅助进位标志AC（PSW.6）：做加减运算时，若低半字节有进位（借位），则AC=1，否则AC=0，辅助进位标志主要用于BCD运算调整时。
（3）软件标志FO（PSW.5）：这是可由用户定义的一个状态标志，可由用户置位或复位。F1的定义与F0相同。（4）工作寄存器组选择位RS1、RS0（PSW.4，PSW.3）：RS1、RS0与工作寄存器组的对应关系如下：RS1 RS0 工作寄存器组 片内RAM地址0 0 第0组 00H～07H0 1 第1组 08H～0FH1 0 第2组10H～17H1 1 第3组18H～1FH单片机上电复位后，RS1RS0=00，此时第0组的8个工作寄存器为当前工作寄存器组。（5）溢出标志OV（PSW.2）：当运算结果超出机器所能表示的范围时称溢出。OV是带符号数运算的溢出标志，如发生溢出，则OV=1；否则OV=0。CPU时序二、时钟周期，机器周期、指令周期
振荡器输出的振荡脉冲经2分频后作为内部节拍信号，作单片机内部各部件协调工作的控制信号，其周期称为时钟周期。
计算机一条指令的执行分几个阶段，每一阶段完成一项规定的操作，完成某一规定操作所需的时间称为一个机器周期。对MCS—51系列单片机，6个时钟周期构成一个机器周期。
CPU执行一条指令所需的时间为指令周期。指令周期以机器周期为单位，MCS—51系列单片机的指令多为单周期、双周期指令，只有乘除指令为4周期指令，若用12MHZ晶振，则单周期指令、双周期指令的执行时间分别为1μs和2μs，而乘除指令则需4μs
三、CPU时序
MCS—51系列单片机的一个机器周期包含6个时钟周期。我们用S1、S2、……、S6表示，每个时钟周期的2个振荡节拍用P1、P2表示，则一个机器周期包括12个振荡周期，不同周