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第二章 单片机内部结构及工作原理

2014-05-29 点击:[ ]

一、知识点

18051单片机的内部结构及基本原理

28051单片机的引脚及其功能

3)程序存储器及其配置

4)内部数据存储器的结构及分区

5)工作寄存器区,当前工作寄存器组,工作寄存器与单元地址的对应关系

6)位寻址区及其使用

7)数据缓冲区,堆栈概念及其作用

8)特殊功能寄存器及其功能,特殊功能寄存器中的位寻址区

9I/O的结构及特点,I/O的使用

10)单片机的外部数据存储器

11)单片机的存储器空间构成:存储器空间、位寻址空间

12)单片机的时钟电路,单片机的时钟周期、机器周期和指令周期的概念,单片机的指令时序

   13)复位、复位状态及复位电路

二、重点

18051单片机的内部结构及基本原理

28051单片机的引脚及其功能

3)程序存储器及其配置

4)内部数据存储器的结构及分区

5)位寻址区及其使用

6I/O的结构及特点,I/O的使用

7)单片机的存储器空间构成:存储器空间、位寻址空间

8)单片机的时钟电路,单片机的时钟周期、机器周期

9)复位后单片机的状态及复位电路

三、难点

18051单片机的内部结构及基本原理

2)程序存储器及其配置

3)内部数据存储器的结构及分区

4)位寻址区及其使用

5I/O的结构及特点,I/O的使用

四、授课方法

课堂授课(PPT),Proteus演示

五、授课提纲

2.1 单片机的内部结构

(一)单片机结构框图介绍

MCS-518051)包含以下组成部分:8CPU128个字节的RAM4K字节的ROM、两个16位的定时/计数器、48位并行口、1个全双工的串行口、中断控制系统、时钟电路等。这些组成部分通过内部总线有机地连接在一起,是一个简单的微型计算机,只不过单片化而已。

特点:程序存储器和数据存储器分开设置,占用不同的地址空间。

MCS-51系列单片机有三个典型的代表产品,805187518031,在结构上基本相同,只是在程序存储器的类型上有所不同,8751采用EPROM,而8031没有程序存储器。

(二)MCS-51单片机结构及原理

1CPU:单片机的CPU由运算器和控制器组成,运算器包含一个专用于位处理的布尔处理器。

1)运算器

运算器由8ALUTMP1TMP2、累加器ACC、寄存器B、程序状态字寄存器PSW和布尔处理器组成。功能:完成算术逻辑运算和移位运算。

ACC累加器是CPU中最繁忙的寄存器;

B用于乘除法运算,其它情况下,仅作为寄存器使用;

PSW用于反映累加器运算的一些特征。介绍标志位的含义;

2)控制器

控制器由定时控制逻辑、指令寄存器、指令译码器、地址指针DPTR、程序计数器(PC)、堆栈指针SP、以及RAM地址寄存器、16位地址缓冲器等组成。功能:产生CPU工作所需要的时序,控制程序执行顺序。

2)内部数据存储器(内部RAM

内部RAM128个单元,作用:用于存储运算结果。

3)程序存储器

作用:用于存储程序和常数。8031 无程序存储器(0K);8051 无程序存储器(4K ROM);8751 无程序存储器(4K EPROM);89c514K FLASH ROM);

4)定时器/计数器

216位的定时/计数器;作用:定时/计数功能

5)并行I/O

4 I/O P0, P1, P2, P3);作用:实现数据的并行输入/输出

6)串行口

一个全双工的串行口;作用:实现单片机和其它通信设备之间的数据传送。

7)中断控制系统

5个中断源,2级中断管理。作用:实时控制

8)时钟电路

作用:产生单片机工作所需要的时钟序列。

内部方式;微调电容C1=C2=5pF~30pFFosc=1.2M~12M Hz

外部方式:时钟源:1.2M~12M Hz,具有一定的幅宽

9)总线

单一总线:连接单片机的各个组成部分。

2.2 MCS-51芯片的信号引脚

40个引脚功能介绍:输入输出口线(32个),控制引脚(4个),外接晶体振荡器引脚(2个), 电源(2个,Vcc/ GND

引脚的第2功能:主要介绍P3   

2.3 程序存储器

作用:存放程序,存储器类型:ROM

(一)8051/8751程序存储器配置

引脚的连接方法

(二)8031程序存储器配置

由于8031没有内部程序存储器,所以必须接地,64K全部为外部程序存储器。不建议使用。

2.4 内部RAM

   1)功能分区:3个区地址范围

2)工作寄存器区通用寄存器区四个工作寄存器组的划分、每个工作寄存器的单元地址,RS0PSW.3)、RS1PSW.4)确定CPU当前使用的工作寄存器组的原理及方法。

3)位寻址区:20~2FH128位,位地址为00~7FH

4)数据缓冲区:30~7FH,只能按字节访问。堆栈的概念:在内部RAM开辟一个先进后出的区域,用于保护CPU执行程序的现场。

2. 5  特殊功能寄存器(专用寄存器,SFR)

(一)SFR22个、其中21个具有地址),21SFR离散地分布在80~FFH地址空间上。

(二)介绍主要的SFRACC累加器、B PSW SPDPTRPC(不可寻址)等

(三)SFR的位寻址:  凡是单元地址能被8整除的SFR具有位寻址功能,位地址范围为80~FFH

2.6 单片机的存储器

总结数据存储器和程序存储器结构:5个空间

MCS-51的位寻址空间结构:由两部分组成:20~2FH128位,SFR中的位  

 

2.7  I/O

(一)I/O口功能

P0:8051/8751:作为I/O口使用,8031:(或8051/8751有扩展时)作为低8位地址总线和数据总线。

P2:8051/8751:作为I/O口使用,8031:(或8051/8751有扩展时)作为高8位地址总线。

P1:8051/8751:作为I/O口使用,8031:作为I/O口使用

P3:8051/8751:作为I/O口使用,8031:作为I/O口使用

(二)I/O口使用

P0口作为输入、输出口使用的问题

P1口为例说明读引脚状态的操作过程

 

2.8   MCS-51单片机时序

(一)时钟电路

(二)几种周期的概念及计算方法

(三)指令时序举例说明

 

2.9 复位

(一)复位条件:在RST端保持两个以上机器周期的高电平。

(二)单片机复位状态:存储器、寄存器、I/O口状态

(三)电路设计:上电复位,开关/上电复位

 

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