單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理課件.ppt

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1、第二章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理2.1單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.2單片機(jī)的封裝及引腳功能說(shuō)明2.3單片機(jī)的微處理器2.4單片機(jī)的復(fù)位2.5單片機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)2.6MCS-51單片機(jī)并行I/O端口結(jié)構(gòu)及其功能9/1/20211第二章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理2.7單片機(jī)外部總線(xiàn)擴(kuò)展2.8單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及功能2.9串行通信2.10中斷系統(tǒng)9/1/202122.1單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8051單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖8位16位可尋址外部RAM和ROM4個(gè)8位并行I/O口可編程全雙工串行口9/1/20

2、213單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖運(yùn)算器控制器內(nèi)部RAM內(nèi)部ROM9/1/20214單片機(jī)的基本組成(1)運(yùn)算器用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算，包括：ALU（算術(shù)和邏輯單元）ACC（累加器）PSW（程序狀態(tài)字）寄存器B暫存器1暫存器21.CPUCPU由運(yùn)算器和控制器組成。9/1/20215(2)控制器用于控制單片機(jī)程序運(yùn)行和協(xié)調(diào)各部件正常工作的“指揮中心”，包括:PC（程序計(jì)數(shù)器）PC+1計(jì)數(shù)器指令寄存器指令譯碼器時(shí)序及控制電路9/1/202162.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部128字節(jié)的RAM(針對(duì)MCS-51單片機(jī))；內(nèi)部256

3、字節(jié)的RAM(針對(duì)MCS-52單片機(jī))；3.內(nèi)部程序存儲(chǔ)器用于存放程序和程序中的常量數(shù)據(jù)。早期版本的MCS-51無(wú)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器；擴(kuò)展型MCS-51片內(nèi)包含容量不等(1K~64K)的程序存儲(chǔ)器；內(nèi)部程序存儲(chǔ)器種類(lèi)包括ROM、EPROM、Flash等。高電壓寫(xiě)入紫外線(xiàn)擦除低電壓寫(xiě)入電擦除9/1/202174.并行I/O端口MCS-51單片機(jī)有四個(gè)8位并行I/O端口P0~P3；這些端口既可按字節(jié)操作也可按位操作；P0口可復(fù)用為數(shù)據(jù)總線(xiàn)和低8位地址總線(xiàn)；P2口可作為地址總線(xiàn)的高8位；P3口為多功能口，可作為串行

4、口、中斷輸入及計(jì)數(shù)器的外部輸入/輸出。5.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器51單片機(jī)內(nèi)部有2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1；52單片機(jī)內(nèi)部增加了一個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2；6.串行通信接口51單片機(jī)內(nèi)部有1個(gè)全雙工的UART(通用串行收發(fā)器)，可設(shè)置為多種工作模式；9/1/202187.中斷控制系統(tǒng)51單片機(jī)內(nèi)部有5個(gè)中斷源；這些中斷源可分為2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；8.時(shí)鐘電路51單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路配合外部晶振或外部輸入的時(shí)鐘信號(hào)，可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，控制CPU內(nèi)部邏輯電路運(yùn)行。除了8位CPU外，MCS-51內(nèi)部還具備一個(gè)很強(qiáng)

5、的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的1位字長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)；該位處理器包含完整的1位CPU，位RAM、位尋址寄存器、I/O端口控制和指令集；從嚴(yán)格的意義上說(shuō)，51是由8位CPU和1位CPU構(gòu)成的雙CPU單片機(jī)。9.位處理器9/1/202192.2單片機(jī)的封裝及引腳功能說(shuō)明2.2.1單片機(jī)的封裝單片機(jī)主要有DIP、PLCC和TQFP三種封裝形式各種封裝的具體尺寸、引腳間距等詳細(xì)信息可參閱芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)(Datasheet)。9/1/2021102.2.2單片機(jī)的引腳功能說(shuō)明9/1/202111所有引腳號(hào)均以DIP40

6、封裝為例。1.電源引腳VCC(40腳)和GND(20腳)VCC：供電，目前有多種供電電壓以及一些寬電壓范圍的單片機(jī)（2.7~6V）。最常用的供電電壓為+5VGND：地特別注意：?jiǎn)纹瑱C(jī)的供電和電源去耦情況對(duì)系統(tǒng)能否正常工作至關(guān)重要!系統(tǒng)供電必須穩(wěn)定，不能有過(guò)大的紋波及干擾信號(hào)串入。解決方法：在單片機(jī)的VCC和GND之間盡量靠近VCC引腳的地方并入2個(gè)電容：大電容起續(xù)流作用，防止電路電流的變化引起電源電壓的較大波動(dòng)；小電容起濾波作用，濾除串入電路的高頻信號(hào)。9/1/2021122.外接晶振引腳XTAL1和XT

7、AL2XTAL1(第19腳)：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部晶體振蕩電路的反相器的輸入端；XTAL2(第18腳)：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部晶體振蕩電路的反相器的輸出端；9/1/2021133.控制信號(hào)引腳(1)RST/VPD第9腳，輸入信號(hào)。RST為復(fù)位信號(hào)輸入端。單片機(jī)正常工作時(shí)RST引腳應(yīng)保持低電平。在RST引腳上輸入兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘周期)以上的高電平時(shí)，單片機(jī)將進(jìn)入并保持復(fù)位狀態(tài)，直到RST信號(hào)重回低電平。VPD為內(nèi)部RAM的備用電源輸入端。如果主電源VCC發(fā)生斷電或電壓降到一定值時(shí)，可通過(guò)VPD為單片機(jī)內(nèi)部RAM提供電源，

8、以保證片內(nèi)RAM中的信息不丟失。(2)ALE/PROG第30腳，輸出信號(hào)；ALE為地址鎖存允許信號(hào)。在訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE用來(lái)鎖存P0端口輸出的低8位地址信號(hào)。在不訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE也以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6的固定速率輸出，可作為時(shí)鐘輸出；可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。PROG是對(duì)8751內(nèi)部EPROM編程時(shí)的編程脈沖輸入端。9/1/202114(3)PSEN第29腳，輸出信號(hào)。外部程序存儲(chǔ)器(ROM)的讀選通信號(hào)。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)