MCS-51系列单片机系统及应用,山东理工大学计算机学院 通信工程系,上节内容,目的： 了解单片机的基本概念和发展的基本阶段。 难点： 单片机的基本概念/单片机与PC机的差别。 重点： 了解单片机的基本概念和应用。,第二章 MCS-51单片机结构,2.1 MCS-51 单片机的外部特性 2.2 MCS-51 单片机的内部结构 2.3 MCS-51 存储器 2.4 专用功能寄存器 2.5 中断系统 2.6 定时器/计数器 2.7 串行接口,本节内容,重点： MCS51系列单片机的外部特性：引脚； 总线 单片机的内部结构：组成；CPU时序 难点： 单片机时序 目的： 通过本节课学习，掌握51单片机的引脚特性，了解单片机的资源，掌握51单片机的时序。,2.1 MCS-51单片机的外部特性,MCS51系列单片机主要产品：8051、8031、8751、80C51、80C31等，它们的基本结构相同，差别在内部存储器的配置上。 8031：内没有ROM 8051：内有4KB的掩模ROM 8751：内有4KB的 EPROM,补充：关于ROM的小知识,ROM,PROM,EPROM,EEPROM, FPEROM 1:(掩膜)ROM - 这是标准的ROM，用于永久性存储重要数据。当一项科技性产品需要其部份信息不会随着外界等因素的变化而变更时，它们通常都使用此标准的ROM模块。在ROM中，信息是被永久性的蚀刻在ROM单元中的，这使得ROM在完成蚀刻工作后是不可能再将其中的信息改变。 MASK(掩膜)：单片机掩膜是指程序数据已经做成光刻版，在单片机生产的过程中把程序做进去。优点是：程序可靠、成本低。缺点：批量要求大，每次修改程序就需要重新做光刻板，不同程序不能同时生产，供货周期长。,2:PROM (Programmable ROM，可编程ROM) - 此类型的ROM的工作原理与CD-R相似，它允许你一次性地重写其中的数据，请记得：重写(涮新)其中数据的次数只有一次。一旦信息被写入PROM后，数据也将被永久性地蚀刻其中了，之后此块PROM与上面介绍的ROM就没什么两样了。 3：EPROM (Erasable Programmable ROM，可擦去可编程ROM) - 当然存储在ROM中的数据需要抹去或进行重新写入时，EPROM可以办到。使用紫外线照射此类型的ROM可以抹去其中的数据，它还允许将你需要的信息存储入此类ROM中。,4：EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM，电可擦去可编程ROM) - 此类ROM现在常用于电脑系统的BIOS，它与EPROM非常相似，EEPROM中的信息也同样可以被抹去，也可以向其中写入新数据。就如其名字所示，对于此EEPROM我们可以使用电来对其进行擦写，而不需要紫外线，这对于主板的BIOS是非常有用的。（但一般要使用12V及以上电压）,5：FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory 单电压芯片，在使用上很类似EPROM，因此，有些书籍上便把FLASH ROM作为EPROM的一种。事实上，二者还是有差别的。FLASH ROM在擦除时，也要执行专用的刷新程序，但是在删除资料时，并非以Byte为基本单位，而是以Sector（又称Block）为最小单位，Sector的大小随厂商的不同而有所不同；只有在写入时，才以Byte为最小单位写入；FLASH ROM芯片的读和写操作都是在单电压下进行，不需跳线，只利用专用程序即可方便地修改其内容 。,51系列单片机的封装 (1)PDIP (2)PLCC,2.1.1 引脚说明（8051,PDIP）,（1）电源引脚 Vcc和 Vss 40 pin电源电压，5V 20 pin电源地 （2）时钟电路引脚XTAL1，XTAL2（18pin，19pin） 单片机是一种时序电路，需要脉冲才能工作，在单片机的内部有一个时钟产生电路，有两种振荡方式，内部振荡方式和外部振荡方式,XTAL1（19）: 片内震荡电路的输入端，是外接晶体的一个引脚，当采用外部振荡器时，此引脚接地。 XTAL2（18）： 片内振荡器的输出端，是外接晶体的另一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接外部震荡源。,（3）控制引脚 控制引脚共有4个，分别是9，29，30，31 RST/VPD（9）：复位控制输入/断电时，提供备用电源输入 复位引脚：外接复位电路，在振荡器运行时，此引脚上出现两个时钟周期的高电平就可使单片机复位，使单片机回到初始状态。 复位引脚还有数据掉电保护作用，此引脚可接备用电源，当芯片电源低于规定的Vcc时，该引脚向内部RAM提供备用电源，保持片内的RAM不会丢失数据。,ALE/PROG（30） 允许地址锁存输出/编程输入引脚 ALE：当访问外部器件时，ALE用于锁存地址的低位字节。 对于8751（EPROM型单片机），此引脚用作编程脉冲的输入。 地址锁存有效信号输出端。ALE在每个机器周期内输出两个脉冲（震荡频率的1/6）。在访问片外程序存储器期间，下降沿用于控制锁存P0输出的低8位地址；在不访问片外程序存储器期间，可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。但要注意，在访问片外数据存储器期间，ALE脉冲会跳空一个，此时作为时钟输出就不妥了。 对于片内含有EPROM的机型，在编程期间，该引脚用作编程脉冲PROG的输入端。,PSEN（29）： 片外（ROM）程序存储器读选通输出信号，低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期该信号两次有效，以通过数据总线P0口读回指令或常数。在访问片外数据存储器期间，PSEN信号将不出现。,EA/Vpp（31） EA：此引脚主要用于区分片内片外程序存储器。 当EA为高电平时，访问片内程序存储器 当EA为低电平时，访问片外程序存储器 在对EPROM的器件进行编程时，该引脚接收编程电压（21V）。,（4）输入/输出引脚（I/O）：P0口，P1口，P2口，P3口 共32pin P0：32-39pin 8位三态I/O口，一般用作地址线（低8位），数据线（分时复用） 每条线可以驱动8个 TTL门电路 P1口，1-8pin 8位准双向口。输出没有高阻态，输入不能锁存（4TTL） P2口，21-28pin 8位准双向口，一般用作地址的高8位（4TTL）,P3口，1017pin 8位准双向口，可以用作普通的I/O口 第二功能使用,2.1.2 外部总线,地址总线 数据总线 控制总线,2.2 MCS-51 单片机内部结构,一个8位CPU 一个片内振荡器和时钟电路 4KB ROM 128B RAM 32条I/O线 两个16位定时器/计数器 1个可编程全双工串行接口 5个中断源、2个中断优先级 片内振荡器及时钟 外寻址的控制电路,2.2.1 MCS-51 组成,2.2.2 CPU,单片机的核心部件，由运算器和控制器部件等组成。 （一）运算部件 运算部件以算术逻辑单元ALU为核心，包括累加器ACC、寄存器B、暂存器、程序状态字等许多部件。它能实现数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传输操作。操作结果的状态信息送到状态寄存器PSW。,1运算器 算术运算 对半字节、单字节等数据进行运算。加、减、乘、除、加一、减一、BCD码十进制调整、比较等 逻辑运算 与，或，异或、求补等 移位功能 对某一数进行左移、右移、循环移位等功能 布尔运算 对直接寻址的位(bit)变量进行位处理，如置位、清零、取反、测试转移以及逻辑与、或等位操作，,2、程序计数器PC 用来存放即将执行的指令的地址。16bit（64KB寻址） 3、指令寄存器 用于存放指令代码。CPU执行指令时，由程序存储器中读出的指令代码送入指令寄存器，经编译器译码后由定时与控制电路产生相应的控制信号，完成指令功能。,（二）定时与控制部件 1）时钟电路 外部时钟和内部时钟 2）时序（重点 难点） 时序是用定时单位来描述的，MCS-51的时序单位有四个，它们分别是节拍、状态、机器周期和指令周期,节拍与状态： 我们把振荡脉冲的周期定义为节拍（为方便描述，用P表示），振荡脉冲经过二分频后即得到整个单片机工作系统的时钟信号，把时钟信号的周期定义为状态（用S表示），这样一个状态就有两个节拍，前半周期相应的节拍我们定义为SP1，后半周期对应的节拍定义为SP2。,机器周期： MCS-51有固定的机器周期，规定一个机器周期有6个状态，分别表示为S1-S6，而一个状态包含两个节拍，那么一个机器周期就有12个节拍，我们可以记着S1P1、S1P2S6P1、S6P2，一个机器周期共包含12个振荡脉冲，即机器周期就是振荡脉冲的12分频，显然，如果使用12MHz的时钟频率，一个机器周期就是1us。,指令周期： 执行一条指令所需要的时间称为指令周期，MCS-51的指令有单字节、双字节和三字节的，所以它们的指令周期不尽相同，也就是说它们所需的机器周期不相同，可能包括一到四个不等的机器周期。,The end,作业： P44：2-1,