8051 单片机的结构和原理
8051 单片机的结构和原理
2.1 51 系列单片机的结构
51 单片机最初是由Intel 公司开发设计的,但后来Intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商,譬如SST、Philip、Atmel 等大公司。如是市面上出现了各式各样的但均以51 为内核的单片机,倒是Intel 公司自己的单片机却显得逊色了。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51 一致的,在前一章我们已经提到51 单片机在今后很长一段时间内仍是主流,所以我们的教材将还是以51 核为例给大家进行详细的介绍。
2.1.1 51 系列单片机的结构框图
我们假设读者是已经学完了计算机的组成原理,所以下面出现的有关计算机的专有名词
就不做详细介绍了。
我们知道我们PC 机的CPU 是基于冯诺伊曼的体系结构,然而MCU(单片机)、Dsp(数字信号处理器)都是基于哈佛结构的体系结构。哈佛结构与冯诺伊曼结构有很大的不同,在冯诺伊曼体系结构下只有一个地址空间,ROM 和RAM 可以随意安排在这一地址范围内的不同空间,即ROM 和RAM 地址统一分配。CPU 访问存储器时,一个地址对应唯一的存储单元,可能是ROM,也可能是RAM。而哈佛结构下ROM 和RAM 是分开编址,即程序和数据分开保存,访问时用不同的指令加以区分,并可同时访问,在这样的体系结构下有利于提高指令的执行速度。在后面的章节我们将详细介绍单片机的存储器配置。
图2-1 所示为MCS-51 系列单片机的基本结构框图。
从结构框图我们可以看出在这一小块芯片上,集成了一个微型计算机的各个组成部分。这些部分包括:
(1)一个8 位的微处理器(CPU)。
(2)片内数据存储器RAM(128B/256B),用以存放可以读/写的数据,如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等,SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。
(3)片内程序存储器ROM/EPROM(4KB/8KB),用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM,如8031,8032,80C31 等。目前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面,这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器,可供用户根据需要选用,读者可查看书的后面部分。广州科沃—工控维修的120
https://www.360docs.net/doc/7c18690492.html,
(4)四个8 位并行I/O 接口P0~P3,每个口既可以用作输入,也可以用作输出。
(5)两个定时器/计数器,每个定时器/计数器都可以设置成计数方式,用以对外部事件进行计数,也可以设置成定时方式,并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信,目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。
(6)五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源,例如SST89E58RD 就有9 个中断源。
(7)一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I/O 口,用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。
(8)片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz,因而大大的提高了指令的执行速度。
以上各个部分通过内部数据总线相互连接。
早期的51 系列单片机有十多个品种,目前已发展到数百种,我们可以看看早期单片机的性能
如表2-1 所示,拿它和现代新型单片机比较,我们会发现它们的性能相差很大,可以参见后文的SST89 系列单片机性能。
8051 单片机内部结构如图2-2 所示。一个完整的计算机应该由运算器、控制器、存储器(ROM 及RAM)、数据总线和I/O 接口组成。一般微处理器(如8086)就只包括运算器和控制器两部分。和一般微处理器相比,8051 增加了四个8 位I/O 口、一个串行口、4KB ROM、128BRAM、很多工作寄存器及特殊功能寄存器(SFR),所以单片机具有比微处理器更强大的控制功能,单片机是专为进行控制设计的,而常见的微处理器是用于运算功能的,下图各部分的功能描述
一、中央处理单元(CPU)
和PC 机的CPU 一样,它是单片机的核心,是计算机的控制和指挥中心,由运算器和控制器等部件组成。
1.运算器
运算器包括一个可进行8 位算术运算和逻辑运算的单元ALU,8 位的暂存器1、暂存器2,8 位的累加器ACC,寄存器B 和程序状态寄存器PSW 等。
ALU:可对4 位(半字节)、8 位(一字节)和16 位(双字节)数据进行操作。能做加、减、乘、除、加1、减1、BCD 数十进制调整及比较等算术运算和与、或、异或、求补及循环移位等逻辑操作。
ACC:累加器ACC 经常作为一个运算数经暂存器2 进入ALU 的输入端,与另一个来自暂存器1 的运算数进行运算,运算结果又送回ACC。除此之外,ACC 在8051 内部经常作为数据传送的中转站。同一般微处理器一样,它是最繁忙的一定寄存器了。在指令中用助记符A 来表示。
PSW:程序状态字寄存器,8 位,用于指示指令执行后的状态信息,相当于一般微处理器的标志寄存器。PSW 中各位状态供程序查询和判别用。详见特殊功能寄存器SFR 中介绍。
B:8 位寄存器,在乘、除运算时,B 寄存器用来存放一个操作数,也用来存放运算后的一部分结果;若不做乘、除运算时,则可作为通用寄存器使用。
另外,8051 片内还有一个布尔处理器,它以PSW 中的进位标志位CY 为其累加器(在布尔处理器及其指令中以C 代替CY),专门用于处理位操作:可执行置位、位清0、位取反、位等于1 转移、位等于0 转移、位等于1 转移并清0 以及位累加器C 与其他可位寻址的空间之间进行信息传送等位操作,也能使C 与其他可寻址位之间进行逻辑“与”、逻辑“或”操作,结果存放在进位标志位(位累加器)C 中。
2.控制器
控制器包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、振荡器及定时电路等。
程序计数器PC:由两个8 位的计数器PCH 及PCL 组成,共16 位。PC 实际上是程序的字节地址计数器,PC 中的内容是将要招待的下一条指令的地址。改变PC 的内容就可改变程序执行的方向。PC 可对64KB 的ROM(程序存储器)直接寻址,也可对8051 片外RAM(数据存储器)寻址。
指令寄存器IR 及指令译码器ID,由ID 对指令译码并送PLA 产生一定序列的控制信号,以执行指令所规定的操作。例如,控制ALU 的操作、在8051 片内工作寄存器间传送数据,以及发出ACC 与I/O 口(P0~P3)或存储器之间通信的控制信号等等。
振荡器及定时电路:8051 单片机片内有振荡电路,只需外接石英晶体和频率微调电容(2个30pF 左右),其频率范围为1.2MHz~12MHz。该脉冲信号就作为8051 工作的基本节拍,即时间的最小单位。8051 同其他计算机一样,在基本节拍的控制下协调地工作,就像一个乐队按着指挥的节拍演奏一样。
二、存储器
8051 片内有ROM(程序存储器,只能读)和RAM(数据存储器,可读可写)两类,它们有各自独立的存储地址空间,与一般微机的存储器配置方式很不相同。
1、程序存储器(ROM)
8051 及8751 的片内程序存储器容量为4KB,地址从0000H 一开始,用于存放程序和表格常数。
2、数据存储器(RAM)
8051/8751/8031 片内数据存储器均为128B,地址为00H~7FH,用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。
在这128B 的RAM 中,有32 个字节单元可指定为工作寄存器,这同一般微处理器不同,8051 的片内RAM 和工作寄存器排在一个队列里统一编址。
由图2-2 可见,8051 单片机内部还有SP,DPTR,PCON,…,IE,IP 等特殊功能寄存器,它们也同128 字节RAM 在一个队列里编址,地址为80H~FFH。在这128 字节RAM 单元中有21个特殊功能寄存器(SFR),这些特殊功能寄存器还包括P0~P3 口锁存器。
如何使用RAM 中的32 个工作寄存器和特殊功能寄存器,后面将详细介绍。
三、I/O 接口
8051 有四个8 位并行接口,即P0~P3。它们都是双向端口,每个端口各有8 条I/O 线,为可输入/输出。P0~P3 口四个锁存器同RAM 统一编址,可以把I/O 口当作一般特殊功能寄存器来寻址。
2.2 51 单片机的引脚及其功能
MCS-51 系列中各种芯片的引脚是互相兼容的,如8051,8071 和8031 均采用40 脚双列直插封装(DIP)方式。当然,不同芯片之间引脚功能也略有差异。8051 单片机是高性能单片机,因为受到引脚数目的限制,所以有不少引脚具有第二功能,如图2-3 所示。
各引脚功能简要说明如下:
1. 电源引脚Vcc 和Vss
Vcc(40 脚):电源端,为+5V。
Vss(20 脚):接地端。
2. 时钟电路引脚XTAL1 和XTAL2
XTAL2(18 脚):接外部晶体和微调电容的一端;在8051 片内它是振荡电路反相放大器的输出端,振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时,该引脚输入外部时钟脉冲。
要检查8051/8031 的振荡电路是否正常工作,可用示波器查看XTAL2 端是否有脉冲信号
输出。
XTAL1(19 脚):接外部晶体和微调电容的另一端;在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时,该引脚必须接地。
3. 控制信号引脚RST,ALE,PSEN 和EA
RST/VPD(9 脚):RST 是复位信号输入端,高电平有效。当此输入端保持备用电源的输入端。当主电源Vcc 发生故障,降低到低电平规定值时,将+5V 电源自动两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时,就可以完成复位操作。RST 引脚的第二功能是VPD,即接入RST 端,为RAM 提供备用电源,以保证存储在RAM 中的信息不丢失,从而合复位后能继续正常运行。
ALE/PROG(ADDRESS LATCH ENABLE/PROGRAMMING,30 脚):地址锁存允许信号端。当8051 上电正常工作后,ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率fOSC 的1/6。CPU 访问片外存储器时,ALE 输出信号作为锁存低8 位地址的控制信号。
平时不访问片外存储器时,ALE 端也以振荡频率的1/6 固定输出正脉冲,因而ALE 信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确定8051/8031 芯片的好坏,可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。如有脉冲信号输出,则8051/8031 基本上是好的。
ALE 端的负载驱动能力为8 个LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)负载。
此引脚的第二功能PROG 在对片内带有4KB EPROM 的8751 编程写入(固化程序)时,作为编程脉冲输入端。
PSEN(PROGRAM STORE ENABLE,29 脚):程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时,此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接EPROM 的OE 端(见后面几章任何一个小系统硬件图)。PSEN 端有效,即允许读出EPROM/ROM 中的指令码。PSEN 端同样可驱动8 个LS 型TTL 负载。要检查一个8051/8031 小系统上电后CPU 能否正常到EPROM/ROM 中读取指令码,也可用示波器看PSEN 端有无脉冲输出。如有则说明基本上工作正常。
EA#/Vpp(ENABLE ADDRESS/VOLTAGE PULSE OF PROGRAMING,31 脚):外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。
当EA 引脚接高电平时,CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令,但当PC (程序计数器)的值超过0FFFH(对8751/8051 为4K)时,将自动转去执行片外程序存储器内的程序。
当输入信号EA 引脚接低电平(接地)时,CPU 只访问外部EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令,而不管是否有片内程序存储器。对于无片内ROM 的8031 或8032,需外扩EPROM,此时必须将EA 引脚接地。
此引脚的第二功能是Vpp 是对8751 片内EPROM固化编程时,作为施加较高编程电压(一般12V ~21V)的输入端。
4.输入/输出端口P0/P1/P2/P3
8051单片机的内部结构
8051是MCS-51系列单片机的典型产品,我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。 8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明: 中央处理器(CPU)是整个单片机的核心 部件,是8位数据宽度的处理器,能处理 8位二进制数据或代码,CPU负责控制、 指挥和调度整个单元系统协调的工作,完 成运算和控制输入输出功能等操作。 ·数据存储器(RAM): 8051内部有128个8位用户数据存储 单元和128个专用寄存器单元,它们是统 一编址的,专用寄存器只能用于存放控制 指令数据,用户只能访问,而不能用于存 放用户数据,所以,用户能使用的的RAM 只有128个,可存放读写的数据,运算的 中间结果或用户定义的字型表。 ·程序存储器(ROM): 8051共有4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。 ·定时/计数器(ROM): 8051有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 ·并行输入输出(I/O)口: 8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。 ·全双工串行口: 8051内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以 用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。 ·中断系统: 8051具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可 满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。 ·时钟电路: 8051内置最高频率达12MHz的时钟电路,用于产生整个单片机运行的脉冲时序,但8051 单片机需外置振荡电容。
AT89C51单片机的基本结构和工作原理
AT89C51单片机的主要工作特性: ·内含4KB的FLASH存储器,擦写次数1000次; ·内含28字节的RAM; ·具有32根可编程I/O线; ·具有2个16位可编程定时器; ·具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构; ·具有1个全双工的可编程串行通信接口; ·具有一个数据指针DPTR; ·两种低功耗工作模式,即空闲模式和掉电模式; ·具有可编程的3级程序锁定定位; AT89C51的工作电源电压为5(1±0.2)V且典型值为5V,最高工作频率为24MHz. AT89C51各部分的组成及功能: 1.单片机的中央处理器(CPU)是单片机的核心,完成运算和操作控制,主要包括运算器和控制器两部分。
(1)运算器 运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。其中包括算术和逻辑运算单元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器等。 ALU是运算电路的核心,实质上是一个全加器,完成基本的算术和逻辑运算。算术运算包括加、减、乘、除、增量、减量、BCD码运算;逻辑运算包括“与”、“或”、“异或”、左移位、右移位和半字节交换,以及位操作中的位置位、位复位等。 暂存器1和暂存器2是ALU的两个输入,用于暂存参与运算的数据。ALU的输出也是两个:一个是累加器,数据经运算后,其结果又通过内部总线返回到累加器;另一个是程序状态字PSW,用于存储运算和操作结果的状态。 累加器是CPU使用最频繁的一个寄存器。ACC既是ALU处理数据的来源,又是ALU运算结果的存放单元。单片机与片外RAM或I/O扩展口进行数据交换必须通过ACC来进行。 B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一,另一个输入来自ACC。运算结果存于AB寄存器中。 (2)控制器 控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件,主要包括程序计数器PC、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等,其功能是控制指令的读入、译码和执行,并对指令执行过程进行定时和逻辑控制。AT89C51单片机中,PC是一个16位的计数器,可对64KB程序存储器进行寻址。复位时PC的内容是0000H. (3)存储器 单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。AT89C51单片机的程序存储器采用4KB的快速擦写存储器Flash Memory,编程和擦除完全是电器实现。 (4)外围接口电路 AT89C51单片机的外围接口电路主要包括:4个可编程并行I/O口,1个可编程串行口,2个16位的可编程定时器以及中断系统等。 AT89C51的工作原理: 1.引脚排列及功能 AT89C51的封装形式有PDIP,TQFP,PLCC等,现以PDIP为例。 (1)I/O口线 ·P0口 8位、漏极开路的双向I/O口。 当使用片外存储器及外扩I/O口时,P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时,P0口可用于接收指令代码字节;程序校验时,可输出指令字节。P0口也可做通用I/O口使用,但需加上拉电阻。作为普通输入时,应输出锁存器配置1。P0口可驱动8个TTL负载。 ·P1口 8位、准双向I/O口,具有内部上拉电阻。 P1口是为用户准备的I/O双向口。在编程和校验时,可用作输入低8位地址。用作输入时,应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。 ·P2 8位、准双向I/O口,具有内部上拉电阻。 当使用外存储器或外扩I/O口时,P2口输出高8位地址。在编程和校验时,P2口接收高字节地址和某些控制信号。 ·P3 8位、准双向I/O口,具有内部上拉电阻。 P3口可作为普通I/O口。用作输入时,应先将输出锁存器置1。在编程/校验时,P3口接收某些控制信号。它可驱动4个TTL负载。 (2)控制信号线
单片机原理及应用
单片机原理及应用 判断题: 1.CPU的时钟周期为振荡器频率的倒数。对 2.8051的程序状态字寄存器PSW是一个8位的专用寄存器,用于存放程序运行中的各种状态信息。对 3.(6)ANL #99H ,36H 错 4.执行返回指令时,返回的断点是调用指令的首地址。错 5.LCRL A为循环左移指令。错 6.TMOD中GATE=1时,表示由两个信号控制定时器的启停。对 7.(10)ACALLPROC 对 8.MOVC A @A +DPTR ,这是条相对寻址指令。错 9.中断函数的调用是在满足中断的情况下,自动完成函数调用的。对 10.(3)MOVX A,30H 错 11.(8)ORL P1.0,P3.1 错 12.MCS-51的程序存储器只能用来存放程序。错 13.判断以下各条指令是否正确(LL1和PROC为标号) (1)MOVX @R0,B 错 14.工作寄存器工作在0区,则R2 所对应的内部数据存储器的地址是03H 对
15.各中断源发出的中断请求信号,都会标记在MCS-51系统中的TCON中。错 16.在中断响应阶段CPU一定要做如下2件工作:保护断点和给出中断服务程序入口地址。对 17.CS-51单片机共有两个时钟XTAL1 和XTAL2 。错 18.使用8751且=1时,仍可外扩64KB的程序存储器。错 19.MOV A,R0,这是寄存器寻址方式。对 20.MCS-51指令中,MOVC为ROM传送指令。错 21.MCS-51单片机的数据存储器是指外部存储器。错 22.8051的程序状态字寄存器PSW是一个8位的专用寄存器,用于存放程序运行中的各种状态信息。对 23.MCS-51单片机的指令格式中操作码与操作数之间必须用“,”分隔。对 24.MUL AB的执行结果是高低8位在A中,低高8 位在B中。错 25.当EA脚接***此处为域***高电平时,对ROM的读操作只访问片外程序存储器。错 26.CPU和外设之间的数据传送方式主要有查询方式和中断方式,两者相比后者的效率更高。对 27.判断下列说法是否正确?在8155H芯片中,决定端口和RAM单元编址的信号线是AD7-AD0和WR。错 28.将37H单元的内容传送至A的指令是:MOV A,#37H。错 29.MCS-51的数据存储器在物理上和逻辑上都分为两个地址空间:一个是片内的256字节的RAM,另一个是片外最大可扩充64K字节的RAM。对
单片机原理及应用习题答案(第三版)
第一章习题参考答案 1- 1:何谓单片机?与通用微机相比,两者在结构上有何异同? 答:将构成计算机的基本单元电路如微处理器 (CPU )、存储器、I/O 接口电路和相应实时控 制器件等电路集成在一块芯片上,称其为单片微型计算机,简称单片机。 单片机与通用微机相比在结构上的异同: (1)两者都有CPU 但通用微机的 CPU 主要面向数据处理,其发展主要围绕数据处理功能、 计算速度和精度的进一步提高。例如,现今微机的 CPU 都支持浮点运算,采用流水线作业, 并行处理、多级高速缓冲(Cache )技术等。CPU 的主频达到数百兆赫兹(MHz ),字长普遍达到 32位。单片 机主要面向控制,控制中的数据类型及数据处理相对简单,所以单片机的数据 处理功能比通用微机相对要弱一些, 产品的CPU 大多不支持浮点运算, 围内;在一些简单应用系统中采用 页等多种管理模式。单片机中存储器的组织结构比较简单, 存储器芯片直接挂接在单片机的 总线上,CPU 对存储器的读写按直接物理地址来寻址存储器单元,存储器的寻址空间一般都 为 64 KB 。 (3) 两者都有I/O 接口,但通用微机中I/O 接口主要考虑标准外设(如CRT 标准键盘、鼠 标、打印机、硬盘、光盘等 )。用户通过标准总线连接 外设,能达到即插即用。单片机应用 系统的外设都是非标准的, 的与外设连接的物理界面。 设计技术。 另外,单片机的微处理器(CPU )、存储器、I/O 接口电路集成在一块芯片上,而通用微 机的微处理器(CPU )、存储器、I/O 接口电路一般都是独立的芯片 1- 4 IAP 、ISP 的含义是什么? ISP : In System Programable ,即在系统编程。用户可以通过下载线以特定的硬件时序 在线编程(到单片机内部集成的 FLASH 上),但用户程序自身不可以对内部存储器做修改。 IAP:ln Application Programable ,即在应用编程。用户可以通过下载线对单片机进行 在线编程,用户程序也可以自己对内部存储器重新修改。 1- 6 51单片机与通用微机相比,结构上有哪些主要特点 ? (1) (2) 计算速度和精度也相对要低一些。 例如,现在的单片机 CPU 还采用串行工作方式,其振荡频率大多在百兆赫兹范 4位字长的CPU 在中、小规模应用场合广泛采用 长单片机,在一些复杂的中、大规模的应用系统中才采用 16位字长单片机, 品目前应用得还不多。 (2) 两者都有存储器,但通用微机中存储器组织结构主要针对增大存储容量和 存取速度。现今微机的内存容量达到了数百兆字节 (MB ),存储体系采用多体、 8位字 32位单片机产 CPU 对数据 的 并读技术和 且千差万别,种类很多。单片机的I/O 接口实际上是向用户提供 用户对外设的连接要设计具体的接口电路, 需有熟练的接口电路 单片机的程序存储器和数据存储器是严格区分的,前者为 采用面向控制的指令系统,位处理能力强; I/O 引脚通常是多功能的; 产品系列齐全,功能扩展性强; 功能是通用的,像一般微处理机那样可广泛地应用在各个方 ROM 后者为RAM
8051系列单片机常识
8051系列单片机常识 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 单片机也被称为微控制器(Microcontroler),是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU 集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。目前,高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统,因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机,复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作!单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合,甚至比人类的数量还要多。 单片机介绍 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块,比如CPU,内存,并行总线,还有和硬盘作用相同的存储器件,不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多,不过价钱也是低的,
单片机原理及应用总结
单片机原理及应用 第一章绪论 1.什么叫单片机?其主要特点有哪些? 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路,从而构成了单芯片微型计算机,即单片机。 特点:控制性能和可靠性高、体积小、价格低、易于产品化、具有良好的性价比。 第二章80C51的结构和原理 1.80C51的基本结构 a.CPU系统 ●8位CPU,含布尔处理器; ●时钟电路; ●总线控制逻辑。 b.存储器系统 ●4K字节的程序存储器 (ROM/EPROM/FLASH,可外扩 至64KB); ●128字节的数据存储器(RAM,可 外扩至64KB); ●特殊功能寄存器SFR。 c.I/O口和其他功能单元 ●4个并行I/O口; ●2个16位定时/计数器; ●1个全双工异步串行口; ●中断系统(5个中断源,2个优先 级) 2.80C51的应用模式 a.总线型单片机应用模式 ◆总线型应用的“三总线”模式; ◆非总线型应用的“多I/O”模式 3.80C51单片机的封装和引脚 a.总线型DIP40引脚封装 ●RST/V PO:复位信号输入引脚/备用 电源输入引脚; ●ALE/PROG:地址锁存允许信号 输出引脚/编程脉冲输入引脚;●EA/V PP:内外存储器选择引脚/片 内EPROM编程电压输入引脚;●PSEN:外部程序存储器选通信号 输出引脚 b.非总线型DIP20封装的引脚 ●RST:复位信号输入引脚 4.80C51的片内存储器 增强型单片机片内数据存储器为256 字节,地址范围是00H~FFH。低128字节的配情况与基本型单片机相同。高128字节一般为RAM,仅能采用寄存器间接寻址方式询问。注意:与该地址范围重叠的特殊功能寄存器SFR 空间采用直接寻址方式询问。 5.80C51的时钟信号 晶振周期为最小的时序单位。一个时钟周期包含2个晶振周期。晶振信号12分频后形成机器周期。即一个机器周期包含12个晶振周期或6个时钟周期。 6.80C51单片机的复位 定义:复位是使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的初始状态。 a.复位电路 两种形式:一种是上电复位;另一种是上电与按键均有效的复位。 b.单片机复位后的状态 单片机的复位操作使单片机进入初始化状态。初始化后,程序计数器 PC=0000H,所以程序从0000H地址单元开始执行。 特殊功能寄存器复位后的状态是确定的。P0~P3为FFH,SP为07H,SBUF 不定,IP、IE和PCON的有效位为0,其余的特殊功能寄存器的状态为00H.相应的意义为: ●P0~P3=FFH,相当于各口锁存器已 写入1,此时不但可用于输出,也 可以用于输入; ●SP=07H,堆栈指针指向片内RAM
8051单片机的引脚及其功能
今天我们学习8051单片机的引脚及其功能。 8051系列各种芯片的引脚是互相兼容的,8051,8751和8031均采用40脚双列直播封装型式。当然,不同芯片之间引脚功能也略有差异。8051单片机是高性能的单片机,因为受到引脚数目的限制,所以有不少引脚具有第二功能,其中有些功能是8751芯片所专有的。各引脚功能简要说明如下: Vcc(40脚):电源端,为+5V。 Vss(20脚):接地端。 时钟电路引脚XLAL2(18脚):接外部晶体和微调电容的一端。若需采用外部时钟电路时,该引脚输入外时钟脉冲,要检查8051的振荡电路是否正确工作,可用示波器查看XLAL2端是否有脉冲信号输出。 时钟电路引脚XLAL1(19脚):接外部晶体的微调电容的另一端。在片内它是振荡电路方相放大器的输入端。在采用外部时钟时,该引脚必须接地。 RST(9脚):RST是复位信号输入端,高电平有效。当此输入端保持两个机器周期,即24个时钟振荡周期的高电平时,就可以完成复位操作。RST引脚的第二功能是VPD,即备用电源的输入端。当主电源Vcc发生故障降低到低电平规定值时,将+5V电源自动接入RST端,为RAM 提供备用电源,以保证存储在RAM中的信息不丢失,以使电源正常后能继续正常运行。 ALE(30脚):地址锁存允许信号端。当8051上电正常工作后,ALE引脚不断向外输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率fosc的1/6。CPU访问片外存储器时,ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。在CPU访问片外数据存储器时,会丢失一个脉冲。平时不访问外存储器时,ALE端也可1/6的振荡频率固定输出正脉冲,因而ALE也可以用作对外输出时钟或定时信号。如果你想看一下8051芯片的好坏,可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出,如有,则8051基本上是好的。ALE端的负载驱动能力为8个LS型TTL。此引脚的第二功能PROG是对片内带有4K EPROM的8751固化程序时,作为编程脉冲输入端。 PSCN(29脚):程序存储器允许输出信号端。在访问片外程序存储器时,此端口定时输出脉冲作为读片外程序存储器的选通信号。此引脚EPROM的OE端,PSCN端有效,即允许读出片
89C51单片机硬件结构和原理
第1部分 89C51单片机硬件结构和原理 1. 89C51单片机片内包含哪些主要逻辑功能部件? 答:89C51单片机是个完整的单片微型计算机。芯片内部包括下列硬件资源: (1)8位CPU; (2)4KB的片内Flash ROM。可寻址64KB程序存储器和64KB外部数据存储器;(3)256B内部 RAM/SFR; (4)21个 SFR; (5)4个8位并行I/O口P0~P3(共32位I/O线); (6)一个全双工uart的异步串行I/O口,用于实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通讯; (7)两个16位定时器/计数器; (8)5个中断源,两个中断优先级; (9)内部时钟发生器。 2. 89C51的EA端有何用途? 答:作外部程序存储器地址允许输入端和固化编程电压输入端。 3. 89C51的存储器分哪几个空间?如何区别不同空间的寻址? 答:89C51存储器包括程序存储器和数据存储器,从逻辑结构上看,可以分为三个不同的空间: (1)64KB的程序存储器地址空间:0000H~FFFFH,其中0000H~0FFFH为片内4KB的Flash ROM地址空间,1000H~FFFFH为外部ROM地址空间; (2)256B的内部数据存储器地址空间,00H~FFH,分为两大部分,其中00H~7FH(共128B单元)为内部静态RAM的地址空间,80H~FFH为特殊功能寄存器的地址空间,21个特殊功能寄存器离散地分布在这个区域; (3)64KB的外部数据存储器地址空间:0000H~FFFFH,包括扩展I/O地址空间。 MCS-51单片机存储器三类空间地址存在重叠,单片机设计了不同的数据传送指令符号来区分:CPU访问片内、片外ROM指令用MOVC,访问片外RAM指令用MOVX,访问片内RAM 指令用MOV。 4. 简述89C51片内RAM的空间分配。 答:89C51内部256B的数据RAM区,包括有工作寄存器组区、可直接位寻址区和数据缓冲区、特殊功能寄存器组区。各区域的特性如下: (1)00H~1FH为工作寄存器组区,共分4组,每组占用8个RAM字节单元,每个单元作为一个工作寄存器,每组的8个单元分别定义为8个工作寄存器 R0~R7。当前工作寄存器组的选择是由程序状态字PSW的RS1、RS0两 位来确定。如果实际应用中并不需要使用工作寄存器或不需要使用4组
单片机原理及应用复习资料
单片机原理及应用期终考试复习资料 (样卷、补充题型介绍及试卷情况) 一、样卷及部分答案 试卷编号: ( B )卷 单片机原理及应用 课程 课程类别:必 考生注意事项:1、本试卷共 7 页,总分 100 分,考试时间 120 分钟。 2、考试结束后,考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。 一、 填空题 (共32分)(每空一分) 1.指挥计算机执行某种操作的命令称为( 指令 )。 2.已知位地址为1AH ,则其对应的字节地址是( 23H ),是第(2 )位。 3.89C51单片机扩展数据存储器时用到的控制总线有( WR )和( RD )。 4.已知PSW 中的内容为36H ,则R5的字节地址为( 15H )。 5.若A 中的内容为01H ,那么,P 标志位为( 1 )。 6.内部数据存储器数据传输到外部数据存储器中指令有(MOVX @DPTR,A )和( MOVX @Ri,A )两条。 7.DA A 是( 十进制调整 )指令,对它的使用要求是:必须( 紧跟在加法指令后面 )。 8.89C51单片机的一个机器周期由( 6 )个S 状态组成。 9.在进行微机系统扩展时,一般用锁存器作为( 输出 )口扩展器件,而用三态门作为( 输入口 )扩展器件。 10. 12根地址线可寻址数据存储空间( 4K )Byte 。 11. 串口发送的中断入口地址是( 0023H )。 诺:我将严格遵守考场纪律,知道考试违纪、作弊的严重性,还知道请他人代考或代他人考者将被开除学籍和因作弊受记过及以上处分将不授予学士学位,愿承担由此引起的一切后果。 业 自动化 班级:2006- 学号 学生签名:
13.指令MOV C,30H的源操作数寻址方式为( 位寻址 )。 14.MOVC指令和MOVX指令的联系:(都是数据传送指令),区别:(前者访问的是程序存储器后者访问的是外部数据存储器)。 15.若IP=06H,这时单片机同时收到外部中断0、外部中断1和定时器0的中断申请,则单片机将先响应(T0 )。 16.如果把8051的P1.0用来作为输入口线,则必须把P1.0(置1)。 17.89C51单片机的串行口工作在方式0时一帧数据有( 8 )位,工作在方式3时一帧数据有( 11 )位。 18.8031单片机串行口方式2接收数据有效的条件是:(RI=0)和(SM2=0)或收到的第九位数据为(1)。 二、程序分析题:(8分) 设R0=40H,R1=50H,(40H)=80H,(41H)=90H,(42H)=A0H,(50H)=A0H,(51H)=6FH,(52H)=76H,下列程序执行后,结果如何?请填空。 CLR C MOV R2,#3 LOOP:MOV A,@R0 ADDC A,@R1 MOV @R0,A INC R0 INC R1 DJNZ R2,LOOP JNC NEXT MOV @R0,#01H SJMP $ NEXT:DEC R0 SJMP $ (40H)= 20H 、(41H)= 00H 、(42H)= 17H 、(43H)= 01H 、 CY= 1 、A= 17H 、R0= 43H 、R1= 53H . 三、编程题:(10分) 将片外RAM空间2000H~200AH中的数据的高4位变零,低4位不变,原址存放。 答案: MOV DPTR ,#2000H MOV R2,#OBH
8051单片机的特点1
1.单片机概念:单片机,又称微控制器,是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。这些部件包括中央处理器CPU,数据存储器RAM,程序存储器ROM,定时器/计数器和多种I/O接口电路。 2.MCS-51系列单片机中的基本型产品是8051,8031和8751,这三个产品只是片内程序存储器制造工艺不同。8051的片内程序存储器ROM为掩膜型的在制造芯片时已将应用程序固化进去,使它具有了某种专用功能;8031无ROM,使用时需外接ROM;8751的片内ROM是EPROM型的,固化的应用程序可以方便改写。(除片内ROM 类型不同外,其他性能完全相同) 3.其他性能的结构特点:(1)8位CPU; (2)片内震荡器及时钟电路 (3)32根I\O线 (4)外部存储器ROM和RAM寻址范围各64KB (5)2个16位的定时器/计数器 (6)5个中断源,2个中断优先级 (7)全双工串行口 (8)布尔处理器 4.8051的内部结构 8051内部结构可划分为CPU,存储器,并行口,串行口,定时器/计数器和中断逻辑几部分。 (1)中央处理器 8051的中央处理器CPU由运算器和控制逻辑构成。其中包括若干特殊功能寄存器(SFR)。
a 以ALU为中心的运算器 运算逻辑单元ALU能对数据进行加减乘除等算术运算和“与”“或”“异或”等逻辑运算以及位操作运算。 ALU只能进行运算,运算的操作数可以事先存放在累加器ACC或暂存器TMP 中,运算结果可以送回ACC或通用寄存器或储存单元中。累加器ACC也可以写为A。B寄存器在乘法指令中用来存放乘数,在除法指令中用来存放除数,运算后B中为部分运算结果。 程序状态字PSW是8位寄存器,用来寄存本次运算的特征信息,用到其中的七位, 下面是其各位的定义: CY:进位标志,有进位或借位时,CY=1;否则CY=0. AC:半进位标志,当D3位向D4位产生借位或进位时,AC=1;否则AC=0;常用于十进制调整运算中。 F0:用户可设定的标志位,可置位或复位,也可供测试。 RS1,RS0:4个通用寄存器组的选择位,该两位的4种组合状态用来选择0~3寄存器组。 RS1、RS0与工作寄存器组的关系如图表所示 RS1 RS0 工作寄存器组 0 0 0组(00H~07H)0 1 1组(08H~0FH)RS1 RS0 工作寄存器组 1 0 2组(10H~17H)1 1 3组(18H~1FH)
单片机原理及应用(答案)
1:单片机8031的XTAL1和XTAL2引脚是()引脚。 1.外接定时器 2.外接串行口 3.外接中断 4.外接晶振 2:LU表示()。 1.累加器 2.程序状态字寄存器 3.计数器 4.算术逻辑部件 3:单片机上电复位后,PC的内容和SP的内容为()。 1.0000H,00H 2.0000H,07H 3.0003H,07H 4.0800H,08H 4:8031单片机的定时器T1用作定时方式时是()。 1.由内部时钟频率定时,一个时钟周期加1 2.由内部时钟频率定时,一个机器周期加1 3.由外部时钟频率定时,一个时钟周期加1 4.由外部时钟频率定时,一个机器周期加1 5:INTEL8031的P0口,当使用外部存贮存器时它是一个()。 1.传输高8位地址口 2.传输低8位地址口 3.传输高8位数据口 4.传输低8位地址/数据口 6:当需要从MCS-51单片机程序存储器取数据时,采用的指令为() 1.MOV A, @R1 2.MOVC A, @A + DPTR 3.MOVX A, @ R0 4.MOVX A, @ DPTR 7:若PSW的RS1/RS0=10则单片机工作寄存器工作在()。 1.0区 2.1区
3.2区 4.3区 8:假定设置堆栈指针SP的值为37H,在进行子程序调用时把断点地址进栈保护后,SP的值为()。 1.6H 2.37H 3.38H 4.39H 9:单片机上电复位后,堆栈区的最大允许范围是个单元。 1.64 2.120 3.128 4.256 10:在MCS-51指令中,下列指令中()是无条件转移指令。 1.LCALL addr16 2.DJNZ direct,rel 3.SJMP rel 4.ACALL addr11 11:INTEL 8031的P0口,当使用外部存贮存器时它是一个()。 1.传输高8位地址口 2.传输低8位地址口 3.传输高8位数据口 4.传输低8位地址/数据口 12:单片机中的程序计数器PC用来()。 1.存放指令 2.存放正在执行的指令地址 3.存放下一条指令地址 4.存放上一条指令地址 13:8051单片机中,输入/输出引脚中用于专门的第二功能的引脚是()。 1.P0 2.P1 3.P2 4.P3
单片机原理及应用第三版(张毅刚)1-6章全
第1章思考题及习题1参考答案 一、填空 1. 除了单片机这一名称之外,单片机还可称为或。答:微控制器,嵌入式 控制器. 2.单片机与普通微型计算机的不同之处在于其将、、和三部分,通 过内部连接在一起,集成于一块芯片上。答:CPU、存储器、I/O口、总线 3. AT89S52单片机工作频率上限为 MHz。答:33 MHz。 4. 专用单片机已使系统结构最简化、软硬件资源利用最优化,从而大大降低和提 高。答:成本,可靠性。 二、单选 1. 单片机内部数据之所以用二进制形式表示,主要是 A.为了编程方便B.受器件的物理性能限制 C.为了通用性D.为了提高运算速度 答:B 2. 在家用电器中使用单片机应属于微计算机的。 A.辅助设计应用B.测量、控制应用 C.数值计算应用D.数据处理应用 答: B 3. 下面的哪一项应用,不属于单片机的应用范围。 A.工业控制 B.家用电器的控制 C.数据库管理 D.汽车电子设备 答:C 三、判断对错 1. STC系列单片机是8051内核的单片机。对 2. AT89S52与AT89S51相比,片内多出了4KB的Flash程序存储器、128B的RAM、1个中断 源、1个定时器(且具有捕捉功能)。对 3. 单片机是一种CPU。错 4. AT89S52单片机是微处理器。错
5. AT89C52片内的Flash程序存储器可在线写入,而AT89S52则不能。错 6. 为AT89C51单片机设计的应用系统板,可将芯片AT89C51直接用芯片AT89S51替换。对 7. 为AT89S51单片机设计的应用系统板,可将芯片AT89S51直接用芯片AT89S52替换。对 8. 单片机的功能侧重于测量和控制,而复杂的数字信号处理运算及高速的测控功能则是DSP 的长处。对 四、简答 1. 微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机、嵌入式处理器它们之间有何区别? 答:微处理器、微处理机和CPU它们都是中央处理器的不同称谓,微处理器芯片本身不是计算机。而微计算机、单片机它们都是一个完整的计算机系统,单片机是集成在一个芯片上的用于测控目的的单片微计算机。 2. AT89S51单片机相当于MCS-51系列单片机中的哪一型号的产品?“S”的含义是什么? 答:相当于MCS-51系列中的87C51,只不过是AT89S51芯片内的4K字节Flash存储器取代了87C51片内的4K字节的EPROM。 3. 单片机可分为商用、工业用、汽车用以及军用产品,它们的使用温度范围各为多少? 答:商用:温度范围为0~+70℃;工业用:温度范围为-40~+85℃;汽车用:温度范围为-40~+125℃;军用:温度范围为-55~+150℃。 4. 解释什么是单片机的在系统编程(ISP)与在线应用编程(IAP)。 答:单片机的在系统编程ISP(In System Program),也称在线编程,只需一条与PC机USB口或串口相连的ISP下载线,就可把仿真调试通过的程序代码从PC机在线写入单片机的Flash存储器内,省去了编程器。在线应用编程(IAP)就是可将单片机的闪存内的应用程序在线修改升级。 5. 什么是“嵌入式系统”? 系统中嵌入了单片机作为控制器,是否可称其为“嵌入式系统”? 答:广义上讲,凡是系统中嵌入了“嵌入式处理器”,如单片机、DSP、嵌入式微处理器,都称其为“嵌入式系统”。但多数人把“嵌入”嵌入式微处理器的系统,称为“嵌入式系统”。目前“嵌入式系统”还没有一个严格和权威的定义。目前人们所说的“嵌入式系统”,多指后者。 6. 嵌入式处理器家族中的单片机、DSP、嵌入式微处理器各有何特点?它们的应用领域有何 不同? 答:单片机体积小、价格低且易于掌握和普及,很容易嵌入到各种通用目的的系统中,
8051单片机教程
实验一:扩展存储器读写实验 一.实验要求 编制简单程序,对实验板上提供的外部存贮器(62256)进行读写操作。 二.实验目的 1.学习片外存储器扩展方法。 2.学习数据存储器不同的读写方法。 三.实验电路及连线 将P1.0接至L1。CS256连GND孔。 四.实验说明 1.单片机系统中,对片外存贮器的读写操作是最基本的操作。用户藉此来熟悉MCS51单片机编程的基本规则、基本指令的使用和使用本仿真实验系统调试程序的方法。 用户编程可以参考示例程序和流程框图。本示例程序中对片外存贮器中一固定地址单元进行读写操作,并比较读写结果是否一致。不一致则说明读写操作不可靠或该存储器单元不可靠,程序转入出错处理代码段(本示例程序通过熄灭一个发光二极管来表示出错)。读写数据的选用,本例采用的是55(0101,0101)与AA(1010,1010)。一般采用这两个数据的读写操作就可查出数据总线的短路、断路等,在实际调试用户电路时非常有效。 用户调试该程序时,可以灵活使用单步、断点和变量观察等方法,来观察程序执行的流程和各中间变量的值。 2.在I状态下执行MEM1程序,对实验机数据进行读写,若L1灯亮说明RAM读写正常。
3.也可进入LCA51的调试工具菜单中的对话窗口,用监控命令方式读写RAM,在I状态执行SX0000↓ 55,SPACE,屏幕上应显示55,再键入AA,SPACE,屏幕上也应显示AA,以上过程执行效果与编程执行效果完全相同。 注:SX是实验机对外部数据空间读写命令。 4.本例中,62256片选接地时,存储器空间为0000~7FFFH。 五.实验程序框图 实验示例程序流程框图如下: 六.实验源程序: ORG 0000H LJMP START ORG 0040H START:
80C51 单片机的硬件结构 思考题及答案复习过程
1 、如何理解51单片机存储空间在物理结构上可分为4个,而逻辑上又可划分为3个? 答: MCS-51在物理上有四个存储空间: 1、片内程序存储器 2、片外程序存储器、 3、片内数据存储器 4、片外数据存储器。从逻辑上划分有三个存储器地址空间: 1、片内外统一编址的64K字节程序存储器(0000H~0FFFFH) 2、内部256字节数据存储器地址空间(包括 128字节片内RAM和128字节的SFR) 3、外部64K字节数据存储器地址空间(0000H~0FFFFH) 2 、MCS-51片内RAM的容量?8051最大可配置的RAM/ROM容量?答: 1)MCS-51片内RAM的容量: 51子系列:128B 52子系列:256B 2)其ROM最大可扩展到64KB 注:片内数据存储区=片内RAM+SFR,51和52子系列的SFR容量都是128B 3 、8051的/PSEN、/RD、/WR的作用? 答: 1)/PSEN(外部程序存储器读选通信号): CPU访问片外ROM时,使/PSEN低电平有效,可实现片外ROM的读操作,其他情况下此引脚为高电平封锁状态。 2)/RD:外部RAM读信号 3)/WR:外部RAM写信号 4 、ALE线的作用?当8051不和RAM/ROM相连时,ALE线的输出频率是多少? 答: 1)ALE(地址锁存控制信号): 访问片外ROM,RAM时,ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存,实现低位地址和数据的分时传送。 不访问片外存储器时,可做为外部时钟使用。 2)当8051不和RAM/ROM相连时,ALE线的输出频率等于时钟周期的倒数
5 、MCS-51的工作寄存区包含几个通用工作寄存器组?每组的地址是什么?如何选用?开机复位后,CPU使用的是哪组工作寄存器?答: 1)MCS-51的工作寄存区包含4个通用工作寄存器组 2)第0组通用寄存器区地址:00H~07H 第1组通用寄存器区地址:08H~0FH 第2组通用寄存器区地址:10H~17H 第3组通用寄存器区地址:18H~1FH 3)选择哪个工作寄存器组是通过软件对程序状态字寄存器PSW的第 4、3位进行设置实现的 4 6、 MCS-51的内部RAM地址空间是如何安排的?共有多少个单元可以位寻址?位地址又是如何排列的? 答: 1)MCS-51的内部RAM地址的空间安排: 00H~1FH 寄存器区 20H~2FH 位寻址区 30H~7FH 数据缓冲区 80H~FFH 专用寄存器区 2)位寻址的单元个数:16B*8位/B=128位 3)位地址排列方式: 位地址为:00H~7FH 字节地址:20H~2FH 7 、MCS-51的程序计数器PC是几位寄存器?它是否为专用寄存器?PC的内容是什么信息? 答 1)MCS-51的程序计数器PC是16位寄存器
单片机原理及应用第二版
第二章习题参考答案 2-1 51单片机部包含哪些主要逻辑功能部件? (1)一个8位微处理器CPU。 (2)256B数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR。 (3)4K程序存储器ROM。 (4)两个定时/计数器,用以对外部事件进行计数,也可用作定时器。 (5)四个8位可编程的I/O(输入/输出)并行端口,每个端口既可做输入,也可做输出。(6)一个串行端口,用于数据的串行通信 (7)1个可管理5个中断源、2级优先嵌套的中断管理系统;。 (8)片振荡器及时钟发生器。 2-2MCS-51引脚中有多少I/O总线?它们和单片机对外的地址总线和数据总线有什么关系?地址总线和数据总线各是几位? 32条I/O口线,分为4组,每组8条,称为P0~P3口,P0口有8位数据总线和地址总线的低8位,P2口有地址总线的高8位,因此单片机的地址总线位是16位,寻址空间为64KB,数据总线位宽为8位。同时在P3口还R/W控制信号线。I/O口线的总数与地址总线和数据总线没有多大联系,只是说地址总线和数据总线需要占用一定的端口。像A T89C2051单片机,只有15条I/O口线(P3.6没有引出,作为部使用),分为P1口(8位)和P3口(7位),没有所谓的地址总线和数据总线,并且P1口并不完整,因为P1.0和P1.1被电压比较器占用了。 2-3 51单片机的EA, ALE,PSEN信号各自功能是什么? EA:为片外程序存储器选用端,该引脚有效(低电平)时,只选用片外程序存储器,否则单片机上电或复位后选用片程序存储器。 ALE:地址锁存有效信号输出在访问片外程序存储器期间,ALE以每机器周期两次进行信号输出,其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,ALE端仍以上述频率(振荡频率f osc的1/6)出现,可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的. PSEN:片外程序存储器读选通信号输出端,低电平有效。 2-4 51系列单片机有哪些信号需要芯片引脚的第二功能方式提供? P3.0 :PxD 串行口输入端 P3.1 :TxD串行口输出端 P3.2 :INT0 外部中断0请求输入端,低电平有效 P3.3 :INT1 外部中断1请求输入端,低电平有效 P3.4 :T0 定时/计数器0技术脉冲输入端 P3.5 :T1 定时/计数器1技术脉冲输入端 P3.6 :WR 外部数据存数器写选通信信号输出端,低电平有效 P3.7 :RD 外部数据存数器读选通信信号输出端,低电平有效 2-551系列单片机的程序状态字PSW中存放什么信息?其中的OV标志位在什么情况下被置位?置位是表示什么意思? ●PSW是一个8位标志寄存器,它保存指令执行结果的特征信息,以供程序查询和判别。 ●1)做加法时,最高位,次高位之一有进位则OV被置位 2)做减法时,最高位,次高位之一借位则OV被置位 3)执行乘法指令MUL AB,积大于255,OV=1
51单片机的内部结构
51单片机的内部结构 MCS-51单片机内部结构 8051是MCS-51系列单片机的典型产品,我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。 8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、 并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明: ·中央处理器: 中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位 二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控 制输入输出功能等操作。 ·数据存储器(RAM): 8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据, 所以,用户能使用的的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义 的字型表。 ·程序存储器(ROM): 8051共有4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。 ·定时/计数器(ROM): 8051有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 ·并行输入输出(I/O)口: 8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。 ·全双工串行口: 8051内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。 ·中断系统: 8051具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。
80C51单片机的基本结构是由中央处理器CPU
80C51单片机的基本结构是由中央处理器CPU、存储器、输入/输出接口电路(I/O口)、定时和中断电路组成。 80C51的组成:微处理器、存储器、外部输入/输出接口电路(I/O接口)、中断系统、时钟电路、系统总线、 80C51的存储器 内部数据存储器:实际上80C51芯片中共有256个RAM单元,但其中后128单元被专用寄存器占用,供用户使用的只是前128单元,用于存放可读写的数据。 内部程序存储器:内部程序存储器是指ROM(4KB×8)。80C51共有4 KB掩膜ROM,用存放程序和原始数据。因此称之为程序存储器,简称“内部ROM”。 I/O口电路:80C51单片机共有4个8位的I/0口(P0-P3),以实现数据的并行输入输出。还有一个可编程全双工的串行口,它功能强大,可做异步通信收发器使用,也可用作同步移位器使用。 中断系统:80C51单片机的中断功能较强,以满足控制应用的需要。80C51共有5个中断源。即外部中断2个,定时/计数中断2个,串行中断1个。全部中断分为高优先级和低优先级共两级。 时钟电路:80C51单片机的内部具有时钟电路,但石英晶体振荡器和微调电容需外接。 总线:上述这些部件都是通过总线连接起来,才能构成一个完整的单片机系统。总线结构减少了单片机的连线和引脚,提高了集成度和可靠性。 主电源引脚Uss和Ucc :Vss(20脚):接地Vcc(40脚):正常操作、对EPROM编程和验证时为+5V电源。 外接晶振引脚XTALl和XTAL2 XTALl(19脚):内部振荡电路反相放大器的输入端,是外接晶体的一个引脚。当使用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚必须接地;对于CHMOS单片机,该引脚作为驱动端。XTAL2(18脚):内部振荡电路反相放大器的输出端,是外接晶体的另一端。若使用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚输入外部时钟脉冲;对于CHMOS单片机,此引脚应悬浮。 控制和其它电源复用引脚RST/VPD(9脚):复位信号输入引脚/备用电源输入引脚。ALE/PROG(30脚):地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚。当访问外部存储器时,ALE的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器,ALE仍以不变的频率周期性的出现正脉冲信号,频率为振荡器频率的1/6。EA/VPP(31脚):当EA端保持电平时,访问内部程序存储器。当PC值超过0FFFH时,将自动转向,执行外部程序存储器的程序。当EA保持低电平时,则只访问外部数据存储器,不管是否有内部程序存储器。PSEN(29脚):外部程序存储器读选通信号。在由外部程序存储器取指令期间,每个机器周期两次PSEN有效。 并行I/O口引脚(32个,分成4个8位口) P0.0~P0.7:一般I/O口引脚或数据/低位地址总线复用引脚;P1.0~P1.7:一般I/O口引脚;P2.0~P2.7:一般I/O口引脚或高位地址总线引脚;P3.0~P3.7:一般I/O口引脚或第二功能引脚。 P3口的第二功能:P3.0:RXD 串行数据接收P3.1:TXD 串行数据接收P3.2:/INT0 外部中断0申请P3.3:/INT1 外部中断1申请P3.4:T0 定时器/计数器0计数输入P3.5:T1 定时器/计数器1计数输入P3.6:/WR 外部RAM写选通P3.7:/RD 外部RAM读选通 3.3.2引脚的复用对于各种型号的芯片,其引脚的第一功能信号是相同的,所不同的只在引脚的第二功能信号上。对于9、30和31各引脚,由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号,因此不会发生使用上的矛盾。P3口线的情况却有所不同,它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。因此在实际使用时,总是先按需要优先选用它的第二功能,剩下不用的才作为口线使用。 内部数据存储器80C51单片机的内部数据存储器在物理上分为两个区:00H~7FH单元组成的低128字节单元和高128字节的特殊功能寄存器区(SFR)低128字节单元如图所示。80C51片内RAM共有128 B,分成工作寄存器区、位寻址区、通用用户区。 PSW当前工作寄存器组的选择由特殊功能寄存器中的程序状态字寄存器PSW的RSl、RS0位来选定。 程序状态字PSW 程序状态字是一个8位寄存器,它包含了程序状态信息。此寄存器各位的含义如表所示。其中PSW.1未用。程序状态字PSW 各位定义CY(PSW.7)进位标志。AC(PSW.6)辅助进位标志。F0(PSW.5)用户标志。RSl、RS0(PSW.4、PSW.3)寄存器区选择控制。OV(PSW.2)溢出标志。P(PSW.0)奇偶标志。 栈指针栈指针SP是一个8位特殊功能寄存器。它指示出堆栈顶部在内部RAM中的位置。系统复位后,SP初始化为07H,使得堆栈的存放事实上由08H单元开始。 数据指针数据指针DPTR是一个16位特殊功能寄存器,其高位字节寄存器用DPH表示,低位字节寄器用DPL表示,既可以作为一个16位寄存器DPTR来处理, 堆栈的作用堆栈主要是为子程序调用和中断操作而设立的。其具体功能有两个:保护断点和保护现场。 堆栈指针SP 堆栈共有两种操作:进栈和出栈。但不论是数据进栈还是数据出栈,都是对堆栈的栈顶单元进行的,堆栈使用方式堆栈的使用有两种方式。一种是自动方式,另一种是指令方式。