单元四 单片机的硬件结构和原理.ppt

* 第 2 章 单片机的硬件结构和原理 单元四 单片机的硬件结构和原理 一、 MCS -51单片机硬件结构 二、 中央处理器CPU 三、 存储器的结构 四、 并行输入/输出接口 五、 单片机的引脚及其功能 六、 单片机工作的基本时序 2.2 MCS - 51单片机硬件结构 2.2.1 MCS - 51系列单片机的分类 表 2.1 MCS - 51 系列单片机配置一览表 2.2.2 MCS - 51单片机的内部结构 图 2.1 MCS - 51单片机结构框图 2.3 中央处理器CPU 2.3.1 运算器 算术逻辑单元ALU 2. 累加器ACC（Accumulator） 3. 寄存器B 4. 程序状态字PSW（Programe State Word） P … OV RS0 RS1 F0 AC Cy D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PSW 表 2.2 RS1、 RS0与片内工作寄存器组的对应关系 R0~R7 18H~1FH 3组 1 0 R0~R7 10H~17H 2组 0 1 R0~R7 08H~0FH 1组 1 0 R0~R7 00H~07H 0组 0 0 通用寄存器名称 片内PAM地址 寄存器组 RS0 RS1 2.3.2 控制器 1. 时钟电路 图 2.2 单片机时钟电路 （a） 内部时钟电路； （b） 外部振荡源 2. 复位电路 图 2.3 单片机复位电路 （a）上电复位电路；(b) 开关复位电路 表 2.3 复位后内部寄存器状态 3. 指令寄存器和指令译码器 指令寄存器中存放指令代码。CPU执行指令时, 由程序存储器中读取的指令代码送入指令存储器, 经译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号, 完成指令所指定的操作。 4. 程序计数器PC（Program Counter） PC用于存放CPU下一条要执行的指令地址, 是一个 16 位的专用寄存器, 可寻址范围是0000H~0FFFFH共 64 K.。 程序中的每条指令存放在ROM区的某一单元, 并都有自己的存放地址。 CPU 要执行哪条指令时, 就把该条指令所在的单元的地址送上地址总线。 在顺序执行程序中, 当PC的内容被送到地址总线后, 会自动加 1, 即(PC)← (PC)+1, 又指向CPU 下一条要执行的指令地址。 5. 堆栈指针SP（Stack Pointer） 堆栈操作是在内存RAM区专门开辟出来的按照“先进后出”原则进行数据存取的一种工作方式, 主要用于子程序调用及返回和中断处理断点的保护及返回, 它在完成子程序嵌套和多重中断处理中是必不可少的。为保证逐级正确返回, 进入栈区的“断点”数据应遵循“先进后出”的原则。SP用来指示堆栈所处的位置, 在进行操作之前, 先用指令给SP赋值, 以规定栈区在RAM区的起始地址（栈底层）。当数据推入栈区后, SP的值也自动随之变化。MCS - 51 系统复位后, SP初始化为07H。 6. 数据指针寄存器DPTR 数据指针DPTR是一个 16 位的专用寄存器, 其高位字节寄存器用DPH表示,低位字节寄存器用DPL表示。既可作为一个 16 位寄存器DPTR来处理, 也可作为两个独立的 8 位寄存器DPH和DPL来处理。  DPTR 主要用来存放 16 位地址, 当对 64 KB外部数据存储器空间寻址时, 作为间址寄存器用。在访问程序存储器时, 用作基址寄存器。 2.4 存储器的结构 图 2.4 MCS - 51 单片机的存储器结构 1. 程序存储器 对于8051来说, 程序存储器（ROM）的内部地址为 0000H~0FFFH, 共 4 KB; 外部地址为 1000H~FFFFH, 共 60 KB。 当程序计数器由内部 0FFFH执行到外部 1000H 时, 会自动跳转。对于 8751 来说, 内部有 4 KB的EPROM, 将它作为内部程序存储器; 8031 内部无程序存储器, 必须外接程序存储器。  8031 最多可外扩 64 KB程序存储器, 其中 6 个单元地址具有特殊用途, 是保留给系统使用的。0000H是系统的启动地址, 一般在该单元中存放一条绝对跳转指令。0003H、000BH、 000BH、001BH和 0023H对应 5 种中断源的中断服务入口地址。 2