第2章 单片机硬件系统1.ppt

第二章 单片机硬件系统 概述 计算机由运算器、控制器、存储器和输入输出接口四个基本部分组成。 PC机将运算器和控制器集成为一个超大规模集成电路芯片，称为CPU。 将组成计算机的四个基本部分集成在一块芯片上，并加入中断控制器、定时/计数器、串行I/O接口等功能器件，就构成了单片微型计算机，又称单片机。近年来推出的一些新型单片机还包含有许多特殊功能单元，如A/D、D/A、浮点运算单元、数字信号处理单元、现场总线控制器、USB接口、DMA等。 单片机的开发目的是将计算机的应用推广到智能仪表、数据采集、自动测试、工业自动化领域中，让非计算机专业的工程技术人员能容易地掌握计算机应用系统的设计、组装和调试。 与通用计算机如PC机相比，单片机结构简单，只要外加一些扩展电路及必要的通道接口，就可以构成各种计算机应用系统。 有两种结构的单片机体系。一种是单总线结构，如Intel公司、Motorola公司和Zilog公司的系列产品。另一种是双总线哈佛结构，如Microchip公司的PIC系列产品和Atmel公司的AVR系列产品。 在国内，主流产品是Intel公司的MCS－51系列单片机。PIC单片机和AVR单片机由于速度快、功耗低、采用精简指令集，受到许多开发者的重视。 目前，单片机已成为高科技领域中的有力工具，中、高档单片机及具有特殊功能(数字信号处理、通信控制等)的单片机在计算机外围设备、工业过程控制系统、网络通信系统、医疗设备、航天航空设备中成为不可缺少的重要组成部分。 用单片机构成计算机应用系统有如下特点： 可靠性高， 芯片具有高可靠性，系统可方便地采用软、硬件冗余。 系统扩展、配置规范，容易构成各种规模的应用系统。 所构成的计算机应用系统的测控功能大多由软件实现，系统功能的改变较容易。 有优异的性价比。 单片机原理与应用 MCS-51单片机的组成及结构分析 MCS-51单片机程序设计 MCS-51单片机内部功能部件 MCS-51系统扩展 MCS-51功能扩展 MCS-51单片机的组成及结构分析 MCS-51单片机的内部结构 CPU结构 存储器空间 I/O口及相应的特殊功能寄存器 MCS-51单片机的引脚和CPU时序 89C51单片机的内部总体结构框图如图1－1所示。其基本特性如下： 8位CPU，片内振荡器。 4K字节ROM，128字节RAM； 21个特殊功能寄存器。 32根I／O线； 可寻址各64K的外部数据、程序存贮器空间； 2个16位的定时器／计数器； 中断结构：五个中断源，两个优先级； 一个全双工串行口； 有位寻址功能，适于布尔处理的位处理机。 CPU结构 运算器 布尔处理机 控制器 运算器 运算器的组成： 八位的算术／逻辑运算部件ALU累加器ACC、寄存器B和程序状态标志寄存器PSW。 运算器的功能： 算术运算──加、带进位加、带借位减、乘、除、加 1、减 1及 BCD加法的十进制调整。 逻辑运算──与、或、异或、求反、清0。 移位功能──对累加器ACC或带进位位C进行逐位的循环左、右移位。 累加器ACC是使用最频繁的寄存器。 状态标志寄存器PSW 有时，运算的状态比运算的结果更重要，PSW中保存运算的状态。PSW是一个8位寄存器。 AC的使用：紧凑型BCD加法。一字节两位BCD码进行加法运算时，若AC = 0，且低4位数值小于等于9，不须作调整；当低4位数值大于9时，必须加上6，产生应有的进位；若AC = 1，必须在低4位上加上6。 溢出标志位 OV：反映运算结果是否溢出，溢出时 OV为‘1’状态，否则为‘0’。溢出和进位标志CY是两种不同性质的标志。溢出是指在两个有符号正数相加时，得到负的结果，或两个有符号负数相加时，得到正的结果。而进位位是指两个无符号数作加减运算时有否进位（或借位）。用此两个标志位时应注意场合。 奇偶标志 P：反映累加器ACC的内容的奇偶性。由A累加器中运算结果‘1’的个数为偶数还是奇数来决定。 此标志在数据通信中有用。 用户标志F0：用户编程时可以自定义的标志。 寄存器区选择RS0、RS1：8051工作寄存器组选择控制位。它们与8051内部数据存储器有关，后面讲解它们的用法。 布尔处理器 布尔处理机是MCS-51单片机CPU中运算器的一个重要组成部分。它有相应的指令系统，可提供17条位操作指令，硬件有自己的“累加器”（进位位CY和自己的位寻址RAM和I／O空间，所以是一个独立的位处理机。和八位操作指令相同