单片微型计算机原理及接口技术 第2章 MCS 51单片机的硬件结构_end.ppt

第2章 MCS-51单片机的硬件结构 2.1 MCS-51单片机的基本结构 2.2 MCS-51单片机的引脚及片外总线结构 2.3 MCS-51单片机的存储器配置 2.4 CPU的时序及辅助电路 2.1 MCS-51单片机的基本结构 2.1.1 MCS-51单片机的基本组成 2.1.2 MCS-51单片机硬件结构特点 2.1.3 MCS-51单片机内部结 2.1.4 输入/输出（I/O）端口结构 2.1.1 MCS-51单片机的基本组成 （1）一个8位微处理器CPU。 （2）数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR。 （3）内部程序存储器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）中断控制系统。 （8）内部时钟电路。 2.1.2 MCS-51单片机硬件结构特点 1．内部程序存储器（ROM）和内部数据存储器（RAM）容量（如表2-1所示）。 2．输入/输出（I/O）端口 3．外部程序存储器和外部数据存储器寻址空间 4．中断与堆栈 5．定时/计数器与寄存器区 6．指令系统 2.1.3 MCS-51单片机内部结构 1．运算器 运算器由8位算术逻辑运算单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、8位累加器ACC（Accumulator）、8位寄存器B、程序状态字寄存器PSW（Program Status Word）、8位暂存寄存器TMP1和TMP2等组成。 2．控制器 主要由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、堆栈指针SP、数据指针DPTR、时钟发生器及定时控制逻辑等组成。 2.1.4 输入/输出（I/O）端口结构 正如图2-2所示，MCS-51单片机有4个双向并行的8位I/O口P0～P3，P0口为三态双向口，可驱动8个TTL电路，P1、P2、P3口为准双向口（作为输入时，口线被拉成高电平，故称为准双向口），其负载能力为4个TTL电路。 1．P0口的结构 2．P1口的结构 3．P2口的结构 4．P3口的结构 2.2 MCS-51单片机的引脚及片外总线结构 2.2.1 MCS-51单片机芯片引脚描述 2.2.2 MCS-51单片机的片外总线结构 2.2.1 MCS-51单片机芯片引脚描述 图2-7为MCS-51单片机的引脚配置图。 1．主电源引脚VCC和VSS 2．外接晶振引脚XTAL1和XTAL2 3．控制或其他电源复用引脚RST/ VPD、ALE/、和/VPP 4．输入/输出引脚P0、P1、P2、P3（共32根） 2.2.2 MCS-51单片机的片外总线结构 微型计算机中的总线通常分为： （1）地址总线（AB）：地址总线宽度为16位，由P0口经地址锁存器提供低8位地址（A0-A7）；P2口直接提供高8位地址（A8～A15）。地址信号是由CPU发出的，故地址总线是单方向的。 （2）数据总线（DB）：数据总线宽度为8位，用于传送数据和指令，由P0口提供。 （3）控制总线（CB）：控制总线随时掌握各种部件的状态，并根据需要向有关部件发出命令。 2.3 MCS-51单片机的存储器配置 2.3.1 片内数据存储器 2.3.2 片外数据存储器 2.3.3 程序存储器 2.3.1 片内数据存储器 片内数据存储器结构如图2-9（a）所示；其具体位地址单元如表2-3所示；专用寄存器的地址映像如表2-4所示。 1．累加器 累加器是一个最常用的专用寄存器，其自身带有全零标志Z，若A=0则Z=1；若A≠0则Z＝0。该标志常用作程序分支的判断条件。 2．寄存器 （1）PSW：程序状态字寄存器。定义格式如右上边。其中，CY：进借位标志；AC：辅助进借位标志； F0：用户标志； RS1、RS0：工作寄存器组选择（如表2-5所示）。 （2）SP：堆栈指针。 （3）DPTR：数据地址指针寄存器。 2.3.2 片外数据存储器 外部数据存储器又称外部RAM，当片内RAM不能满足数量上的要求时，可通过总线端口和其他I/O口扩展外部数据RAM，其最大容量可达64K字节，其结构如图2-9（b）所示。 在片外数据存储器中，数据区和扩展的I/O口是统一编址的，使用的指令也完全相同，因此，用户在应用系统设计时，必须合理地进行外部RAM和I/O端口的地址分配，并保证译码的唯一性。 2.3.3 程序存储器 程序存储器的结构如图2-9（c）所示，包括片内和片外程序存储器两个部分。其主要用来存放编好的用户程序和表格常数，它以16位的程序计数器PC作为地址指针，故寻址空间为64KB。 2.4 CPU的时序及辅助电路 2.4.1