51单片机结构.ppt

MCS-51单片机内部结构 存 储 器 特殊功能寄存器 时钟电路和复位电路 引脚 MCS-51系列单片机有多种型号的产品： 普通型（51子系列） 8031、 8051、8751、89C51、89S51等。 增强型（52子系列） 8032、8052、8752、89C52、89S52等。 它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上。 8031片内没有程序存储器除了老产品，已被淘汰。 8051内部设有4KB的掩模ROM程序存储器 8751是将8051片内的ROM换成EPROM 89C51则换成4KB的闪速EEPROM 89S51结构同89C51， 4KB的闪速EEPROM可在线编程 增强型的存储容量为普通型的一倍 本课以 8XX51 代表这一系列的单片机。 8位CPU，片内振荡器。 4KB/8KB字节程序存储器ROM 2/3个16位定时器/计数器 32个可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口） 一个可编程全双工串行口 5/6个中断源，两个中断优先级 可寻址64KB外部数据存储器空间及控制电路 可寻址64KB外部程序存储器空间及控制电路 有位寻址功能，适于布尔处理机的位处理机 51系列单片机内部结构如图1-1所示。 1.1.2 MCS-51 的CPU CPU是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成 1. 运算器 包含部件：算术/逻辑运算（ALU）、位处理器、累加器A、寄存器B、暂存器以及程序状态字寄存器PSW以及BCD码修正电路。 功能：实现数据的算术、逻辑运算，位变量处理和数据传输。 ALU-算术/逻辑运算部件 数据存送大都通过通过A，易形成“瓶颈”。 累加器A（ACC） 8位的累加器，也是CPU中使用最频繁的 寄存器。它的进位标志Cy是特殊的，因为 它同时是位处理器的一位累加器。 思考：如何减少“瓶颈”现象的发生？ 2 控制器 控制器是单片机的神经中枢。单片机执行指令是在控制器下进行的。 一条指令的执行过程： 取指令→分析指令（指令译码）→执行指令 包含部件：指令部件、时序部件和微操作控制部件。 指令部件介绍 程序计数器PC PC中存放的内容：下一条将要执行的指令在程序 存储器中的地址。 PC的位数决定了单片机对程序存储器可以直接寻 址的范围。 程序计数器的基本工作方式： （1）顺序执行时，PC自动加1。 （2）执行转移指令时，PC被置入新值，从而使程序流向改变。 （3）执行子程序调用或响应中断时，单片机自动完成下列操作： ① PC的现行值（断点值），自动压入堆栈。 ② 将子程序入口地址或中断向量的地址送入PC,程序改变流向，转向执行子程序或ISR。执行完毕后，遇到RET或RETI时，将堆栈中保存的断点值弹到PC中，程序又返回到断点处继续执行未完成的部分。 指令寄存器IR IR: 存放指令操作码。 CPU时序及时钟电路 单片机的时序就是CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序。单片机运行时是以主振频率为基准的，控制器控制CPU的时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，将各个硬件环节组织在一起，这种严格的时序保证了各部件间的同步工作。 为了便于对CPU时序进行分析，我们将指令的执行过程规定了以下几种周期，即时钟周期、机器周期和指令周期。 ?? 时钟周期(振荡周期) 时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。它定义为时钟脉冲频率的倒数。在80C51单片机中将一个时钟周期定义为1个节拍。 即 TOSC = 1/f OSC 若 f OSC= 1 MHz, TOSC = 1μS 对于8051单片机而言，时钟频率范围是1.2—12 MHz。 机器周期 一条指令的指令过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一项基本操作，例如取指令、读存储器、写存储器等，我们将CPU完成这每一个基本操作所需的时间定义为机器周期。 每个机器周期（12个振荡周期）由6个状态周期组成，即S1、S2、……S6，而每个状态周期由两个时相P1,P2组成（即为2个主振振荡周期）。所以一个机器周期可依次表示为S1P1、S1P2、S2P1、S2P2……S6P1、S6P2。 ???指令周期 定义：执行一条指令所需的时间。 MCS-51的指令周期一般只有1—2个机器周期，只有乘、 除两条指令占4个机器周期。当用12MHz晶体作主振频率时，执行一条指令的时间，也就是一个指令周期为1us、2us及4us。 1.2 存 储 器 提示：访问不同的逻辑空