MCS的内部结构.pptVIP

第2章MCS-51的内部结构 MCS-51？ 8051系列？ 主要内容 MCS-51内部结构 MCS-51的引脚及片外总线结构 CPU的时序及辅助电路 MCS-51的存储器结构 8位CPU和指令系统。 4K的ROM或EPROM； 128字节的RAM； 可编程的并行I/O口； 一个全双工的串行口； 2个16位定时器/计数器； 5个中断源； 1个片内时钟振荡器和时钟电路； 可寻址64K的ROM和64K的外部RAM。 MCS-51内部结构 微型计算机的基本结构： CPU+存储器+I/O接口+系统总线 CPU=运算器+控制器 一、运算器 包括算术逻辑运算部件（ALU）、累加器ACC、 B寄存器、程序状态字寄存器PSW、 暂存寄存器等。 功能：主要实现对操作数的算术逻辑运算和位操作。 1、ALU（Arithmetic Logic Unit） 主要功能： （1）对传至CPU的数据进行加减乘除等算术运算； （2）与或非等逻辑操作，移位、置位等。 （3）位处理功能，如位置1、位清零等操作，多用于“控制”。 输出： （1）数据经过运算后，其结果又通过内部总线送回到累加器ACC中。 （2）数据运算后产生的标志位输出至程序状态字PSW。 2、累加器ACC（Accumulate），简称累加器A 存放操作数，是ALU的输入之一，也是ALU运算结果的暂存单元。 4、程序状态字寄存器PSW ——（Program Status Word） 8位寄存器，用于寄存当前指令执行的某些状态。有些位状态可由软件方法设定。 （1）C——进位标志位（CY） 在进行加法或减法运算时，如果操作结果的最高位有进位或借位时，C=1，反之C=0。 （3）P——奇偶标志位 表示累加器A中1的个数的奇偶性：若A中1的个数为奇数，P=1；否则P=0。 如A=0000 1010，则P=0. 或 D7C：符号位相加的进位； D6C：数值部分的最高位相加的进位 （5）RS1、RS0——工作寄存器组选择位 用于设定当前工作寄存器的组号。工作寄存器共有4组。 工作寄存器组地址编码如下表： 二、控制器 1、程序计数器（PC） 16位专用寄存器，存放下一条将要执行的指令的地址。（指向程序存储器） 工作过程：读指令时，PC将其中的数作为所取指令的地址输出给程序存储器，然后程序存储器按此地址输出指令，同时PC自动加1，指向下一条指令地址。 PC值的变化： CPU顺序执行指令时，PC自动加1. 在执行条件转移或无条件转移指令时，PC将被置入转移的目的地址，程序的流向发生变化。 在执行调用指令或响应中断时，将子程序的入口地址或中断矢量地址送入PC，程序的流向发生变化。 2、数据指针DPTR 16位特殊功能寄存器，作为片外RAM或I/O寻址用的地址寄存器。(指向数据存储器) 可以作为16位寄存器使用，也可以作为两个8位寄存器处理，其高8位用DPH表示，低8位用DPL表示。 PC与DPTR的比较 （1）都是与地址有关的16位寄存器。 PC与程序存储器的地址有关，DPTR与数据存储器的地址有关。 3、堆栈指针SP SP，8位寄存器，存放当前的堆栈栈顶所指存储单元。 堆栈有两种形式，向上生成和向下生成。8051堆栈是向上生成，即进栈时SP向高地址方向浮动。（示图） 堆栈操作分自动方式和指令方式。自动方式是在调用子程序或发生中断时CPU自动将断口地址存人或者取出；指令方式是使用进出栈指令进行操作。 4、指令寄存器器IR、指令译码器 及CPU定时控制 IR用来存放指令操作码的专用寄存器。执行指令时，首先进行程序存储器的读操作，即根据程序计数器PC给出的地址从程序存储器中取出指令，送指令寄存器IR，然后送指令译码器。 指令译码器对该指令进行译码，译码结果送定时控制逻辑电路。 定时控制电路根据指令的性质发出定时控制信号，控制计算机的各组成部件进行相应的工作，执行指令。 MCS-51的引脚及逻辑符号（P25） 各引脚功能： 电源引脚：VCC=5V， VSS=地； 时钟引脚XTAL1和XTAL2：接石英晶体 控制引脚 RST/VPD：复位端/备用电源； ALE/PROG：地址锁存允许信号； EA/Vpp：外部程序存储器地址允许输入端/编程电源输入端； PSEN：外部程序存储器读选通信号 P0~P3：通用I/O口 8051单片机的片外三总线结构 地址总线AB：16位，P0口提供低8位，P2口提供高8位地址； 数据总线DB：8位，由P0口提供； 控制总线CB：由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RST、EA、ALE和PSEN提供。 MCS-51的片外总线结构图