章2 结构原理.pdf

第2章 单片机的结构与原理 第2章 单片机的结构与原理 内容：描述单片机的组成、引脚功能、CPU 结构和时序、存储器结构、位处理器、I/O 口 以及工作方式。 要求：掌握单片机的组成和工作方式，明确 存储器和位处理器的特点。 YSW CH2 单片机结构和原理 1 §2.1 基本组成 §2.2 引脚功能 §2.3 CPU结构和时钟及时序 §2.4 存储器结构和地址空间 §2.5 布尔（位）处理器 §2.6 并行I/O端口 §2.7 工作方式 YSW CH2 单片机结构和原理 2 §2.1 基本组成 §2.1 基本组成 • 原型： MCS-51/80C51系列三种基本型号： 80C51/87C51/80C31 指令系统和引脚完全兼容。 区别: 8051片内有4KB 掩膜ROM; 8751片内有4KB EPROM; 8031片内无ROM 。 YSW CH2 单片机结构和原理 3 • 80C51基本组成和功能 （图） (1) 一个8位CPU ； (2) 片内振荡和定时电路； (3) 可寻址范围：程序和数据存储器各64kB; （见后） 128B内部RAM （00H-7FH ）；16B （128位，20H-2FH ） 位寻址区；堆栈深度可达80B （30H-7FH ）；21个SFR （特殊功能寄存器，21个分散在80H-FFH，不含PC ） (4) 4个8位并行I/O 口； (5) 2个16位可编程定时/计数器； (6) 一个全双工串行口； (7) 5个中断源(可编程为两个优先级) 。 YSW CH2 单片机结构和原理 4 • 哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开编址的存储器结 构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解 码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行 下一步的操作。程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数 据有不同的数据宽度。另外指程序和数据空间独立的体系结构,可 以减轻程序运行时的访存瓶颈。哈佛结构的微处理器通常具有较 高的执行效率。其程序指令和数据指令分开组织和存储的，执行 时可以预先读取下一条指令，实现流水重叠。ARM9 、ARM10和 ARM11属于该结构。 • 普林斯顿结构，也称冯·诺伊曼结构，是一种将程序指令存储器和 数据存储器合并在一起编址统一的存储器结构。程序指令存储地 址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序 指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的8086 中央处理器的程序 指令和数据都是16位宽。ARM公司的ARM7 、MIPS公司的MIPS 处理器也采用了普林斯顿结构。（Cache ） YSW CH2 单片机结构和原理 5 内部结构见下图 (或80C51Hardware description, 功能见下页) 外时钟源或晶振 外部事件计数 数据存储器 振荡器和时序 程序存储器 2×16位 OSC 4KB ROM 128B RAM 定时器/计数器