STC89C51单片机硬件结构.ppt

第二章 89C51单片机硬件结构和原理 §2.1 89C51单片机芯片内部结构及特点 一、89C51单片机的基本组成 图2-1所示位89C51带闪存(Flash ROM)单片机的基本结构框图。 二、89C51单片机内部结构 89C51单片机与早期Intel的8051/8751/8031芯片的外部引脚和指令系统完全兼容，只不过用Flash ROM替代了ROM/EPROM而已。 89C51单片机内部结构如图2-2所示。 1、中央处理单元（89C51 CPU）CPU是单片机的核心，是计算机的控制和指挥中心，由运算器和控制器等部件组成。如图2-2。 运算器 ALU—8位算术和逻辑运算 对4位(半字节)、8位(字节)、16位(双字节)操作 算术运算 -- 加、减、乘、除、加1、减1、BCD数十进制调整、比较 逻辑运算 -- 与、或、非、异或、求补、移位 TMP1，TMP2 – 8位暂存器 ACC – 8位累加器 累加器ACC经常作为一个操作数经TMP2进入ALU，与来自TMP1的另一个操作数进行运算，结果存入ACC中 作为89C51内部数据传送的中间寄存器 大部分指令中用注记符A表示，进出堆栈指令时用注记符ACC表示 B -- 8位寄存器 如图2-2 乘除运算指令中存放一个操作数，操作结束时存放一部分结果 乘除指令运算之外时可作通用寄存器 PSW -- 程序状态字寄存器 指示指令执行后的状态信息 PSW各位单元可供程序查询和判别 布尔处理器 PSW中的Cy — 进位标志位，专门用于处理位操作 置位、清0、位取反、位等于1转移、位等于0转移、位等于1转移并清0 Cy与其它可寻址位之间进行传送 Cy与其它可寻址位之间进行逻辑与、逻辑或操作，结果在Cy中 指令中用C表示Cy （2）控制器 如图2-2 2、存储器 （1）程序存储器（Flash ROM） 89C51片内程序存储器容量为4KB，地址从0000H开始，用于存放程序和表格常数。 （2）数据存储器（RAM） 89C51片内数据存储器为128字节，地址为00H-7FH，用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲。 3、I/O接口 89C51有4个与外部交换信息的8位并行接口，即P0-P3。 有一个可编程的全双工串行口（UART) §2.2 89C51单片机引脚及其功能 1. 电源 VCC：电源端，+5V VSS：接地，GND 2. 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1：片内振荡器反向放大器输入端，接外部晶体振荡器一个脚；由外部输入时钟信号时，该脚接地 XTAL2：片内振荡器反向放大器输出端，接外部晶体振荡器一个脚；外部输入时钟信号时由该脚接入 XTAL1、XTAL2外接晶体振荡器的谐振频率决定时钟电路的振荡频率 §2-3 89C51存储器配置 各特殊功能寄存器的复位值 §2-4 时钟电路及89C51 CPU时序 晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端输入到片内的时钟发生器上，如图2-8所示。 二、机器周期和指令周期 一个机器周期是指CPU访问存储器一次所需的时间。执行一条指令需要多长时间则以机器周期为单位。 89C51的一个机器周期包括12个振荡周期，分为6个S状态（如下图）：S1～S6。每个状态又分为两拍，称为P1和P2。因此，一个机器周期中的12个振荡周期表示为S1P1，S1P2，S2P1…S6P2。 例如：若采用6MHz晶体振荡器，则每个机器周期为2μs。 每条指令都由一个或几个机器周期组成。在 89C51系统中，有单周期指令、双周期指令和4周期指令。4周期指令只有两条：乘法、除法指令 89C51单片机的基本时序单位有4个： 振荡周期、状态周期、机器周期、指令周期 三、CPU取指、执行周期时序 每一条指令的执行都可以包括取指和执指两个阶段。在取指阶段，CPU从内部或者外部ROM中取出操作码及操作数，然后再执行这条指令。 89C51指令系统中，指令由单字节、双字节和3字节组成。从机器执行指令的速度看，单字节和双字节指令都可能是单周期和双周期的，而3字节指令都是双周期的，只有乘、除指令占4周期。 图2-10列举了几种典型指令的取指和执指时序。 § 2.5 89C51单片机的低功耗工作方式 89C51属于CHMOS的单片机，运行时耗电少，而且还提供两种节电工作方式，即空闲（等待、待机）方式和掉电（停机）方式，以进一步降低功耗。 下图为实现这两种方式的内部电路 一、方式的设定 通过对SFR中的PCON（地址87H）相应位置1而启动的。如