第2讲 51系列单片机CPU的硬件结构.ppt

第2章 51系列单片机CPU的硬件结构 本章主要介绍51系列单片机的硬件编程结构及引脚、CPU主要部件与特殊功能寄存器、片内外存储器的组织结构和编址、并行I/O口、定时/计数器、串行口、中断及中断系统应用实例。读者应重点掌握CPU的使用特性、特殊功能寄存器的用法、控制引脚的作用及定时/计数器、串行口、中断技术等。 2．1 硬件编程结构与引脚功能 2．1．1 编程结构 图2-1是51系列单片机的基本编程结构。 图2-1 MCS—51单片机的基本结构 2．1．2 外部引脚功能 40脚可分为六部分 ： 电源 VCC、VSS、 VDD、 VPD 时钟 XTAL1、XTAL2 I/O P0~P3 地址总线 P0、P2 数据总线 P0 控制总线 地址锁存 ALE 复位输入 RST 编程脉冲输入/PORG 外存选择 /PSEN 外存控制 /EA 2．1．3 CPU主要部件与特殊功能寄存器 无论什么型号的微型计算机，一般都由微处理器 （CPU），存储器和I/O接口组成，将这三部分集中在一 块大规模集成电路芯片之中所构成的微型计算机称之为单片机。因此，将图2-1中去掉存储器电路和I/O部件，剰下的便是CPU。与别的微型计算机一样，CPU可分为运算器和控制器两部分。运算器功能部件包括算术逻辑运算部件ALU，累加器A，寄存器B、暂存器TR，程序计数器PC、 程序状态寄存器PSW，堆栈指针SP，数据指针寄存器DPTR以及布尔处理器等。控制器功能部件包括指令寄存器、指令译码器、控制逻辑阵PLA等。CPU是单片机的指挥中心，执行机构，它的作用是读入和分析每条指令，根据每条指令的功能要求，控制各个部件执行相应的操作。 1.算术/逻辑运算部件ALU ALU的作用是对传送到CPU的数据进行算术/逻辑运算操作。这些操作主要有，对8位信息进行+、-、*、/算术运算和与、或、异或等逻辑操作，移位、置位、清零、取反，加1/减1操作。此外，MCS-51系列的ALU还具有极强的位处理功能：置位、清零、取反、逻辑与、逻辑或、条件判断转移等。这在控制中特别有用，因为一些控制中常需要进行按位运行，位操作指令提供了把逻辑等式直接变换成软件的简单明了的方法，使得不使用过多的数据传送、字节屏蔽/组合和测试分支树等编程方法，也能实现较为复杂的组合逻辑功能，从而简化了程序逻的编制。为此，它获得了布尔处理器的称号。 2.累加器A MCS-51系列单片机虽然在结构上仍以累加器A作为基础。但由于内部电路采取了措施，使得累加器A在数据传送、逻辑控制等方面的核心作用受到了削载，数据可以在片内直接/间接地址的存储器之间直接传送而不必经过累加器A。直接地址存储器也可和常量直接进行逻辑运算。 在布尔处理器中，还有它自己的“位累加器”C。进位标志C在位操作中所起的作用，类似于累加器A在字节操作中所起的作用，在任何可位寻址的位与进位标志C之间，可进行逻辑“与”、“或”操作，其结果送回到进位标志C。 CY（PSW.7）：进位标志，如果操作结果在最高位有进位输出（加法）或借位输入（减法）时置位，否则清零。 AC(PSW.6)：辅助进位标志，是低半进位位（累加器A中A3向A4位的进位），BCD码调整时用。 F0(PSW.5)：用户定义的状态标志位，可通过软件对它置位/复位或测试。 RS1(PSW.4)RS0(PSW.3)：工作寄存器组开关选择位，用于选择四组工作寄存器之一。由于各组寄存器在指令中使用同一名称，因而这种多寄存器组的结构形式可以节约程序调用时为保护寄存器内容而必须的进栈、出栈等语句，从而方便编程并提高运算速度。每个寄存器组有8个8位的工作寄存器，它们是内部RAM的一部分，各组的编码为： 　　　　RS1 　　RS0　　寄存器组　　对应的ＲＡＭ地址 　　　　0　　　　0　　　组0 00H~07H 　　　　0 1 组1 08H~0FH 　　　　1 0 组2 10H~17H 　　　　0 1 组3 18H~1FH