[工学]单片机原理第2章.ppt

1 第2章 MCS－51单片机硬件组成 本章将介绍 MCS－51单片机的基本组成； 单片机存储器的组织结构； I/O接口的结构和工作原理； 单片机的基本工作方式以及单片机的基本时序 通过本章的学习，应该对单片机的整体结构和工作原理有全面的了解，上述内容是学习和使用单片机指令系统以及设计单片机控制系统的基础。 2.1 MCS－51单片机内部资源 一个8位微处理器(CPU) 128B片内数据存储器(RAM) 4K片内程序存储器(ROM) 21个专用寄存器，实现对内部功能部件的控制和数据运算 4个8位并行I/O接口(P0、P1、P2、P3) 两个16位定时/计数器 一个全双工串行口 一套完善的中断管理和处理系统 不同的具体型号，可能在以下方面有所不同 片内数据存储器容量不同 片内程序存储器容量和器件类型不同 定时器数量不同 串口数量不同 MCS－51单片机的基本结构示意 MCS－51单片机的基本结构示意 MCS－51单片机的P0、P2和P3并行接口在CPU控制下，可构成地址、数据和控制总线，用于外部设备扩展，MCS－51单片机可以扩展： 片外数据存储器单元和I/O接口地址共64KB 64KB片外程序存储器 2.2 单片机的中央处理器 单片机的CPU字长为8位，即对数据的处理、传输均按8位二进制数(一个字节)进行 MCS－51系列单片机是8位机 MCS－51系列单片机的CPU由运算器、控制器及相应的专用寄存器组成 运算器 运算器由算术/逻辑部件(ALU)为核心，加上累加器ACC、暂存寄存器、程序状态字寄存器PSW以及布尔处理器、BCD码运算调整电路等构成 运算器的功能包括： 算术运算； 逻辑运算； 位操作。 控制器 控制器是CPU的指挥调度中枢，它包括： 定时控制逻辑、 指令寄存器、 指令译码器、 数据指针DPTR、 程序计数器PC(Program Counter) 程序计数器PC是16位的寄存器，用来存放即将要执行的指令地址 可对64KB程序存储器直接寻址。 读取指令时，PC内容的低8位经P0口输出，高8位经P2口输出。 当CPU按照PC指示的地址取出一条指令后，PC值将自动增加，指向下一条指令的首字节地址。 指令寄存器 指令寄存器用来存放指令代码。 CPU执行指令时，由程序存储器中读取的指令代码送入指令存储器，经指令译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。 MCS－51控制器示意图 2.3 MCS－51单片机存储器体系结构 存储器是微型计算机的重要组成部分，将要或正在执行的程序代码、运算的原始数据、中间结果以及与外部设备进行交换的信息都需要存储在存储器中 存储器中哪里存放数据，哪里存放指令或者哪个存储器存放数据，哪个存储器存放指令以及存储器地址与I/O口地址如何区分是微型计算机设计时必须解决的问题，这一问题是通过存储器的配置方式来解决的 2.3.1 微型计算机存储器的配置方式 微型计算机存储器的配置方式有两种: Harvard结构与非Harvard结构 MCS－51系列单片机的存储器配置方式采用Harvard结构； MCS-98系列单片机以及80X86系列微处理器采用非Harvard结构的存储器配置方式。 2.3.2 51单片机存储器体系结构 51系列单片机的存储器配置方式采用Harvard结构，单片机的存储器有程序存储器和数据存储器之分； 单片机在片内已经集成了一定容量的存储器，在某些情况下，片内存储器容量不够时，51系列单片机允许在片外扩展存储器； 51单片机系统在物理上有4个独立的存储空间，它们分别是： 2.3.2.1单片机的物理存储空间 一. 片内程序存储器 MCS－51单片机片内有4K程序存储器，地址范围为0000H～0FFFH 8051采用只读存储器(Read Only Memory，ROM)作程序存储器； 8751采用紫外线擦除、可编程只读存储器(EPROM)； 8031片内没有程序存储器 近年推出的新型号的兼容机型一般采用闪存(FLASH Memory)作程序存储器。 二. 片外程序存储器 MCS－51单片机可扩展64K片外程序存储器，地址范围为0000H～0FFFFH 对片外程序存储器的读取由/PSEN信号控制。 三.?片内数据存储器 MCS－51单片机内部有一定数量的RAM单元用于存放数据，称为片内数据存储器，片内数据存储器数量的配置因子系列不同略有区别： 51子系列：片内有128个(地址为00和～7FH)RAM单元，高128个单元中(地址为80和～0FFH)零星地分布着21个特殊功能寄存器(SFR)。 52子系列：片内有256个(地址为00和～0FFH)RAM单元，高128个单元中(地址为80和～0FFH)零星地分布着26个特