[理学]CH2 单片机结构和工作原理.ppt

第2章 MCS－51单片机的结构和工作原理 2.1 MCS-51系列单片机的结构 MCS-51单片机的基本组成－CPU 1 中央处理单元CPU 单片机的核心，由运算器、控制器、寄存器等部件组成，完成运算和控制操作。 （1）运算器 ★ 算术和逻辑运算：半字节(4位)和单字节(8位)操作 算术运算：加、减、乘、除、加1、减1、比较等 逻辑运算：与、或、非、异或、求补等 ★布尔处理器（位处理器）：51单片机的特点 MCS-51单片机的基本组成－CPU （2）控制器 包括程序计数器、指令寄存器、指令译码器、DPTR、SP、定时控制、条件转移逻辑电路等 A 程序计数器PC （寄存器） PC存放即将执行的指令地址，16位，可对64k ROM直接寻址。低8位：P0口输出；高8位：P2口输出。 B 指令译码器 将指令变成所需电平信号。 CPU执行指令过程： PC指向ROM中的指令地址→读ROM中的指令放入指令寄存器→ PC指向下一条指令的地址→译码器译码→定时、控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。 MCS-51单片机的基本组成－CPU C 定时和控制部件 时钟电路：为单片机产生时钟脉冲序列，但是需要外接石英晶体和微调电容，系统允许的最高晶振频率为12MHz。 通常范围为：1.2MHZ～12MHZ 两种时钟生成方式：内部，外部。 MCS-51单片机的基本组成－存储器 存储器 四个物理上相互独立的存储空间（8031三个） （1） 内部程序存储器（内部ROM） 51系列：4K字节(8031无)，52系列：8K字节。 51：地址范围0000H—0FFFH 。 用于存放程序代码和表格数据。 （2） 内部数据存储器（内部RAM） 51系列：128字节； 52系列：256字节。 51系列地址范围： 0—7FH 存放可以读写的数据，例如运算的中间结果等。 MCS-51单片机的基本组成－存储器 （3） 外部程序存储器（外部ROM） 64K字节，地址范围0000H—FFFFH 。 功能：等同于内部ROM，存放程序和常量。 （4） 外部数据存储器（外部RAM） 64K字节； 地址范围： 0—FFFFH 功能：等同于内部RAM，存运算的中间结果等。 MCS-51单片机的基本组成－定时器/计数器 3 定时／计数器 51系列：两个16位的定时器／计数器 52系列：3个。 实现定时和计数功能。并可以根据定时和计数结果对单片机进行控制。 MCS-51单片机的基本组成－I/O口 4 并行I/O口 4个8位的并行I/O口。P0～p3（分别取名为P0口、P1口、P2口和P3口） 实现单片机与外界交换信息 。这四个口均是由8位的输入输出口线构成的，一共有32个I/o口线 MCS-51单片机的基本组成－串口 串行口 MCS-51具有一个可编程全双工的串行口（RXD，TXD），以实现单片机和其它的数据设备（如上位计算机）之间的数据传递。 MCS-51单片机的基本组成－中断 6 中断系统中断系统是为了使单片机具有实时控制能力而设计的内部电路。 51系列 一共设计了5个中断源（2外，3内），两个优先级嵌套中断结构。 7 总线 2.2 8051单片机内部结构和功能 2.2 内部结构和功能－－单片机内部结构分析 2.2 内部结构和功能－－单片机的内部结构图（P38图2－2） 2.2.1 CPU 2.2.1 CPU－－运算器（红色部分），其余属于控制器 2.2.2 存储器 MCS－51系列单片机的存储器包括程序存储器和数据存储器，其主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是相互独立的，物理结构也不相同。 2.2.2 存储器－－存储器结构 普林斯顿结构：程序和数据共用一个存储器逻辑空间，统一编址 哈佛结构：程序与数据分为两个独立存储器逻辑空间，分开编址 2.2.2 存储器－－存储器结构（续） 2.2.2 存储器－－存储器结构（续） 8051的存储器在物理结构上分ROM和RAM，有四个物理上互相独立的存储空间，即 片内ROM 片外ROM 片内RAM 片外RAM 2.2.2 存储器－－存储器结构（续） （P40） 从用户使用角度8051存储空间分为三类（即三个逻辑存储器）： （1）片内片外统一编址0000H－FFFFH的 64KB 程序存