第2章_MCS-51单片机硬件结构和原理课件.pptVIP

共103 本章教学内容 MCS-51单片机的总体结构； MCS-51单片机的CPU结构； MCS-51单片机的存储器结构； MCS-51单片机并行I/O口结构； MCS-51单片机引脚功能； MCS-51单片机时钟电路和CPU时序 MCS-51单片机的工作方式 本章教学要求 熟悉MCS-51单片机CPU内部组成结构、各功能部件的作用； 掌握存储器的组织结构； 掌握P0～P3并行I/O口结构； 掌握MCS-51单片机引脚功能； 掌握时钟电路、CPU时序和复位电路。 2.1 MCS-51系列单片机的总体结构 自从Intel公司于20世纪80年代初推出MCS-51系列单片机以后，所有的51系列单片机都是以Intel公司最早的典型产品8051为核心，增加一定的功能部件后构成的。本章以8051为主阐述MCS-51系列单片机的系统结构、工作原理和应用中的一些技术问题。 MCS-51系列可分为两大系列：51子系列和52子系列。51子系列主要有8031、8051和8751三种机型。52子系列主要有8032、8052和8752三种机型。 表2-1 MCS-51系列单片机的性能一览表 单片机芯片 2.1 单片机的内部结构 2.2 中央处理器（CPU） 单片机的核心部分是CPU，由运算器、控制器和布尔（位）处理器组成。 2.2.1 运算器 运算器——算术逻辑单元（ALU） 包括： 累加器（ACC） 程序状态字（PSW） 暂存器 B寄存器等部件 算术/逻辑部件 算术/逻辑部件ALU是用于对数据进行算术运算和逻辑操作的执行部件，由加法器和其他逻辑电路（移位电路和判断电路等）组成。 在控制信号的作用下，完成算术加、减、乘、除和逻辑与、或、异或等运算，以及循环移位操作、位操作等功能。 2. 累加器 3. B寄存器 在进行乘法、除法运算时，B寄存器作为ALU的输入之一，与ACC配合完成运算，并存放运算结果。在无乘除运算时，它可作为内部RAM的一个单元。 程序状态字寄存器 RS1、RS0与片内工作寄存器组的对应关系 2.2.2 控制器 定时控制逻辑 指令寄存器 数据指针（DPTR） 程序计数器（PC） 堆栈指针（SP） 地址寄存器 地址缓冲器 1. 程序计数器 程序计数器（Program Counter，PC）用来存放下一条要执行的指令的地址。当按照PC所指的地址从存储器中取出一条指令后，PC会自动加l，即指向下一条指令。 2. 指令寄存器和指令译码器 指令寄存器(IR)和指令译码器（ID）的功能是对将要执行的指令进行存储和译码。当指令送入指令寄存器后，对该指令进行译码，即把指令转变成所需的电平信号，CPU根据译码输出的电平信号，使定时控制电路产生执行该指令所需的各种控制信号，以便计算机能正确地执行指令所要求的操作。 3. 堆栈指针 堆栈指针（Stack Pointer，SP）是指在片内RAM的l28B（52子系列为256B）空间中开辟的堆栈区的栈顶地址，并随时跟踪栈顶地址变化。 堆栈是按先进后出的原则存取数据的，开机复位后，单片机栈底地址为07H。 4. 数据指针 由于8051系列单片机可以外接64KB的数据存储器和I/O接口电路，故在单片机内设置了l6位的数据指针寄存器（Data Pointer，DPTR）。它可以对64KB的外部数据存储器和I/O进行寻址，DPTR可分为高8位数据指针寄存器（DPH）和低8位数据指针寄存器（DPL），地址分别为83H和82H。 5. 布尔（位）处理器 在8051单片机系统中，与字节处理器相对应，还特别设置布尔（位）处理器。 2.3 存储器 存储器结构 2.3.1 程序存储器 程序存储器用于存放编好的程序或表格常数。51子系列片内有4KB ROM，52子系列片内有8KB ROM，二者片外地址线均为16位，最多可扩展64KB ROM，片内片外统一编址。 若EA端保持低电平，则所有取指令操作均在片外程序存储器中进行，0000H地址在片外。 若EA端保持高电平，0000H地址在片内，所有取指令操作均在片内程序存储器中进行。 程序存储器 在程序存储器的开始部分，定义了一段具有特殊功能的地址段，用作程序起始和各种中断的入口。 2.3.2 数据存储器 数据存储器用于存放中间运算结果、数据暂存和缓冲、标志位等。 MCS-51系列单片机的片内数据存储器除RAM块外，还有特殊功能寄存器（SFR）块。 片内数据存储器的容量很小，常需要扩展片外数据存储器。MCS-51系列单片机有一个数据指针寄存器，可用于寻址程序存储