《微控制器原理及应用技术》课件第3章.ppt

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第3章MCS51系列单片机结

u3.1MCS51单片机的结构和引脚

u3.2中央处理器CPU

u3.3存储器

u3.4并行输入/输出接口

u3.5I/O接口电路的作用与I/O接口的

编址方式

u3.6CPU的时序与复位

教学提示:单片机的结构及工作原理是单片机系统的

基础资源,本章主要讲述MCS51单片机芯片的组成、内部

各功能模块的逻辑框图、电路结构和工作原理。学习中,一

是要注意理解各功能模块的结构和原理,二是要注意CPU

与各功能模块间的联系,形成单片机的整体概念。只有清

楚了解单片机已有的硬件资源,才能通过程序利用硬件资

源实现、完成功能。

教学要求:本章让学生了解单片机内部功能模块的组

成,重点掌握CPU、RAM、ROM、特殊功能寄存器、I/O

接口、时钟电路和复位电路的结构与原理。

3.1MCS51单片机的结构和引脚

MCS51系列单片机包括51、52两个子系列,其指令系统

和引脚完全相同。51子系列有80C31、80C51、87C51和

89C51这4个机型,它们的区别是80C31无ROM,80C51有

掩膜ROM,87C51有可紫外线擦除的EPROM和89C51有电

可擦除的FPEROM。52子系列也有4种机型,分别为80C32、

80C52、87C52和89C52。52子系列ROM的区别与51子系列

相同。

两子系列的其它区别是,51子系列有128B的片内RAM,

4KB的ROM(不包括80C31),2个定时/计数器及5个中断源。

52子系列有256B的片内RAM,8KB的ROM(不包括80C32),

3个定时/计数器及6个中断源。

MCS51系列单片机的典型芯片是8051,其结构框图如

图3.1所示。

图3.18051单片机内部结构图

由图3.1可知各功能部件均连接在内部总线上,按功能

可划分为8个部分,即中央处理机CPU、数据存储器RAM、

程序存储器ROM、特殊功能寄存器SFR、输入/输出(I/O)接

口、定时/计数器、中断源和串行通信口。本章介绍前五个

部分,其余部分将在后续章节中介绍。

3.1.1单片机的内部结构及功能部件

MCS51系列单片机的内部结构由8部分组成,以80C51

单片机为例,其内部按功能可划分为CPU、存储器、I/O端

口、时钟振荡电路等模块。各功能简述如下:

1.一个8位中央处理机(CPU)

中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数

据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码。CPU负

责控制、指挥和调度整个单元系统协调工作,完成运算与

控制输入/输出功能等操作。51单片机的CPU由运算器、控

制器及位处理器等组成。

·运算器:包括算术/逻辑单元(ALU)、累加器(ACC)、

寄存器(B)、暂存器(TEMP)及程序状态寄存器(PSW)等。

运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算,可以对单字节、

半字节(4位)等数据进行操作。如,能完成加、减、乘、除、

加“1”、减“1”、BCD码十进制调整、比较等算术运算,

还能实现与、或、异或、取反、左右循环等逻辑操作。操

作结果一般存放在累加器(Acc)中,结果的状态信息呈现在

程序状态寄存器(PSW)中。

·控制器:是控制单片机工作的神经中枢,它包括程序

计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器(ID)、数据指针

(DPTR)、堆栈指针(SP)、RAM地址寄存器、时钟发生器、

定时控制逻辑等。控制器以主振频率为基准,发出CPU的

控制时序,从程序存储器取出指令,放在指令寄存器,然

后对指令进行译码,并通过定时和控制逻辑电路,在规定

的时刻发出一定序列的微操作控制信号,协调CPU各部分

的工作,以完成指令所规定的操作。其中,一些控制信号

通过芯片的引脚送到片外,控制扩展芯片的工作。

·位处理器(布尔处理器):MCS51的CPU内部有一个1

位处理器子系统,它相当于一个完整的位单片机,每次处

理的数据只有1位。它有自己的累加器(CY)和数据存储器

(可位寻址空间)。它能完成逻辑与、或、非、异或等逻辑

操作,用于逻辑电路的仿真、开关量的控制及设置状态标

志位等。

2.存储器

MCS51系列单片机的存储器包括:数据存储器(RAM)

和程序存储器(ROM)两部分。

·数据存储器:51/52系列单片机片内有128/256个字节

的片内数据存储器和21/26个特殊功能寄存器。数据存储器

是通用存储器,用于存放运算中间结果或临时数据等。特

殊功能寄存器(SFR)是CPU运行和片内功能模块专业的寄

存器。一般不能作为通用数据存储器使用。

当片内数据存

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