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MCS-51单片机的结构与时序单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术目录2.1MCS-51单片机的结构2.2MCS-51单片机引脚功能及片外总线结构2.3MCS-51单片机的工作方式2.4MCS-51单片机的时序
单片机原理及接口技术概述MCS-51单片机是美国Intel公司生产的8位高性能系列单片机,在我国的应用比较广泛。MCS-51系列单片机可分为两大子系列:51子系列和52子系列。51子系列主要包括HMOS工艺制造的8031、8051、8751基本型产品和CHMOS工艺制造的80C31、80C51和87C51低功耗产品;52子系列主要包括HMOS工艺制造的8032、8052、8752改进型产品和CHMOS工艺制造的80C32、80C52和87C52低功耗产品。MCS-51单片机以8051作为代表机型,它们的引脚和指令系统完全兼容。本章以8051作为典型的例子,介绍MCS-51单片机的组成、内部结构、引脚功能、工作方式和时序,这对以后的学习是至关重要的。在本书的后续章节,若无特别说明,MCS-51单片机指的是其51子系列单片机。
单片机原理及接口技术2.1MCS-51单片机的结构2.1.1MCS-51单片机的组成MCS-51单片机内部的硬件结构大致相同,图2-1给出了8051单片机的组成框图。从图中可以看出单片机内部集成了CPU、RAM、ROM,定时/计数器和I/O接口电路等各个功能部件,这些功能部件由内部总线连接在一起,从而构成单片微型计算机。图2-18051单片机组成框图
单片机原理及接口技术2.1.1MCS-51单片机的组成MCS-51单片机的硬件结构特点如下:1)一个8位的中央处理器CPU;2)一个片内振荡器和时序电路;3)4KB的程序存储器(ROM或EPROM);4)128B的数据存储器;5)两个16位的定时/计数器;6)一个可编程全双工串行口;7)四个8位的可编程并行I/O口;8)可以寻址64KB的程序存储器和64KB的外部数据存储器;9)五个中断源,两个中断优先级的中断结构。
单片机原理及接口技术2.1.1MCS-51单片机的组成为了进一步阐述各部分的功能及其关系,图2-2给出了MCS-51单片机内部的更详细的逻辑图。图2-2MCS-51单片机内部结构框图
单片机原理及接口技术2.1.2MCS-51单片机的CPU结构CPU是单片机的核心部件,主要是由运算器(算术逻辑部件ALU)、控制器(定时控制部件等)和专用寄存器组三部分电路组成,完成运算和控制操作。1.算术逻辑部件ALU从图2-2中可以看出,8051的算术逻辑部件由一个加法器、两个8位的暂存器TMP1和TMP2以及一个专门用来处理位操作的布尔处理器(图中未画出)组成。ALU的功能是实现数据的算术/逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作。ALU是一个性能极强的运算器,它内部的加法器可以对8位的数据进行加、减、乘、除四则运算,同时布尔处理器还可以对直接寻址的位变量进行位处理,如置位、清零、取反、测试转移以及与、或、异或、非等逻辑运算。此外,ALU还具有数据传输、程序转移等功能。
单片机原理及接口技术2.1.2MCS-51单片机的CPU结构2.定时控制部件定时控制是分析和执行指令的核心部件,主要包括定时控制逻辑、指令寄存器、指令译码器和振荡器OSC。它的主要功能是接受来自程序存储器的指令代码,送到指令寄存器进行暂存,然后通过定时和控制电路对指令进行译码,并在时序信号的作用下,在规定的时刻发出指令操作所需的各种控制信息和外部所需的各种控制信号,以完成指令的执行。定时控制部件取指令、指令译码、执行指令的具体过程如下:1)取指令。CPU根据程序计数器PC所指的地址,从程序存储器的相应地址取出指令的机器码,并送入指令寄存器IR中。值得注意的是此时程序计数器PC的内容会自动修改,指向下一条将要执行指令的地址。
单片机原理及接口技术2.1.2MCS-51单片机的CPU结构2)指令译码。由控制电路对寄存器中的指令进行译码分析,指出指令要进行什么样的操作,并按照一定的时序产生操作命令、控制信号以及从存储器中进行操作数的读取。3)执行指令。对上一阶段读入的操作数进行相应的运算,并将运算的中间及最终结果存放到指定存储单元,根据运算结果影响程序状态字PSW的标志位。每当一条指令执行结束,CPU会根据程序计数器PC的内容取出下一条指令继续执行,周而复始,直到遇到停机指令或外来干预为止。
单片机原理及接口技术2.1.2MCS-51单片机的CPU结构3.专用寄存器组专用寄存器组主要用来存放将
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