《单片机2-结构剖析.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机2-结构剖析.（86页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 MCS-51单片机结构及原理,2.1 MCS-51单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构 2.3单片机的复位、时钟与时序 2.4并行I/O口,2.1 MCS-51单片机结构 2. 1.1 MCS-51单片机的内部结构 2. 1.2 MCS-51引脚及功能 2.2 MCS-51的存储器结构 2.3单片机的复位、时钟与时序 2.4并行I/O口,第2章 单片机结构及原理,80C51=(18)CPU+128BRAM+4KBROM+ (216)T/C + (48)I/O + 1个UART+5个中断源,第2章 单片机结构及原理,80C51单片机的内部资源主要包括：,8位中央处理器（CPU）；
2、 片内振荡器和时钟电路； 4KB片内程序存储器(ROM)； 128字节的片内RAM； 4个8位双向I/O口； 5中断源； 2个16位定时器/计数器； 1个全双工串行口；,第2章 单片机结构及原理,单片机CPU = 控制器 + 运算器,第2章 单片机结构及原理,1、控制器,作用：统一指挥和控制计算机协调工作 组成：程序计数器PC+指令译码器ID+数据指针DPTR +其它专用寄存器 功能： (1)从存储器中取出下一条要执行的指令（取指） (2)对取出的指令进行识别（译码） (3)指挥运算器运算或控制数据传送（指挥）,第2章 单片机结构及原理,（1）程序计数器（Program CounterPC）,
3、指令地址寄存器，永远存放着下一条指令的地址， PC的变化规律决定着程序的流程,第2章 单片机结构及原理,特点： 具有16位字长可寻址范围216（=64KB） 具有自动加1功能（计数器）顺序运行程序功能 具有可被指令修改功能跳转运行程序功能 复位时，PC值为0 复位后程序从0开始运行,第2章 单片机结构及原理,（2）数据指针寄存器（Data Pointer DPTR）,16位字长，可寻址范围216(64KB) 用于表示存储器数据地址的指针 可拆为2个8位的独立寄存器DPL和DPH,35H,77H,F4H,94H,9EH,DPTR指针,xxH,xxH,xxH,xxH,xxH,ROM,RAM,DPL
4、,DPH,第2章 单片机结构及原理,2、运算器,作用：对数据进行算术运算和逻辑操作 组成：算术/逻辑部件ALU +累加器ACC+程序状态字寄存器PSW+其它工作单元 功能： (1)对暂存器中的数据进行运算 (2)结果保存在ACC中 (3)运行状态反映在PSW中,第2章 单片机结构及原理,（1）累加器（AccumulaterA）,累加器A是一个8位寄存器，用来存放操作数或中间运算结果； 通过暂存器与ALU相连； 它是CPU中使用最频繁的寄存器。,第2章 单片机结构及原理,（2）程序状态字寄存器（Program State WordPSW）,PSW是一个8位的专用寄存器，用于存放程序运行过程中的各
5、种状态信息。 PSW中的各位信息通常是在指令执行过程中自动形成的，但也可以由传送指令加以改变。 PSW各位的定义：,按位置定义的名称,按功能定义的名称,第2章 单片机结构及原理,（2）程序状态字寄存器（Program State WordPSW）,PSW是一个8位的专用寄存器，用于存放程序运行过程中的各种状态信息。 PSW中的各位信息通常是在指令执行过程中自动形成的，但也可以由传送指令加以改变。 PSW各位的定义：,按位置定义的名称,按功能定义的名称,第2章 单片机结构及原理,CY（PSW.7）进位标志 在进行加或减运算时，如果操作结果最高位有进位或借位时，CY由硬件置“1”，否则清“0”。,
6、用途：1、根据CY判断加减运算时有无进位或借位； 2、在位操作中CY可作为位累加器用。,举例,第2章 单片机结构及原理,AC（PSW.6）辅助进位标志 在进行加或减运算时，如果操作结果的低四位数向高四位产生进位或借位时，将由硬件置“1”，否则清“0”。,举例,用途：1、根据AC判断加减运算时有无半进位或半借位； 2、在BCD码调整运算中要用到AC标志,第2章 单片机结构及原理,F0（PSW.5）和F1（PSW.1）用户标志位 可作为用户自行定义的一个状态标记,第2章 单片机结构及原理,RS1和 RS0（PSW.4和 PSW.3）工作寄存器组指针 用于选择CPU当前工作寄存器组,第2章 单片机结
7、构及原理,OV（PSW.2）溢出标志 在有符号数运算或乘除运算中若有异常结果，OV置1，否则清0。 根据运算过程中的D6和D7位的变化由硬件自动形成OV值,用途：判断有符号数运算或乘除运算的结果是否正常。,第2章 单片机结构及原理,OV=C6Y C7Y=1 0=1,101111011100001011000011,正数的补码是它本身，负数的补码是 除符号位外每位求反，然后末尾加1,OV=C6Y C7Y=1 1=0,111010111001010010010101,运算出错,运算正确,举例,举例,第2章 单片机结构及原理,P（PSW.0）奇偶标志位 该位始终跟踪累加器A中含“1”个数的奇偶性 如
8、果A中有奇数个“1”，则P置“1”，否则置“0”,举例 若A=10011111，则P=0 若A=11000001，则P=1,用途：用于串行通讯中的数据校验，判断是否存在传输错误。,第2章 单片机结构及原理,第2章 单片机结构及原理,2.1 MCS-51单片机结构 2. 1.1 MCS-51单片机的内部结构 2. 1.2 MCS-51引脚及功能 2.2 MCS-51的存储器结构 2.3单片机的复位、时钟与时序 2.4并行I/O口,MCS-51系列单片机的封装方式与制造工艺有关，采用HMOS制造工艺的51单片机一般采用40只引脚的双列直插封装（DIPdual in-line package）,第2
9、章 单片机结构及原理,MCS-51单片机除了采用DIP封装方式外，还采用44只引脚方形扁平封装（QFP quad flat package）方式，其中4只是无用的。,第2章 单片机结构及原理,DIP引脚分布,电源及晶振引脚（共4只） 控制引脚（共4只） 输入/输出引脚 （共32只）,第2章 单片机结构及原理,（1）电源及晶振引脚,VCC(40脚)：+5V电源引脚 VSS(20脚)： 接地引脚,XTAL1(19脚)；外接晶振引脚（内置放大器输入端） XTAL2(18脚)：外接晶振引脚（内置放大器输出端）,第2章 单片机结构及原理,（2）控制引脚,ALE/PROG(30)为地址锁存使能输出/ 编程
10、脉冲输入,RST/VPD(9)为复位/ 备用电源引脚,PSEN(29)：输出访问片外程序存储器读选通信号,EA/ VPP (31)：外部ROM允许访问/ 编程电源输入,第2章 单片机结构及原理,（3）并行I/O口引脚,共计48 = 32 个引脚，其中： P0.0P0.7（3932脚）P0口； P1.0P1.7（18脚）P1口； P2.0P2.7（2128脚）P2口； P3.0P3.7（1017脚）P3口。,P0P3是单片机对外联络的重要通道,第2章 单片机结构及原理,2.1 MCS-51单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构 1.存储器划分方法 2 .程序存储器 3. 数据存储器 2.3
11、单片机的复位、时钟与时序 2.4并行I/O口,第2章 单片机结构及原理,计算机存储器地址空间的两种结构形式： 普林斯顿结构和哈佛结构。,RAM和ROM统一编址,RAM和ROM分别编址,第2章 单片机结构及原理,MCS-51系列单片机采用 哈佛结构，存储器配置如图 ：,共有四个物理存储空间，或三个逻辑存储空间。,第2章 单片机结构及原理,第2章 单片机结构及原理,2.1 MCS-51单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构 1.存储器划分方法 2 .程序存储器 3. 数据存储器 2.3单片机的复位、时钟与时序 2.4并行I/O口,作用：存放程序、表格或常数（非易失性掉电保存） 字长：8位 数
12、量：4KB,1KB=1024字节（0-03FFH） 4KB=4096字节（0-0FFFH） 8KB=8192字节（0-1FFFH） ,80C51的4KB片内ROM,第2章 单片机结构及原理,ROM的6个特殊存储器单元引导程序跳转 0000H：复位后程序自动运行的首地址 0003H：外部中断0入口地址 000BH：定时器0溢出中断入口地址 0013H：外部中断1入口地址 001BH：定时器0溢出中断入口地址 0023H：串行口中断入口地址 程序一般应安排在0030H地址以后,第2章 单片机结构及原理,a） 同时使用片内和片外ROM b）ROM地址分布,当EA引脚接高电平（开关接A点）时，4 KB
13、以内的地址在片内ROM，大于4KB的地址在片外ROM中（图中折线），两者共同构成64KB空间； 当EA引脚接低电平（开关接B点）时，片内ROM被禁用，全部64KB地址都在片外ROM中（图中直线）。,第2章 单片机结构及原理,第2章 单片机结构及原理,2.1 MCS-51单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构 1.存储器划分方法 2 .程序存储器 3. 数据存储器 2.3单片机的复位、时钟与时序 2.4并行I/O口,作用：存放程序运行结果 字长：8位 数量：256B,30H,低128B（ 00H7FH ）为普通RAM区 高128B （80HFFH）为特殊功能寄存器区,第2章 单片机结构及原
14、理,(1) 低128字节的区域 工作寄存器区（00H-1FH） 可位寻址区（20H-2FH） 用户RAM区（30H-7FH）,第2章 单片机结构及原理,区共有32个字节单元（00H1FH），分为4组，每组8个单元，命名为工作寄存器R0R7)。 任一时刻CPU只能选用一组工作寄存器为当前工作寄存器组。,当前工作寄存器组通过PSW中的RS1和RS0标志位（工作寄存器组指针）进行设置。,第2章 单片机结构及原理,注意：CPU复位后RS1和 RS0默认值为0，即默认第0组为当前工作寄存器组。,第2章 单片机结构及原理,利用Rn寄存器进行编程可以提高编程效率： 1）不必考虑存储单元的具体地址 2）可在同
15、名Rn之间进行快速切换 3）寄存器寻址执行指令的速度快,寄存器（Register）与存储器（Memory）的概念： 寄存器是指一些由与非门构成的结构，而Memory则由MOS管构成。寄存器访问速度快，但是所占面积大。而Memery所占面积小，可以集成较大容量，但访问速度较慢。 在51单片机中两者差别不大，甚至部分寄存器和存储器是重合的，如Rn与区RAM，SFR与高128字节RAM区。,第2章 单片机结构及原理,区共有16个字节单元（20H2FH），又可划分为128个位地址单元（ 00H 7FH），可按两种方式存取数据。,第2章 单片机结构及原理,例如，欲将地址(20H)中存放数 0111 00
16、10B的最高位改为1， 而其余不变。,特点：位地址可以增强对数据处理的灵活性,方法1，用 数1000 0000B与(20H)的内容进行“或”运算 MOV A,20H ;先将 20H的内容传入A里 OR A,#80H ;再对A进行80H的“或”运算 方法2，直接针对最高位进行“置位”操作 SETB 07H ;07H为20H最高位的位地址,第2章 单片机结构及原理,区共有80个字节单元（ 30H7FH），是用户RAM区，但只能按字节进行数据存取操作。,在此区内用户可以作为为堆栈区和中间数据存储区。,第2章 单片机结构及原理,（2）高128字节RAM区,在80HFFH的高128字节RAM区中，离散地分布有21
