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1、主讲：李 营QQ: 43965356 Tel: 39786787 机电教研室 实训四号楼 208内容回顾 微型计算机系统组成原理 二进制、十进制、十六进制 原码、反码、补码（3）十六进制数与二进制数之间的转 换:二进制数转换成八进制数与上述类似。十六进制数转换为二进制：9 A B . 7 C 5 H1001 1010 1011 . 0111 1100 0101B二进制数转换十六进制数:0001 1011 1110 0011 . 1001 0111 1000B1 B E 3 . 9 7 8H本次课的主要内容： 单片机的概念、发展 MCS-51单片机内部结构（重点）（要求记笔记） 1.3 微型计算
2、机系统组成原 理1.3.1 电子计算机的问世及其经典结构1946年2月15日， 第一台电子数字 计算机问世，这 标志着计算机时 代的到来。 （CALCULATOR） ENIAC （“埃尼阿克” ）30吨，用188千个电子管、1500个继电器、11km导线。 时钟100KHZ，加法5千/S匈牙利籍数学家冯诺依曼在方案的设计上做 出了重要的贡献。1946年6月，他又提出了“程序 存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了计算 机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出 设备组成这一计算机的经典结构。计算机技术的五个时代： 电子管计算机； 晶体管计算机； 集成电路计算机； 大规模集成电路计算机； 超
3、大规模集成电路计算机。计算机的结构仍然没有突破冯诺依曼提 出的计算机的经典结构框架。1.3.2 微型计算机的基本组成1. 中央处理器CPUCPU（Central Processing Unit）是计 算机的核心部件, 它由运算器和控制器组成, 完成计 算机的运算和控制功能。 运算器又称算术逻辑部件（ALU, Aithmctieal Logic Unit）, 主要完成对数据的算术 运算和逻辑运算。 控制器（Controller）是整个计算机的指挥 中心, 它负责从内部存储器中取出指令并对指令进行 分析、判断, 并根据指令发出控制信号, 使计算机的 有关部件及设备有条不紊地协调工作, 保证计算机能
4、 自动、连续地运行。2. 存储器 M存储器（Memory）是具有记忆功能的部件 , 用来存储数据和程序。存储器根据其位置不同可分 为两类: 内存储器和外存储器。 内存储器（简称内存）和CPU直接相连, 存放当前要运行 的程序和数据, 故也称主存储器（简称主存）。它的特点是 存取速度快, 基本上可与CPU处理速度相匹配, 但价格较贵, 能存储的信息量较小。 外存储器（简称外存）又称辅助存储器, 主要用于保存暂 时不用但又需长期保留的程序和数据。 存放在外存的程序必 须调入内存才能进行。外存的存取速度相对较慢, 但价格较 便宜, 可保存的信息量大。 3. 输入/输出接口（I/O接口 ）输入/输出（
5、I/O）接口由大规模集成 电路组成的I/O器件构成, 用来连接主机和相 应的I/O设备（如: 键盘、 鼠标、显示器、 打 印机等）, 使得这些设备和主机之间传送的数 据、信息在形式上和速度上都能匹配。不同 的I/O设备必须配置与其相适应的I/O接口。 4. 总线 总线（BUS）是计算机各部件之间 传送信息的公共通道。微机中有内部总线和 外部总线两类。内部总线是CPU内部之间的 连线。外部总线是指CPU与其它部件之间的 连线。 外部总线有三种: 数据总线DB（ Data Bus）, 地址总线 AB（Address Bus ）和控制总线 CB（Control Bus）。 1.3.3 基本工作过程根
6、据冯诺依曼原理构成的现代计算 机的工作原理可概括为: 存储程序和程序控制 。存储程序是指人们必须事先把计算机的执 行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据, 通过一定的方式输入并存储在计算机的存储 器中。程序控制是指计算机能自动地逐一取 出程序中的一条条指令, 加以分析并执行规定 的操作。 2.1.1 MCS-51单片机基本组 成2-1 MCS-51单片机内部结构2.1.2 MCS-51的内部结 构1 运算器 ALU1. 累加器ACC（Accumulator）2. 寄存器B（乘积高八位或除法余数）3. 程序状态字PSW（Programe State Word） 一、MCS-51的CPU2 控制器
7、1） 指令寄存器IR和指令译码器ID指令寄存器中存放指令代码。CPU执行指令时, 由程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器, 经译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号, 完成指令所指定的操作。PC用于存放CPU下一条要执行的指令 地址, 是一个 16 位的专用寄存器, 可寻址范 围是：0000H0FFFFH共 64 KB。程序中的每条指令存放在ROM区的某 一单元, 并都有自己的存放地址。 CPU 要 执行哪条指令时, 就把该条指令所在的单元 的地址送上地址总线。 在顺序执行程序中, 当PC的内容被送到地址总线后, 会自动加 1, 即(PC) (PC)+1, 又指向CPU 下一条要
8、执行的指令地址。 2）程序计数器PC（Program Counter）3） 堆栈指针SP（Stack Pointer）30页8位寄存器 用于子程序调用及返回和中断的保护及返 回 “先进后出”原则，保证逐级正确返回 有栈顶和栈底 指向站顶，栈顶自动加一 复位后初始化为07H，为避免冲突一般设 30H以上4） 数据指针寄存器DPTR数据指针DPTR是一个 16 位的专用寄 存器, 其高位字节寄存器用DPH表示,低位字 节寄存器用DPL表示。既可作为一个 16 位寄 存器DPTR来处理, 也可作为两个独立的 8 位 寄存器DPH和DPL来处理。 DPTR 主要用来存放 16 位地址, 当对 64KB
9、外部数据存储器空间寻址时, 作为间址 寄存器用。在访问程序存储器时, 用作基址寄 存器。 二 80C51的存储器结 构 80C51存储器可以分成两大类：RAM，CPU在运行时能随时进行数据的写入和 读出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失 。它用来存放暂时性的输入输出数据、运算的中 间结果或用作堆栈。ROM是一种写入信息后不易改写的存储器。断 电后，ROM中的信息保留不变。用来存放固定的 程序或数据，如系统监控程序、常数表格等。 1、80C51的程序存储器（ROM）配 置PC是16位的计数器，所以能寻址64KB的ROM 。 80C51内部有4KB的掩膜ROM，87C51在内部有 4KB的EP
10、ROM，而80C31在内部没有程序存储器。 片内ROM的配置形式： 无ROM（即ROMLess）型，应用时要在片 外扩展程序存储器； 掩膜ROM（即MaskROM）型，用户程序由 芯片生产厂写入； EPROM型，用户程序通过写入装置写入， 通过紫外线照射擦除； FlashROM型，用户程序可以电写入或擦除 （当前常用方式）。 还有OTPROM型（一次性编程写入ROM） 产品 ，具有较高的环境适应性和可靠性。2、80C51的数据存储器(RAM)配 置1）工作寄存器 区低端32个字节分成4个工作寄存器组，每组8个 单元。当前工作寄存器组的机制便于快速现场保护 。 PSW的RS1、RS0 决定当前工作寄存器组号 寄存器0组 ：地址00H07H； 寄存器1组 ：地址08H0FH； 寄存器2组 ：地址10H17H； 寄存器3组 ：地址18H1FH。2）位寻址区
