片機結(jié)構(gòu)及工作原理

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1、第1章51單片機結(jié)構(gòu)及工作原理1.1微型計算機基礎1.251單片機的基本組成和功能1.351單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.451系列單片機的工作方式1975年，美國TexasInstruments公司成功研制了世界上第一臺單片機，它的出現(xiàn)是計算機技術發(fā)展史上的一個里程碑，從此，計算機技術不僅在數(shù)值處理方面得到了進一步的發(fā)展，而且在智能化控制領域里也得到了迅猛的發(fā)展，并占有越來越重要的地位。51系列單片機是目前應用最廣泛的單片機，該系列單片機簡單易學，具有豐富的指令系統(tǒng)和高級語言編譯系統(tǒng)。本章重點介紹單片機的基本概念、特點、結(jié)構(gòu)以及工作方式等。第1章51單片

2、機結(jié)構(gòu)及工作原理1.1微型計算機基礎1．單片機的發(fā)展單片機的全稱為單片微型計算機（SingleChipMicrocomputer），它是將組成微型計算機的各個功能部件，如中央處理器（CPU）、隨機存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、基本輸入/輸出接口（I/O接口）、定時器/計數(shù)器以及串行通信接口等部件有機地結(jié)合在一塊集成芯片中，構(gòu)成一臺完整的微型計算機，因此單片機又可以稱為微處理器（MicrocontrollerUnit）。一個完整的單片機如圖1-1所示。2.單片機的特點（1）采用哈佛結(jié)構(gòu)體系（2）采用面向控制的指令系統(tǒng)（3）引腳功能復用（4

3、）片內(nèi)隨機存儲器做寄存器（5）類型齊全（6）功能通用3.單片機的發(fā)展趨勢（1）CPU的改進（2）存儲器的改進（3）片內(nèi)I/O的改進（4）外圍電路的集成（5）低功耗1.1.2計算機中的數(shù)制及相互轉(zhuǎn)換1．數(shù)制所謂的數(shù)制，是指數(shù)的制式，是人們利用符號計數(shù)的一種科學方法。數(shù)制有很多種，微型計算機中常用的數(shù)制有十進制、二進制、八進制和十六進制四種。1.251單片機的基本組成和功能51是Intel公司在1980年推出的8位高檔單片機系列，是我國目前應用最廣泛的一種單片機系列。51系列單片機的片內(nèi)RAM容量、I/O端口系統(tǒng)擴展能力以及指令系統(tǒng)和CPU的處理功能

4、都非常強，尤其是51單片機系列所特有的布爾處理機，在邏輯處理與控制方面有著突出的性能。該系列單片機適合用于時控制、智能儀器儀表、自動機床、智能接口、總線實時分布式控制以及通用測控單元等領域。由于51系列單片機體積小、功能全、價格低廉、面向控制、開發(fā)應用方便，因此具有極強的競爭力。1.2.151系列單片機的主要功能51系列單片機芯片有許多種，如8051.8751.80C51.89C51.89S51等，其中以8051/80C51為核心，其他型號的單片機產(chǎn)品都是在此基礎上發(fā)展起來的，主要功能基本相同，指令系統(tǒng)完全兼容，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和應用特性方面稍有差異

5、。51系列單片機的主要功能如下：（1）8位CPU（2）片內(nèi)128KBRAM（3）片內(nèi)4KBROM/EPROM（4）特殊功能寄存器區(qū)（5）2個優(yōu)先級的5個中斷源結(jié)構(gòu)（6）4個8位并行I/O口（P0～P3）（7）2個16位定時器/計數(shù)器（8）全雙工串行口（9）布爾處理器（10）64KB外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間（11）64KB外部程序存儲器地址空間（12）片內(nèi)振蕩器及時鐘電路1.2.251系列單片機基本結(jié)構(gòu)51單片機的基本功能總體結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。1.2.351系列單片機外部引腳P3口線的第二功能1.351單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.3.1中央處理單元中央處理單

6、元（CPU）是單片機內(nèi)部的核心部件，它決定了單片機的主要功能特性，由運算器和控制器兩大部分組成。1．運算器運算器是單片機的運算部件，用于實現(xiàn)算術邏輯運算、位變量處理、移位和數(shù)據(jù)傳送等功能，以算術邏輯單元ALU為核心，加上累加器ACC、寄存器B、暫存器TMP1和TMP2、程序狀態(tài)字PSW以及十進制調(diào)整電路和專門用于位操作的布爾處理器組成。2．控制器控制器包括程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針SP以及定時控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等。它負責對來自存儲器中的指令進行譯碼，并通過定時和控制電路在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所

7、需要的控制信號，使各部件協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。1.3.2存儲器在存儲單元的設計上，單片機的共同特點是將程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM分開，它們有各自的尋址機構(gòu)和尋址方式，51系列單片機片內(nèi)集成了一定容量的程序存儲器ROM（8031/8032/80C31系列單片機除外，片內(nèi)無ROM）和數(shù)據(jù)存儲器RAM，同時還具有強大的外部存儲擴展能力。51系列單片機存儲器配置如圖1-13所示。64KB的程序存儲器ROM中有7個地址具有特殊功能，即復位入口地址或系統(tǒng)程序啟動地址PC=0000H和5種中斷入口地址，如表1-5所示。1.3.3定時器/計數(shù)器

8、51單片機內(nèi)有兩個16位可編程的定時器/計數(shù)器：T0和T1。T0中包含兩個8位寄存器：TH0和TL0，其中，TH0為高8位，TL0為低8