片機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理1

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1、第二章單片機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理主要內(nèi)容MCS-51總體結(jié)構(gòu)MCS-51時鐘及CPU工作時序MCS-51存儲器配置MCS-51系列基本產(chǎn)品型號：8051、8031、8751稱為51子系列。不同型號MCS-51單片機CPU處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容，只是存儲器和I/O接口的配置有所不同。MCS-51總體結(jié)構(gòu)硬件基本配置：8位CPU片內(nèi)ROM/EPROM、RAM片內(nèi)并行I/O接口片內(nèi)16位定時器/計數(shù)器片內(nèi)中斷處理系統(tǒng)片內(nèi)全雙工串行I/O口電源引腳Vcc和Vss外接晶振引腳XTAL1,XTAL2I/O引腳P0、P1、P2和P3控制和復位引腳ALE、、、RSTMCS-51單片機引腳1．I/O口線

2、功能4個8位并行I/O接口引腳:P0.0～P0.7（低8位地址、數(shù)據(jù)、I/O口）P1.0～P1.7（準雙向口）P2.0～P2.7（高8位地址、I/O）P3.0～P3.7（I/O口、第二功能）為多功能引腳，可自動切換用作數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和或I/O接口外部引腳。MCS-51單片機引腳2．控制線ALE：地址鎖存允許信號端PSEN：外部程序存儲器讀選通信號端EA/VPP：程序存儲器選擇信號端和編程電源輸入端RST/VPD：復位信號端和后備電源輸入端。輸入2個機器周期以上高電平脈沖，單片機復位。VPD使用后備電源，可實現(xiàn)掉電保護。MCS-51單片機引腳MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖)中央處

3、理器CPU一、CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.算術(shù)邏輯運算單元ALU(8位)+、–、×、÷算術(shù)運算，與、或、非、異或邏輯運算、循環(huán)移位、位處理。2.寄存器陣列(1)工作寄存器R0～R7（8位）暫存運算數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。4個工作寄存器區(qū)，工作寄存器0區(qū)～3區(qū)。每個區(qū)均含8個寄存器R0～R7。用PSW中的兩位PSW.4和PSW.3來切換工作寄存器區(qū)，選用一個工作寄存器區(qū)進行讀寫操作。(2)累加器Acc(8位)需要ALU處理的數(shù)據(jù)和計算結(jié)果多數(shù)要經(jīng)過A累加器。(3)寄存器B(8位)與A累加器配合執(zhí)行乘、除運算。亦可作通用寄存器。(4)程序狀態(tài)字PSW(8位)存放ALU運算過程的標志狀態(tài)CyACF0RS1RS0OV

4、—P進位/輔助進位/用戶定/選工作寄/溢出標志/奇偶標志(5)數(shù)據(jù)指針DPTR(16位)存放片外存儲器地址，作為片外存儲器的指針?？煞殖蓛蓚€8位寄存器DPH、DPL使用。(6)堆棧指針SP(8位)按“先進后出、后進先出”的原則存取數(shù)據(jù)的存儲區(qū)。MCS-51堆棧設(shè)在片內(nèi)RAM區(qū)。數(shù)據(jù)入棧/出棧時，SP自動加1/減1，其內(nèi)容始終為棧頂?shù)刂?。復位時：SP=07H。(7)程序計數(shù)器PC(16位)CPU總是按PC的指示讀取程序。PC可自動加1。因此CPU執(zhí)行程序一般是順序方式。當發(fā)生轉(zhuǎn)移、子程序調(diào)用、中斷和復位等操作，PC被強制改寫，程序執(zhí)行順序也發(fā)生改變。復位時：PC=0000H。MCS-51單片機

5、的片外總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)：1.地址總線(AdressBus)總線寬度為16位，可訪問64K外部存儲器。A0~A7——P0口(經(jīng)鎖存器)A8~A15——P2口2.數(shù)據(jù)總線(DataBus)總線寬度為8位(P0)3.控制總線(ControlBus)由P3口和4根獨立控制線組成微處理器CPUROMRAMI/O接口外設(shè)地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB單片機的片外總線MCS-51時鐘時鐘頻率范圍要求在1.2MHz～12MHz之間。1．內(nèi)部時鐘方式：內(nèi)部一個高增益反相放大器與片外石英晶體或陶瓷諧振器構(gòu)成了一個自激振蕩器。晶體振蕩器的振蕩頻率決定單片機的時鐘頻率。XTAL1單片機XTAL22．外部時鐘

6、方式：外部振蕩器輸入時鐘信號。振蕩周期：為單片機提供定時信號的振蕩源周期。時鐘周期：又稱狀態(tài)周期或S周期。時鐘周期是振蕩周期的兩倍。機器周期：完成一個基本操作所需要的時間。一個機器周期由12個振蕩周期組成。指令周期：一條指令的執(zhí)行時間。以機器周期為單位可分為：單周期、雙周期和四周期指令。若外接晶振為12MHz時，MCS-51單片機的四個周期的具體值為：振蕩周期＝1／12us；時鐘周期＝1／6us；機器周期＝1us；指令周期＝1～4us；MCS-51工作時序ALE時鐘S1S4S6S5S3S2讀操作碼讀操作碼(無效)(a)1字節(jié)1周期指令讀下一指令S1S4S6S5S3S2讀操作碼讀第二字節(jié)(b)

7、2字節(jié)1周期指令讀下一指令S1S4S6S5S3S2讀操作碼讀操作碼(無效)(c)1字節(jié)2周期指令讀下一指令S1S4S6S5S3S2MCS-51單片機存儲器空間結(jié)構(gòu)圖圖（a）是程序存儲器，圖（b）是內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，圖（c）是外部數(shù)據(jù)存儲器一、五個獨立的存儲空間1．64KB程序存儲器空間(0～0FFFFH)2.256B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間(0~0FFH)3.128B片內(nèi)特殊功能寄存器空間(80~0FFH)4.位尋址