《单片机原理及应用》第二章 单片机的基本结构与工作原理

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1、《单片机原理及应用》第二章单片机的基本结构与工作原理主要内容MCS-51总体结构MCS-51时钟及CPU工作时序MCS-51存储器配置第二章单片机的基本结构与工作原理MCS-51总体结构MCS-51系列基本产品型号：8051、8031、8751称为51子系列。不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。第二章单片机的基本结构与工作原理硬件基本配置：8位CPU片内ROM/EPROM、RAM片内并行I/O接口片内16位定时器/计数器片内中断处理系统片内全双工串

2、行I/O口第二章单片机的基本结构与工作原理MCS-51单片机引脚电源引脚Vcc和Vss外接晶振引脚XTAL1,XTAL2I/O引脚P0、P1、P2和P3控制和复位引脚ALE、、、RET第二章单片机的基本结构与工作原理1．I/O口线功能4个8位并行I/O接口引脚:P0.0～P0.7（低8位地址、数据、I/O口）P1.0～P1.7（准双向口）P2.0～P2.7（高8位地址、I/O）P3.0～P3.7（I/O口、第二功能）为多功能引脚，可自动切换用作数据总线、地址总线、控制总线和或I/O接口外部引脚。第二章单片机的

3、基本结构与工作原理2．控制线ALE：地址锁存允许信号端PSEN：外部程序存储器读选通信号端EA/VPP：程序存储器选择信号端和编程电源输入端RST/VPD：复位信号端和后备电源输入端。输入10ms以上高电平脉冲，单片机复位。VPD使用后备电源，可实现掉电保护。第二章单片机的基本结构与工作原理MCS-51单片机内部结构(图)第二章单片机的基本结构与工作原理中央处理器CPU一、CPU内部结构1.算术逻辑运算单元ALU(8位)+、–、×、÷算术运算，与、或、非、异或逻辑运算、循环移位、位处理。2.寄存器阵列(1)工

4、作寄存器R0～R7（8位）暂存运算数据和中间结果。4个工作寄存器区，工作寄存器0区～3区。每个区均含8个寄存器R0～R7。第二章单片机的基本结构与工作原理用PSW中的两位PSW.4和PSW.3来切换工作寄存器区，选用一个工作寄存器区进行读写操作。(2)累加器Acc(8位)需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过A累加器。(3)寄存器B(8位)与A累加器配合执行乘、除运算。亦可作通用寄存器。(4)程序状态字PSW(8位)存放ALU运算过程的标志状态CyACF0RS1RS0OV—P第二章单片机的基本结构与工作原理

5、进位/辅助进位/用户定/选工作寄/溢出标志/奇偶标志(5)数据指针DPTR(16位)存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。可分成两个8位寄存器DPH、DPL使用。(6)堆栈指针SP(8位)按“先进后出、后进先出”的原则存取数据的存储区。MCS-51堆栈设在片内RAM区。数据入栈/出栈时，SP自动加1/减1，其内容始终为栈顶地址。复位时：SP=07H。第二章单片机的基本结构与工作原理(7)程序计数器PC(16位)CPU总是按PC的指示读取程序。PC可自动加1。因此CPU执行程序一般是顺序方式。当发生转移、子

6、程序调用、中断和复位等操作，PC被强制改写，程序执行顺序也发生改变。复位时：PC=0000H。第二章单片机的基本结构与工作原理三总线结构：1.地址总线(AdressBus)总线宽度为16位，可访问64K外部存储器。A0~A7——P0口(经锁存器)A8~A15——P2口2.数据总线(DataBus)总线宽度为8位(P0)3.控制总线(ControlBus)由P3口和4根独立控制线组成第二章单片机的基本结构与工作原理MCS-51时钟时钟频率范围要求在1.2MHz～12MHz之间。1．内部时钟方式：内部一个高增益反

7、相放大器与片外石英晶体或陶瓷谐振器构成了一个自激振荡器。晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时钟频率。2．外部时钟方式：外部振荡器输入时钟信号。XTAL1单片机XTAL2第二章单片机的基本结构与工作原理振荡周期：为单片机提供定时信号的振荡源周期。时钟周期：又称状态周期或S周期。时钟周期是振荡周期的两倍。机器周期：完成一个基本操作所需要的时间。一个机器周期由12个时钟周期组成。指令周期：一条指令的执行时间。以机器周期为单位可分为：单周期、双周期和四周期指令。若外接晶振为12MHz时，MCS-51单片机的四个周期的具

8、体值为：振荡周期＝1／12us；时钟周期＝1／6us；机器周期＝1us；指令周期＝1～4us；第二章单片机的基本结构与工作原理MCS-51单片机存储器空间结构图图（a）是程序存储器，图（b）是内部数据存储器，图（c）是外部数据存储器第二章单片机的基本结构与工作原理一、五个独立的存储空间1．64KB程序存储器空间(0～0FFFFH)2.256B片内数据存储器空间(0~0FFH)3.128B片内特殊功能