片机结构及工作原理

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1、第1章51单片机结构及工作原理1.1微型计算机基础1.251单片机的基本组成和功能1.351单片机的内部结构1.451系列单片机的工作方式1975年，美国TexasInstruments公司成功研制了世界上第一台单片机，它的出现是计算机技术发展史上的一个里程碑，从此，计算机技术不仅在数值处理方面得到了进一步的发展，而且在智能化控制领域里也得到了迅猛的发展，并占有越来越重要的地位。51系列单片机是目前应用最广泛的单片机，该系列单片机简单易学，具有丰富的指令系统和高级语言编译系统。本章重点介绍单片机的基本概念、特点、结构以及工作方式等。第1章51单片

2、机结构及工作原理1.1微型计算机基础1．单片机的发展单片机的全称为单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer），它是将组成微型计算机的各个功能部件，如中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、基本输入/输出接口（I/O接口）、定时器/计数器以及串行通信接口等部件有机地结合在一块集成芯片中，构成一台完整的微型计算机，因此单片机又可以称为微处理器（MicrocontrollerUnit）。一个完整的单片机如图1-1所示。2.单片机的特点（1）采用哈佛结构体系（2）采用面向控制的指令系统（3）引脚功能复用（4

3、）片内随机存储器做寄存器（5）类型齐全（6）功能通用3.单片机的发展趋势（1）CPU的改进（2）存储器的改进（3）片内I/O的改进（4）外围电路的集成（5）低功耗1.1.2计算机中的数制及相互转换1．数制所谓的数制，是指数的制式，是人们利用符号计数的一种科学方法。数制有很多种，微型计算机中常用的数制有十进制、二进制、八进制和十六进制四种。1.251单片机的基本组成和功能51是Intel公司在1980年推出的8位高档单片机系列，是我国目前应用最广泛的一种单片机系列。51系列单片机的片内RAM容量、I/O端口系统扩展能力以及指令系统和CPU的处理功能

4、都非常强，尤其是51单片机系列所特有的布尔处理机，在逻辑处理与控制方面有着突出的性能。该系列单片机适合用于时控制、智能仪器仪表、自动机床、智能接口、总线实时分布式控制以及通用测控单元等领域。由于51系列单片机体积小、功能全、价格低廉、面向控制、开发应用方便，因此具有极强的竞争力。1.2.151系列单片机的主要功能51系列单片机芯片有许多种，如8051.8751.80C51.89C51.89S51等，其中以8051/80C51为核心，其他型号的单片机产品都是在此基础上发展起来的，主要功能基本相同，指令系统完全兼容，仅在内部结构和应用特性方面稍有差异

5、。51系列单片机的主要功能如下：（1）8位CPU（2）片内128KBRAM（3）片内4KBROM/EPROM（4）特殊功能寄存器区（5）2个优先级的5个中断源结构（6）4个8位并行I/O口（P0～P3）（7）2个16位定时器/计数器（8）全双工串行口（9）布尔处理器（10）64KB外部数据存储器地址空间（11）64KB外部程序存储器地址空间（12）片内振荡器及时钟电路1.2.251系列单片机基本结构51单片机的基本功能总体结构框图如图所示。1.2.351系列单片机外部引脚P3口线的第二功能1.351单片机的内部结构1.3.1中央处理单元中央处理单

6、元（CPU）是单片机内部的核心部件，它决定了单片机的主要功能特性，由运算器和控制器两大部分组成。1．运算器运算器是单片机的运算部件，用于实现算术逻辑运算、位变量处理、移位和数据传送等功能，以算术逻辑单元ALU为核心，加上累加器ACC、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2、程序状态字PSW以及十进制调整电路和专门用于位操作的布尔处理器组成。2．控制器控制器包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、数据指针DPTR、堆栈指针SP以及定时控制与条件转移逻辑电路等。它负责对来自存储器中的指令进行译码，并通过定时和控制电路在规定的时刻发出各种操作所

7、需要的控制信号，使各部件协调工作，完成指令所规定的操作。1.3.2存储器在存储单元的设计上，单片机的共同特点是将程序存储器ROM和数据存储器RAM分开，它们有各自的寻址机构和寻址方式，51系列单片机片内集成了一定容量的程序存储器ROM（8031/8032/80C31系列单片机除外，片内无ROM）和数据存储器RAM，同时还具有强大的外部存储扩展能力。51系列单片机存储器配置如图1-13所示。64KB的程序存储器ROM中有7个地址具有特殊功能，即复位入口地址或系统程序启动地址PC=0000H和5种中断入口地址，如表1-5所示。1.3.3定时器/计数器

8、51单片机内有两个16位可编程的定时器/计数器：T0和T1。T0中包含两个8位寄存器：TH0和TL0，其中，TH0为高8位，TL0为低8