《单片机硬件结构》PPT课件.ppt

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1、第二章微型计算机结构2-1微型计算机功能部件2-2微型计算机结构特点2-3微型计算机软件2-4MCS-51单片机结构介绍微型计算机结构和工作原理2-1微型计算机功能部件2-1微型计算机功能部件2-1-1中央处理器CPU1．算术逻辑单元ALU运算器的核心部件，执行算术运算、逻辑运算、移位、比较等各种数据处理的操作。CPU—微型计算机的核心部件CPU由运算器、控制器组成。(一)运算器运算器进行数据分析、计算和处理。2．寄存器组1)工作寄存器(通用寄存器)用来暂存ALU待处理的数据和中间结果。(一)运算器2)特殊功能寄存器SFR(专用寄存器)规定

2、了特殊用途的寄存器，其内容会影响计算机的工作方式和过程。3)累加器(Accumulator)使用最频繁的寄存器，配合ALU进行各种数据处理。(二)控制器1.指令部件：读取程序指令、指令译码、修改程序指针。1）程序计数器PC：存放当前指令地址。CPU执行程序时，先按PC给出的地址到存储器取一条指令，PC自动加1。CPU执行完一条指令，再到存储器取下一条指令，…。2)指令寄存器IR：暂存当前指令。指令操作码送指令译码器。3)指令译码器ID：将每条指令译码变成控制电平。处理程序指令，并协调各逻辑部件按一定时序工作。(二)控制器CPU执行程序的简要

3、过程：1)PC给出当前指令的存储地址。2.时序部件时钟和内部分频电路。时钟信号经过分频，与指令译码信号组合，形成一定节拍的时序信号，控制各逻辑部件协调工作。PC=程序存储器地址程序代码0000H指令代码10001H指令代码20002H指令代码3…N指令代码nPC=PC=2)CPU到存储器取指令，PC自动加13)指令译码器对指令译码，CPU执行指令。4)CPU到存储器取指令，PC=PC+1。5)CPU执行下一条指令，…指令代码i指令代码i指令寄存器2-1-2存储器与读写操作位b(bit)：一个二进制位，信息最小单位。字节B(Byte)：8位为

4、一个字节。字长W(WordLength)：一个字包含的二进制位数。(一)存储器基本信息单位(二)存储器结构存储器功能：存放程序和数据等信息。存储内容：程序或数据的二进制代码。存储地址：存储器每个单元的位置编号存储器容量：指存储单元的多少。如存储器容量为1KB=1024×8位。1KB存储器地址存储内容010011010101101011…102310100111(三)存储器读写操作存储器读：CPU从存储器中取出信息。存储器写：CPU将信息存入存储器。1KB存储器地址存储内容010011010101101011…102310100111CPU地

5、址内容读写控制存储器的读写操作：2.发出读写控制时序信号，对选定单元进行读或写。1.CPU先送出一个确定的单元地址给存储器(四)半导体存储器RAM：随机读写存储器。能方便读出和改写信息，但失电后信息将不复存在。RAM常用作数据存储器，暂存各种现场数据、运算结果和正在调试的程序。ROM：只读存储器。工作时从ROM中读出信息，不能随意改写。断电后信息不会丢失。ROM常用作程序存储器，存放已调试好的固定程序和常数。程序存储器：存放程序指令代码。每个指令周期CPU自动对程序存储器读操作。数据存储器：存放待处理数据。数据存储器读写操作发生在CPU执

6、行程序的过程中。2-1-3I/O接口I/O接口是联系微型计算机与外部设备的桥梁。每一台外部设备必须通过I/O接口与计算机连接。微型计算机有多种功能I/O接口：PIO：并行I/O接口。SIO：串行I/O接口。CTC：定时计数器。ADC、DAC：A/D、D/A转换器。INT：中断输入口。2-2微型计算机结构特点微型计算机由大规模集成电路组成，微型机应用系统一般也采用特定功能的大规模集成电路器件和组件。总线(Bus)：微型计算机各功能部件的连接线，各功能部件之间的公共信息通道。总线宽度：总线上能并行传送的二进制位数。内部总线：CPU或单片机芯片内

7、部各逻辑部件之间的信息传输线。通常为单总线结构。外部总线：指微型机各功能芯片之间的信息传输线。CPU或单片机芯片应用系统的主要外部引线。系统总线：微机系统各逻辑功能板卡之间的信息传输线。通常为统一标准总线。2-2微型计算机的结构特点2-2-1微型机的总线结构微型计算机总线的主要信号线：(二)数据总线DB双向三态。传送程序和数据的二进制代码。数据总线宽度一般与微型机的字长相同。(三)控制总线CB单向三态。传送各种控制脉冲、联络、状态电平等信号，使存储器、I/O接口等部件协调工作。控制总线的根数根据微型计算机控制功能的需要而定。(一)地址总线A

8、B单向三态。传送存储器和I/O接口的地址信息。地址总线宽度决定计算机寻址空间(最大寻址)。1KB存储器地址存储内容010011010101101011…102310100111C