第2章_MCS-51单片机硬件结构和原理.ppt

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1、单片机原理与应用第2章MCS-51单片机硬件结构和原理9/21/20211MCS-51单片机的总体结构；MCS-51单片机的CPU结构；MCS-51单片机的存储器结构；MCS-51单片机并行I/O口结构；MCS-51单片机引脚功能；MCS-51单片机时钟电路和CPU时序MCS-51单片机的工作方式本章教学内容9/21/20212熟悉MCS-51单片机CPU内部组成结构、各功能部件的作用；掌握存储器的组织结构；掌握P0～P3并行I/O口结构；掌握MCS-51单片机引脚功能；掌握时钟电路、CPU时序和复位电路。本章教学要求9/21/202132.1MCS-51系列

2、单片机的总体结构自从Intel公司于20世纪80年代初推出MCS-51系列单片机以后，所有的51系列单片机都是以Intel公司最早的典型产品8051为核心，增加一定的功能部件后构成的。本章以8051为主阐述MCS-51系列单片机的系统结构、工作原理和应用中的一些技术问题。MCS-51系列可分为两大系列：51子系列和52子系列。51子系列主要有8031、8051和8751三种机型。52子系列主要有8032、8052和8752三种机型。9/21/20214表2-1MCS-51系列单片机的性能一览表2.1MCS-51系列单片机的总体结构9/21/20215单片机芯片D

3、IP形式QFP形式9/21/202162.1单片机的内部结构51单片机内部主要部件9/21/202172.1单片机的内部结构一个8位CPU；4KB程序存储器，采用ROM或EPROM（8031无ROM）；128B通用数据存储器RAM；21个特殊功能寄存器（SFR）；4个8位并行口，其中P0、P2、P3是复用口（P0和P2为地址/数据线，可寻址64KBROM和64KBRAM）；一个可编程全双工串行口；具有5个中断源，两个优先级嵌套结构；两个16位定时/计数器；一个片内振荡器与时钟电路。51单片机内部主要器件9/21/202182.2中央处理器（CPU）单片机的核心部

4、分是CPU，由运算器、控制器和布尔（位）处理器组成。9/21/202192.2.1运算器运算器——算术逻辑单元（ALU）包括：累加器（ACC）程序状态字（PSW）暂存器B寄存器等部件运算器的组成9/21/202110算术/逻辑部件算术/逻辑部件ALU是用于对数据进行算术运算和逻辑操作的执行部件，由加法器和其他逻辑电路（移位电路和判断电路等）组成。在控制信号的作用下，完成算术加、减、乘、除和逻辑与、或、异或等运算，以及循环移位操作、位操作等功能。2.2.1运算器1.算术/逻辑部件9/21/2021112.累加器累加器是一个8位寄存器。在指令系统中，累加器在直接寻址

5、时的助记符为ACC。除此之外全部用助记符A表示。2.2.1运算器累加器9/21/2021123.B寄存器在进行乘法、除法运算时，B寄存器作为ALU的输入之一，与ACC配合完成运算，并存放运算结果。在无乘除运算时，它可作为内部RAM的一个单元。2.2.1运算器寄存器9/21/202113程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW是一个8位寄存器，用来存放运算结果的一些特征。进位标志位半进位标志位用户自定义标志位工作寄存器组选择位溢出标志位奇偶校验标志位2.2.1运算器4.程序状态字寄存器9/21/202114RS1、RS0与片内工作寄存器组的对应关系2.2.1运算器片

6、内四组工作寄存器的选择9/21/2021152.2.2控制器定时控制逻辑指令寄存器数据指针（DPTR）程序计数器（PC）堆栈指针（SP）地址寄存器地址缓冲器控制器的组成控制器是CPU的大脑中枢，它包括：9/21/2021161.程序计数器程序计数器（ProgramCounter，PC）用来存放下一条要执行的指令的地址。当按照PC所指的地址从存储器中取出一条指令后，PC会自动加l，即指向下一条指令。2.2.2控制器程序计数器9/21/2021172.指令寄存器和指令译码器指令寄存器(IR)和指令译码器（ID）的功能是对将要执行的指令进行存储和译码。当指令送入指令寄

7、存器后，对该指令进行译码，即把指令转变成所需的电平信号，CPU根据译码输出的电平信号，使定时控制电路产生执行该指令所需的各种控制信号，以便计算机能正确地执行指令所要求的操作。2.2.2控制器指令寄存与译码9/21/2021183.堆栈指针堆栈指针（StackPointer，SP）是指在片内RAM的l28B（52子系列为256B）空间中开辟的堆栈区的栈顶地址，并随时跟踪栈顶地址变化。堆栈是按先进后出的原则存取数据的，开机复位后，单片机栈底地址为07H。2.2.2控制器堆栈指针9/21/2021194.数据指针由于8051系列单片机可以外接64KB的数据存储器和I/

8、O接口电路，故在单片机内