MCS-51单片机的结构与原理.ppt

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第1章 MCS-51单片机的结构与原理
主要内容:
讨论MCS-51内部结构、特点、工作方式、时序和最小应用系统。为学生后续学****单片机应用系统设计、利用单片机解决工程实际问题打下坚实的基础。重点在于基本概念、组成原理、特点及MCS-51的最小应用系统。
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MCS-51单片机硬件结构及引脚
MCS-51系列单片机都是以Intel公司最早的典型产品8051为核心,增加了一定的功能部件后构成的,本章以8051为主介绍MCS-51系列单片机。
MCS-51单片机的内部结构
MCS-51单片机的组成: CPU(进行运算、控制)、RAM(数据存储器)、ROM(程序存储器)、I/O口(串口、并口)、内部总线和中断系统等。组成框图如下:
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内部结构如下:
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组成:运算器、控制器。8051的CPU包含以下功能部件:
(1)8位CPU。
(2)布尔代数处理器,具有位寻址能力。
(3)128B内部RAM数据存储器,21个专用寄存器。
(4)4KB内部掩膜ROM程序存储器。
(5)2个16位可编程定时器/计数器。
(6)32个(4×8位)双向可独立寻址的I/O口。
(7)1个全双工UART(异步串行通信口)。
(8)5个中断源、两级中断优先级的中断控制器。
(9)时钟电路,~12 MHz的时钟频率。
(10)外部程序/数据存储器寻址空间均为64KB。
(11)111条指令,大部分为单字节指令。
(12)单一+5V电源供电,双列直插40引脚DIP封装。
1. 中央处理器(CPU)
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(1)运算器
组成:8位算术逻辑运算单元ALU(Arithmetic Logic Unit)、8位累加器A(Accumulator)、8位寄存器B、程序状态字寄存器PSW(Program Status Word)、8位暂存寄存器TMP1和TMP2等。
功能:完成算术运算和逻辑运算。
(2)控制器
组成:程序计数器PC(Program Counter)、指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)、堆栈指针SP、数据指针DPTR、定时控制逻辑和振荡器OSC等电路。
功能:CPU根据PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出,存放在IR中,ID对IR中的指令码进行译码,定时控制逻辑在OSC配合下对ID译码后的信号进行分时,以产生执行本条指令所需全部信号。的全部信号。
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2. 存储器
(1)程序存储器放用户程序、数据和表格等信息。
MCS-51单片机按程序存储器可分为内部无ROM型(如8031)和内部有ROM型(如8051)两种,连接时引脚有区别。程序存储器结构如右图所示:
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(2)数据存储器 P14
一般将随机存储器(RAM)用做数据存储器。可寻址空间为64KB。MCS-51数据存储器可分为片内和片外两部分。
片外RAM:
最大范围:0000H~FFFFH,64KB;用指令MOVX访问。
片内RAM:
最大范围:00H~FFH,256B;用指令MOV访问。又分为两部分:低128B(00~7FH)为真正的RAM区,高128B(80~FFH)为特殊功能寄存器(SFR)区。如右图所示。
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(2)累加器A (Accumulator)
累加器A是8位寄存器,,是一个最常用的专用寄存器。在算术/逻辑运算中用于存放操作数或结果。
(3)寄存器B
寄存器B 是8位寄存器,是专门为乘除法指令设计的,也作通用寄存器用。
(1)程序计数器PC(Program Counter) 程序计数器PC在物理上是独立的,它不属于SFR存储器块。
PC是一个16位的计数器,专门用于存放CPU将要执行的指令
地址(即下一条指令的地址),寻址范围为64KB,PC有自动
加1功能,不可寻址,用户无法对它进行读写,但是可以通过
转移、调用、返回等指令改变其内容,以控制程序执行的顺序。