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第二章单片机内部结构
硅谷芯微技术贡献
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本章重点:
♦单片机内部有哪些硬件资源
♦处理器
♦管脚定义
--- 复位原理
--- 脉冲时序
♦存储结构
--- ROM区地址编址
--- RAM区存储结构
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单片机硬件资源
单片机的内部结构如图所示,主要包括CPU,存储器
和I/O口,时钟,定时器,中断以及串口。
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微处理器的组成
1 算术逻辑单元ALU 对8位二进制数据进行算术/、加1和减1运算、十进制调整、逻辑操作。2 暂存器TEMP1、TEMP2 用于存放参与运算的数据,用户不可以直接使用。3 /A  8位寄存器,是CPU中使用最频繁的寄存器进入ALU作算术和逻辑运算的操作数多来自于A,运算结果也常送回A保存。4 寄存器B(8位) 寄存器B是为ALU进行乘除法运算而设置的。若不作乘除运算时,则可作为通用寄存器使用。在乘、除运算中,与累加器A配合使用,存放操作数。5 程序状态字PSW(8位专用寄存器) 寄存/存贮当前机器指令/程序执行后操作结果的特征状态,以供程序查询和判别。
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 主要由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、堆栈指针SP、数据指针DPTR、时钟发生器及定时控制逻辑等组成。控制器用以控制计算机各部分协调工作的部件,控制指令的读取、译码/分析和执行。 程序计数器(Program Counter简称PC),是一个16位的有自动加1功能的计数器。PC没有地址,是不可寻址的,因此用户不能对它进行读写。16位PC中的内容总是CPU将要执行的那条指令所存放的存储单元的首地址。 在单片机复位时,PC中的内容为0000H,指向第1条要执行的指令的首地址,在CPU从存储单元取指令的过程中,每取1个字节的内容,程序计数器PC就自动加1,在取完这条指令后,PC中的内容就是下一条要执行的指令所存放的存储单元的首地址。 在实际应用中,有时CPU还要执行程序的转移、子程序的调用和中断响应等操作,那时PC中的内容不再是上述情况中简单的加1,而是根据不同的情况自动地被置入或修改成新的目的地址,从而改变程序的执行顺序。PC不属于特殊功能寄存器。
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单片机管脚说明
51单片机有40个管脚,其中32根IO、2根时钟信号线、2根电源线、4根控制线,管脚定义如图所示:
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P0~P3:4个8位双向输入输出端口,每个端口都有锁存器、输出
驱动器和输入缓冲器。4个端口都可以做输入输出口使用,其中,P0
和P2通常用于对外部存储器的访问。在这种方式下,把P0口作为地
址/数据总线使用,分时输出外部存储器的地址和传送8位数据。当
扩充外部存储器的地址为16位时,P2口作为地址总线的高8位地址使
用。P3口是一个多功能的端口, P3口第二功能如表所示:
输入输出端口
端口
第二功能

RXD(串行输入口)

TXD(串行输出口)

(外部中断0输入口)

(外部中断1输入口)

T0(定时/计数器0的外部输入口)

T1(定时/计数器1的外部输入口)

(片外数据存储器“写选通控制”输出)

(片外数据存储器“读选通控制”输出)
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控制管脚
第29号引脚:当访问外部程序存储器时,此脚输出负脉冲选通信
号,PC的16位地址将出现在P0和P2口,PC的16位地址数据将出现在P0和
P2口上,外部程序存储器则把指令数据放到P0口上,由CPU读入并执行。
第30号引脚:ALE,地址锁存引脚,当访问外部程序存储器时,
ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器
时,ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号,这个信号可以用于识别
单片机是否工作,也可以当作一个时钟向外输出。
第31号引脚:程序存储器的内外部选通线,80C51内置有4kB的程序
存储器,当EA为高电平并且程序地址小于4kB时,读取内部程序存储器指
令数据,而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平,则不管地
址大小,一律读取外部程序存储器指令。
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振荡周期:晶振的振荡周期,为最小的时序单位(、
12MHz、24MHz三种晶振,可以通过跳线冒进行选择)。
机器周期:一个机器周期由12个振荡周期组成,是计算机执行一个基本操作的时间
单位。
指令周期:执行一条指令所需要的时间,一条指令由1~4个机器周期组成,依据指
令的不同而不同。
振荡周期、机器周期、指令周期之间的换算如下(假设所使用的晶振为12MHz):