第2章 AT89C51的结构和原理.doc
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第2章AT89C51的结构和原理难点单片机的内部结构程序状态字PSW单片机P3口的第二功能单片机的指令时序要求掌握:单片机的引脚信号功能定义单片机的工作寄存器、PSW及程序存储器中的中断入口地址单片机各I/O口的特点单片机的复位电路、时钟电路及指令时序了解:MCS-51系列单片机的主要型号单片机的系统结构和内部结构单片机的低功耗方式HYPERLINK"http://www.xaiu.com/rjkf/SCM_Site/khxt/chp02/2-1.asp"2.1MCS—51系列单片机的结构原理HYPERLINK"http://www.xaiu.com/rjkf/SCM_Site/khxt/chp02/2-2.asp"2.2MCS—51单片机的存储器HYPERLINK"http://www.xaiu.com/rjkf/SCM_Site/khxt/chp02/2-3.asp"2.3MCS-51单片机输入/输出(I/O)口HYPERLINK"http://www.xaiu.com/rjkf/SCM_Site/khxt/chp02/2-4.asp"2.4HYPERLINK"http://www.xaiu.com/rjkf/SCM_Site/khxt/chp02/2-4.asp"单片机的工作方式2.1MCS—51系列单片机的结构原理2.1.1MCS-51单片机逻辑结构MCS-51单片机采用的是冯.诺伊曼提出的经典计算机体系结构框架,即一台计算机是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备共五个基本部分组成。MCS-51单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O口等。MCS-51单片机的系统结构框图如图2.1所示。图2.1MCS-51单片机系统结构框图由图2.1可以看出,单片机内部主要包含下列几个部件:一个8位CPU;一个时钟电路;4Kbyte程序存储器;128byte数据存储器;两个16位定时/计数器;64Kbyte扩展总线控制电路;四个8-bit并行I/O端口;一个可编程串行接口;五个中断源,其中包括两个优先级嵌套中断。2.1.2MCS-51单片机内部结构MCS-51单片机芯片内部结构框图如图2.2所示。图2.2MCS-51单片机芯片内部结构1.CPUCPU即中央处理器的简称,是单片机的核心部件,它完成各种运算和控制操作,CPU由运算器和控制器两部分电路组成。(1)运算器电路运算器电路包括ALU(算术逻辑单元)、ACC(累加器)、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存器2等部件,运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。运算电路以ALU为核心单元,可以完成半字节、单字节以及多字节数据的运算操作,其中包括加、减、乘、除、十进制调整等算术运算以及与、或、异或、求补和循环等逻辑操作,运算结果的状态由状态寄存器保存。(2)控制器电路控制器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作,协调单片机各部分正常工作。程序计数器PC用来存放即将要执行的指令地址,它可以完成64K的外部存储器寻址,执行指令时,PC内容的高8位经P2口输出,低8位经P0口输出。数据指针DPTR为16位数据指针,它可以对64K的外部数据存储器和I/O口进行寻址,它的低8位为DPL(地址82H),高8位为DPH(地址为83H)。堆栈指针SP在片内RAM(128字节)中开辟栈区,并随时跟踪栈顶地址,它按先进后出的原则存取数据,上电复位后,SP指向07H。2.定时器/计数器MCS-51单片机片内有两个16位的定时/计数器,即定时器0和定时器1。它们可以用于定时控制、延时以及对外部事件的计数和检测等。3.存储器MCS-51系列单片机的存储器包括数据存储器和程序存储器,其主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是相互独立的,物理结构也不相同。对MCS-51系列(8031除外)而言,有4个物理上相互独立的存储器空间:即内、外程序存储器和内、外数据存储器。对于8051其芯片中共有256个RAM单元,其中后128个单元被专用寄存器占用,只有前128个单元供用户使用。4.并行I/O口MCS-51单片机共有4个8位的I/O口(P0、P1、P2和P3),每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。P0口为三态双向口,能带8个TTL门电路,P1、P2和P3口为准双向口,负载能力为4个TTL门电路。5.串行I/O口MCS-51单片机具有一个采用通用异步工作方式的全双工串行通信接口,可以同时发送和接收数据。它具有两个相互