单片微机原理及应用课件 第2章 MCS-51单片机的内部结构.ppt
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§2-3CPUMCS-51系列单片机是因特公司1980推出的高档8位机分为二个子系列,、三个版本:2.1MCS-51单片机结构一、总体结构1、中央处理单元CPU(8位)用于数据处理、位操作(位测试、置位、复位)2、只读存储器ROM(4KB或8KB)用于永久性存储应用程序,掩膜ROM、EPROM、EEPROM3、随机存取存取器RAM(256B)用于程序运行中存储工作变量和数据4、并行输入/输出口I/O,P0~P4(32线)用作系统总线、扩展外存、I/O接口芯片5、一个串行输入/输出口UART(二线)串行通信、扩展I/O接口芯片6、两个定时/计数器T(16位增量可编程)它与CPU之间各自独立工作,当它计数满时向CPU中断7、时钟电路fosc分为内部振荡器、外接振荡电路8、中断系统五源中断、两级优先,可编程进行控制。9、可以寻址64KB的程序存储器和的64KB的外部数据存储器。二、MCS-51单片机内部结构2.2MCS-51单片机外部引脚封装形式,见右图:图为MCS-51系列单片机引脚图及逻辑符号,它们为标准的40脚DIP封装。引脚功能简述:1、主电源引脚Vss(20)接地、Vcc(40)接+5V2、外接晶振引脚XTAL1(19)、XTAL2(18)用于产生震荡时钟脉冲。3、控制或复位引脚RST/VPD(9)(1)复位信号输入端。当出现两个机器周期高电平时,单片机复位。复位后,P0~P3输出高电平;SP寄存器为07H;其它寄存器全部清0;不影响RAM状态。(2)备用电源输入端。Vcc掉电后,此引脚可接备用电源,在低功耗下,保持内部RAM中的数据。复用功能参考复位电路如下:11ALE/PROG(30)——地址锁存控制端。具有复用功能(1)地址锁存允许:当单片机访问外部ROM时,用来锁存由P0口送出的低8位地址。不访问外部ROM时,提供1/6fosc振荡频率,可用于定时或对外输出脉冲。(2)为8751片内的EPROM输入编程脉冲。=0时,只访问外部程序存储器,即外部ROM4、输入/输出引脚有四个I/O口,每口八条线;还兼作地址/数据线。P0口(P0.0~P0.7):该端口为漏极开路的8位双向口,负载能力为8个LSTTL负载,它为8位地址线和8位数据线的复用端口。P1口(P1.0~P1.7):它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口,P1口的驱动能力为4个LSTTL负载。P2口(P2.0~P2.7):它为一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口,P2口的驱动能力也为4个LSTTL负载。在访问外部程序存储器时,它作存储器的高8位地址线。P3口(P3.0~P3.7):P3口同样是内部带上拉电阻的8位准双向I/O口,P3口除了作为一般的I/O口使用之外,其还具有特殊功能。P3口的第二功能表2.3CPUCPU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PSW、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。2.中的大部分数据操作都是通过累加器进行的,故累加器的使用是十分频繁的。2、B寄存器B寄存器为8位寄存器,主要用于乘除指令中。乘法指令的两个操作数分别取自累加器A和寄存器B,其中B为乘数,乘法结果的高8位存放于寄存器B中。除法指令中,被除数取自A,除数取自B,除法的结果商数存放于A,余数存放于B中。在其它指令中,B寄存器也可作为一般的数据单元来使用。3、程序状态字PSW程序状态字是一个8位寄存器,它包含程序的状态信息。在状态字中,有些位状态是根据指令执行结果,由硬件自动完成设置的,而有些状态位则必须通过软件方法设定。PSW中的每个状态位都可由软件读出,PSW的各位定义如下表所示。PSW的各状态位定义(3)用户标志位该位为用户定义的状态标记,用户根据需要用软件对其置位或清零,也可以用软件测试F0来控制程序的跳转。(4)RS1和RS0:寄存器组选择控制位该两位通过软件置“0”或“1”来选择当前工作寄存器组。(5)OV:溢出标志位当执行算术指令时,由硬件置位或清零来指示溢出状态。在带符号的加减运算中,OV=1表示加减运算结果超出了累加器A所能表示的符号数有效范围(-128~+127),即运算结果是错误的,反之,OV=0表示运算正确,即无溢出产生。无符号数乘法指令MUL的执行结果也会影响溢出标志,若置于累加器A和寄存器B的两个数的乘积超过了255,则OV=1,反之OV=0。由于乘积的高8位存放于B中,低8位存放于A中,OV=0则意味着只要从A中取得乘积即可,否则要从BA寄存器对