第二章单片机芯片的硬件结构

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第二章单片机芯片的硬件结 构
2.1 MCS - 51单片机逻辑结构及信号引脚
频率基准源 振荡器及定 时电路
CPU
中断 中断
4 K /8K 字节程序 存储器 ROM
内部总线
128 /256 字 节数据存储 器 RAM
64K 字节总 线扩展控制
控制
可编程 I/O 口 4× 8 位
并行 I/O 口
计数器 2 个 16 位定 时器 / 计数器
2.2 MCS-51单片机的内部存储器
外部 ROM /EA=0
程序存储器
外部 RAM (64K)
数据存储器
2.2 MCS-51单片机的内部存储器
物理上分为:4个空间
外部 即片内ROM、片外R外O部 M
ROM /EA=0
片内RAM、片外R(R6AA4KMM)
程序存储器
数据存储器
2.2 MCS-51单片机的内部存储器
F0H
ACC
E7
E6
E5
E4
E3
E2
E1
E0
E0
PSW
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
D0H
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
/
P
IP
BF
BE
BD
BC
BB
BA
B9
B8
B8H
P3
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
B0H
P3.7 P3.6 P3.5 P3. 4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0
IE
A8H
P2
D.在变址寻址方式中把累加器作为变址寄存器用.
(2)B——B寄存器,乘、除法运算用。
B寄存器是一个8位寄存器,主要用于乘除运算.乘 法运算时,B为乘数.乘法操作后,乘积的高8位存 于B中.除法运算时,B为除数.除法操作后,余数存 于B中.此外B寄存器也可作为一般数据寄存器使 用.
(3)PSW——程序状态字寄存器:包含程序运行状态、信息。
20H~2FH) 16个字节,128个可操作位。
每一位都有一个位地址,范围 为:00H—7FH
(2)位寻址区
访位问操方作式::置1或清0 置清12序、、10号::直字SC接节ELTR位地B 地址址.位SSEETTBB
0DH 21H.5
位寻址区(20H—2FH)16个字节。 16*8=128位,每一位都有一个位地址,范围为: 00H—7FH,位地址区也可作为一般RAM使用。
二、内部数据 存储器
物理上分为两大区 域:00H ~ 7FH即 128B内RAM区
80H ~ FFH即SFR区 。
1、低128B RAM(00H~7FH) 可直接、间接访问。
分为三个区域 (1)工作寄存器组区(字节地 址00H~1FH) 4组32个单元,每组8个寄存器 R0、R1、R2……R7
工作寄存 器组区
(1)工作寄存器组区(
字节地址00H~1FH) 4组32个单元,每组8个寄存器 R0、R1、R2……R7
R7
0FH MOV 08H,#12H
R6
0EH MOV R0,#12H
R5
0DH
R4
0CH 通过寄存器PSW的
R3
两个位RS1、RS0 0BH 来控制当前工作寄
R2
0AH 存器组的选择。
R1
09H
(1)工作寄存器组区(字节地 址00H~1FH) 4组32个单元,每组8个寄存器 R0、R1、R2……R7
R7
R6 R5 R4 R3
R2 R1 R0 12H
07H 06H
05H 04H 03H 02H 01H 00H
MOV 00H,#12H
通过直接数值 地址进行访问
MOV R0,#12H 通过寄存器名 字(即符号 地址)进行访问
可编程 串行口
串行输入 / 输出
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、片内程序存储器ROM(4KB) 用于存放程序、原始数据及表格
3、片内数据存储器RAM(128B) 用于存放可以读或写的数据,如运算的中间结果,最终
结果以及欲显示的数据等 4、并行输入/输出口 I / O(32线)
,寻址内部ROM;
当PC值超过片内ROM容量时会自动转向 外部存储 器空间。
,寻址外部ROM。
8031单片机
接低电平。
作 用: 存放程序及程序运行时所需的常数。
七个具有特殊含义的单元是:
0000H —— 系统复位,PC指向此处; 0003H —— 外部中断0入口 000BH —— T0溢出中断入口 0013H —— 外中断1入口 001BH ——T1溢出中断入口 0023H —— 串口中断入口 002BH —— T2溢出中断入口
用作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片 5、串行输入/输出口 UART (二线)
串行通信、扩展I / O接口芯片
6、定时/计数器 T(16位增量可编程) 每个定时器/计数器都是可以设置成计数方式,用以对外
部事件计数,也可以设置成定时方式,并可以根据计数或 定时的结果实现计算机控制
7、时钟电路 fosc 分为内部振荡器、外接振荡电路,最高允许振荡频率是
(3)数据指针DPTR
@DPTR;指明访问的数据存储器的单元地址,16位, 寻址范围64KB。 DPTR = DPH + DPL,也可单独使 用。
3、并行输入/输出端口 寄存器P0、P1、P2、P3实为相应端口锁存器。 4、串行输入/输出端口 (1)串行数据缓冲器 SBUF 是物理上独立的两个寄存器,共同使用一个地址(99H) 。 (2)串行控制/状态寄存器SCON 控制监视串行口的工作状态 (3)电源控制寄存器PCON 控制单片机的低功耗工作方式及波特率选择。
PSW CY AC F0 OV RS1 RS0 — P
CY —— 进位/借位标志;位累加器。 AC —— 辅助进/借位标志;用于十进制调整。 F0 —— 用户定义标志位;软件置位/清零。 OV —— 溢出标志; 硬件置位/清零。 P —— 奇偶标志;A中1的个数为奇数 P = 1;否则 P = 0。 RS1、RS0 ——寄存器区选择控制位。
复位后,PC=0000H,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。
复位电路的实现:
ALE / PROG —— 地址锁存控制端 提供1/6 fosc振荡频率;为其内的EPROM输入编程脉冲 PSEN —— 外部程序存储器的读选通信号端
EA / Vpp wk.baidu.com— 内\外ROM选择端
0 0 : 0区 R0 ~ R7 0 1 : 1区 R0 ~ R7 1 0 : 2区 R0 ~ R7 1 1 : 3区 R0 ~ R7
2、指针寄存器
(1)程序计数器PC
指明即将执行的下一条指令的地址(程序存储器地址), 在物理上独立,复位时PC = 0000H。
(2)堆栈指针SP
指明栈顶元素的地址,8位,可软件设置初值,复位时 SP = 07H。
2.控制器
控制器包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、堆栈 指针SP、数据指针DPTR、振荡器及定时电路等。
1)程序计数器PC:由两个8位的计数PCH及PCL组成,共16位。 P2)C实指际令上寄是存程器序IR的及字指节令地译址码计器数ID器:由,PPCC中中的的内内容容指是定将R要O执M行地的址下, 一对取并3)条6出送4堆K指来P栈LB令的A的指产的指R针生地令OSM一址经P (定。指程序改令序列变寄存的存PC储控器的器制I内R)信送容直号至就接,指可寻以令改址执译变。行码程指器序令I执D所,行由规的ID定方对的向指操。令作P译C。码可 4)数据指针DPTR:
12MHZ 8、中断系统
五源中断、两级优先,可编程进行控制。
9、位处理器
10、总线
MCS-51单片机芯片内部逻辑结构
1.CPU又称为微处理器,由运算器和控制器二部组成。
1.运算器
组成:由算术运算单元ALU 及相关的专用寄存器组组成 。
功能:1)算术逻辑单元ALU 在控制信号作用下可进行各 种算术运算操作各逻辑操作 。
程序的切换(两句话)
= PC 深从句处它刻此占理干地可有器啥理以了是,解知P个它CP道傻就,C,瓜干哪是哪,啥个理个。P语解C语句让系统
进就PC行占是程有个序了指执处路行理器的器,关。它键指。向哪 儿,处理器就去哪儿。
PC的功能: 1、提供初始状态功能。
2、系提统供复位计时数PC功=0能00。0H,即指向 R指自O3令M动、所的执在提在在一行顺跳的开供(序P跃单始C结程结)元单+构构序。1元的送的,的程入程找序P转序C到执,执移程行最行序功时终时第,能P,一C系的系。条统统
2)专用寄存器组主要用于 指示当前所执行指令的内存 地址、存放操作数和指示指
MCS-51单片机芯片内部逻辑结构
说明: 1)运算器包括一个可进行8位算术运算和逻辑运算的单元ALU, MCS-51CPU的字长为8位. 2)8位的暂存器1、暂存器2。
3)8位的累加器ACC 累加器A是一个最常用的专用寄存器,大部分操作指令的操作数取自累加器A, 其运算结果大多也存放于累加器A中,指令系统用A作为累加器的助记符。 4)寄存器B:与累加器A一起完成乘除运算,乘法指令的两个操作数分别取自A 和B,相乘结果高8位存于B中,低8位存于A中。其他指令,B可当作一般寄存器 存取数据。
EA = 1 时,访问内部程序存储器,即内ROM EA = 0 时,只访问外部程序存储器,即外ROM
对于8751单片机编程时,该端施加编程电压
4、输入/输出引脚
P0.0 ~ P0.7 ; P1.0 ~ P1.7 ; P2.0 ~ P2.7 ;P3.0 ~ P3.7 四个I / O口,每口八条线;还兼作地址/数据线。
R0 12H 08H
(1)工作寄存器组区(
字节地址00H~1FH) 4组32个单元,每组8个寄存器 R0、R1、R2……R7
RS1 RS0 工作寄存 器组
0 0 第0组工作 寄存器组
数值地址范围
0 1 第1组工作 寄存器组
1 0 第2组工作 寄存器组
1 1 第3组工作 寄存器组
(2)位寻址区(字节地址
(3)用户RAM区(字节地址30H~7FH) 共80个字节单元,为用户RAM区(堆栈、数据缓冲)
注意:
在源程序中用到子程序调用时或者说是用到堆栈时,首先设 置SP的值在(30H~7FH)之间。因系统复位时SP的值为07H ,即指向第0组工作寄存器的R7单元。
3.特殊功能寄存器
MCS-51单片机内共有22个专用功能寄存器,包括PC及SFR。 PC为程序计数器。它是一个双字节寄存器,寻址范围为:
1、算术运算寄存器
(1)A——累加器。
功能:A.累加器用于存放操作数,是ALU数据输入的一个重 要来源,单片机中大部分单操作数指令的操作数取自累加 器,许多双操作数指令的一个操作数也取自累加器.
B.累加器是ALU运算结果的暂存单元,用于存放运算的中 间结果.
C.累加器是数据传送的中转站,单片机中的大部分传送都 通过累加器进行.
值 程自变序就动PC执是执的行相行值对的目来第指的改一令地变指条址程令数送序的。入的偏P执C移行,地方即址向通,。过即改
MCS-51单片机信号引脚 封装形式, 见右图:
引脚及功能 1、主电源引脚 Vss、Vcc 2、外接晶振引脚 XTAL1、XTAL2
3、控制或复位引脚
RST / VPD —— 当出现两个机器周期高电平时,单片 机复位 。
程序存储器
数据存储器
2.2 MCS-51单片机的内部存储器
三类不同存储空间(逻辑空间)的访问方法:
用不同的指R外O令部M 区别:
外部 RAM
/EA=0
(64K)
访问片内外ROM用MOVC指令;
访问片外RAM用MOVX指令;
访问片内RAM用MOV指令;
程序存储器
数据存储器
一、程序存储器
寻址范围:0000H ~ FFFFH 容量64KB,即地址长度:16位
0000H ~ FFFFH,即0 ~ 64KB。
SFR为特殊功能寄存器。其寻址空间:80H ~ FFH 其中,51子系列有18个寄存器,占有21个字节;
52子系列有21个寄存器,占有26个字节。
51子系列SFR的地址分配及位地址见下页表:
寄存器
位地址 /位定义
地址
B
F7
F6
F5
F4
F3
F2
F1
F0
逻辑上分为: 3个空间(程序员的角度) 1、片内、外外部统一编址的程序存储空间,外部 020、00片H外~F数F/据FREOAFM=存H0 共储6空4K间B,(01060位0H地~F址F)FFH(R6A共4KM)64KB (16位地址) 3、片内数据存储空间,00H~7FH共128B (8位地 址)。
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
A0H
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
SBUF
99H
+ +
注意: 1、表中共有3个双字节寄存器。 2、PC也为双字节寄存器,但是不在80H ~ FFH
范围内。 3、表中,凡地址能被8整除的寄存器都是可位
寻址的寄存器。
各寄存器的名称:
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