单片机的硬件结构及原理PPT课件
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2．是在布尔运算中作累加位使用
6 AC 辅助进位标志位 作 BCD 运算时，低 4 位向高 4 位进位或借位时为 1
5 F0
用户标志位
了 用， 户置 可“ 用软1”件自定义的一个状态标记
4 RS1 当前寄存器区选择 见表 2-2 所示
3 RS0 当前寄存位器区选择 见表 2-2 所示
2 OV
位 溢出标志位
化、高精度、小体积、低成本、便于增加显示报警和自诊
断功能）； ③在家用电器方面（冰箱、洗衣机、空调机、微波炉、 电视机、音像设备等）； ④信息和通信产品方面（计算机的键Hale Waihona Puke Baidu、打印机、磁 盘驱动器；传真机、复印机、电话机、考勤机）； ⑤在军事方面（飞机、大炮、坦克、军舰、导弹、火箭、 雷达等）。
-
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2.2 MCS - 51单片机硬件结构
第1章 单片机的硬件结构和原理
1.1 概述 1.2 MCS -51单片机硬件结构 1.3 中央处理器CPU 1.4 存储器的结构 1.5 并行输入/输出接口 1.6 单片机的引脚及其功能 1.7 单片机工作的基本时序
第 2 章 单片机的硬件结构和原理
1.1
概述
巨
大 计
算
中
机
小
多片机（PC）
微
单片机
8032 8052 8752 8952 8KB 256B 3×16 6
其中,51系列为基本型，52系列为增强型；
第 2 章 单片机的硬件结构和原理
2.2.2 AT89系列
INTEL公司将MCS-51的核心技术授权给了 很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为 核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变， 以满足不同的需求，其中89C51和89S51就是这 几年在我国非常流行的单片机，它是由美国 ATMEL公司开发生产的。
2.2.1 MCS - 51系列单片机的分类
表 2.1 MCS - 51 系列单片机配置一览表
资源
配置
子 系列
51子系列 52子系列
片内ROM形式
无 ROM EPR E2PR OM OM
片片 内内 ROM RAM 容容 量量
中
定时/ 断 计数器 源
8031 8051 8751 8951 4KB 128B 2×16 5
2. 复位电路
图 2.3 （a）上电复位电路；(b) 开关复位电路 取C1=22uF电解电容，R=1KΩ, R1=100Ω R2=1KΩ
-
3
第 2 章 单片机的硬件结构和原理
地址总线AB
数据总线DB
微
控制总线CB
处
理
器
CPU
ROM RAM I/O接口
外 设
微型机组成框图
-
4
第 2 章 单片机的硬件结构和原理
时钟OSC
程序存储器 ROM
数据存储器 RAM
CPU
中断
各种I/O 定时器/计数器
MCS-51单片- 机组成框图
5
第 2 章 单片机的硬件结构和原理
-
6
第 2 章 单片机的硬件结构和原理
(3)控制功能强。
为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统 中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位 处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于 同一档次的微机。
(4)单片机的系统扩展、系统配置较典型、规 范，容易构成各种规模的应用系统。
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第 2 章 单片机的硬件结构和原理
2.3 中央处理器CPU
2.3.1 运算器
1. 算术逻辑单元ALU
2. 2. 累加器ACC（Accumulator）累加器A是在编程操作中最常用的
3. 专用寄存器，功能较多，可按位寻址。
4. 3. 寄存器B:即可作为一般寄存器使用，也可用于乘除运算。做乘
5. 法运算时，B是乘数。乘法操作后，乘积的高8位存于B中。做除
6. 法运算时，B存放除数。除法操作后，余数存放在B中。
7. 4. 程序状态字PSW（Program State Word）
D7
D6 D5
D4
D3 D2
D1
D0
Cy AC F0 RS1 RS0 OV … P
PSW
第 2 章 单片机的硬件结构和原理
位 标志 7 CY
名称 进位标志位
功能 1．是存放算术运算的进位标志,有进位或借位时置 1
带字母C的为低功耗型，如89C51 ； 带字母S的为可串行编程- 系列，如89S52； 11
2.2.3 MCS - 51单片机的内部结构
时钟源
T0 T1
时钟电路
SFR和RAM
ROM
定时/计数器
CPU
系统总线
并行端口
串行端口
中断系统
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1
图 2.1 MCS - 51单片机结构框图
二、单片机的特点
(1)优异的性能价格比。
(2)集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部 采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提 高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积 小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在 恶劣环境下工作。
此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。
作算术运算时 OV=0，未溢出 作算术运算时 OV=1，溢出
10P
保留位 奇偶标志位
P=1，则累加器Ａ中 1 的个数为奇数 P=0，则累加器Ａ中 1 的个数为偶数
-
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表 2.2 RS1、 RS0与片内工作寄存器组的对应关系
RS1
RS0
寄存器组
片内PAM 地址
通用寄存器 名称
0
0
0组 00H~07H R0~R7
0
1
1组 08H~0FH R0~R7
1
0
2组 10H~17H R0~R7
0
1
3组 18H~1FH R0~R7
单片机复位时，RS1=RS2=00，默认为第0组
2.3.2 控制器 1. 时钟电路
图 2.2 单片机时钟电路 （a） 内部时钟电路； （b） 外部振荡源 一般地，取C1=C2=30pF, 晶振为6MHz或12MHz
三、单片机的应用
1．单片机应用的特点 软硬件结合、多学科交叉； 应用现场环境恶劣（电磁干扰、电源波动、
冲击振动、高低温湿度等）；
应用领域广泛且意义重大（硬件软化--微控
制技术）。
-
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第 2 章 单片机的硬件结构和原理
2 ．单片机的应用领域 ①在在工业自动化方面（过程控制、数据采集和测控 技术、机器人技术、机械电子计算机一体化技术）； ②仪器仪表方面（测试仪表和医疗仪器--数字化、智能
-
2
第 2 章 单片机的硬件结构和原理
★单片机SCMC(Single Chip MicroComputer) ----属于微型机的一种 ----具有一般微机的基本组成和功能
又称为微控制器MCU（MicroController Unit）
一、微型机与单片机的基本组成对比 CPU
微型机
存储器
输入/输出接口
6 AC 辅助进位标志位 作 BCD 运算时，低 4 位向高 4 位进位或借位时为 1
5 F0
用户标志位
了 用， 户置 可“ 用软1”件自定义的一个状态标记
4 RS1 当前寄存器区选择 见表 2-2 所示
3 RS0 当前寄存位器区选择 见表 2-2 所示
2 OV
位 溢出标志位
化、高精度、小体积、低成本、便于增加显示报警和自诊
断功能）； ③在家用电器方面（冰箱、洗衣机、空调机、微波炉、 电视机、音像设备等）； ④信息和通信产品方面（计算机的键Hale Waihona Puke Baidu、打印机、磁 盘驱动器；传真机、复印机、电话机、考勤机）； ⑤在军事方面（飞机、大炮、坦克、军舰、导弹、火箭、 雷达等）。
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2.2 MCS - 51单片机硬件结构
第1章 单片机的硬件结构和原理
1.1 概述 1.2 MCS -51单片机硬件结构 1.3 中央处理器CPU 1.4 存储器的结构 1.5 并行输入/输出接口 1.6 单片机的引脚及其功能 1.7 单片机工作的基本时序
第 2 章 单片机的硬件结构和原理
1.1
概述
巨
大 计
算
中
机
小
多片机（PC）
微
单片机
8032 8052 8752 8952 8KB 256B 3×16 6
其中,51系列为基本型，52系列为增强型；
第 2 章 单片机的硬件结构和原理
2.2.2 AT89系列
INTEL公司将MCS-51的核心技术授权给了 很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为 核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变， 以满足不同的需求，其中89C51和89S51就是这 几年在我国非常流行的单片机，它是由美国 ATMEL公司开发生产的。
2.2.1 MCS - 51系列单片机的分类
表 2.1 MCS - 51 系列单片机配置一览表
资源
配置
子 系列
51子系列 52子系列
片内ROM形式
无 ROM EPR E2PR OM OM
片片 内内 ROM RAM 容容 量量
中
定时/ 断 计数器 源
8031 8051 8751 8951 4KB 128B 2×16 5
2. 复位电路
图 2.3 （a）上电复位电路；(b) 开关复位电路 取C1=22uF电解电容，R=1KΩ, R1=100Ω R2=1KΩ
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第 2 章 单片机的硬件结构和原理
地址总线AB
数据总线DB
微
控制总线CB
处
理
器
CPU
ROM RAM I/O接口
外 设
微型机组成框图
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第 2 章 单片机的硬件结构和原理
时钟OSC
程序存储器 ROM
数据存储器 RAM
CPU
中断
各种I/O 定时器/计数器
MCS-51单片- 机组成框图
5
第 2 章 单片机的硬件结构和原理
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第 2 章 单片机的硬件结构和原理
(3)控制功能强。
为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统 中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位 处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于 同一档次的微机。
(4)单片机的系统扩展、系统配置较典型、规 范，容易构成各种规模的应用系统。
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第 2 章 单片机的硬件结构和原理
2.3 中央处理器CPU
2.3.1 运算器
1. 算术逻辑单元ALU
2. 2. 累加器ACC（Accumulator）累加器A是在编程操作中最常用的
3. 专用寄存器，功能较多，可按位寻址。
4. 3. 寄存器B:即可作为一般寄存器使用，也可用于乘除运算。做乘
5. 法运算时，B是乘数。乘法操作后，乘积的高8位存于B中。做除
6. 法运算时，B存放除数。除法操作后，余数存放在B中。
7. 4. 程序状态字PSW（Program State Word）
D7
D6 D5
D4
D3 D2
D1
D0
Cy AC F0 RS1 RS0 OV … P
PSW
第 2 章 单片机的硬件结构和原理
位 标志 7 CY
名称 进位标志位
功能 1．是存放算术运算的进位标志,有进位或借位时置 1
带字母C的为低功耗型，如89C51 ； 带字母S的为可串行编程- 系列，如89S52； 11
2.2.3 MCS - 51单片机的内部结构
时钟源
T0 T1
时钟电路
SFR和RAM
ROM
定时/计数器
CPU
系统总线
并行端口
串行端口
中断系统
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1
图 2.1 MCS - 51单片机结构框图
二、单片机的特点
(1)优异的性能价格比。
(2)集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部 采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提 高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积 小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在 恶劣环境下工作。
此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。
作算术运算时 OV=0，未溢出 作算术运算时 OV=1，溢出
10P
保留位 奇偶标志位
P=1，则累加器Ａ中 1 的个数为奇数 P=0，则累加器Ａ中 1 的个数为偶数
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表 2.2 RS1、 RS0与片内工作寄存器组的对应关系
RS1
RS0
寄存器组
片内PAM 地址
通用寄存器 名称
0
0
0组 00H~07H R0~R7
0
1
1组 08H~0FH R0~R7
1
0
2组 10H~17H R0~R7
0
1
3组 18H~1FH R0~R7
单片机复位时，RS1=RS2=00，默认为第0组
2.3.2 控制器 1. 时钟电路
图 2.2 单片机时钟电路 （a） 内部时钟电路； （b） 外部振荡源 一般地，取C1=C2=30pF, 晶振为6MHz或12MHz
三、单片机的应用
1．单片机应用的特点 软硬件结合、多学科交叉； 应用现场环境恶劣（电磁干扰、电源波动、
冲击振动、高低温湿度等）；
应用领域广泛且意义重大（硬件软化--微控
制技术）。
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第 2 章 单片机的硬件结构和原理
2 ．单片机的应用领域 ①在在工业自动化方面（过程控制、数据采集和测控 技术、机器人技术、机械电子计算机一体化技术）； ②仪器仪表方面（测试仪表和医疗仪器--数字化、智能
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第 2 章 单片机的硬件结构和原理
★单片机SCMC(Single Chip MicroComputer) ----属于微型机的一种 ----具有一般微机的基本组成和功能
又称为微控制器MCU（MicroController Unit）
一、微型机与单片机的基本组成对比 CPU
微型机
存储器
输入/输出接口