stc单片机cpu子系统

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1、STC单片机CPU子系统主讲：何宾Email：hebin@mail.buct.edu.cn2016.03STC单片机CPU内核功能单元STC单片机CPU内核功能单元8051单片机自诞生的那天开始，到现在已经持续了30多年。在这期间，人们对其性能不断地进行改进，使得其整体性能提高了10倍以上。目前，以8051CPU内核为核心的单片机仍然发挥着其巨大的生命力。虽然8051CPU的内核比较简单，但是以其为核心的单片机系统却包含了构成计算机系统的全部要素，图4.1给出了经典8051CPU的结构图。在单片机中，包含了运算器、控制器、存储器、外设和时钟系统共5个子系统。在

2、这5个子系统中，运算器和控制器构成了8051中央处理单元（CentralProcessingUnit，CPU）。在8051CPU中，运算器和控制器通过CPU内部的总线连接在一起。这样，STC单片机CPU内核功能单元在CPU内控制器的控制下，运算器内的各个功能部件有条不紊地按顺序工作（这里的按顺序是指按给定的时钟节拍）。在8051单片机中，CPU、存储器和外设通过CPU外部的，单片机片内的总线连接在一起。通过总线，一方面，在CPU、存储器和外设之间传输数据、地址和控制信息；另一方面，CPU、存储器和外设共享总线。因此，这种结构是典型的共享总线结构。常说的总线是一

3、组逻辑信号的集合。在传统计算机体系架构中，这些逻辑信号包括数据信号、地址信号和控制信号，这就是所谓的三总线结构。我们之所以将以8051CPU为核心的单片机称为8位单片机，这是由于在该单片机中数据信号的宽度是8位。STC单片机CPU内核功能单元STC内的8051CPU核是高性能、运行速度经过优化的8位中央处理单元（CentralProcessingUnit，CPU）。它100%兼容工业标准的8051CPU。8051CPU外围主要包括：内部数据RAM。外部数据空间。特殊功能寄存器。CPU时钟分频器。STC单片机CPU内核功能单元STC8051CPU的特性主

4、要包括：采用流水线RISC结构，其执行速度比工业标准8051快十几倍。与工业标准8051指令集100%兼容。大多数指令使用1个或2个时钟周期执行。256个字节的内部数据RAM。使用双DPTR扩展标准8051结构。提供了片外扩展的64KB外部数据存储器。提供了多达21个中断源；新特殊功能寄存器使能快速访问STC单片机I/O端口，以及控制CPU时钟频率。任何一个中央处理单元（CPU）都包含有控制器和ALU两大基本模块。下面将通过STCSTC单片机CPU内核功能单元--控制器程序计数器单片机最重要的特点之一就是采用了存储程序的体系结构，即需要执行的

5、代码保存在一个称之为程序存储器的单元中。通过程序计数器（ProgramCounter，PC）从程序存储器中源源不断地取出所要执行的指令。因此，程序计数器PC是CPU中最基本的控制部分。PC的特点就是总是指向下一条所要执行的指令的地址空间。下面对程序计数器的原理进行分析，如图4.1所示，程序计数器、PC递增计数器、缓冲区、程序地址寄存器都挂在其结构右侧的一条总线上。程序地址存储器的输出连接到程序存储器上，而程序存储器连接到内部总线上。STC单片机CPU内核功能单元--控制器前面已经提到在程序存储器中，保存的是程序的机器代码，即机器指令。从图中可以知道，程序地址寄

6、存器的输出用于给程序存储器提供地址，而程序存储器的输出用于提供机器指令的内容。因此，程序计数器其实质就是实现递增功能的计数器而已，只不过是因为计数器的计数值作为程序存储器的地址。在图4.1中，程序计数器的宽度为16位。也就是说，地址深度为216，地址的范围为0~65536，即64K。因此，程序存储器的容量最大为64KB。很明显，所编写的程序通过软件处理翻译成机器代码后，其机器代码的长度不能超过64KB。STC单片机CPU内核功能单元--控制器程序计数器并不能总是让程序地址寄存器递增。这是因为，执行机器指令可以分成顺序执行和非顺序执行STC单片机CPU内核功能单

7、元--控制器顺序执行是指按机器指令的前后顺序，顺序执行执行指令，即：把PC+1后的值送给程序地址寄存器，作为程序Flash的地址。然后，从程序Flash中取出指令。这就是所说的，程序计数器总是指向下一条要执行的指令。非顺序执行在编写的软件代码中，经常出现条件判断语句、跳转语句、程序调用语句和中断调用等。因此，当执行程序代码的过程中遇到这些指令时，程序的执行顺序并不是按照PC+1->PC来执行程序，而是将这些语句所指向的新指令所在的新目标地址赋给程序地址寄存器。STC单片机CPU内核功能单元--控制器指令通道指令通道包含取指单元、译码单元、执行指令单元。本质

8、上，取值、译码和执行指令实质上就是一个