单片机原理与接口技术 教学课件 作者 徐瑞华 第二章.ppt

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1、第2章单片机的硬件结构和原理2.1MCS-51单片机硬件结构2.2中央处理器CPU2.3存储器的结构2.4单片机工作的基本时序2.5并行输入/输出接口2.6单片机的引脚及其功能2.7单片机的工作方式2.1MCS-51单片机硬件结构2.1.1MCS-51系列单片机的分类表2.1MCS-51系列单片机配置一览表2.1.2MCS-51单片机的内部结构图2.1MCS-51单片机结构框图2.2中央处理器CPU2.2.1运算器算术逻辑单元ALU2.累加器ACC（Accumulator）3.寄存器B4.程序状态字PSW（ProgrameStateWord）D7D6

2、D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OV…PPSW表2.2RS1、RS0与片内工作寄存器组的对应关系RS1RS0寄存器组片内PAM地址通用寄存器名称000组00H~07HR0~R7011组08H~0FHR0~R7102组10H~17HR0~R7013组18H~1FHR0~R71.指令寄存器和指令译码器指令寄存器中存放指令代码。CPU执行指令时,由程序存储器中读取的指令代码送入指令存储器,经译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号,完成指令所指定的操作。2.2.2控制器2.程序计数器PC（ProgramCounter）PC用于存放CP

3、U下一条要执行的指令地址,是一个16位的专用寄存器,可寻址范围是0000H~0FFFFH共64KB。程序中的每条指令存放在ROM区的某一单元,并都有自己的存放地址。CPU要执行哪条指令时,就把该条指令所在的单元的地址送上地址总线。在顺序执行程序中,当PC的内容被送到地址总线后,会自动加1,即(PC)←(PC)+1,又指向CPU下一条要执行的指令地址。3.堆栈指针SP（StackPointer）堆栈操作是在内存RAM区专门开辟出来的按照“先进后出”原则进行数据存取的一种工作方式,主要用于子程序调用及返回和中断处理断点的保护及返回,它在完成子程序嵌套和多

4、重中断处理中是必不可少的。为保证逐级正确返回,进入栈区的“断点”数据应遵循“先进后出”的原则。SP用来指示堆栈所处的位置,在进行操作之前,先用指令给SP赋值,以规定栈区在RAM区的起始地址（栈底层）。当数据推入栈区后,SP的值也自动随之变化。压入压栈数据前,先修改SP值,即SP+1SP,再把数据放入此地址中。MCS-51系统复位后,SP初始化为07H。4.数据指针寄存器DPTR数据指针DPTR是一个16位的专用寄存器,其高位字节寄存器用DPH表示,低位字节寄存器用DPL表示。既可作为一个16位寄存器DPTR来处理,也可作为两个独立的8位寄存器DPH和

5、DPL来处理。DPTR主要用来存放16位地址,当对64KB外部数据存储器空间寻址时,作为间址寄存器用。在访问程序存储器时,用作基址寄存器。2.3存储器的结构存储器是存放程序和数据的部件,通用计算机将程序和数据往往存放在同一个存储器当中,进行统一的编址。在MCS-51单片机中，将数据和程序进行了分开存放，也就是在51单片机中拥有两种存储器（数据存储器和程序存储器）其中程序存储器分为内部程序存储器（片内）和外部程序存储器（片外），但是由于其编址是统一的，所以一般对程序存储器是不分内外的。数据存储器也分为内部数据存储器（片内）和外部数据存储器（片外），但是

6、其编址方式不同，片内采用8位地址，片外采用16位地址。所以，用户在使用时要注意。图2.3MCS-51单片机的存储器结构2.3.1程序存储器（ROM）程序存储器是用来存放编好的程序和表格常数的。目前市场上推行的89C51等单片机片内都有4KB的闪存（FlashMemory）。刚才讲到，程序存储器分为片内和片外，但是编址统一，即都是16位地址。编址由外部引脚来决定，当=1时，内部地址为0000H—0FFFH，外部地址为1000H—FFFFH。当=0时，内部ROM就不起作用了，此时，外部ROM的地址变成0000H—FFFFH。2.3.2数据存储器（RAM）数

7、据存储器分成内部数据存储器和外部数据存储器。主要用于数据的存放。1.内部数据存储器：MCS-51单片机片内RAM的配置如图2.3（b）所示。从图中可以看出，片内RAM有256个字节,地址范围为00H~FFH,分为两大部分:低128字节（00H~7FH）为真正的RAM区，其中包括工作寄存器区、位寻址区和数据缓冲区；高128字节（80H~FFH）为特殊功能寄存器区SFR。（1）工作寄存器MCS-51有32个工作寄存器,分为4个区,每个区有8个寄存器R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6和R7。由程序状态标志寄存器PSW中的RS1、RS0的值来决定当前的

8、工作区：当：RS1、RS0为00时，0区为工作区RS1、RS0为01时，1区为工作区RS1、R