《单片机结构及原理》PPT课件.ppt

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1、第三章单片机结构及原理第一节单片机结构第二节单片机工作原理第三节存储器第四节输入/输出端口结构第五节CPU时序及时钟电路第六节复位和复位电路第七节89系列单片机的低功耗方式第一节单片机的结构一、单片机组成及结构二、引脚定义及功能MCS—51系列单片机引脚及总线结构(a)管脚图；(b)引脚功能分类第二节单片机的工作原理一、指令与程序概述指令是规定计算机执行特定操作（例如加、减…）的命令，CPU就是根据指令来指挥和控制计算机各部分协调地动作，完成规定的操作。指令是由二进制代码表示的，通常指令分为操作码和操作数两部分，操作码规定操作的类型，

2、操作数给出参加操作的数据或存放数据的地址。例如“74HE0H”表示把E0H这个值送人A累加器中，其中74H为操作码，E0H为操作数。计算机全部指令的集合称为指令系统，指令系统的性能与计算机硬件密切相关，不同的计算机指令系统不完全相同。程序是根据任务要求有序地编排的指令的集合。程序的编制称为程序设计，为了运行和管理计算机所编制的各种程序的总和称为软件。中央处理器是单片机内部的核心部件,它决定了单片机的主要功能特性。它由运算部件和控制部件两大部分组成。二、CPU的工作原理1.运算部件运算部件是以算术逻辑单元ALU为核心,加上累加器A、寄存

3、器B、暂存器TMP1和TMP2、程序状态寄存器PSW及专门用于位操作的布尔处理机组成的,它能实现数据的算术逻辑运算,位变量处理和数据传送操作。算术逻辑单元ALU不仅能完成8位二进制数的加（带进位加）、减（带借位减）、乘、除、加1、减1及BCD加法的十进制调整等算术运算，还能对8位变量进行逻辑“与”、“或”、“异或”、求补、清零等逻辑运算,并具有数据传送,程序转移等功能。暂存器用以暂存进入运算器之前的数据。布尔处理机布尔处理（即位处理）是MCS—51单片机ALU所具有的一种功能。单片机指令系统中的布尔指令集（17条位操作指令）,存储器中

4、的位地址空间,以及借用程序状态标志寄存器PSW中的进位标志CY作为位操作“累加器”,构成了单片机内的布尔处理机。2.控制器控制器是用来统一指挥和控制计算机工作的部件，它的功能是接受来自存储器中的逐条指令，进行指令译码，并通过定时和控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部控制信息及CPU外部所需的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的各种操作。它由指令部件、时序部件和操作控制部件等三部分组成。各部分的功能:（1）指令部件：是一种能对指令进行分析、处理和产生控制信号的逻辑部件，也是控制器的核心。通常，由程序计数器PC、指令寄

5、存器、指令译码器等组成。·程序计数器PC（ProgramCounter）程序计数器是16位专用寄存器，用于存放和指示下一条要执行指令的地址。·指令寄存器指令寄存器是8位寄存器，用于暂时存放指令，等待译码。·指令译码器用于对送入指令译码器中的指令进行译码。（2）时序部件：由时钟电路和脉冲分配器组成，用于产生操作控制部件所需的定时脉冲信号。（3）操作控制部件：可以为指令译码器的输出信号配上节拍电位和节拍脉冲，也和外部进来的控制信号组合，共同形成相应的微操作控制序列，以完成规定的操作。三、单片机执行程序的过程计算机每执行一条指令都可分为3个

6、阶段进行，即取指令、分析指令和执行指令。取指令阶段的任务是：根据程序计数器PC中的值，从程序存储器读出现行指令，送到指令寄存器。分析指令阶段的任务是：将指令寄存器中的指令操作码取出后进行译码，分析其指令性质，如指令要求操作数，则寻找操作数地址。执行指令阶段的任务是：取出操作数，然后按照操作码的性质对操作数进行操作。计算机执行程序的过程实际上就是逐条指令地重复上述操作过程，直至遇到停机指令或循环等待指令。单片机指令执行过程示意图第三节存储器普林斯顿结构:一般计算机通常只有一个逻辑空间，可以随意安排ROM或RAM。访问存储器时，同一地址对

7、应惟一的存储空间，可以是ROM也可以是RAM，并用同类访问指令，这种存储器结构称为普林斯顿结构。哈佛结构:80C51系列单片机在物理结构上有4个存储空间：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。这种在物理上把程序存储器和数据存储器分开的结构称为哈佛结构80C51系列有3个存储空间：1.片内外统一编址的64KB的程序存储器地址空间（用16位地址）。2.256／384字节的片内数据存储器的地址空间。3.64KB片外数据存储器地址空间。在访问3个不同的逻辑空间时，应采用不同形式的指令，以产生不同的存储空间的选通信号。

8、89C51/S51存储器空间分布1.程序存储器的编址计算机的工作是按照事先编制好的程序命令一条条循序执行的,程序存储器就是用来存放这些已编好的程序和表格常数,它由只读存储器ROM或EEPROM组成。2.程序运行的入口地址