单片机的硬件结构和原理.ppt

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1、第2章单片机的硬件结构和原理2.1概述2.2MCS-51单片机硬件结构2.3中央处理器CPU2.4单片机工作的基本时序2.5存储器的结构2.6并行输入/输出接口2.7单片机的引脚及其功能2.1概述2.1.1单片机的发展简史Intel公司是世界上生产CPU的最大厂商之一，以Intel公司典型产品加以介绍。我们可以把单片机的发展历史划分为四阶段：第一阶段（1976～1978年）：低性能单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表，采用了单片结构，即在一块芯片内含有8位CPU、定时/计数器、并行I/O口、RA

2、M和ROM等。主要用于工业领域。第二阶段（1978～1982年）：高性能单片机阶段，这一类单片机带有串行I/O口，8位数据线、16位地址线可以寻址的范围达到64K字节、控制总线、较丰富的指令系统等。这类单片机的应用范围较广，并在不断的改进和发展。第三阶段（1982～1990年）：16位单片机阶段。16位单片机除CPU为16位外，片内RAM和ROM容量进一步增大，实时处理能力更强，体现了微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96主振频率为12M，片内RAM为232字节，ROM为8K字节，中断处理能力为8级，片

3、内带有10位A/D转换器和高速输入/输出部件等。第四阶段（1990年～）：微控制器的全面发展阶段，各公司的产品在尽量兼容的同时，向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发展。2.1.2单片机的应用（1）测控系统。（2）智能仪表。（3）机电一体化产品。（4）实时控制。（5）智能民用产品。2.2MCS-51单片机硬件结构2.2.1MCS-51系列单片机的分类表2.1MCS-51系列单片机配置一览表2.2.2MCS-51单片机的内部结构图2.1MCS-51单片机结构框图2.2.3MCS-51单片机的内部硬件资源8

4、051为典型的ROM型单片机面向控制的8位CPU4K字节掩膜ROM程序存储器128字节内部RAM数据存储器2个16位定时器/计数器1个全双工的异步串行口5个中断源，2个中断优先级的中断控制器时钟电路，时钟频率在1.2MKZ～12MHZ2.3中央处理器CPU2.3.1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）CyACF0RS1RS0OV…PD7D6D5D4D3D2D1D0PSW表2.2RS1、RS0与片内工作寄存器组的对

5、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~R7MCS-51CPU对用户开发的寄存器：累加器ACC，寄存器B，程序计数器PC，数据指针DPTR，程序状态寄存器PSW，堆栈指针SP。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10KMCS-51单片机的时钟频率因型号而异，典型值为12MHz。电容C1和C2的作用有两个：其一是使振荡器起振，其二

6、是对振荡器的频率f起微调作用，典型值为30pF。2.复位电路（NMOS单片机）图2.3单片机复位电路（a）上电复位电路；(b)开关复位电路（a）（b）单片机有一个复位引脚RST，它是施密特触发输入（对于CHMOS单片机，RST引脚的内部有一个拉低电阻），单片机复位必须使该引脚出现2个时钟周期以上的高电平。此时，ALE，PSEN，P0、P1、P2、P3口输出高电平。单片机复位后，除了（SP）＝07，P0、P1、P2、P3为0FFH外，其它寄存器都为0。上图复位电路中RC时间常数越大，上电时RST端保持高电平的时间

7、越长。当振荡频率为12MHz时，典型值为C＝10μF，R＝8.2kΩ。表2.3复位后内部寄存器状态3.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。4.程序计数器PC（ProgramCounter）PC用于存放CPU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。

8、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。5.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