MCS-51单片机的结构与原理课件.ppt

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1、郑州大学第1章MCS-51单片机的结构与原理主要内容：讨论MCS-51内部结构、特点、工作方式、时序和最小应用系统。为学生后续学习单片机应用系统设计、利用单片机解决工程实际问题打下坚实的基础。重点在于基本概念、组成原理、特点及MCS-51的最小应用系统。docin/sundae_meng郑州大学1.1MCS-51单片机硬件结构及引脚MCS-51系列单片机都是以Intel公司最早的典型产品8051为核心，增加了一定的功能部件后构成的，本章以8051为主介绍MCS-51系列单片机。1.1.1MCS-51单片机的内部结构MCS-51单片机的组成：CPU(进行运算、控制

2、)、RAM(数据存储器)、ROM(程序存储器）、I/O口(串口、并口）、内部总线和中断系统等。组成框图如下：郑州大学内部结构如下：郑州大学组成：运算器、控制器。8051的CPU包含以下功能部件：（1）8位CPU。（2）布尔代数处理器，具有位寻址能力。（3）128B内部RAM数据存储器，21个专用寄存器。（4）4KB内部掩膜ROM程序存储器。（5）2个16位可编程定时器/计数器。（6）32个（4×8位）双向可独立寻址的I/O口。（7）1个全双工UART（异步串行通信口）。（8）5个中断源、两级中断优先级的中断控制器。（9）时钟电路，外接晶振和电容可产生1.2MHz

3、～12MHz的时钟频率。（10）外部程序/数据存储器寻址空间均为64KB。（11）111条指令，大部分为单字节指令。（12）单一+5V电源供电，双列直插40引脚DIP封装。1.中央处理器（CPU）郑州大学（1）运算器组成：8位算术逻辑运算单元ALU（ArithmeticLogicUnit）、8位累加器A（Accumulator）、8位寄存器B、程序状态字寄存器PSW（ProgramStatusWord）、8位暂存寄存器TMP1和TMP2等。功能：完成算术运算和逻辑运算。（2）控制器组成：程序计数器PC（ProgramCounter）、指令寄存器IR（Instru

4、ctionRegister）、指令译码器ID（InstructionDecoder）、堆栈指针SP、数据指针DPTR、定时控制逻辑和振荡器OSC等电路。功能：CPU根据PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出，存放在IR中，ID对IR中的指令码进行译码，定时控制逻辑在OSC配合下对ID译码后的信号进行分时，以产生执行本条指令所需全部信号。的全部信号。郑州大学2.存储器（1）程序存储器放用户程序、数据和表格等信息。MCS-51单片机按程序存储器可分为内部无ROM型（如8031）和内部有ROM型（如8051）两种，连接时引脚有区别。程序存储器结构如右图所示：郑

5、州大学（2）数据存储器P14一般将随机存储器（RAM）用做数据存储器。可寻址空间为64KB。MCS-51数据存储器可分为片内和片外两部分。片外RAM：最大范围：0000H～FFFFH，64KB；用指令MOVX访问。片内RAM：最大范围：00H～FFH，256B；用指令MOV访问。又分为两部分：低128B（00～7FH）为真正的RAM区，高128B（80～FFH）为特殊功能寄存器（SFR）区。如右图所示。郑州大学内部RAM的20H～2FH单元为位寻址区，既可作为一般单元用字节寻址，也可对它们的位进行寻址。位地址为00H～7FH。CPU能直接寻址这些位（称MCS-5

6、1具有布尔处理功能），位地址分配如右表所示。郑州大学3．特殊功能寄存器（SFR）MCS-51有21个特殊功能寄存器（专用寄存器），包括算术运算寄存器、指针寄存器、I/O口锁存器、定时器/计数器、串行口、中断、状态、控制寄存器等，它们被离散地分布在内部RAM的80H～FFH地址单元中（不包括PC），共占据了128个存储单元，构成了SFR存储块。其字节地址可被8整除的SFR可位寻址。SFR反映了MCS-51单片机的运行状态。特殊功能寄存器分布如右表所示。郑州大学（2）累加器A（Accumulator）累加器A是8位寄存器，又记做ACC，是一个最常用的专用寄存器。在算

7、术/逻辑运算中用于存放操作数或结果。（3）寄存器B寄存器B是8位寄存器，是专门为乘除法指令设计的，也作通用寄存器用。（1）程序计数器PC（ProgramCounter）程序计数器PC在物理上是独立的，它不属于SFR存储器块。PC是一个16位的计数器，专门用于存放CPU将要执行的指令地址（即下一条指令的地址），寻址范围为64KB，PC有自动加1功能，不可寻址，用户无法对它进行读写，但是可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以控制程序执行的顺序。表2-5工作寄存器组选择控制表（4）工作寄存器内部RAM的工作寄存器区00H～1FH共32个字节被均匀地分成四个组（区

8、），每个组（区）有8个寄