2-单片机的内部结构－2

null第二章 MCS-51单片机的内部结构第二章 MCS-51单片机的内部结构 4. CPU时序和辅助电路 5. 存贮器结构内容小结内容小结MCS-51单片机的系统结构框图null1. CPU CPU即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作，CPU由运算器和控制器两部分电路组成。 （1）运算器 运算器包括ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。 （2）控制器 控制器包括程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制器完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。 null2. 定时器/计数器 MCS－51单片机片内有两个16位的定时/计数器，即定时器0和定时器1。它们可以用于定时控制、延时以及对外部事件的计数和检测等。 3. 存储器 MCS－51系列单片机的存储器包括数据存储器和程序存储器，其主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是相互独立的，物理结构也不相同。 4. 并行I/O口 MCS－51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2和P3），每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。P0口为三态双向口，能带8个TTL门电路，P1、P2和P3口为准双向口，负载能力为4个TTL门电路。 null5. 串行I/O口 MCS－51单片机具有一个采用通用异步工作方式的全双工串行通信接口，可以同时发送和接收数据。 6. 中断控制系统 8051共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。 7. 时钟电路 MCS－51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调电容必须外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，振荡器的频率范围为1.2MHz～12MHz，典型取值为6MHz。 8. 总线 以上所有组成部分都是通过总线连接起来，从而构成一个完整的单片机。系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。 null MCS－51系列单片机引脚图及逻辑符号 外部总线结构外部总线结构2.4 CPU时序及辅助电路2.4 CPU时序及辅助电路时钟电路 复位与复位电路 CPU时序2.4.1 单片机的时钟电路2.4.1 单片机的时钟电路单片机时钟电路通常有两种形式： 1．内部振荡方式：MCS-51单片机片内有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。把放大器与作为反馈元件的晶体振荡器或陶瓷谐振器连接，就构成了内部自激振荡器并产生振荡时钟脉冲 2．外部振荡方式：外部振荡方式就是把外部已有的时钟信号引入单片机内 null 内部时钟方式 外部时钟方式石英晶体:30pF 陶瓷谐振器:47pFnull2.4.2 MCS-51单片机复位及复位电路 任何单片机在工作之前都要有个复位的过程 使CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态 如何进行复位：在单片机的RST引脚上加上一定周期的高电平 复位需要不少于24个振荡周期的时间（两个机器周期） null一、复位电路（1）上电复位电路 上电复位电路。RST引脚是复位信号输入端，复位信号为高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期以上才能完成复位操作。在通电瞬间，由于RC的充电过程，在 RST端出现一定宽度的正脉冲，只要该正脉冲保持10ms以上，就能使单片机自动复位，在12MHz时钟时，通常C取10μF，R取8.2kΩ，这时能可靠的上电复位。null复位电路（2）两种实用的上电复位电路两种实用的上电复位电路实际应用时RC产生的信号一般需经施密特触发器整形,以保证可靠复位null二、复位后单片机的状态复位后各寄存器的状态PC 0000H(程序入口) P0、P1、P2、P3 0FFH (可以直接输入) SP 07H （栈底已经设好） PSW 00H （选择0组寄存器） 其余大部分都是0 不影响内部RAMnull 最少外部电路条件下，可以独立工作的单片机系统 —— 最小系统8051CR+5VK2.4.3 CPU时序2.4.3 CPU时序时钟电路:振荡信号二分频,向芯片内提供2节拍信号 时钟前半周期节拍P1有效,后半周期节拍P2有效CPU执行一条指令的各个微操作所对应的脉冲信号遵循的时间顺序null1．振荡周期： 振荡周期指为单片机提供定时信号的振荡源的周期或外部输入时钟的周期 2．时钟周期：又称作状态周期或状态时间S 振荡脉冲经二分频后形成时钟脉冲信号，是振荡周期的两倍 分为P1节拍和P2节拍 P1节拍与P2节拍分工有所不同，通常P1完成算术逻辑运算，P2完成寄存器传送操作。null3．机器周期：完成一个基本操作所需的时间 6个状态周期组成，12个振荡周期组成 S1P1,S1P2,S2P1,S2P2,……S6P1,S6P2 4．指令周期：CPU执行一条指令所需要的时间 一个指令周期通常含有1～4个机器周期 乘法和除法—4个机器周期 其它: 单字节和双字节:单周期或双周期 三字节: 双周期 nullMCS-51单片机各种周期的相互关系null若MCS-51单片机外接晶振为12MHz时，则单片机的四个周期的具体值为： 振荡周期＝1/12MHz＝1/12μs 时钟周期＝1/6μs 机器周期＝1μs 指令周期＝1～4μs单片机指令的取指和执行时序单片机指令的取指和执行时序 MCS-51单片机典型 指令的取指和执行时序 2.5 MCS－51存储器结构2.5 MCS－51存储器结构MCS-51单片机存储器结构 程序存储器ROM 数据存储器RAMnull 微机只有一个地址空间，ROM和RAM可以随意安排在这一地址范围内不同的空间，即ROM和RAM的地址同在一个队列里分配不同的地址空间。CPU访问存储器时，一个地址对应唯一的存储器单元，可以是ROM也可以是RAM，并用同类访问指令。null 程序存储器和数据存储器分开的结构形式 8051的存储器在物理结构上分开 分程序存储器空间和数据存储器空间 2.5.1 MCS-51存储器的结构2.5.1 MCS-51存储器的结构物理上4个存储器地址空间： 片内程序存储器空间-片内4KROM 片内数据存储器空间-片内128BRAM+SFR 片外程序存储器空间-片外可扩充64KROM 片外数据存储器空间-片外可扩充64KRAMnull从用户使用的角度，8051存储器地址空间分为三类 ①程序存储器地址： 片内、片外统一编址0000H—FFFFH 64K字节的(用16位地址) ； ②数据存储器： 64K字节片外部地址空间， 地址也从0000H—FFFFH(用16位地址)； ③256字节片内数据存储器地址空间 (用8位地址)8051存储器空间配置图 8051存储器空间配置图 8051CPU区分存储器地址空间的方法8051CPU区分存储器地址空间的方法上述三个存储空间地址是重迭的，如何区别这三个不同的逻辑空间呢? 8051的指令系统设计了不同的数据传送指令符号： 访问片内、片外ROM指令用MOVC 访问片外RAM指令用MOVX 访问片内RAM指令用MOV 2.5.2 程序存储器地址空间 2.5.2 程序存储器地址空间 程序存储器用于存放编好的程序和 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 常数。 程序存储器通过16位程序计数器(PC)寻址，寻址能力为64K字节。这使得能在64K地址空间内任意寻址， 没有指令使程序能控制从程序存储器空间转移到数据存储器空间。 null805l／8751的64K程序存储器空间; 片内ROM/PROM为4K字节，地址为O000H—0FFFH; 片外最多可扩至64K字节ROM／EPROM，地址10000H—FFFFH，片内外是统一编址的; 当引脚EA接高电平时，8051的程序计数器PC在0000H—0FFFH范围内(即前4K字节地址)执行片内ROM中的程序；当指令地址超过0FFFH后，就自动地转向片外ROM取指令; 当引脚EA接低电平(接地)时，8051片内ROM不起作用，CPU只能从片外ROM／EPROM中取指令，地址从0000H开始编址。这种接法特别适用于采用8031单片机的场合，由于8031片内不带ROM，所以使用时必须使EA＝0，以便能够从外部扩展EPROM(如2764，2732)中取指令; 8051从片内程序存储器和片外程序存储器取指时执行速度相同。 程序存储器的某些单元留给系统使用 程序存储器的某些单元留给系统使用 存储单元 保留目的 0000H一0002H 复位后初始化引导程序 0003H一000AH 外部中断0 000BH一0012H 定时器0溢出中断 0013H一001AH 外部中断1 001BH一002AH 定时器1溢出中断 0023H一002AH 串行端口中断null 存储单元0000H一0002H用作8051上电复位后引导程序存放单元。 因为8051／8031／8751上电复位后程序计数器PC的内容为0000H，所以CPU总是从0000H开始执行程序。 在这三个单元中存有转移指令，那么程序就被引导到转移指令指定的ROM／EPROM空间去执行。 在8051的程序存贮器的开头都安排的是一条转移指令 　ORG 0000H 　 AJMP #add13 ; 或 LJMP #add16 ; 中断矢量区中断矢量区0003H—002AH单元均匀地分为五段，用作五个中断服务程序的入口。 例如，外部中断引脚INT0(P3.2)有效时，即引起中断申请， CPU响应中断后自动将地址0003H装入PC，程序就自动转向0003H单元开始执行。 如果事先在0O03H—000AH存有引导(转移)指令，程序就被引导(转移指令)到指定的中断服务程序空间去执行。 0003H称中断矢量地址。 中断矢量地址 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 中断矢量地址表 中断源 中断服务程序入口地址 外部中断0 0003H 定时／计数器0溢出 000BH 外部中断1 0013H 定时／计数器1溢出 001BH 串行口 0023H 2.5.3 数据存储器地址空间 2.5.3 数据存储器地址空间 数据存储器RAM用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。 数据存储器空间也分成片内和片外两大部分，即片内RAM和片外RAM。 8051片外数据存储器空间为64K，从0000H—0FFFFH； 片内存储器空间为256字节，地址从00H——0FFH。 片外RAM 片外RAM 片外数据存储器与片内数据存储器空间低地址0000H—00FFH是重迭的， 8051有MOV和MOVX两种指令、用以区分片内、片外RAM空间。 片内RAM使用MOV指令， 片外64K RAM空间专门为MOVX指令所用。 片内RAM 片内RAM 片内数据存储器最大可寻址256个单元 分为两个部分: 低128字节(00H一7FH)是 真正的RAM区 高128字节(80H—FFH)为 特殊功能寄存器(SFR)区 1. 低128字节RAM (00H—7FH) 1. 低128字节RAM (00H—7FH) 分为三个区： 工作寄存器 区(00H—1FH) 位寻址区 (20H—2FH) 真正的RAM区 (30H—7FH) 工作寄存器 区（00H——1FH)工作寄存器 区（00H——1FH)00H—lFH地址安排为四组工作寄存器区， 每组有8个工作寄存器(R0一R7)，共占32个单元。 通过对程序状态字PSW中RSl、RS0的设置， 每组寄存器均可选作CPU的当前工作寄存器组。 若程序中并不需要四组，那么其余可用作一般RAM单元。 CPU复位后，选中第0组工作寄存器。 工作寄存器组 选择工作寄存器组 选择位寻址区 (20H—2FH)位寻址区 (20H—2FH)真正的RAM区真正的RAM区地址范围：30H——7FH 真正用作RAM：非常灵活 应合理安排；如：堆栈区，显示区 2. 高128字节RAM一特殊功能寄存器(SFR) 2. 高128字节RAM一特殊功能寄存器(SFR) 8051片内高128字节RAM中，除程序计数器PC外，有21个专用寄存器(SFR)，也称特殊功能寄存器， 它们离散地分布在80H—FFH的RAM空间中。 访问SFR仅允许使用直接寻址方式(A,B,DPTR,C)。 在21个特殊功能寄存器SFR中，有11个特殊功能寄存器具有位寻址能力，它们的字节地址正好能被8整除