项目一学习单元2：认识单片机基本结构.ppt

主讲：李 营,1-3 微型计算机系统组成原理 1-4 单片机内部结构,QQ: 43965356 Tel: 39786787 机电教研室 实训四号楼 208,内容回顾,微型计算机系统组成原理 二进制、十进制、十六进制 原码、反码、补码,（3）十六进制数与二进制数之间的转换:,二进制数转换成八进制数与上述类似。,十六进制数转换为二进制： 9 A B . 7 C 5 H,1001 1010 1011 . 0111 1100 0101B,二进制数转换十六进制数: 0001 1011 1110 0011 . 1001 0111 1000B,1 B E 3 . 9 7 8H,本次课的主要内容：,单片机的概念、发展 MCS-51单片机内部结构（重点） （要求记笔记）,1.3 微型计算机系统组成原理,1.3.1 电子计算机的问世及其经典结构,1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世，这标志着计算机时代的到来。 （CALCULATOR） ENIAC （“埃尼阿克”）,30吨，用188千个电子管、1500个继电器、11km导线。 时钟100KHZ，加法5千/S,匈牙利籍数学家冯诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。1946年6月，他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。,计算机技术的五个时代：,电子管计算机； 晶体管计算机； 集成电路计算机； 大规模集成电路计算机； 超大规模集成电路计算机。,计算机的结构仍然没有突破冯诺依曼提出的计算机的经典结构框架。,1.3.2 微型计算机的基本组成,1. 中央处理器CPU,CPU（Central Processing Unit）是计算机的核心部件, 它由运算器和控制器组成, 完成计算机的运算和控制功能。 运算器又称算术逻辑部件（ALU, Aithmctieal Logic Unit）, 主要完成对数据的算术运算和逻辑运算。 控制器（Controller）是整个计算机的指挥中心, 它负责从内部存储器中取出指令并对指令进行分析、判断, 并根据指令发出控制信号, 使计算机的有关部件及设备有条不紊地协调工作, 保证计算机能自动、连续地运行。,2. 存储器M,存储器（Memory）是具有记忆功能的部件, 用来存储数据和程序。存储器根据其位置不同可分为两类: 内存储器和外存储器。 内存储器（简称内存）和CPU直接相连, 存放当前要运行的程序和数据, 故也称主存储器（简称主存）。它的特点是存取速度快, 基本上可与CPU处理速度相匹配, 但价格较贵, 能存储的信息量较小。 外存储器（简称外存）又称辅助存储器, 主要用于保存暂时不用但又需长期保留的程序和数据。 存放在外存的程序必须调入内存才能进行。外存的存取速度相对较慢, 但价格较便宜, 可保存的信息量大。,3. 输入/输出接口（I/O接口）, 输入/输出（I/O）接口由大规模集成电路组成的I/O器件构成, 用来连接主机和相应的I/O设备（如: 键盘、 鼠标、显示器、 打印机等）, 使得这些设备和主机之间传送的数据、信息在形式上和速度上都能匹配。不同的I/O设备必须配置与其相适应的I/O接口。,4. 总线,总线（BUS）是计算机各部件之间传送信息的公共通道。微机中有内部总线和外部总线两类。内部总线是CPU内部之间的连线。外部总线是指CPU与其它部件之间的连线。 外部总线有三种: 数据总线DB（Data Bus）, 地址总线 AB（Address Bus）和控制总线 CB（Control Bus）。,1.3.3 基本工作过程,根据冯诺依曼原理构成的现代计算机的工作原理可概括为: 存储程序和程序控制。存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据, 通过一定的方式输入并存储在计算机的存储器中。程序控制是指计算机能自动地逐一取出程序中的一条条指令, 加以分析并执行规定的操作。,2.1.1 MCS-51单片机基本组成,2-1 MCS-51单片机内部结构,2.1.2 MCS-51的内部结构,1 运算器 ALU,累加器ACC（Accumulator） 寄存器B（乘积高八位或除法余数） 程序状态字PSW（Programe State Word）,一、MCS-51的CPU,2 控制器,1） 指令寄存器IR和指令译码器ID 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寄存器, 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。 , 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：0000H0FFFFH共 64 KB。 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。,2）程序计数器PC（Program Counter）,3） 堆栈指针SP（Stack Pointer）30页 8位寄存器 用于子程序调用及返回和中断的保护及返回 “先进后出”原则，保证逐级正确返回 有栈顶和栈底 指向站顶，栈顶自动加一 复位后初始化为07H，为避免冲突一般设30H以上,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。,二 80C51的存储器结构,80C51存储器可以分成两大类：,RAM，CPU在运行时能随时进行数据的写入和读出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。它用来存放暂时性的输入输出数据、运算的中间结果或用作堆栈。,ROM是一种写入信息后不易改写的存储器。断电后，ROM中的信息保留不变。用来存放固定的程序或数据，如系统监控程序、常数表格等。,1、80C51的程序存储器（ROM）配置,PC是16位的计数器，所以能寻址64KB的ROM。 80C51内部有4KB的掩膜ROM，87C51在内部有4KB的EPROM，而80C31在内部没有程序存储器。,片内ROM的配置形式：,无ROM（即ROMLess）型，应用时要在片外扩展程序存储器；,掩膜ROM（即MaskROM）型，用户程序由芯片生产厂写入；, EPROM型，用户程序通过写入装置写入，通过紫外线照射擦除；, FlashROM型，用户程序可以电写入或擦除（当前常用方式）。,还有OTPROM型（一次性编程写入ROM） 产品，具有较高的环境适应性和可靠性。,2、80C51的数据存储器(RAM)配置,1