MCS-51单片机的内部结构.ppt

1,第2章单片机的结构与系统扩展,硬件,2,单片机系统结构,第2章单片机的系统设计,3,电子计算机,4,微型计算机,单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer)：,也称微控制器，是一种把微处理器、半导体存储器、I/O接口和中断系统等集成在同一片集成电路上的微型计算机。MCS-51,单板微型计算机：,是一种把微处理器、半导体存储器、I/O接口和中断电路等芯片安装在同一块印刷电路板上的微型计算机。Z80,多板微型计算机：,把构成微型计算机的功能部件分别组装在多块印刷电路板上，并通过同一机箱内的总线插槽连成一体的微型计算机。,5,微型机系统,6,MCS-51家族,MCS-51家族包括51和52两个子系列。51子系列机包括8031、8051、8751、89C51等，主要差别在于片内集成不同类型的程序存储器。,52子系列的产品主要有8032、8052、8752。与51子系列的差别主要在于：1.片内数据存储器由128B增至256B2.片内程序存储器增至8KB（8032/80C32无）3.I/O口功能增强（3个16位定时器/计数器，有6个中断源）。其他性能均与5l子系列相同。其对应的低功耗CHMOS工艺器件分别为80C32、80C52和87C52。,7,MCS-51家族,（1）基本型典型产品：8031/8051/8751,内部RAM增到256字节，8052、8752的内部程序存储器扩展到8KB，16位定时器/计数器增至3个。,（3）低功耗型典型产品：80C31/87C51/80C51。采用CMOS工艺适于电池供电或其它要求低功耗的场合。,（2）增强型典型产品：8032/8052/8752,8,中央处理器（CPU）；数据存储器（RAM）；程序存储器（ROM）；2个l6位的定时器/计数器；并行I/O口（32根I/O线，4个P口）；外部存贮器寻址范围ROM、RAM各64K；全双工串行口；中断系统（5个中断源，2个中断优先级）时钟电路。,8051的内部结构,9,微型计算机的总线结构,10,1、地址线AB(16条)：用来传送存储器所需要的地址码或外部设备的编号。通常由CPU发出。2、数据线DB(8条)：传送CPU到存储器或I/O设备的输出数据，或从存储器或I/O设备读入。双向传输。3、控制/状态线CB(6条)：CPU发出的控制命令；存储器或外设的状态信息。双向传输。,微型计算机的总线结构,11,单片机的内部结构,第2章单片机的系统设计,12,单块集成电路芯片：CPU、存储器、I/O接口电路等,单片机的内部结构,13,中央处理器（CPU）,（1）运算器：算术逻辑单元ALU（2）控制器：定时控制逻辑、指令寄存器IR、指令译码器ID时序部件(时钟、脉冲分配器)、微操作控制部件（3）专用寄存器组：程序计数器(PC)、累加器(A)、通用寄存器(B)、程序状态字(PSW)、堆栈指针(SP)、数据指针(DPTR),14,算术逻辑部件ALU,ALU由三部分组成：1、加法器四则运算：加、减、乘、除2、布尔处理器与、或、非、异或、取反等3、暂存器TMP1、TMP2，对用户不开放,15,定时控制部件的控制作用,指令寄存器IR用于存放从程序存储器中取出的指令码，定时控制逻辑（指令译码器ID）用于对指令寄存器中的指令码进行译码，并在振荡器的配合下产生执行指令的时序脉冲，以完成相应的指令的执行。,16,专用寄存器组SFR,有21个（8051）,17,程序计数器PC,程序计数器PC(programcounter)是一个二进制16位的程序地址寄存器，专门用来存放下一条需要执行指令的内存地址，能自动加1。工作过程：CPU执行指令时，先是根据程序计数器PC中的地址从存储器中取出当前需要执行的指令码，并把它送给控制器分析执行，随后程序计数器PC中的地址自动加1，以便为CPU取下一个需要执行的指令码作准备。,18,8051的程序计数器,8051的程序计数器PC由16个触发器构成，故它的编码范围为0000HFFFFH，共64K。也就是说，8051对程序存储器的寻址范围为64KB。需要执行程序的机器码必须在程序执行前预先一条条地按序放到程序存储器中，并为程序计数器PC设置成程序的第一条指令的内存地址：ORG0200H,19,累加器ACC,累加器是一个具有特殊用途的二进制8位寄存器，专门用来存放操作数或运算结果。在CPU执行某种运算前，两个操作数中的一个通常应放在累加器A中，运算完成后累加器A中便可得到运算结果。MOVA,#03H;ADDA,#05H;,20,通用寄存器B,通用寄存器B是专门为乘法和除法设置的寄存器，也是一个二进制8位寄存器，由8个触发器组成。该寄存器在乘法或除法前，用来存放乘数或除数，在乘法或除法完成后用于存放乘积的高8位或除法的余数。MOVA,#05H;MOVB,#03H;MULAB;,21,程序状态字PSW,程序状态字PSW是一个8位标志寄存器，用来存放指令执行后的有关状态。PSW是在指令执行过程中自动形成的，但也可以根据需要采用传送指令的方式加以改变。,进位标志位Cy辅助进位位AC用户标志位F0,寄存器选择位RS1和RS0溢出标志位OV奇偶标志位P,22,进位标志位Cy,用于表示加减运算过程中累加器最高位A7有无进位或借位。加法：若A7有进位，则Cy=1；否则Cy=0；减法：若A7有借位，则Cy=1；否则Cy=0；移位操作也会影响该标志位。,23,辅助进位位AC,用于表示加减运算时累加器低4位（A3）有无向高4位（A4）进位或借位。加法：若A3-A4有进位，则Cy=1；否则Cy=0；减法：若A3-A4有借位，则Cy=1；否则Cy=0；,24,用户标志位F0,位状态通常不是机器在执行指令的过程中自动形成的，而是由用户根据程序执行的需要通过传送指令确定的。该标志位状态一经设定，便由用户程序直接检测，以决定用户程序的流向。自定义标志位,25,寄存器选择位RS1和RS0,8051共有8个8位工作寄存器，R0R7但他们在RAM中的实际物理地址是可以根据需要选定的。用户通过改变RS1和RS0之间的状态可以方便地决定R0R7的实际物理地址。,26,溢出标志位OV,可以指示运算过程中是否发生了溢出，由机器执行指令过程中自动形成。若累加器A中运算结果超出了8位数能表示的范围（28），即-128+127，则OV标志自动置1；否则OV=0。,27,奇偶标志位P,用于指示运算结果中1的个数的奇偶性。若P=1，则累加器A中的1的个数为奇数；若P=0，则累加器A中的1的个数为偶数。,PSW1位无定义，用户不可以使用。,28,例子,程序执行前F0=0,RS1RS0=00B,执行如下程序MOVA,#0FH;ADDA,#F8H;后，PSW中各位的状态,11000001,PSW=C1H,29,堆栈指针SP,堆栈指针是一个8位寄存器，能自动加1或减1，专门用来存放堆栈的栈顶地址。符合“先进后出”或“后进先出”的规律8051片内RAM共有128B，地址范围为00H7FH，此区域中任何子区域都可以作为堆栈区。,30,堆栈地址,栈底地址是固定不变的，它决定了堆栈在RAM中的物理位置；系统复位后，SP初始化为07H。