第三章计算机系统的组成与工作原理本章学习目标理解模型

1、1/150第三章第三章 计算机系统计算机系统 的组成与工作原理的组成与工作原理本章学习目标本章学习目标理解模型机的结构及工作过程理解模型机的结构及工作过程 掌握单片机的结构掌握单片机的结构掌握单片机掌握单片机I/O口的使用口的使用掌握单片机应用系统的典型构成掌握单片机应用系统的典型构成2/1503.1模型机的结构及工作过程一、模型机的结构简介一、模型机的结构简介模型机的主要构成：模型机的主要构成：三总线三总线 ( (地址总线、数据总线和控制总线地址总线、数据总线和控制总线) )中央处理器（中央处理器（CPUCPU）存储器存储器I/OI/O接口接口3/150图3-1 模型机的结构4/1501 1

2、、中央处理器的组成、中央处理器的组成中央处理器（中央处理器（CPUCPU）由）由运算器运算器和和控制器控制器组成。组成。（1 1）运算器）运算器定义定义：运算器是计算机中加工和处理数据运算器是计算机中加工和处理数据 的功能部件。的功能部件。功能功能：对数据进行加工处理，主要包括算对数据进行加工处理，主要包括算 术和逻辑运算，如加、减、乘、术和逻辑运算，如加、减、乘、 与、或、非运算等。另外，还暂时与、或、非运算等。另外，还暂时 存放参与运算的数据和中间结果。存放参与运算的数据和中间结果。5/150运算器组成部分运算器组成部分算数逻辑单元算数逻辑单元ALU（Arithmetic Logical

3、Unit）：）：主要完成算术、逻辑运算。主要完成算术、逻辑运算。累加寄存器（简称累加器）累加寄存器（简称累加器）A：用于存放操作用于存放操作数或运算结果。数或运算结果。寄存器组：寄存器组：由其它寄存器组成，主要用于存放由其它寄存器组成，主要用于存放操作数或运算结果。操作数或运算结果。标志寄存器标志寄存器F：存放运算结果的标志（零、正存放运算结果的标志（零、正负、进位、溢出等）。负、进位、溢出等）。6/150（2 2）控制器）控制器功能功能：控制器用于控制和指挥计算机内各控制器用于控制和指挥计算机内各功能部件协调动作，完成计算机程序功能。功能部件协调动作，完成计算机程序功能。7/150控制器组成

4、控制器组成程序计数器程序计数器PC（Program Counter）：）：用于存放将要用于存放将要取出的指令地址，指令取出后，其内容自动加取出的指令地址，指令取出后，其内容自动加1。指令寄存器指令寄存器IR（Instruction Register）：）：用于存放指令用于存放指令的操作码。的操作码。指令译码器指令译码器ID（Instruction Decode）：）：用于将指令的用于将指令的操作码翻译成机器能识别的命令信号。操作码翻译成机器能识别的命令信号。微操作信号发生器微操作信号发生器MOSG（Microoperation Signal Generator）：）：用于产生一系列微操作控制信

5、号。用于产生一系列微操作控制信号。地址寄存器地址寄存器AR（Address Register）：用于存放操作数用于存放操作数或结果单元的地址。或结果单元的地址。数据寄存器数据寄存器DR（Data Register）：）：用于存放操作数。用于存放操作数。8/150控制器种类控制器种类 根据产生微操作控制信号的方式不同根据产生微操作控制信号的方式不同组合逻辑控制型组合逻辑控制型存储逻辑型存储逻辑型组合逻辑组合逻辑存储逻辑结合型存储逻辑结合型 根本区别在于微操作信号发生器的实现方法不同根本区别在于微操作信号发生器的实现方法不同.9/150组合逻辑型控制器组合逻辑型控制器优点：优点：其微操作信号发生器

6、是由门电路组成的其微操作信号发生器是由门电路组成的复杂树状网络构成的。最大优点是复杂树状网络构成的。最大优点是速度快速度快。缺点：缺点：微操作信号发生器结构不规整，设计、微操作信号发生器结构不规整，设计、调试、维修较困难，难以实现设计自动化。一调试、维修较困难，难以实现设计自动化。一旦控制部件构成后，难以增加新的控制功能。旦控制部件构成后，难以增加新的控制功能。 目前仅有一些巨型机和目前仅有一些巨型机和RISCRISC机为追求高机为追求高速度仍采用组合逻辑控制器。速度仍采用组合逻辑控制器。10/150存储逻辑型控制器存储逻辑型控制器优点：优点：采用存储逻辑来实现，即把微操作信号采用存储逻辑来实

7、现，即把微操作信号代码化，使每条机器指令转化成为一段微程序，代码化，使每条机器指令转化成为一段微程序，存入控制存储器中，微操作控制信号由微指令存入控制存储器中，微操作控制信号由微指令产生。产生。 它具有设计规整，调试、维修、更改、扩充指它具有设计规整，调试、维修、更改、扩充指令都方便的优点，易于实现自动化设计，令都方便的优点，易于实现自动化设计，已成已成为当前控制器的主流。为当前控制器的主流。缺点：缺点：由于它增加了一级控制存储器，所以指由于它增加了一级控制存储器，所以指令的执行速度比组合逻辑控制器慢。令的执行速度比组合逻辑控制器慢。11/150PLA控制器控制器组合逻辑与存储逻辑结合型的控制

8、器称为组合逻辑与存储逻辑结合型的控制器称为PLA控制器，它是吸收前两种控制器的设计思想来控制器，它是吸收前两种控制器的设计思想来实现的。实现的。PLA控制器实际上也是一种组合逻辑控制器，控制器实际上也是一种组合逻辑控制器，但它又与常规的组合逻辑控制器的硬连结构不但它又与常规的组合逻辑控制器的硬连结构不同，它是程序可编的，某一微操作控制信号由同，它是程序可编的，某一微操作控制信号由PLA的某一输出函数产生。的某一输出函数产生。PLA控制器是组合逻辑技术和存储逻辑技术结控制器是组合逻辑技术和存储逻辑技术结合的产物，合的产物，它克服了两者的缺点它克服了两者的缺点，是一种较有，是一种较有前途的方法。前

9、途的方法。12/150图3-2 微操作信号发生器的基本结构示意图13/1502 2、存储器的结构、存储器的结构功能：功能：主要用于保存程序和数据。主要用于保存程序和数据。组成部分：组成部分：包含地址译码器、存储单元和包含地址译码器、存储单元和 控制逻辑。控制逻辑。14/150存储器访问过程存储器访问过程（1 1）读操作）读操作 CPU首先将地址寄存器首先将地址寄存器AR的内容放到地址的内容放到地址总线总线AB上，地址总线上的内容进入地址译上，地址总线上的内容进入地址译码器，由地址译码器进行译码，选通相应码器，由地址译码器进行译码，选通相应的存储单元。被选通的存储单元的内容就的存储单元。被选通的

10、存储单元的内容就出现数据总线上，在控制信号的作用下，出现数据总线上，在控制信号的作用下，CPU从数据总线上读取数据到数据寄存器从数据总线上读取数据到数据寄存器DR，从而完成存储器的读操作。，从而完成存储器的读操作。15/150（2 2）写操作）写操作 CPU将地址寄存器将地址寄存器AR的内容送到地址总线的内容送到地址总线AB上，地址总线上的内容进入地址译码器，上，地址总线上的内容进入地址译码器，由地址译码器进行译码，以选通相应的存由地址译码器进行译码，以选通相应的存储单元。在控制信号的作用下，储单元。在控制信号的作用下，CPU将要将要写入的数据通过数据总线写入到被选通的写入的数据通过数据总线写

11、入到被选通的存储单元，完成存储器的写操作。存储单元，完成存储器的写操作。16/150二、模型机的工作过程二、模型机的工作过程工作过程工作过程读取指令读取指令分析指令分析指令执行指令执行指令保存结果保存结果在进行计算之前，应做如下工作：在进行计算之前，应做如下工作：用助记符号指令（汇编语言）编写源程序）；用助记符号指令（汇编语言）编写源程序）；用汇编软件（汇编程序）将源程序汇编成计算用汇编软件（汇编程序）将源程序汇编成计算机能识别的机器语言程序；机能识别的机器语言程序；将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。17/150下面举例说明计算机程序的具体执行

12、过程。下面举例说明计算机程序的具体执行过程。例如，计算例如，计算7+10=?，结果在，结果在A中。中。汇编语言语句汇编语言语句机器码机器码注释注释MOV A，07HB0H 07H；07送入累加器送入累加器AADD A，0AH04H 0AH；10与与A中内容相加，中内容相加，结果在结果在A中中HLTF4H；暂停；暂停18/150假设上述程序在存储器中的存储格式假设上述程序在存储器中的存储格式（设程序从（设程序从00H开始存放）如图所示。开始存放）如图所示。地址地址存储内容存储内容00HB0H01H07H02H04H03H0AH04HF4H图3-3 示例程序机器码在存储器中的存储格式 19/150

13、读取指令阶段的执行过程如下：读取指令阶段的执行过程如下：CPU将程序计数器将程序计数器PC的内容的内容00H送地址寄存器送地址寄存器AR。程序计数器程序计数器PC的内容自动加的内容自动加1变为变为01H，为取，为取下一条指令作好准备。下一条指令作好准备。地址寄存器地址寄存器AR将将00H通过地址总线通过地址总线AB送至存送至存储器地址译码器译码，选中储器地址译码器译码，选中00H单元。单元。CPU发出发出“读读”命令。命令。所选中的所选中的00单元的内容单元的内容B0H由存储器送至数据由存储器送至数据总线总线DB上。上。20/150经数据总线经数据总线DB，CPU将读出的内容将读出的内容B0H

14、送至数送至数据寄存器据寄存器DR。数据寄存器数据寄存器DR将其内容送至指令寄存器将其内容送至指令寄存器IR中，中，经过译码，经过译码，CPU“识别识别”出此操作码为两字节出此操作码为两字节指令的第一个字节，再取出下一个字节后得知指令的第一个字节，再取出下一个字节后得知是是“MOV A，07H”指令，于是控制器发出执指令，于是控制器发出执行这条指令的控制命令。行这条指令的控制命令。21/150读取第一条指令第一个字节的示意图如图所示。读取第一条指令第一个字节的示意图如图所示。图3-4 读取第一条指令第一个字节的示意图22/150执行指令阶段的执行过程如下：执行指令阶段的执行过程如下：CPU将程序

15、计数器将程序计数器PC的内容送地址寄存器的内容送地址寄存器AR。程序计数器程序计数器PC的内容自动加的内容自动加1变为变为02H，为取下一条指，为取下一条指令作好准备。令作好准备。地址寄存器地址寄存器AR将将01H通过地址总线送至存储器地址译通过地址总线送至存储器地址译码器译码，选中码器译码，选中01H单元。单元。CPU发出发出“读读”命令。命令。所选中的所选中的01H单元的内容单元的内容07H读至数据总线读至数据总线DB上。上。经数据总线经数据总线DB，读出的内容，读出的内容07H送至数据寄存器送至数据寄存器DR。由控制码计算机确定读出的是立即数，并要求将它送由控制码计算机确定读出的是立即数

16、，并要求将它送入累加器入累加器A中，所以数据寄存器中，所以数据寄存器DR通过内部总线将通过内部总线将07H送入累加器送入累加器A中。中。23/150执行第一条指令的示意图如图所示。执行第一条指令的示意图如图所示。图3-5 执行第一条指令示意图24/150执行第二条指令的取指过程与第一条相同，执行第二条指令的取指过程与第一条相同，只是指令码地址不同。只是指令码地址不同。经过对第二条指令操作码的分析（译码）经过对第二条指令操作码的分析（译码）得知第二条指令为加法指令，执行过程如得知第二条指令为加法指令，执行过程如下：下：程序计数器程序计数器PC的内容送的内容送AR。程序计数器程序计数器PC的内容自

17、动加的内容自动加1并回送并回送PC。地址寄存器地址寄存器AR的内容经地址总线的内容经地址总线AB送到存储送到存储器地址译码器。器地址译码器。25/150CPU发出发出“读读”命令。命令。所选中的所选中的03H单元的内容单元的内容0AH送到数据总线送到数据总线DB。数据总线数据总线DB上的内容送数据寄存器上的内容送数据寄存器DR。数据寄存器数据寄存器DR的内容经的内容经B寄存器送算术逻辑单寄存器送算术逻辑单元元ALU的一端。的一端。累加器累加器A的内容送的内容送ALU的另一端。的另一端。ALU相加的结果输出到相加的结果输出到A。26/150执行第二条指令的操作示意图如图所示。执行第二条指令的操作

18、示意图如图所示。图3-6 执行第二条指令操作示意图27/150一、单片机的内部结构一、单片机的内部结构 单片微型计算机（简称单片机）在一片芯单片微型计算机（简称单片机）在一片芯片上集成了前述微型计算机的功能结构，片上集成了前述微型计算机的功能结构，有些单片机不仅集成了有些单片机不仅集成了CPU、存储程序存储程序和和数据的存储器数据的存储器、I/O接口接口、定时定时/计数器计数器等常等常规资源，而且还集成了工业测控系统中常规资源，而且还集成了工业测控系统中常用的用的模拟量模块模拟量模块。 3.2单片机的结构单片机的结构28/150单片机产品单片机产品8051内核是内核是Intel 8051系列单

19、片机的基本标准，许多参系列单片机的基本标准，许多参考书上将这种单片机称为考书上将这种单片机称为MCS-51系列单片机。系列单片机。MCS-51系列单片机的典型产品为系列单片机的典型产品为8051，它有，它有4K8ROM，128字节字节RAM，2个个16位定时位定时/计数器，计数器，4个个8位位I/O口，一个串行口。口，一个串行口。二十世纪二十世纪80年代，年代，Intel将将8051内核转让或出售给几家内核转让或出售给几家著名的著名的IC厂商，如厂商，如Philips，Atmel等。这样，等。这样，8051单片单片机就变成众多制造厂家支持的，发展成为上百个产品机就变成众多制造厂家支持的，发展成

20、为上百个产品的大家族。的大家族。最常用的宏晶最常用的宏晶STC系列单片机，系列单片机，Atmel公司的公司的AT89系列系列等等51系列，等等。只要是系列，等等。只要是8051内核的单片机，它们的内核的单片机，它们的最基本结构是相同的，并且，指令系统完全兼容标准最基本结构是相同的，并且，指令系统完全兼容标准8051单片机。单片机。29/150 以目前市场上常见的以目前市场上常见的8051内核单片机内核单片机STC15F2K60S2为例，为例，说明单片机的内部结构。说明单片机的内部结构。STC12C5A60S2单片机主要集成单片机主要集成了以下资源：了以下资源：增强型增强型8051内核，单时钟机

21、器周期，速度比传统内核，单时钟机器周期，速度比传统8051内核单片机内核单片机快快812倍倍60KB Flash程序存储器程序存储器;1KB数据数据Flash;2048字节的字节的SRAM3个个16位可自动重装载的定时位可自动重装载的定时/计数器（计数器（T0、T1、T2）可编程时钟输出功能可编程时钟输出功能 至多至多42根根I/O口线口线 2个全双工异步串行口（个全双工异步串行口（UART）1个高速同步通信端口（个高速同步通信端口（SPI） 8通道通道10位位ADC3通道通道PWM/可编程计数器阵列可编程计数器阵列/捕获捕获/比较单元比较单元内部高可靠上电复位电路和硬件看门狗内部高可靠上电复

22、位电路和硬件看门狗 内部集成高精度内部集成高精度R/C时钟，常温工作时，可以省去外部晶振电路。时钟，常温工作时，可以省去外部晶振电路。30/150图3- 7 STC15F2K60S2单片机的内部结构图STC15F2K60S2单片机内部结构框图单片机内部结构框图31/150STC15F2K60S2单片机的内部资源单片机的内部资源中央处理器（中央处理器（CPU） 程序存储器（程序存储器（Flash）数据存储器（数据存储器（RAM）数据数据Flash存储器存储器定时定时/计数器计数器I/O接口接口通用异步串行通信接口（通用异步串行通信接口（UART）中断系统中断系统SPI接口接口高速高速A/D转换模

23、块转换模块PWM（或捕获（或捕获/比较单元）比较单元）看门狗电路看门狗电路电源监控电源监控片内片内RC振荡器等模块振荡器等模块几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块， 可称得上一个片上系统（可称得上一个片上系统（SOC）32/1501、CPU结构结构 单片机的中央处理器（单片机的中央处理器（CPU）由运算器和）由运算器和控制器组成。控制器组成。（1）运算器）运算器 以以8位算术位算术/逻辑运算部件逻辑运算部件ALU为核心，加上为核心，加上通过内部总线而挂在其周围的暂存器通过内部总线而挂在其周围的暂存器TMP1、TMP2、累加器、累加器ACC、

24、寄存器、寄存器B、程序状态、程序状态标志寄存器标志寄存器PSW以及布尔处理机组成了整以及布尔处理机组成了整个运算器的逻辑电路。个运算器的逻辑电路。33/150算术逻辑单元算术逻辑单元ALU：用来完成二进制数的四则用来完成二进制数的四则运算和布尔代数的逻辑运算。运算和布尔代数的逻辑运算。累加器累加器ACC又记作又记作A：是一个具有特殊用途的：是一个具有特殊用途的8位寄存器，在位寄存器，在CPU中工作最频繁，用来存放操中工作最频繁，用来存放操作数和运算结果。作数和运算结果。寄存器寄存器B：是专门为乘、除法设置的寄存器，是专门为乘、除法设置的寄存器，也是一个也是一个8位寄存器，用来存放乘法和除法中位

25、寄存器，用来存放乘法和除法中的操作数及运算结果，对于其他指令，它只作的操作数及运算结果，对于其他指令，它只作暂存器用。暂存器用。程序状态字程序状态字（PSW）：又称为标志寄存器，一）：又称为标志寄存器，一个个8位寄存器，用来存放执行指令后的有关状位寄存器，用来存放执行指令后的有关状态信息，供程序查询和判别之用。态信息，供程序查询和判别之用。 34/150PSW中有些位的状态是在指令执行过程中中有些位的状态是在指令执行过程中自动形成的，有些位可以由用户采用指令自动形成的，有些位可以由用户采用指令加以改变。加以改变。PSW的各位定义如下所示：的各位定义如下所示：位号位号D7D6D5D4D3D2D1

26、D0符号符号 CYACF0RS1 RS0OVF1P35/150CY（PSW.7）：）：进位标志位进位标志位 当执行加当执行加/减法指令时，如果操作结果的最高位减法指令时，如果操作结果的最高位D7出现进出现进/借位，则借位，则CY置置“1”，否则清，否则清“0”。执行。执行乘除运算后，乘除运算后，CY清零。此外，清零。此外，CPU在进行移位操在进行移位操作时也会影响这个标志位。作时也会影响这个标志位。位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0符号符号 CYACF0RS1 RS0OVF1P36/150AC（PSW.6）：）：辅助进位标志位辅助进位标志位 当执行加当执行加/减法指令时，如果低四位数向高

27、减法指令时，如果低四位数向高四位数产生进四位数产生进/借位，则借位，则AC置置“1”，否则清，否则清零。零。位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0符号符号 CYACF0RS1 RS0OVF1P37/150F0（PSW.5）：）：用户标志用户标志0。 该位是由用户定义的一个状态标志。可以用软件该位是由用户定义的一个状态标志。可以用软件来使它置来使它置“1”或清或清“0”，也可以由软件测试，也可以由软件测试F0控控制程序的流向。制程序的流向。F1（PSW.1）：）：用户标志用户标志1。 该位是由用户定义的一个状态标志。与该位是由用户定义的一个状态标志。与F0类似，类似，可以用软件来使它置可以用软

28、件来使它置“1”或清或清“0”，也可以由软，也可以由软件测试件测试F1控制程序的流向。控制程序的流向。位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0符号符号 CYACF0RS1 RS0OVF1P38/150RS1，RS0（PSW.4PSW.3）：）：工作寄存工作寄存器组选择控制位器组选择控制位，其详细介绍见后续内容。，其详细介绍见后续内容。OV（PSW.2）：）：溢出标志位溢出标志位。指示运算过。指示运算过程中是否发生了溢出，在执行指令过程中程中是否发生了溢出，在执行指令过程中自动形成。自动形成。位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0符号符号 CYACF0RS1 RS0OVF1P39/150P（P

29、SW.0）：）：奇偶标志位奇偶标志位 累加器累加器ACC中中1的个数为偶数，的个数为偶数，P=0；否；否则则P=1。每个指令周期都由硬件来置。每个指令周期都由硬件来置“1”或或清清“0”。在具有奇偶校验的串行数据通信。在具有奇偶校验的串行数据通信中，可以根据中，可以根据P设置奇偶校验位。设置奇偶校验位。位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0符号符号 CYACF0RS1 RS0OVF1P40/150布尔处理机布尔处理机是单片机是单片机CPU中运算器的中运算器的一个重要组成部分。一个重要组成部分。功能功能：为用户提供丰富的位操作功能，有相应的指令系统，：为用户提供丰富的位操作功能，有相应的指令系

30、统，硬件有自己的硬件有自己的“累加器累加器”（进位位（进位位C，即，即CY），和自己的），和自己的位寻址位寻址RAM和和I/O空间，是一个独立的位处理机。空间，是一个独立的位处理机。 大部分位操作均围绕着其累加器大部分位操作均围绕着其累加器进位位进位位C完成。对完成。对 任何可直接寻址的位，布尔处理机可执行置位、取反、转任何可直接寻址的位，布尔处理机可执行置位、取反、转移、位的读写等操作。在任何可寻址的位（或该位内容取移、位的读写等操作。在任何可寻址的位（或该位内容取反）和进位标志反）和进位标志C之间，可执行逻辑与、或操作，其结果之间，可执行逻辑与、或操作，其结果送回到进位标志送回到进位标志C

31、。41/150（2）控制器）控制器 控制器是控制器是CPU的大脑中枢，包括定时控的大脑中枢，包括定时控制逻辑、指令寄存器、译码器、地址指针制逻辑、指令寄存器、译码器、地址指针DPTR及程序计数器及程序计数器PC、堆栈指针、堆栈指针SP、RAM地址寄存器、地址寄存器、16位地址缓冲器等。位地址缓冲器等。42/150程序计数器程序计数器PC是一个是一个16位的程序地址寄存器，专门用来存放下位的程序地址寄存器，专门用来存放下一条需要执行的指令的内存地址，能自动加一条需要执行的指令的内存地址，能自动加1。当当CPU执行指令时，根据程序计数器执行指令时，根据程序计数器PC中的地中的地址从存储器中取出当前

32、需要执行的指令码，并把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，随后程序计数器中的地它送给控制器分析执行，随后程序计数器中的地址自动加址自动加1，以便为，以便为CPU取下一个需要执行的指取下一个需要执行的指令码做准备。令码做准备。当下一个指令码取出执行后，当下一个指令码取出执行后，PC又自动加又自动加1。这。这样，程序计数器样，程序计数器PC一次次加一次次加1，指令就被一条条，指令就被一条条执行。执行。43/150堆栈堆栈主要用于保存临时数据、局部变量、中断或子主要用于保存临时数据、局部变量、中断或子程序的返回地址。程序的返回地址。STC15F2K60S2单片机的堆栈设在

33、内部单片机的堆栈设在内部RAM中，中，是一个按照是一个按照“先进后出先进后出”规律存放数据的区域。规律存放数据的区域。堆栈指针堆栈指针SP是一个是一个8位寄存器，能自动加位寄存器，能自动加1或减或减1。当数据压入堆栈时，。当数据压入堆栈时，SP自动加自动加1；数据从堆；数据从堆栈中弹出后，栈中弹出后，SP自动减自动减1。 复位后，寄存器默认值为复位后，寄存器默认值为07H，堆栈区在，堆栈区在08H开始的区域。用户通常将堆栈区域用指令设置开始的区域。用户通常将堆栈区域用指令设置在内部在内部RAM的的80HFFH之间。之间。44/150数据指针数据指针DPTR一个一个16位专用寄存器，由位专用寄存

34、器，由DPL（低（低8位）和位）和DPH（高（高8位）组成。位）组成。DPTR可以直接进行可以直接进行16位操作，也可分别对位操作，也可分别对DPL和和DPH按字节进行操作。按字节进行操作。STC15F2K60S2单片机有两个单片机有两个16位的数据指针位的数据指针DPRT0和和DPTR1，这两个数据指针共用同一个，这两个数据指针共用同一个地址，可通过设置辅助寄存器地址，可通过设置辅助寄存器AUXR1中的中的DPS（AUXR1.0）位来选择具体使用哪一个数据指）位来选择具体使用哪一个数据指针。针。 45/1502 2、存储器的结构、存储器的结构STC15F2K60S2 结构特点结构特点：程序存

35、储器和数据存储器的寻：程序存储器和数据存储器的寻址空间是分开的。址空间是分开的。结构划分：结构划分：片内集成有片内集成有4个物理上相互独立个物理上相互独立的存储器空间：程序的存储器空间：程序Flash存储器、数据存储器、数据Flash存储器（存储器（EEPROM）、内部数据存储）、内部数据存储器和外部数据存储器。器和外部数据存储器。46/150图3-8 STC15F2K60S2单片机存储器配置示意图扩展数据存储器 内部数据存储器 程序Flash存储器特殊功能寄存器低128字节内部RAMFFH80H7FH00H0000H03FFH06FFH0000H60KBF000H0000H1KB程序Flas

36、h存储器数据Flash存储器1792字节扩展RAM高128字节内部RAM数据Flash存储器47/150（1）程序）程序Flash存储器存储器功能：功能：存放用户程序、数据和表格等信息。存放用户程序、数据和表格等信息。空间大小：空间大小：STC15F2K60S2片内集成了片内集成了60KB的程序的程序Flash存储器，地址为存储器，地址为0000HF000H。单片机复位后，程序计数器。单片机复位后，程序计数器PC的的内容为内容为0000H，从，从0000H单元开始执行程序。单元开始执行程序。 48/150特殊单元特殊单元在程序在程序Flash存储器中有些特殊的单元，这些单元是存储器中有些特殊的

37、单元，这些单元是中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址：0003H 外部中断外部中断0中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址000BH 定时定时/计数器计数器0中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址0013H 外部中断外部中断1中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址001BH 定时定时/计数器计数器1中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址0023H 串行通信口串行通信口1中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址002BH ADC中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址0033H 低电压检测中断服务程序的入口地址低电压检测中断服务程序的入口地址003BH P

38、CA中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址0043H 串行通信口串行通信口2中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址004BH SPI中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址49/150中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址0053H 外部中断外部中断2中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址005BH 外部中断外部中断3中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址0063H 定时定时/计数器计数器2中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址0083H 外部中断外部中断4中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址响应中断时，单片机自动转到相应的中断入口地址去响应中断

39、时，单片机自动转到相应的中断入口地址去执行程序。由于大部分相邻中断入口地址之间只有执行程序。由于大部分相邻中断入口地址之间只有8个个地址单元，无法保存完整的中断服务程序，一般在中地址单元，无法保存完整的中断服务程序，一般在中断入口的地址区存放一条断入口的地址区存放一条无条件转移指令无条件转移指令，指向真正，指向真正存放中断服务程序的空间。中断响应后，存放中断服务程序的空间。中断响应后，CPU执行这执行这条转移指令，转去执行中断服务程序。条转移指令，转去执行中断服务程序。50/150使用指令使用指令 读取程序存储器中保存的表格常数等内读取程序存储器中保存的表格常数等内容时，使用容时，使用MOVC

40、指令。指令。 程序程序Flash存储器的擦写次数为存储器的擦写次数为10万次万次以上，大大提高了芯片利用率，降低了开以上，大大提高了芯片利用率，降低了开发成本。发成本。51/150（2）数据存储器）数据存储器STC15F2K60S2 数据存储器也称为随机存取数据存储器。数据存储器也称为随机存取数据存储器。空间划分空间划分 在物理上和逻辑上都分为两个地址空间：在物理上和逻辑上都分为两个地址空间：内部内部数据存储区和数据存储区和扩展扩展数据存储区数据存储区 。52/1501 1）内部数据存储区（又称为内部）内部数据存储区（又称为内部RAMRAM） 256字节内部字节内部RAM，存放中间结果和过程数

41、据。内部，存放中间结果和过程数据。内部RAM的地址范围是的地址范围是00HFFH，共，共256个单元，分三部分：个单元，分三部分：低低128字节字节RAM（00H7FH）：也称为基本）：也称为基本RAM区。区。基本基本RAM区又分为工作寄存器区、位寻址区、用户区又分为工作寄存器区、位寻址区、用户RAM和堆栈区。可以直接寻址和间接寻址。用和堆栈区。可以直接寻址和间接寻址。用“MOV”和和“MOV Ri”形式的指令访问。形式的指令访问。高高128字节字节RAM（80HFFH）：只能间接寻址。用）：只能间接寻址。用“MOV Ri”形式的指令访问。形式的指令访问。特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）

42、区：地址范围为）区：地址范围为80HFFH，只可直接寻址，用只可直接寻址，用“MOV”形式的指令访问。形式的指令访问。53/1500区(R7R0)1区(R7R0)2区(R7R0)3区(R7R0)0FH08H17H10H20H2FH30H通用用户RAM和堆栈区(30H7FH)可直接或间接字节寻址 80HFFH只能间接寻址访问特殊功能寄存器区(80HFFH)只能直接寻址访问7FH80HFFH1FH18H位寻址区(16字节，共128位）也可以字节寻址07H00H4个工作寄存器区也可做RAM单元使用图3-9 内部数据存储器地址空间工作寄存器区工作寄存器区位寻址区位寻址区通用用户通用用户RAM和堆栈区和

43、堆栈区特殊功能寄存器区特殊功能寄存器区内部数据存储器地址空间分配内部数据存储器地址空间分配54/150工作寄存器区工作寄存器区地址分配地址分配：00H1FH共共32个单元。分为四组个单元。分为四组（每一组称为一个寄存器组），每一组包括（每一组称为一个寄存器组），每一组包括8个个8位的工作寄存器，分别是位的工作寄存器，分别是R0R7。功能功能：通过使用工作寄存器，可以提高运算速：通过使用工作寄存器，可以提高运算速度，也可以使用其中的度，也可以使用其中的R0或或R1存放八位地址值，存放八位地址值，访问一个访问一个256字节外部字节外部RAM块中的单元。另外，块中的单元。另外，R0R7也可以用作计数

44、器，在指令作用下加也可以用作计数器，在指令作用下加1或减或减1。55/150工作寄存器组的选择：工作寄存器组的选择：PSWPSW寄存器中的寄存器中的RS1RS1和和RS0RS0两位组合决定当前使用的工作寄存器组。可以通两位组合决定当前使用的工作寄存器组。可以通过位操作指令直接修改过位操作指令直接修改 RS1RS1和和RS0RS0的内容，选择的内容，选择不同的工作寄存器组。不同的工作寄存器组。RS1（PSW.4）RS0（PSW.3）工作寄存器组工作寄存器组工作寄存器地址工作寄存器地址000R7R0对应的地址为对应的地址为07H00H011R7R0对应的地址为对应的地址为0FH08H102R7R0

45、对应的地址为对应的地址为17H10H113R7R0对应的地址为对应的地址为1FH18H表3-1 工作寄存器组选择56/150位寻址区位寻址区20H2FH之之间 的 单 元 既间 的 单 元 既可 以 按 字 节可 以 按 字 节存 取 ， 也 可存 取 ， 也 可以按位存取以按位存取共共128位，地位，地址 范 围 是址 范 围 是00H7FH。图3-10 内部RAM中的位地址57/150除 了除 了 2 0 H 2FH之间的单之间的单元可以位寻址元可以位寻址外，特殊功能外，特殊功能寄存器中，直寄存器中，直接地址可被接地址可被8整整除 的 寄 存 器除 的 寄 存 器（除了（除了IP.7、IP

46、.6和和IE.6以外）以外）也可以进行位也可以进行位寻址。寻址。图3-11 特殊功能寄存器中的位地址58/150用户用户RAM和堆栈区和堆栈区内部内部RAM中的中的30H7FH单元是用户单元是用户RAM和堆栈区。和堆栈区。一个一个8位的堆栈指针位的堆栈指针SP，并且堆栈区只能设置在内部数，并且堆栈区只能设置在内部数据存储区。当有子程序调用和中断请求时，返回地址据存储区。当有子程序调用和中断请求时，返回地址等信息被自动保存在堆栈内。等信息被自动保存在堆栈内。STC15F2K60S2单片机复位后，单片机复位后，SP为为07H，使堆栈事实，使堆栈事实上由上由08H单元开始，考虑单元开始，考虑08H1

47、FH单元分别属于工作单元分别属于工作寄存器组寄存器组13，若在程序设计中用到这些工作寄存器，若在程序设计中用到这些工作寄存器，则在用户初始化程序中，最好把则在用户初始化程序中，最好把SP的值改变为的值改变为80H或或更大的值。更大的值。STC15F2K60S2单片机的堆栈是朝着地址增大的方向生单片机的堆栈是朝着地址增大的方向生成的，即将数据压入堆栈后，成的，即将数据压入堆栈后，SP的值增大。的值增大。 59/150高高128字节字节RAM和特殊功能寄存器和特殊功能寄存器对于对于STC15F2K60S2单片机，单片机，80HFFH既为既为高高128字节字节RAM区的地址范围，又为特殊功能区的地址

48、范围，又为特殊功能寄存器区寄存器区(SFR)的地址范围，地址空间重叠，的地址范围，地址空间重叠，但物理上是独立的。但物理上是独立的。使用时，通过不同的寻址方式加以区分：高使用时，通过不同的寻址方式加以区分：高128字节的字节的RAM区使用间接寻址访问，特殊功区使用间接寻址访问，特殊功能寄存器使用直接寻址访问。由于堆栈操作也能寄存器使用直接寻址访问。由于堆栈操作也是间接寻址方式，所以，高是间接寻址方式，所以，高 128 位数据位数据 RAM 亦可作为堆栈区使用。亦可作为堆栈区使用。60/150除了程序计数器除了程序计数器PC和和4个工作寄存器组外，其个工作寄存器组外，其余的寄存器都在余的寄存器都

49、在SFR区中。区中。特殊功能寄存器大体分为两类特殊功能寄存器大体分为两类 一类与芯片的引脚有关。如一类与芯片的引脚有关。如P0P5，它们实，它们实际上是际上是6个锁存器，每个锁存器附加上相应的输个锁存器，每个锁存器附加上相应的输出驱动器和输入缓冲器就构成了一个并行口。出驱动器和输入缓冲器就构成了一个并行口。 另一类为芯片内部功能的控制或者内部寄另一类为芯片内部功能的控制或者内部寄存器。如中断屏蔽及优先级控制、定时器、串行存器。如中断屏蔽及优先级控制、定时器、串行口、口、SPI接口等。接口等。STC15F2K60S2单片机的特殊功能寄存器及其单片机的特殊功能寄存器及其复位值如表复位值如表3-2所

50、列。所列。61/1502）扩展数据存储区）扩展数据存储区 外部数据存储区也称为扩展外部数据存储区也称为扩展RAM区（简称，区（简称，XRAM）。片内集成了）。片内集成了1792字节的外部字节的外部RAM，地址范围为地址范围为0000H06FFH，可用于存放数据。，可用于存放数据。注意注意，这里的，这里的“内部内部”和和“外部外部”是逻辑上的概念，是逻辑上的概念，不不是指芯片内部和外部。是指芯片内部和外部。在汇编语言中，在汇编语言中，XRAM使用使用“MOVX DPTR” 或者或者“MOVX Ri”指令访问。指令访问。在在C语言中，可使用语言中，可使用xdata声明存储类型即可。声明存储类型即可

51、。 如：如：unsigned char xdata i= 0;62/150访问片内集成的外部访问片内集成的外部RAM时，不影响时，不影响P0口、口、P2口、口、P4.2、P4.4和和ALE。STC15F2K60S2单片机还可以访问片外扩展单片机还可以访问片外扩展的的64KB外部数据存储器。外部数据存储器。STC15F2K60S2单片机的外部扩展单片机的外部扩展I/O端口端口与扩展数据存储器统一编址，因此外部与扩展数据存储器统一编址，因此外部I/O端口的地址占用扩展数据存储器的地址单端口的地址占用扩展数据存储器的地址单元，用元，用MOVX指令访问。指令访问。63/150单片机内部扩展单片机内部扩

52、展RAM是否可以访问受辅助寄存器是否可以访问受辅助寄存器AUXR（地址为（地址为8EH，复位值为，复位值为01H）中的）中的EXTRAM位控制。位控制。EXTRAM：0：内部扩展：内部扩展RAM可以存取；地址小于可以存取；地址小于700H时，时，访问内部扩展访问内部扩展RAM；地址大于或等于；地址大于或等于700H时，时，则访问单片机外部扩展的则访问单片机外部扩展的RAM或或I/O空间。空间。1：禁止访问内部扩展：禁止访问内部扩展RAM。位号D7D6D5D4D3D2D1D0位名称T0 x12T1x12UART_M0 x6T2RT2_C/ T2x12EXTRAMS1ST2T64/150（3）数据

53、）数据Flash存储器存储器空间大小：空间大小：集成了集成了1K字节的数据字节的数据Flash存储存储器，与程序空间是分开的器，与程序空间是分开的地址范围地址范围：0000H03FFH。这。这1K字节的数字节的数据据Flash存储器分为存储器分为2个扇区，每个扇区包含个扇区，每个扇区包含512字节，对应的地址范围分别为：字节，对应的地址范围分别为：第一扇区：第一扇区：0000H01FFH 第二扇区：第二扇区：0200H03FFH65/150使用方法使用方法：建议同一次修改的数据放在同一个扇：建议同一次修改的数据放在同一个扇区，不是同一次修改的数据放在不同的扇区，不区，不是同一次修改的数据放在不

54、同的扇区，不一定用满。数据一定用满。数据Flash存储器的擦除操作是按存储器的擦除操作是按扇区扇区进行的。进行的。 数据数据Flash存储器可以作为存储器可以作为EEPROM使用，擦写使用，擦写次数在次数在10万次以上，用于保存一些需要在应用过程万次以上，用于保存一些需要在应用过程中修改并且掉电不丢失的参数数据。在用户程中，中修改并且掉电不丢失的参数数据。在用户程中，可以对数据可以对数据Flash区进行字节读区进行字节读/字节编程字节编程/扇区擦除扇区擦除操作。操作。66/1501）相关特殊功能寄存器）相关特殊功能寄存器ISP/IAP数据寄存器数据寄存器IAP_DATAIAP_DATA是是IS

55、P/IAP操作时的数据寄存器（地操作时的数据寄存器（地址为址为C2H，复位值为，复位值为FFH）。）。ISP/IAP 从数据从数据Flash读出的数据放在读出的数据放在IAP_DATA中，向中，向Flash写的数据也需放在写的数据也需放在IAP_DATA中。中。67/150ISP/IAP地址寄存器地址寄存器IAP_ADDRH和和IAP_ADDRLIAP_ADDRH（地址为（地址为C3H，复位值为，复位值为00H） ISP/IAP 操作时的地址寄存器高八位。IAP_ADDRL（地址为（地址为C4H，复位值为，复位值为00H） ISP/IAP 操作时的地址寄存器低八位。68/150ISP/IAP命

56、令寄存器命令寄存器IAP_CMDISP/IAP命令寄存器命令寄存器IAP_CMD（地址为（地址为C5H，复位值为复位值为xxxx x000B）的各位定义如下：）的各位定义如下：位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0位名称位名称- -MS1MS069/150MS1和和MS0组合形成不同的命令。组合形成不同的命令。MS1MS0命令命令/操作操作00待机模式，无待机模式，无ISP操作操作01对对“Data Flash/EEPROM区区”进行字节读进行字节读10对对“Data Flash/EEPROM区区”进行字节编程进行字节编程11对对“Data Flash/EEPROM区区”进行扇区进行扇区擦除

57、擦除位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0位名称位名称- -MS1MS0表3-3 ISP/IAP的命令选择70/150特别声明特别声明ISP/IAP数据寄存器也可以用数据寄存器也可以用MOVC指令读指令读（MOVC访问的是程序存储器）访问的是程序存储器）但起始地址不再是但起始地址不再是0000H，而是程序存储空间，而是程序存储空间结束地址的下一个地址，结束地址的下一个地址，对于对于STC15F2K60S2单片机而言，使用单片机而言，使用MOVC访问数据访问数据Flash存储器时，其地址范围为存储器时，其地址范围为F000HF3FFH。71/150ISP/IAP命令触发寄存器命令触发寄存器IA

58、P_TRIGIAP_TRIG（地址为（地址为C6H，复位值为，复位值为xxxx xxxxB）为）为ISP/IAP操作时的命令触发寄存器。操作时的命令触发寄存器。在在IAPEN（IAP_CONTR.7）= 1时，每次时，每次IAP操作操作都要对都要对IAP_TRIG先写入先写入5AH，再写入，再写入A5H，ISP/IAP命令才会生效。命令才会生效。ISP/IAP操作完成后，操作完成后，IAP地址高地址高8位寄存器位寄存器I A P _ A D D R H 、 I A P 地 址 低地 址 低 8 位 寄 存 器位 寄 存 器IAP_ADDRL和和IAP命令寄存器命令寄存器IAP_CMD的内容的内

59、容不变。如果接下来要对下一个地址的数据进行不变。如果接下来要对下一个地址的数据进行ISP/IAP操作，需手动将该地址的高操作，需手动将该地址的高8位和低位和低8位分位分别写入别写入IAP_ADDRH和和IAP_ADDRL寄存器。寄存器。72/150ISP/IAP命令寄存器命令寄存器IAP_CONTRISP/IAP命令寄存器命令寄存器IAP_CONTR（地址为（地址为C7H，复位值为，复位值为0000 x000B）各位的定义）各位的定义如下：如下：位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0位名称位名称IAPENSWBSSWBSSWRSTCMD_FAIL-WT2WT1WT073/150IAPEN:

60、ISP/IAP功能允许位。功能允许位。0：禁止：禁止IAP读读/写写/擦除擦除Data Flash/EEPROM1: 允许允许IAP读读/写写/擦除擦除Data Flash/EEPROMSWBS和和SWRST用于设置单片机的软件复用于设置单片机的软件复位。位。位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0位名称位名称IAPENSWBSSWBSSWRSTCMD_FAIL-WT2WT1WT074/150CMD_FAIL：如果送了：如果送了ISP/IAP命令，并对命令，并对IAP_TRIG送送5AH/A5H触发失败，则为触发失败，则为1，需由软件清零。需由软件清零。WT2WT0用于设置用于设置IAP/IS