《单片机及嵌入式系统原理》单片机课件 第三章 单片机内部结构

第三章

单片机内部结构本章内容3.1单片机简介（了解）3.2单片机的内部结构（重点）3.3存储器（重点）3.4特殊功能寄存器（重点）3.5时钟电路与复位电路（重点）3.6引脚功能（重点）3.7单片机最小系统（了解）3.1单片机简介为课堂生动，吸引学生的学习兴趣，建议老师多和课题、电子设计大赛等结合起来讲解。（1）为什么叫单片机（2）单片机的发展（读小说一样）（3）单片机的分类（读小说一样）（4）单片机的应用等级（了解）（5）单片机的应用领域（了解）3.2单片机内部结构详细讲解PC/ACC。必须注意，运算器和指令寄存器只是芯片内部的一个功能模块，用户无法编程访问，即无法读、写。3.3存储结构（1）在51中，ROM用来存放程序、表格和一些常数；RAM用来存放程序运行过程中所需要的数据（变量）或临时存放运算的结果。（2）普林斯顿和哈佛结构，可以从独立编址和分开编址的角度来看，也可以从总线是否分时复用的角度来看。单片机是普、DSP是哈。（3）由于51只有16根地址线，因此最大扩展空间是64K（注意是扩展，不包括片内）。但由于51是普林斯顿结构，ROM和RAM分开访问，故有64K的ROM和64K的RAM可以扩展。3.3.1物理和逻辑来看

（1）从物理角度来看（硬件的角度），51单片机有4个存储空间，即：片内RAM、片外RAM、片内ROM和片外ROM（2）从逻辑角度来看（编程的角度），51单片机有3个存储空间，即片内RAM、片外RAM和片内片外统一的ROM

3.3.2ROM和RAM的组织

ROM总共最大64K，包括片内和片外一起，参见教材3.3.1

3.3.3外部RAM和I/O地址

（1）片外扩展的数据存储器和扩展的I/O口与片内数据存储器空间0000FH～FFFFH是重叠的。也就是说，所有扩展的外部RAM和扩展的I/O接口共同占用64KB的地址单元（2）片外RAM和I/O接口使用MOVX指令

3.3.4内部RAM普通51单片机

增强型52单片机

各个区域的具体介绍请参考教材3.3.4

3.4特殊功能寄存器（1）明白为什么叫特殊功能寄存器，一些特殊功能寄存器的名字和功能必须记忆。（2）各特殊功能寄存器的描述请参考教材3.4（3）PSW是重点，各个位的顺序不必记忆，但各个位的功能和名称必须记忆。（4）PC和DPTR是重点，PC总是指向下一条即将执行的代码的地址；DPTR是51中为数不多的16位寄存器。3.4特殊功能寄存器SP是重中之重，SP是指向堆栈的指针，堆栈是临时存放调用子程序或响应中断服务程序时主程序断点的位置和其他寄存器内容的东西，注意，该东西不一定是存储器，也可能是寄存器。天下所有计算机必须有堆栈，不同的计算机堆栈不一样，但他们具有以下共性：（1）按“先进后出，后进先出”的原则存取数据，这里的“进”与“出”是指进栈与出栈操作。（2）SP用于存放最后一个被存放在堆栈的数据的地址。每存入(或取出)1次数据（不一定是一个字节），SP就自动加(或减)。SP始终指向新的被操作的数据。

（3）堆栈有栈底和栈顶之分，栈底就是CPU初始化时SP指向的地址，栈底地址一旦初始化后将保持不变，它决定了堆栈在RAM中的起始位置；栈顶是最后一个被存放在堆栈的数据的地址，SP随栈顶的变化而变化，可以说SP总是指向栈顶。（4）堆栈栈底确定后，就可以向堆栈存放数据。存放数据时，有向上生长和向下生长两种方式。（5）堆栈有专门的操作指令：PUSH：数据进入堆栈称“进栈（压栈）”POP：数据从堆栈取出称“出栈（弹栈）3.4特殊功能寄存器51单片机的堆栈具有以下个性（详细请参见3.4小节的例题）：（1）初始化时，SP=07H，即栈底为07H，此时栈底与栈顶一样都是51单片机是属于向上增长方式，且以“字节”为单位进栈或出栈，此时堆栈中没有数据，只能执行PUSH操作，无法执行POP操作。（2）SP是一个8位的寄存器，51的堆栈位于片内RAM区域。

（3）51单片机是属于向上增长方式，且以“字节”为单位进栈或出栈。3.5时钟与复位电路（1）为什么需要时钟电路？（2）注意，购买的2脚晶振是一块材料，必须和单片机内部的振荡电路一起才可能工作；购买的4脚晶振是一个含有振荡材料的电路，直接加电源即可工作。故有内部和外部振荡2种方式。（3）明白振荡周期（拍节）、状态周期、机器周期、指令周期的概念。其中，机器周期非常重要，衡量不同架构的CPU的指令系统性能的好坏，是以机器周期为指标的。即：执行同样一条指令，不同的CPU所消耗的机器周期的个数不一样。3.5时钟与复位电路（4）为什么需要复位电路