单片机原理及应用--第二章 单片机的基本结构.ppt

1、第二章(第一页)、发表：张松灿河南科技高等院校电子信息工程学院自动化系，单片机原理与应用，第二章单片机的基本结构，第二章(第二页) 基本内容2.1单片微型计算机的基本构成2.2 80C51单片微型计算机的读取功能和构成分块图2.2.2 80C51的内部构成分块图和构成2.2 80C51 电脑CPU的构成和特征2.3.1中央控制器2.3.2运算器2.3.3 2.4存储器构造和地址空间2.4 . 1计程仪程序存储器2.4.2数据存储器2.5布尔(二进制位)处理器2.6 80C51单片微型计算机的工作方式2.6.1定径套方式2.6.2程序执行方式2.6.3低电功耗工作方式2.6 2 .用于存储数据。

2、 3 .易失性：芯片断电后，其中的信息消失。 1、ROM被称为只读存储器。 2 .用于存放计程仪程序。 3 .具有非易失性：供电中断后其中的信息依然存在。 第二章(第五页)，1，电脑CPU 电脑CPU即中央处理机的简称，是单片微型计算机的核心零配件，完成各种运算和控制操作，电脑CPU由运算器和控制器两个电路组成。 单片微型计算机的中央处理机(电脑CPU )与通用微处理器基本相同，只是增设了“面向控制”的处理功能。 例如二进制位处理、显示查找表、多种跳跃、乘法运算、状态检测、中断处理等提高实时性。第2章(第6页)、第2、存储器单片微型计算机是将plump存储器和数据存储器完全分离，分别检索地址的

3、构造，被称为Harvard构造。 考虑到单片微型计算机的“面向控制”的实用特征，通常需要较大的柱形存储器，因此当前的单片微型计算机大多采用哈佛结构。第二章(第7页)、单片微型计算机的体系结构、单片微型计算机的体系结构有两种，一种是传统的冯诺伊曼(John Von Neumann )结构，另一种是哈佛(Harvard )结构。 1冯诺伊曼结构，第2章(第8页)，2哈佛结构数据和普计程仪程序分别存储在两个存储器中，是哈佛结构的重要特征。 哈佛结构的数据男低音与指令传输男低音是完全分离的。 它的优点是命令和数据空间完全分离，一个用于获取命令，另一个用于网站数据库到数据。 特点：普计程仪拉姆和数据男低

4、音可以采用不同的宽度。 数据男低音均为8二进制位，但低速级、中速级、高级系列的指令男低音二进制位数分别为12、14、16二进制位。 第二个办法是，由于该指令能够与计程仪节目和数据云同步地网站数据库，所以提取并执行该电脑CPU采用指令输油管道结构，使得在执行一个指令时，能够向云同步提取下一个指令，从而在每个时钟摇滾乐周期中获得最高效率。第2章(9页)、指令输油管道构成图、第2章(10页)、(1)计程仪程序存储器(ROM )单片微型计算机的程序存储器全部采用只读存储器。 目前，单片微型计算机的plum计程仪内存有几种形式：芯片内只读存储器芯片内掩码ROM EPROM。 EPROM需要用紫外辐射消去

5、，需要脱机硬化，不能用上线了改写。 电可擦式ROME2PROM。 电可擦式ROM为应用系统的现场调试提供了特别大的便利。 EPROM和E2PROM都可以多次删除和编程计程仪。 芯片外只读存储器如芯片内只读存储器那样存储容量小(2 KB到8 KB )，给使用带来不便。 使用芯片外只读存储器的单片微型计算机克服了上述不足。 在第2章(第11页)、(2)数据存储器(RAM )单片微型计算机中，将计程仪程序执行中的动作变量和数据以随机访问存储器(RAM )进行存储。 在单片微型计算机内部设置一定容量(64 B到256 B )的RAM。 加快单片微型计算机的工作速度，大幅降低内存的电功耗。 在单片微型计

6、算机中，经常将暂存器(例如，工作暂存器、特殊功能暂存器、栈内存等)划分在逻辑性的片上RAM空间中，所以可以把单片微型计算机内部的RAM看作暂存器star，有利于提高运行速度。 对于某些应用程序系统，数据存储还可以扩展到外部。第2章(第12页)、第3章，残奥电平I/O通讯端口不同的单片微型计算机的残奥电平I/O电路在结构上略有不同。 有些单片微型计算机的残奥级I/O通讯端口不仅可以灵活地选择投入产出，还具有多种功能。 例如，既可以用作I/O通讯端口，也可以用作系统男低音和控制信号线等，因此便于外部存储器和I/O接口的扩展，单片微型计算机的应用范围大幅度扩大。 MCS51单片微型计算机有4个8二进

7、制位的I/O通讯端口(P0、P1、P2和P3 )，各自的I/O线可以独立作为投入产出使用。 P0通讯端口是三态双向通讯端口，有8个TTL男同性恋栅极电路，P1、P2和P3通讯端口是准双向通讯端口，负载能力是4个TTL男同性恋栅极电路。第二章(第13页)、4、串行I/O通讯端口MCS51单片微型计算机具有采用通用异步工作方式的全双工串行通讯接口，可向云同步收发数据。 能够与终端设备进行串行通讯并且还可以连接多个单片微型计算机来构成多机器系统，使单片微型计算机功能更强，应用更好5 .在计时器/计数器MCS51单片微型计算机中有两个16二进制位的时间节点/计数器，即计时器0和计时器1。 这些个可用于

8、时间节点控制、延迟、外部上通告的计数和检测等。 为了减少软件的开销，提高单片微型计算机的适时控制能力，在单片微型计算机内部设置定时器/计数器电路，根据中断，在时间节点/计数、第2章(第14页)、第6章、时间节点电路以及元件MCS51的内部有时钟摇滾乐电路，但需要外置石英谐振器和微调电容使水晶振动振荡。 时钟电路为单片微型计算机定生成时钟脉冲序列，其频率范围为1.2MHz12MHz，通常为6、11.0592和12MHz。 7 .中断操纵系统8051共有五个中断源：外部中断2个、定时/校正数量的中断2个、串行中断1个。 第2章(第15页)，2.2 80C51单片微型计算机的大头针功能和结构分块图2

9、.2.1 80C51的大头针功能是学习单片微型计算机的内部结构有助于理解信息流，学习计程仪编程技术单片微型计算机的外部端子有助于掌握电路设置修正，单片微型计算机与外部的信息交换是通过该端子实现的。 在MCS51系列的单片微型计算机中，各型号的单片微型计算机的引脚相互兼容。 第二章(第16页)、第二章(第17页)、(1)电源端子Vcc和Vss Vcc :电源端子、连接5V。 Vss :接地端。 (2)时钟电路端子XTAL1和XTAL2 XTAL1:外部水晶振动和修整电容器的一端连接，片上震荡器反相放大器的输入在使用外部TTL时钟的情况下，该端子必须接地。 XTAL2:将外部晶体振动与修整电容器的

10、另一端连接，使用外部TTL时钟时，片上振荡放大器的输出将成为外部时钟的输入端。第2章(第18页)、(3) ALE/PROG地址锁存使能信号、输出系统扩展时，控制地址锁存锁存器P0通讯端口输出的低位8二进制位地址，实现数据和低位地址的多路复用。 ALE以1/6的振荡频率稳定率输出，可作为外部输出的时钟或用于时间节点。 在EPROM计程仪编程过程中，键入计程仪编程脉冲(PROG )。 ALE可以驱动8个LSTTL负载。 (4) EA/VPP计程仪程序内存地址行政许可输入端子EA-执行高电平、片上计程仪程序存储器指令，当PC值超过0FFFH时，自动执行片上计程仪程序存储器指令。 低电平、电脑CPU仅

11、执行片外计程仪程序存储器指令。 在预计程仪启动时，施加21V或12V的预计程仪启动电压。 第2章(第19页)、(5)重新定径套信号RST的高电平有效，保持2个机器周期的高电平，重新定径套动作完成。 (6)投入产出通讯端口引脚P0、P1、P2和P3 P0通讯端口(P0.0P0.7 ) :漏极开路的8二进制位准双向通讯端口，负载能力为8个LSTTL负载，是8二进制位地址线和8二进制位数据线的多重端口。 1 .没有外部扩散芯片时，作为一般的IO线，直接与外围设备通讯。 2 .有外部扩散Mem时，先发送外部Mem地址查询密码的后8位，再发送数据信息。 外ROM: PC的后8个二进制位从P0.0-P0.

12、7发送出去。 外部RAM: DPL是从P0.0-P0.7发送的。 第2章(第20页)、P1通讯端口(P1.0P1.7 ) :内部带拉拽电阻的8位准双向I/O通讯端口、P1通讯端口的驱动能力为LSTTL负载4个。 P1.0-P1.7 1，作为一般的输入线，与外围设备通讯。 2 .可以连接外围设备。第2章(第21页)、P2通讯端口(P2.0P2.7 ) :内部带拉拽电阻的8位置准双向I/O通讯端口、P2通讯端口的驱动能力也是4个LSTTL负载。 网站数据库到外部plum计程仪存储器后，变为存储器的上位8二进制位地址线。 1 .在没有外部扩散芯片的情况下，作为一般的IO线直接与外围设备通讯。 2 .

13、在存在外部扩展Mem的情况下，向其发送外部Mem的地址查询密码的前八位的外部ROM: PC的前八位以P2.0-P2.7向其发送外部RAM: DPH的P2.0-P2.7来发送，该前八位是在第二章(第22页)中pp 1.作为一般IO线，包括P3通讯端口的第二个功能是在p3.7p3.6p3.5p3.4p3.3p3.2p3.1p3.1p3.0r DWR t1t0int0txd rxd外RAM的R/W计数脉冲输入端上串联输入端。 第二章(第23页)，输出控制线：从PSEN片外计程仪程序存储器中取出手指期间，如果每个机器周期PSEN有效，则程序存储器的内容被传送到P0通讯端口(数据男低音)。 PSEN可以

14、驱动8个LSTTL负载。 如图所示，第二章(第24页)、80C51的内部结构主要包括算术逻辑零配件ALU、累加器ACC (有时也简称为a )、只读存储器ROM、随机访问存储器RAM、指令寄存器IR、计程仪柱地址暂存器、程序计数器PC、数据指针DPTR， 第2章(第25页)，8 0 C 5 1的内部构成分块图和构成，第2章(第26页)，2.3 80c 51 电脑CPU的构成和特征电脑CPU主要包括计数支重轮、运算器。 2.3.1控制支重轮的作用：识别指令，完成军队指挥控制工作，协调单片微型计算机各部分的正常工作。 该控制支重轮包括程序计数器PC、计程仪柱地址暂存器、指令暂存器IR、指令解码器、条

15、件转换逻辑门电路和时间节点控制逻辑门电路。 功能：控制指令的读取、查询密码、执行，时间节点控制指令的执行过程，根据执行结果决定是否分支。 在第2章(第27页)、1 .地址暂存器PC和DPTR (1)程序计数器PC -(Program Counter )中，保存有接下来要从程序存储器中取出的命令的地址。 基本动作步骤：读取指令时，程序计数器将其中取数的指令作为地址输出到plump存储器，在该地址plump存储器输出指令字节时，程序计数器自身自动加1，指向下一个指令地址。 PC变化的轨迹决定程序计程仪的流程.根据其宽度，决定程序存储器能够直接地址的范围。 在80C51，PC是具有16个二进制位的计

16、数器，因此PC能够检索64KB计程仪柱存储器。 在第2章(第28页)中，程序计数器PC的基本动作方式有PC自动加1、最基本的动作方式3种。 执行传送命令后，PC定径套为新值，程序的流程发生变化。有符号相对跳跃SJMP、短跳跃AJMP、长跳跃LJMP及JMP A DPTR等的变化方式。 在第2章(第29页)中，调用指令的执行时或应答中断时：将PC的当前值，即下一个要执行的指令的地址发送给栈内存，进行保护。 将子程序的入口地址或中断矢量地址送入PC后，程序计程仪的流程改变，子程序或中断服务程序被执行。 如果子程序或中断服务计程仪程序的执行完成，遇到返回命令RET或RETI，则将栈内存的最上面的内容

17、发送到PC暂存器，程序流返回到原来的位置，继续执行。 在第2章(第30页)、(2)数据指针DPTR 80C51中，功能比较特殊的暂存器。 DPTR是16二进制位的特殊功能暂存器，也可以作为两个独立的8二进制位暂存器。 主要用于片外数据内存地址用的地址暂存器(间接地址)。 图25表示向片外数据存储器网站数据库的指令是MOVX A、DPTR读出MOVX DPTR、a写入DPTR的输出、即片外数据存储器的地址与P0、P2通讯端口的关系。在第2章(31页)中，DPTR暂存器也可以作为网站数据库到plump存储器时的基地址暂存器。 MOVC A、a dptr、jmp a dptr、dptr暂存器也可视为

18、一个16二进制位暂存器，例如，MOV DPTR、#16二进制位地址INC DPTR也可视为两个8二进制位，其中较高的8二进制位用DPH表示，较低的8二进制位用DPL表示。 例： CJNE A，DPL，$ CJNE A，DPH，$，第2章(第32页)，PC和DPTR的区别：两者都是关于地址的16二进制位的暂存器。PC与柱形计程仪存储器的地址相关，DPTR与数据存储器的地址相关。 作为地址暂存器使用时，PC和DPTR都从P0和P2通讯端口输出。 但是，PC的输出与ALE及PSEN有关。 DPTR的输出将与ALE、WR和RD联系。 PC只能作为16二进制位暂存器处理，具有自动加1的功能，因此也称为计数器，PC无法网站数据库，有独自的变化。该变化的轨迹决定程序执行的流程。 可以将DPTR视为16二进制位暂存器，也可以将DPTR视为两个8二进制位暂存器。 第2章(第33页)、第2命令暂存器IR、命令解码器ID以及控制逻辑IR是