[工学]02第二章 MCS-51的内部结构A.ppt
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第二章 MCS-51的内部结构 第二章 MCS-51的内部结构 2.1 MCS-51的结构 2.2 CPU的逻辑结构 2.3 MCS-51的引脚及片外总线结构 2.4 CPU时序及辅助电路 2.5 MCS-51的寻址空间与存储器结构 2.1 MCS-51的结构 2.1.1 MCS-51的总体结构 MCS-51是在一块硅片上集成了CPU、存储器、I/O接口等构成的单片微型计算机。 2.1 MCS-51的结构 2.1.2 MCS-51的内部结构 MCS—5l单片机的内部结构主要有CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等,各部分通过内部总线相连。 2.2 CPU的逻辑结构 CPU的逻辑结构 MCS-51内部有一个功能很强的8位微处理器CPU。它是单片机的核心部分,即是单片机的指挥和执行机构。从功能上看,CPU包括两个基本部分:运算器;控制器。 2.2.1运算器 运算器包括算术逻辑运算部件ALU (Arithmetic Logic Unit)、累加器Acc (Accumulator)、B寄存器、暂存寄存器TMP1和TMP2、程序状态字寄存器PSW (Program status word)、BCD码运算调整电路等。 为了提高数据处理和位操作能力,片内设有一些专用寄存器,而且还增强了位处理逻辑电路的功能。 在进行位操作时,进位位CY作为位操作累加器,整个位操作系统构成一台布尔处理机。 2.2.1运算器 2.2.1.1算术逻辑运算部件ALU ALU由加法器和其他逻辑电路等组成。 它的功能是完成各种算术运算和逻辑运算。 其典型操作包括: 1、对8位数据进行算术加、减、乘、除; 2、逻辑与、或、异或、取反等运算; 3、循环移位、位操作。 2.2.1运算器 2.2.1.2寄存器 CPU内部没有单独的存储器,而是设置了一些工作寄存器,暂存数据和状态等,以便数据的传送和运算。 2.2.1运算器 1、累加器ACC 累加器ACC,简称累加器A,它是一个8位寄存器,通过暂存器与ALU相连。 在CPU中,累加器A是工作最频繁的寄存器。 MSC-51单片机中所有的加法指令,都是以寄存器A作为目的地址的,而且这些加法指令的一个操作数也存放在A中。 2.2.1运算器 2、寄存器B 寄存器B一般用于乘、除法指令,它与累加器A配合使用。 运算前,寄存器B中存放乘数或除数; 运算后,B中保存了乘积的高位字节或商的余数部分。 此外,寄存器B可作为通用寄存器使用。 2.2.1运算器 3、程序状态字寄存器PSW PSW是一个8位寄存器,用于寄存当前指令执行的某些状态,反映指令执行结果的特征,比如,进位和溢出等。不同的特征用相应的状态标志位来表示。 2.2.1运算器 按功能来分,PSW的标志可以分为两类: 一类是状态标志,它表示当前指令执行后,运算结果的一些特征,这类标志为后面的操作提供条件判断的依据,这些特征标志位是由单片机系统来设置的。 另一类是用户设定的标志位,用来选择CPU当前使用的工作寄存器组,或用户在程序设计中作为某种特定的标志。 PSW寄存器的字节地址是D0H,它的格式为: 2.2.1运算器 1)四个状态标志位定义 C (Carry):进位标志位,有时表示为CY。在进行加法(或减法)运算时,如果操作结果的最高位D7有进位(或借位)时,CY置1;否则,CY置0。 在进行位操作时,CY作为位累加器C,也称为布尔累加器。此外,循环移位指令和比较转移指令也会影响CY标志。 2.2.1运算器 AC (Auxiliary Carry):半进位标志位。在进行加法(或减法)运算时,如果低半字节向高半字节有进位(或借位),则AC标志置1,否则AC标志置0。 AC标志用于校正BCD码加法或减法运算的结果。作为BCD码运算调整指令DA A判断的依据之一。 2.2.1运算器 P (Parity):奇偶标志位。该标志位始终跟踪累加器A的内容的奇偶性,如果结果中A内有奇数个1,则标志P置1,否则置0。 OV (Overflow):溢出标志位。带符号数算术运算时,如果结果发生溢出,则OV标志置1,否则置0。 2.2.1运算器 计算机中,带符号数通常是用补码表示的.对于单字节二进制补码,其所能表示数的范围是 -128 ~ +127,如果运算结果超出了这个数值范围,就称为溢出。 一般两个同号数相加或两个异号数相减,有可能发生溢出; 而两个同号数相减或两个异号数相加,则不会发生溢出。 2.2.1运算器 当两个正数相加,若和超过+127时,其结果的符号由正变负,即得出负数,这时OV=l。 同理,两负数相加,结果应为负数,但因和数为-241<-l28,有溢出而使结果为正数,此时OV=1。 2.2.1运算器 OV=1是否意味着发生了错误? 在乘法运
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