第2章 MCS-51单片机硬件结构和原理课件.ppt

共103 本章教学要求 熟悉MCS-51单片机CPU内部组成结构、各功能部件的作用； 掌握MCS-51单片机引脚功能； 掌握存储器的组织结构； 掌握P0～P3并行I/O口结构； 掌握时钟电路、CPU时序和复位电路。 第2章 89C51单片机的结构和原理 自从Intel公司于20世纪80年代初推出MCS-51系列单片机以后，所有的51系列单片机都是以Intel公司最早的典型产品8051为核心，增加一定的功能部件后构成的。89C51内核功能与8051兼容，本章以8051为主阐述MCS-51系列单片机的系统结构、工作原理和应用中的一些技术问题。 MCS-51系列可分为两大系列：51子系列和52子系列。51子系列主要有8031、8051和8751三种机型。52子系列主要有8032、8052和8752三种机型。 MCS-51单片机的主要性能和特点 内部程序存储器ROM ：4K的存储容量； 内部数据存储器RAM：256B(128B的RAM+21B的SFR) ； 寄存器：设4个寄存器区，每个区有R0～R7八个工作寄存器； 4个8位并行输入输出端口：P0、P1、P2和P3； 串型口：全双工的端口（RXD：接收端，TXD发送端）； 定时/计数器：2个16位的定时/计数器； 中断系统：设有5个中断源； 系统扩展能力：可外接64K的 ROM 和64K的 RAM； 堆栈：设在RAM单元中，可以浮动既通过堆栈指针SP来确 定堆栈的位置（复位时SP=07H）； 布尔处理机：配合布尔运算的指令进行各种逻辑运算； 指令系统：111条指令。按功能可分为5大类。 既： 数据传送； 算术运算； 逻辑运算； 控制转移； 布尔操作。 MCS-51单片机内部方框图 1）中央处理器（CPU）（ Central Processing Unit） 中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。它由算术/逻辑运算部件ALU、布尔处理器、累加器、寄存器、控制部件等组成。 MCS-51的CPU能处理8位二进制数或代码，实现八位数据的算术运算和逻辑运算。 2 ) 内部数据存储器（内部RAM） 8051芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。? 3) 内部程序存储器（内部ROM） 8051共有4 KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称内部ROM。 4) 定时/计数器 8051共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。 5) 并行I/O口 MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出。 6) 串行口 MCS-51单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。 7) 中断控制系统 MCS-51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051共有5个中断源，即外部中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。全部中断分为高级和低级共两个优先级别。 8) 时钟电路 MCS-51芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。 1 中央处理器（CPU） 单片机的核心部分是CPU，由运算器、控制器和布尔（位）处理器组成。 1) 运算器 运算器——算术逻辑单元（ALU） 还包括： 累加器（ACC） 程序状态字（PSW） 暂存器 B寄存器等部件 1. 累加器 算术/逻辑部件 算术/逻辑部件ALU是用于对数据进行算术运算和逻辑操作的执行部件，由加法器和其他逻辑电路（移位电路和判断电路等）组成。 在控制信号的作用下，完成算术加、减、乘、除和逻辑与、或、异或等运算，以及循环移位操作、位操作等功能。 程序状态字寄存器 4. B寄存器 在进行乘法、除法运算时，B寄存器作为ALU的输入之一，与ACC配合完成运算，并存放运算结果。在无乘除运算时，它可作为内部RAM的一个单元。 2) 控制器 定时控制逻辑 指令寄存器 数据指针（DPTR） 程序计数器（PC） 堆栈指针（SP） 地址寄存器 地址缓冲器 1. 程序计数器 程序计数器（Program Counter