《单片机的结构》PPT课件.ppt
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1、第02讲 单片机的结构(综述),电气信息实验教学中心仝迪,一、单片机的引脚,单片机的引脚随器件类型的不同,有着显著的差异,本课程以DIP40封装的AT89S52单片机为例,进行单片机外部引脚和内部结构的介绍,一、单片机的引脚,1主电源引脚VCC(40脚):接+5 V电源正端。GND(20脚):接+5 V电源地端。2外接晶体引脚XTAL(18、19脚):接外部石英晶体的一端。在单片机内部,它是一个反相放大器的输入端,这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时,19脚作为外部振荡信号的输入端。,一、单片机的引脚,3输入/输出引脚(1)P0口(3932脚):P0.0P0.7统称为P0口。在不接片外
2、存储器与不扩展I/O口时,可作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展I/O口时,P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。(2)P1口(18脚):P1.0P1.7统称为P1口,可作为准双向I/O口使用。对于52子系列,P1.0与P1.1还有第二功能:P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2,P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。,一、单片机的引脚,(3)P2口(2128脚):P2.0P2.7统称为P2口,一般可作为准双向I/O口使用;在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256字节时,P2口用作高8位地址总线。(4)P3口(1017脚):P3.0P3.7
3、统称为P3口。除作为准双向I/O口使用外,还可以将每一位用于第二功能,而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。,一、单片机的引脚,P3口的第二功能,一、单片机的引脚,4控制线(1)ALE/PROG(30脚):地址锁存有效信号输出端。ALE在每个机器周期内输出两个脉冲。在访问片外程序存储器期间,下降沿用于控制锁存P0输出的低8位地址;在不访问片外程序存储器期间,可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。对于片内含有EPROM的机型,在编程期间,该引脚用作编程脉冲PROG的输入端。,一、单片机的引脚,(2)PSEN(29脚):片外程序存储器读选通信号输出端,低电平有效。(3
4、)RST(9脚):RST即为RESET。该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时,该引脚上出现持续两个机器周期的高电平,就可实现复位操作,使单片机回复到初始状态。上电时,考虑到振荡器有一定的起振时间,该引脚上高电平必须持续10 ms以上才能保证有效复位。,一、单片机的引脚,(4)EA/VPP(31脚):EA为片外程序存储器选用端。该引脚有效(低电平)时,只选用片外程序存储器,否则单片机上电或复位后选用片内程序存储器。对于片内含有EPROM的机型,在编程期间,此引脚用作编程电源VPP的输入端。,一、单片机的引脚,综上所述,MCS-51系列单片机的引脚可归纳为以下两点:(1)单片
5、机功能多,引脚数少,因而许多引脚都具有第二功能。(2)单片机对外呈现3总线形式,由P2、P0口组成16位地址总线;由P0口分时复用为数据总线;由ALE、PSEN、RST、EA与P3口中的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD共10个引脚组成控制总线。由于是16位地址线,因此,可使片外存储器的寻址范围达到64 KB。,二、单片机的内部结构,二、单片机的内部结构,从图中可看出,51单片机组成结构中包含运算器、控制器、片内存储器、4个I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统、振荡器等功能部件。图中SP是堆栈指针寄存器,PC是程序计数器,PSW是程序状态字寄存器,DPTR是数据指针寄存器。,二、
6、单片机的内部结构,1.存储器 单片机的存储空间按存储类型的不同可分为程序存储器和数据存储器两个部分,但根据存储的位置不同,又可以分为片内(程序/数据)存储区和片外(程序/数据)存储区。89C51单片机片内存储器采用的是哈佛结构,即程序存储器和数据存储器分开存储。因此,89C51的片内存储器分为4KB(即212)程序存储器和256B数据存储器,其中数据存储器的高128B单元为SFR区,被专用寄存器占用,低128 B单元可供用户使用。,二、单片机的内部结构,在用C51编程中,存储区分为CODE区(程序代码区)、DATA区(普通内存区)、BDATA区(位寻址区)、IDATA区(间接寻址区)、SFR区
7、(特殊功能寄存器区)和XDATA区(片外存储区)、PDATA区(片外低256 B分页寻址区)。51单片机实际的硬件存储区称为物理存储区,51编程用到的存储区称为逻辑分区。两者的关系如图所示。,二、单片机的内部结构,图1.3 物理存储区与逻辑存储区的对应关系图,二、单片机的内部结构,(1)程序存储器(CODE)89C51的程序存储器是用来存放一段编写好的程序、表格或数据,片内外的程序存储器是统一编址的,CPU可通过引脚EA所接的电平来确定访问片内程序存储器。当EA=1,程序将从片内程序存储器开始执行,即PC的值在0000H0FFFH的范围内,当PC的值超过片内ROM的容量(4K)时,会自动转向片
8、外程序存储器空间执行程序,即PC的值为1000HFFFFH。当EA=0,程序将从片外程序存储器开始执行。,二、单片机的内部结构,(2)片内数据存储器低128B单元数据存储器用来存放运算的中间结果,数据暂存和缓冲、标志位以及待测试的程序等。89C51片内有128B的RAM单元,其地址范围为00HFFH,分为两大部分:高128 B(80HFFH)为特殊功能寄存器区,简称SFR;低128 B(00H7FH)为真正的RAM区。89C51片内RAM存储器的组成如图所示。,二、单片机的内部结构,89C51单片机真正的片内数据存储单元共有128个,字节地址为00H7FH。,二、单片机的内部结构,寄存器区(0
9、0H-1FH)这部分共有32个单元,是4组通用工作寄存器区,每个区含8个8位寄存器,编号为R0R7,可通过PSW(程序状态字)中的RS0和RS1设定值来选择使用哪一组的寄存器,RS1、RS0与片内工作寄存器组的对应关系如表1.1所示。表1.1 RS1、RS0与片内工作寄存器组的对应关系,二、单片机的内部结构,位寻址区(20H2FH)MCS-51单片机指令系统中有丰富的位操作指令。其中,处于内部RAM字节地址20H-2FH单元中的16个单元可进行共128位的位地址。位寻址区的分配如表1.2所示。,表1.2 位寻址区地址分配表,二、单片机的内部结构,位寻址方式指操作数是二进制的一位(0或1)的寻址
10、方式,这个存储区如果要进行按位寻址时在C51中对应着BDATA区。如果进行字节寻址,要是直接寻址时采用DATA方式,如果是间接寻址采用的是IDATA方式。字节地址30H7FH为用户区这部分存储空间中只能进行字节寻址,共有80字节,可以用作堆栈或数据缓冲区。,二、单片机的内部结构,(3)SFR区SFR(特殊功能寄存器)指的是片内数据存储区的高128B单元,即在这个存储空间中用于存放控制命令、状态或数据。除PC外,还有21个特殊功能寄存器,离散的分布在该区域中,地址空间为80HFFH,其中11个特殊功能寄存器还可以进行按位寻址,表1.3是SFR的名称及其分布,下面将对部分专用寄存器分类作简要介绍。
11、这部分在C51中如果是直接寻址方式对应着SFR;如果采用间接寻址方式,对应着IDATA。这部分物理存储区和逻辑存储区的对应关系如图1.3中所示。,二、单片机的内部结构,二、单片机的内部结构,与算数运算相关的寄存器,如B寄存器、A累加器及PSW程序状态字B寄存器:B是一个通用寄存器,在做乘除运算时,用于暂存数据;A累加器:是ACC的简写,用来存放ALU运算的中间结果,常常作为数据的中转站;PSW(Program Status Word)程序状态字:8位的程序状态字寄存器,用于指示指令执行后的状态信息,供程序查询和判别使用。与中断控制有关的寄存器,如IP、IE。中断优先级控制(IP)用来确定中断优
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