文档介绍：第二章 MCS-51单片机结构
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第二章:MCS-51单片机结构
目标:
本章将对MCS-51单片机进行全面论述,通过本章的学习,使大家对MCS-51单片机有个全面的了解和掌握,建立起以MCS-51单片机为基础的嵌入式系统应用技术基础。学员应掌握如下知识:
MCS-51单片机内部结构
存储器
特殊功能寄存器
时钟电路与复位电路
引脚功能
学时:
教学方法:讲授ppt+点评
MCS-51系列单片机有多种型号的产品:
普通型(51子系列)
8051、8031、8751、89C51、89S51等。
增强型(52子系列)
8032、8052、8752、89C52、89S52等。
它们的结构基本相同,其主要差别反映在存储器的配置上。
8031片内没有程序存储器。
8051内部有4KB的掩模ROM程序存储器。
8751是将8051片内的ROM换成EPROM。
89C51则换成4KB的闪存EEPROM。
89S51结构同89C51, 4KB的闪存EEPROM可在线编程。
增强型其存储容量为普通型的一倍。
本课以 8XX51 代表这一系列的单片机。
概述
51系列单片机内部结构如图
图2-1 ( 图中“/”两边分别为基本型和增强型)
P3
P1
P2
可编程
串行I/O口
P0
外部中断
基准频率源
控制
128/256B
数据存储器
4KB/8KB
程序存储器
2/3个16位
定时/计数器
振荡器及定时电路
CPU
64KB
总线扩展控制
可编程
并行I/O口
内部中断
计数脉冲
串行输出
串行输入
CPU
CPU是单片机的核心部件,它由运算器和控制器等部件组成。
1. 运算器
运算器的功能是进行算术运算:加、减、乘、除、加1、减1、比较、BCD码十进制调整等。
逻辑运算:与、或、异或、求反、循环等逻辑操作。
位操作:内部有布尔处理器,它以进位标志位C为位累加器,用来处理位操作。可对位置“1”、对位清零、位判断等。
操作结果的状态信息送至状态寄存PSW。
程序计数器PC是16位的寄存器,用来存放即将要执行的指令地址,可对64KB程序存储器直接寻址。执行指令时,PC内容的低8位经P0口输出,高8位经P2口输出。 指令寄存器中存放指令代码。CPU执行指令时,由程序存储器中读取的指令代码送入指令存储器,经指令译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号,完成指令功能。
存储器
MCS-51单片机属于哈佛结构,它将程序存储器和数据存
储器分开,各有自己的寻址方式、控制信号和功能。
程序存储器用来存放程序和始终要保留的常数。
数据存储器存放程序运行中所需要的常数和变量。
从物理空间看,MCS-51有四个存储器地址空间:
片内数据存储器、片外数据存储器
片内程序存储器、片外程序存储器
MCS-51存储器物理结构见下图所示:
外部数据
存储器
(RAM)
外部程序
存储器
(ROM)
内部程序
存储器
内部数据
存储器
8XX51
从逻辑上看,MCS-51有三个存储器空间:
片内数据存储器、片外数据存储器
片内、片外统一编址的程序存储器
MCS-51的存储器逻辑结构如图2-3所示。
图2-2 MCS-51存储器物理结构
引脚 EA 的接法决定了程序储存器的0000~0FFFH 4KB地址范围是在单片机片内还是片外。
H0000
0FFFH
图2-3 MCS-51单片机的存储器逻辑结构
FFFFH
0000H
0FFFH
外部
RAM
外部
ROM
内部
(EA=1)
H0000
外部
(EA=0)
1000H
FFFFH
特殊功能寄存器
内部数据存储器
内部数据
RAM
7FH
80H
00H
FFH
外部数据存储器
(增强型)
程序存储器
地址重叠
程序存储器用来存放编制好的始终保留的固定程序和表格常数。程序储存器以程序计数器 PC 作为地址指针,通过16位地址总线,可寻址的地址空间为64KB。
在8051/8751/89C51 片内,分别内置最低地址空间的4KB ROM/EPROM程序储存器(内部程序储存器),而在8031片内,则无内部程序储存器,必须外部扩展EPROM。MCS-51单片机中64KB内、外程序储存器的地址是统一编排的。
8031单片机无内部程序存储器,地址从0000H~FFFFH都是外部程序存储空间。 EA应始终接地