单片机内部结构.ppt

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1、lMCS-51MCS-51单片机内部结构单片机内部结构l存存 储储 器器l特殊功能寄存器特殊功能寄存器l时钟电路和复位电路时钟电路和复位电路l引脚引脚 内内 容容 提提 要要 MCS-51系列单片机有多种型号的产品：系列单片机有多种型号的产品： 普通型普通型（51子系列）子系列）8051、8031、8751、89C51、89S51等。等。增强型增强型（52子系列）子系列）8032、8052、8752、89C52、89S52等。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。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上。l8031片内没有程序存储器片内没有程序存储器l8051内部设

2、有内部设有4KB的掩模的掩模ROM程序存储器程序存储器l8751是将是将8051片内的片内的ROM换成换成EPROMl89C51则换成则换成4KB的闪速的闪速EEPROMl89S51结构同结构同89C51， 4KB的闪速的闪速EEPROM可在线编程可在线编程l增强型的存储容量为普通型的一倍增强型的存储容量为普通型的一倍 本课以本课以 8XX51 代表这一系列的单片机。代表这一系列的单片机。 51系列单片机内部结构如图系列单片机内部结构如图1-1所示。所示。图图1-1 ( 图中图中“/” 两边分别为基本型和增强型两边分别为基本型和增强型 )P3P1P2 可编程 串行I/O口P0外部中断基准频率源

3、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 CPUCPU是单片机的核心部件。它由运算器和控制器是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成。等部件组成。 1 1. 运算器运算器 运算器的功能是运算器的功能是 l进行算术运算：加、减、乘、除、加进行算术运算：加、减、乘、除、加1、减、减1、比较、比较BCD码十进制调整等码十进制调整等l逻辑运算：与、或、异或、求反、循环等逻辑操作逻辑运算：与、或、异或、求反、循环等逻辑操作l位操作：内部有布尔处理器

4、，它以进位标志位位操作：内部有布尔处理器，它以进位标志位C C为为位累加器，用来处理位操作。可对位置位累加器，用来处理位操作。可对位置 “1 1”、对、对位清零位清零 、位判断等。、位判断等。 操作结果的状态信息送至状态寄存操作结果的状态信息送至状态寄存PSW。 MCS-51 MCS-51的储存器结构与常见的微型计算机的配置方法的储存器结构与常见的微型计算机的配置方法不同不同, ,它将程序存储器和数据存储器分开它将程序存储器和数据存储器分开, ,各有自己的寻各有自己的寻址方式、控制信号和功能。址方式、控制信号和功能。 程序存储器程序存储器用来存放程序和始终要保留的常数。用来存放程序和始终要保留

5、的常数。 数据存储器数据存储器存放程序运行中所需要的常数和变量。存放程序运行中所需要的常数和变量。从从物理空间物理空间看看,MCS-51,MCS-51有四个存储器地址空间：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、片外程序存储器片内程序存储器、片外程序存储器 MCS-51MCS-51存储器物理结构见下图所示：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 从从逻辑上逻辑上看看,MCS-51,MCS-51有三个存储器空间：有三个存储器空间：片内数据存储器、片外

6、数据存储器片内数据存储器、片外数据存储器 片内、片外统一编址的程序存储器片内、片外统一编址的程序存储器 MCSMCS5151的存储器的存储器逻辑结构逻辑结构如图如图1-21-2所示。所示。 MCS-51存储器物理结构 引脚引脚 EA 的接法决定了程序储存器的的接法决定了程序储存器的00000FFFH 4KB地址范围是在单片机片内还是片外。地址范围是在单片机片内还是片外。 H00000FFFH图1-2 MCS-51单片机的存储器逻辑结构FFFFH0000H0FFFH 外部 RAM 外部R O M内部ROM (EA=1)H00008031外部ROM (EA=0）80511000HFFFFH 特殊功

7、能 寄存器内部数据存储器内部数据存储器 内部数据 RAM7FH80H00HFFH外部数据存储器外部数据存储器 （增强型）程序存储器程序存储器 地址重叠 1.2.1 程序储存器程序储存器 程序存储器用来存放编制好的始终保留的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固定程序和表格常数。程序储存器以程序计数器器 PC PC 作为地址指针，通过作为地址指针，通过1616位地址总线，可位地址总线，可寻址的地址空间为寻址的地址空间为64KB64KB。 在在8051/8751/89C51 8051/8751/89C51 片内，分别内置最低片内，分别内置最低地址空间的地址空

8、间的4KB ROM/EPROM4KB ROM/EPROM程序储存器（内部程程序储存器（内部程序储存器），而在序储存器），而在80318031片内，则无内部程序储片内，则无内部程序储存器，必须外部扩展存器，必须外部扩展EPROMEPROM。MCS-51MCS-51单片机中单片机中64KB64KB内、外程序储存器的地址是统一编排的。内、外程序储存器的地址是统一编排的。 8031 8031单片机无内部程序存储器，地址从单片机无内部程序存储器，地址从0000H0000HFFFFHFFFFH都是外部程序存储空间。都是外部程序存储空间。 应应始终接地，始终接地， 对于内部有对于内部有ROMROM的单片机（

9、的单片机（5151、5252系列）系列） ， 引脚接高电平，使程序从内部引脚接高电平，使程序从内部ROMROM开始开始执行。当执行。当PCPC值超出内部值超出内部ROMROM的容量时，会自动的容量时，会自动转向外部程序存储器空间。外部程序存储器转向外部程序存储器空间。外部程序存储器地址空间为地址空间为1000H1000HFFFFHFFFFH。 访问程序存储器使用访问程序存储器使用MOVC指令。指令。EAEAl 程序存储器中的几个特殊地址的使用：程序存储器中的几个特殊地址的使用： 地址地址 用途用途 0000H 0000H 复位操作后的程序入口复位操作后的程序入口 0003H 0003H 外部中

10、断外部中断0 0服务程序入口服务程序入口 000BH 000BH 定时器定时器0 0中断服务程序入口中断服务程序入口 0013H 0013H 外部中断外部中断1 1服务程序入口服务程序入口 001BH 001BH 定时器定时器1 1中断服务程序入口中断服务程序入口 0023H 0023H 串行口中断服务程序入口串行口中断服务程序入口 由于两入口地址之间的存储空间有限，因此在由于两入口地址之间的存储空间有限，因此在编程时，通常在这些入口地址开始的两三个地址单编程时，通常在这些入口地址开始的两三个地址单元中，放入一条转移类指令，已使相应的程序转到元中，放入一条转移类指令，已使相应的程序转到指定的程

11、序存储器区域中执行。指定的程序存储器区域中执行。1.2.21.2.2 外部数据存储器外部数据存储器l用于存放随机读写的数据。用于存放随机读写的数据。l外部外部I/OI/O口地址影像区。口地址影像区。 MCS-51MCS-51单片机的外部数据存储器和外部单片机的外部数据存储器和外部I/OI/O口口实行统一编址实行统一编址 ，并使用相同的，并使用相同的 作选通控制作选通控制信号，均使用信号，均使用 MOVXMOVX 指令访问。指令访问。l MCS-51 MCS-51 单片机最多可扩展单片机最多可扩展64KB64KB外部数据存储器外部数据存储器1.2.3 1.2.3 内部数据储存器内部数据储存器 内

12、部数据存储器是使用最多的地址空间，内部数据存储器是使用最多的地址空间，l存放随机读写的数据存放随机读写的数据l通用寄存器区通用寄存器区 RD WRl堆栈区堆栈区l运算操作数存放区运算操作数存放区 指令（算术运算、逻辑运算、位操作运算指令（算术运算、逻辑运算、位操作运算等）的操作数只能在此地址空间或特殊功能寄存等）的操作数只能在此地址空间或特殊功能寄存器地址空间。器地址空间。内部数据存储器的地址分配内部数据存储器的地址分配 51 51 系列单片机内部数据存储器系列单片机内部数据存储器地址范围地址范围为为00007FH7FH。各区域地址见下表。各区域地址见下表。（1 1）地址）地址 0 01FH1

13、FH的前的前3232个单元称为寄存器区个单元称为寄存器区l用途：用途： 作通用寄存器作通用寄存器R0R0R7R7。 R0R0与与R1R1可作间址寄存器使用。可作间址寄存器使用。使用时应注意使用时应注意： 3232个单元的寄存器区分为四组，使用时只能选其中个单元的寄存器区分为四组，使用时只能选其中一组寄存器。一组寄存器。l寄存器的选组由程序状态字寄存器的选组由程序状态字PSWPSW的的RS1RS1和和RS0RS0位定。位定。 RS1 RS0 RS1 RS0 选寄存器组选寄存器组 0 0 00 0 0组组 0 1 10 1 1组组 1 0 21 0 2组组 1 1 31 1 3组组 l初始化时或复

14、位时，自动选中初始化时或复位时，自动选中0 0组。组。l一旦选中一组，其它三组只能作为数据存储器使用，一旦选中一组，其它三组只能作为数据存储器使用，而不能作为寄存器使用。而不能作为寄存器使用。l设置多组寄存器可以方便保护现场。设置多组寄存器可以方便保护现场。 （2 2）20H20H2FH2FH为位地址区为位地址区 共共1616个单元，每单元有八个位，每位有一个位地址，个单元，每单元有八个位，每位有一个位地址，共共128128位，位地址范围为位，位地址范围为00H00H7FH7FH，该区既可位寻址，该区既可位寻址，又可字节寻址。又可字节寻址。 如如 MOV 20HMOV 20H，C C ( (这

15、里这里C C是是CyCy进位标志位），该指令是将进位标志位），该指令是将CyCy内容送内容送20H20H位位, ,如果如果CyCy1 1，位，位20H20H值为值为“1 1”。 （3 3）除选中的寄存组以外的存储器均可以作为通用）除选中的寄存组以外的存储器均可以作为通用 RAMRAM区区。 （4 4）堆栈区）堆栈区 8XX518XX51单片机的堆栈设在内部单片机的堆栈设在内部RAMRAM区，深度不大于区，深度不大于128128字节，初始化时字节，初始化时SPSP指向指向07H07H。注：注： 对对5151基本型单片机只有基本型单片机只有00H00H7FH7FH单元单元128128字节的字节的R

16、AMRAM区。对区。对5252增强型的单片机还有增强型的单片机还有80H80HFFHFFH组成的高组成的高128128字字节节RAMRAM区（共区（共256256字节字节RAM RAM ）。）。 MCS-51MCS-51单片机共有单片机共有2121个字节的特殊功能寄存器用英个字节的特殊功能寄存器用英文缩写文缩写SFR SFR （Special Function RegisterSpecial Function Register）表示。）表示。1.1.用途：用途：lA A 累加器、状态标志寄存器累加器、状态标志寄存器l单片机内部各部件专用的控制、状态寄存器单片机内部各部件专用的控制、状态寄存器l并行口、串行口影射寄存器并行口、串行口影射寄存器2.2.地址空间：地址空间：l2121个特殊功能器不连续的分布在个特殊功能器不连续的分布在80H80HFFH 128FFH 128个字个字节地址空间，见表节地址空间，见表1-21-2。l地址为地址为X0HX0H和和X8HX8H是可位寻址的寄存器，表是可位寻址的寄存器，表1-21-2中用中用“* *”表示。表示。 表表1-21-2中还标注了各中还标注了