单片机结构原理.ppt

* * 在图2－10中，假若有8个RAM单元，每个单元都在其右面编有地址，栈顶由堆栈指针SP自动管理。每次进行压入或弹出操作以后，堆栈指针便自动调整以保持指示堆栈顶部的位置。这些操作可用图2－10说明。 图2－10 堆栈的压入与弹出 (4) 栈指针SP(81H) * * (5) 数据指针DPTR(83H，82H) DPTR是一个16位的特殊功能寄存器，其高位字节寄存器用DPH表示(地址83H)，低位字节寄存器用DPL表示(地址82H)。DPTR既可以作为一个16位寄存器来处理，也可以作为两个独立的8位寄存器DPH和DPL使用。 DPTR主要用于存放16位地址，以便对64 KB片外RAM作间接寻址。 * * (6) Ｉ/Ｏ端口P0～P3(80H，90H，A0H，B0H) P0～P3为4个8位特殊功能寄存器，分别是4个并行Ｉ/Ｏ端口的锁存器。它们都有字节地址，每一个口锁存器还有位地址，每一条Ｉ/Ｏ线均可独立用作输入或输出。 用作输出时，可以锁存数据；用作输入时，数据可以缓冲。 图2-11所示为各个SFR所在的字节地址位置。空格部分为未来设计新型芯片可定义的SFR位置。 * * 图2-11 特殊功能寄存器SFR的位置 * * §2.5 CPU时序 2.5.1 片内振荡器及时钟信号的产生 2.5.2 机器周期和指令周期 2.5.3 CPU取指、执行周期时序 * * §2.5.1 片内时钟信号的产生 89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。电容器Ｃ１和Ｃ２通常取30 pF左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。振荡脉冲频率范围为fOSC=0～24 MHz。 晶体振荡器的频率为fOSC，振荡信号从XTAL2端输入到片内的时钟发生器上，如图2-12 所示。 * * 图2-12 89C51的片内振荡器及时钟发生器 * * 1. 节拍与状态周期 时钟发生器是一个2分频的触发器电路，它将振荡器的信号频率fOSC除以2，向CPU提供两相时钟信号P1和P2。时钟信号的周期称为机器状态周期S(STATE)，是振荡周期的2倍。在每个时钟周期(即机器状态周期S)的前半周期，相位1(P1)信号有效，在每个时钟周期的后半周期，相位2(P2，节拍2)信号有效。 每个时钟周期(以后常称状态S)有两个节拍(相)P1和P2，CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥89C51单片机各个部件协调地工作。 * * 2、机器周期 一个机器周期是指CPU访问存储器一次所需的时间。例如，取指令、读存储器、写存储器等等。 一个机器周期包括12个振荡周期，分为6个S状态：S1~S6。 每个状态又分为两拍，称为P1和P2。 因此，一个机器周期中的12个振荡周期表示为S1P1，S1P2，S2P1，···，S6P1，S6P2。 若采用6MHz晶体振荡器，则每个机器周期为2μs（微秒） * * 3、指令周期 指令周期：执行一条指令所需的时间。 每条指令由一个或若干个字节组成。有单字节指令，双字节指令，…多字节指令等。字节数少则占存储器空间少。 每条指令的指令周期都由一个或几个机器周期组成。有单周期指令、双周期指令、和四周期指令。机器周期数少则执行速度快。 * * 4. 基本时序定时单位 综上所述，89C51或其他80C51单片机的基本时序定时单位有如下4个。 振荡周期： 晶振的振荡周期，为最小的时序单位。 状态周期： 振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供给片内CPU的时钟周期。因此，一个状态周期包含2个振荡周期。 机器周期（MC）： 1个机器周期由6个状态周期即12个振荡周期组成，是计算机执行一种基本操作的时间单位。 指令周期： 执行一条指令所需的时间。一个指令周期由1～4个机器周期组成。 * * 4个时序单位从小到大依次是节拍、状态周期、机器周期和指令周期，如下图所示。 图 89C51单片机各种周期的相互关系 * * §2.5.2 CPU取指、执行周期时序 每条指令的执行都可以包括取指和执指两个阶段。 在取指阶段，CPU从内部或外部ROM中取出指令操作码及操作数，然后再执行这条指令。 单字节和双字节的指令都可能是单机器周期或双周期，而三字节指令都是双周期的，只有乘、除指令占四周期。因此，执行一条指令的时间（指令周期）分别是2μs，4μs和8μs。 * * 图 89C51单片机的取指/执行时序 * * 单片机的三总线 8051 PSEN ALE EA P2.7 P2.0 … A15 A8 … 8 P0.7 P0.0 … A7 A0 … 地址锁存器 D7 D0 … 8 8 地址总线