MCS51单片机的硬件结构.docVIP

于复生：单片机教案 PAGE PAGE 12 ※ 第二讲 ※ 第二章 MCS—51单片机的硬件结构 本章将以8031为例，重点介绍MCS-51单片机的内部结构、性能特点、引脚功能、存储器配置、MCS-51的CPU时序和I／O端口。 硬件结构是掌握单片机的基础。 第一节 MCS-51的内部结构 MCS-51系列单片机由美国Intel公司开发，其最大的特点是性能价格比较好，是我国目前广泛使用的单片机。 MCS-51系列单片机又分为51和52两个子系列（其细微差异后详）。 51子系列主要包括3种型号：8051、8751、8031。 8051：8位CPU 128BRAM、4KBROM、21个特殊功能寄存器、4个8位并行口、1个全双工串行口、2个16位定时／计数器。 8751：与8051的区别仅在于4KBROM变为4KB的EPROM。 8031：片内没有ROM或EPROM，严格说来8031不是完整的单片机，但可通过扩展ROM构成单片机系统。本章及本课程主要以应用最广的8031为例进行学习。 80C51、80C52简介。 8031为40脚双列直插式芯片（教材图1-1），各引脚功能后详。 按功能划分的结构框图如下图所示（参照教材图2-1）。 按组成部件划分的结构框图如教材图2-2所示。 组成： 8位中央处理单元CPU 2. 只读存储器ROM/EPROM（4KB，8031无！） 3. 随机存取存储器RAM（256B，相当于内存） 4. 4个8位并行输入／输出口（32条I/O口线） 5. 一个全双工串行通讯接口（RXD、TXD） 6. 2个16位定时/计数器（52子系列有3个） 7. 时钟电路：内部振荡器+外接晶振电路 8. 中断系统：5个中断源、2个优先级。 第二节 MCS-5l的主要性能特点 计算机有两种基本结构： 哈佛结构：程序存储器和数据存储器分开，独立编址。 普林斯顿结构：程序存储铅和数据存储器合二为一，统一编址。 各种单片机大多都为哈佛结构。 MCS-51单片机的主要性能特点： ⑴ 内部程序存储器：4KB（8031无） ⑵ 内部数据存储器：256B（教材上为128B，说明） ⑶ 外部程序存储器：可扩展到64KB。 ⑷ 外部数据存储器：可扩展到64KB。 可扩展的存储器空间取决于地址总线的宽度（216=64KB）。 ⑸ 输入／输出口线：32根（4个端口，每个端口8根）。 ⑹ 2个16位可编程的定时／计数器。 ⑺ 一个全双工串行口，包括二根口线TXD、RXD。 ⑻ 片内工作寄存器区：在内部数据存储器的低128B中划出一部分作为工作寄存器区，分为四个区每个区8个寄存器共32个字节单元（简要说明其特点）。 ⑼ 5个中断源，2个优先级别。 ⑽ 堆栈：设置在片内RAM的低128B中，堆栈深度理论上可达128B，但实际上没有这么深（后详）。 ⑾ 一个布尔处理机（位处理机），可以对某些单元以及某些单元的特定位进行逻辑操作。 ⑿ 专门的指令系统：111条指令，当系统时钟为12MHz时，大部分指令执行时间为1us；少部分指令执行时间为2us；只有乘、除指令的执行时间为4us。 第三节 CPU结构 CPU由运算器和控制器两部分组成。 一、运算器 组成：算术/逻辑运算部件ALU（核心）、暂存器1（Temp1）、暂存器2（Temp2）、累加器A（ACC）、寄存器B、程序状态寄存器PSW（程序状态字、标志寄存器，Program Status Word）、布尔处理机。 1. 算术/逻辑运算部件ALU 用来完成二进制加减乘除算术运算及布尔的逻辑运算，几乎所有的操作都要经过ALU的算术/逻辑运算。 2. 累加器A（ACC） 一个非常特殊的8位特殊功能寄存器，单片机主要的操作都要在A中进行，但不仅仅限于累加运算。它是CPU中工作最繁忙的寄存器。 　　■ 使用时，往往先将一个操作数存放在A中，运算后的结果通常也暂存于A中。 ■ 瓶颈效应：除上述特点外，需注意：与片外数据存储器、端口之间的数据传送必须要经过A过渡（举例），因此造成A是CPU中工作最繁忙的寄存器。 ■ 一般按字节操作时称为A，按位操作时称为ACC。 3. B寄存器 8位，主要用于乘除法操作时。 乘法：运算前A、B中各存放一个乘数，运算后A中存放结果的低8位，B中存放结果的高8位。 除法：运算前A中存放被除数，B中存放除数；运算后A中存放商，B中存放余数。 4. 暂存器Temp1、Temp2 均为8位，供运算时内部使用，用户不能直接使用。 5. 程序状态寄存器PSW（程序状态字、标志寄存器，Program Status Word）