[工学]第2章89C51单片机的硬件结构.ppt

89C51 机器周期、指令周期与指令时序 单片机执行的指令的各种时序均与时钟周期有关 1.时钟周期 单片机的基本时间单位。若时钟的晶体的振荡频率为fosc，则时钟周期Tosc=1/fosc。； 例如：fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。 2.机器周期 CPU完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。 执行一条指令分为几个机器周期。每个机器周期完成一个基本操作。MCS-51单片机每12个时钟周期为1个机器周期， 一个机器周期又分为6个状态：S1～S6。每个状态又分为两拍：P1和P2。 因此，一个机器周期中的12个时钟周期表示为： S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P2。 图2-13 三、指令周期 执行一条指令所需的时间。 89C51单片机中按字节可分为单字节、双字节、三字节指令。因此执行一条指令的时间也不同。对于简单的单字节指令，取出指令立即执行，只需一个机器周期的时间。而有些复杂的指令，如转移、乘、除指令则需两个或多个机器周期。 从指令的执行时间看，单字节和双字节指令一般为单机器周期和和双机器周期，三字节指令都是双机器周期，只有乘、除指令占用4个机器周期。 * * * * 2.5节 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。 下图所示为各个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 特殊功能寄存器SFR的位置 工作过程分析： （1）P0口作为单片机系统的地址/数据的复用总线使用 输出时，控制端=1 1 1 0 0 输入时，控制端=0 备注：输入时，CPU自动向P0口输出FF （2）P0口用作通用I/O口 输出时， 输入时，“读锁存器” “读引脚” 备注：读引脚时，锁存器的输出状态为1 2.3.2 控制器 主要包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID及控制逻辑电路。 2.3.2 控制器 程序计数器PC（Program Counter） 特点： （1）它是16位的 按机器周期自动加1 的计数器 （2）总是指向下一条指令所在地址（当前PC值） （3）一切分支、跳转、调用、中断、复位等操作的本质就是改变PC值，从而使程序的流向发生变化。 （4）执行子程序调用或中断调用，完成下列操作： ① PC的现行值保护 ② 将子程序入口地址或中断向量的地址送入PC。 （5）复位时PC的内容为0000H, 2.4 89C51存储器的结构 哈佛结构 存储器空间可划分为5类： 1.程序存储器空间 片内程序存储器为4KB 的 Flash 存储器，片外64KB 2.片内数据存储器空间：128B (256B 片内RAM+SFR) 3.特殊功能寄存器 SFR-Special Function Register 4.位地址空间: 211个可寻址位。 5.片外数据寄存器空间:片外可扩展64K字节RAM。 * 一、物理结构（哈佛结构） 89C51存储器 程序存储器ROM 数据存储器RAM 片内程序存储器 片外程序存储器 片内数据存储器 片外数据存储器 图 89C51存储器配置 片内、外统一编址的64K程序存储器地址空 间。CPU访问片内、片外ROM指令用MOVC。 64K的片外数据存储器地址空间。访问片外RAM指令用MOVX。和I/O口统一编址，传输指令一样。 256字节的片内数据存储器地址空间。访问片内 RAM指令用MOV。 上述三个存储空间地址是重叠的，89C51的指令系统采用不同的数据传送指令符号。 2.4.1 程序存储器 存放应用程序和表格之类的固定常数。 编址 片内容量为4KB。地址为0000H～0FFFH。 片外最多可扩至64KB ROM/EPROM，地址为1000H～FFFFH。 片内外统一编址。 2.4.1 程序存储器 分为片内和片外两部分，由EA*引脚上