《《MCS-51的结构》PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《MCS-51的结构》PPT课件（36页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、微机原理及应用 第 2章 MCS-51的结构 2.1 MCS-51单片机总体结构 MCS-51系列单片机的典型产品有 8051、 8751、 8031、 80C51、 80C31等。它们的 结构基本相同，其主要差别反映在片内存 储器的配置上有所不同。 8051是 ROM型单片机，内含 4KB的掩膜 ROM程序存储器； 8751内含 4KB的可编程 EPROM程序存储器；而 8031则为无 ROM 型单片机，使用时需外接程序存储器。 振荡器和时序 OSC 程序存储器 4KB ROM 数据存储器 4KB RAM 64KB总线 扩展控制器 可编程 I/O 可编程全双工 串行口 8051 CPU 2
2、16位 定时器 /计数器 外时钟源 内中断 外中断 控制 并行口 串行通信 外部事件计数 1 MCS-51单片机总体构框图 CPU是单片机内部的核心部件，也叫微处理器， 是单片机的指挥和控制中心。包括 控制器 和 运 算器 两个部分。 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）及定时控制 电路等。 程序计数器（ PC）是一个 16位的专用寄 存器，用来存放 CPU要执行的存放在程序存储 器中的 下一条指令 的地址，也叫指令地址寄存 器。注意：单片机复位后， (PC)=0000H 例： 地址 指令机器码 (PC) 2000H 2001H 25H 85H 指
3、令寄存器（ IR）：用来存放当前正在 执行的指令。 指令译码器（ ID）： IR中的操作码进行 分析解释，产生相应的控制信号。 控制器的主要功能是：根据程序计数器 （ PC）的内容取出指令，然后进行指令译 码，并根据译码的内容产生控制信号，协调 各部分的工作，完成指令所规定的操作。 运算器的功能：对数据进行算术和逻辑运算。 运算器包括：算术逻辑运算部件 ALU、累加器 ACC、程序状态字寄存器 PSW等组成。 ALU：主要进行算术和逻辑运算，运算结 果送 ACC而运算结果的状态信息送 PSW。 ACC： 8位寄存器，用于存放使用次数高 的操作数或中间结果。 PSW：用于寄存当前指令执行后的某些
4、 状态信息。 程序状态字 PSW各位的含义 D7 D6 D5 D4 D3 RS1 RS0 D2 D1 D0 CY AC F0 OV F1 P 进位 /借 位标 志位 半进 位标 志位 用户 标志 位 工作寄存 器区选择 位 溢出 标志 位 用户 标志 位 奇偶 标志 位 CY（ PSW.7）：进位 /借位标志位。 在进行加减运算时，运算结果的最高位 （ D7）有进位或借位时，（ CY） =1，否 则（ CY） =0 AC（ PSW.6）：半进位标志位，也叫辅助 进位或借位标志位。 在进行加减运算时，运算结果的低 4位 (D3)向高 4位有进位或借位时， (AC)=1， 否则 (AC)=0 F0
5、（ PSW.5）、 F1（ PSW.1 ）： 用户标 志位。 用户根据需要，自行定义的状态标 志。 RS1（ PSW.4）、 RS0（ PSW.3）： 工作寄存器区选择位。 RS1、 RS0与被选的工作寄存器对照表 RS1 RS0 被选工作寄 存器区 片内 RAM 地址 指令助记 符 0 0 0区 00H07H R0R7 0 1 1区 08H0FH R0R7 1 0 2区 10H17H R0R7 1 1 3区 18H1FH R0R7 OV（ PSW.2）：溢出标志位。 当有符号两数相加减时，结果超出 -128+127范围时，有溢出，（ OV） =1, 否则，（ OV） =0。 产生溢出的判断条
6、件是：设 C为 D6向 D7的进位或借位 ， Cf为 D7向 CY的进位或 借位，若 C Cf，则为溢出。 P（ PSW.0）： 奇偶标志位。 累加器 A中的值为 1的个数是奇数， 则（ P） =1，否则（ P） =0 例：已知 A=B9H， B=6AH， Cy=0，试分析 执行以下指令后，标志位及累加器 A的内 容。 ADD A， B A) 1011 1001 + B) 0110 1010 10010 0011 (A)=23H,(Cy)=1, (AC)=1,(OV)= 0 (P)=1 . . . . . ROM：只读存储器，用于存放单片机内部程 序。 RAM：单片机内部数据存储器。 定时器
7、/计数器：用于定时和对外部事件计数。 并行 I/O口： P0P3是 4个 8位并行 I/O口，用于 单片机与外部存储器和 I/O端口设备交 换信息使用。每个口既可以作为输入， 也可作为输出。 时钟电路 OSC：用于产生单片机中最基本的时 间单位。 2 MCS-51引脚功能 3. MCS-51存储器的特点 物理结构上有四个存储空间： 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。 从用户使用的角度，即从逻辑上划分 3个存储 器地址空间： 片内外统一编址的 64KB的程序存储器地址空 间；（ 216 8） 片内 256B数据存储器地址空间；（ 28 8 ） 片外 64KB的
8、数据存储器地址空间；（ 216 8 ） 对于同一 地址信息，可表示不同的存储单 元，在访问不同的逻辑存储空间时， MCS- 51提供了不同形式的指令： MOV用于访问内部数据存储器； MOVX用于访问外部数据存储器； MOVC用于访问内、外程序存储器。 MCS-51（ 8051）存储结构如图所示。 MOV MOVC MOVX 内部数据存储器分为高、低 128B两大部分如图所示 2.2 位处理器 单片机具有较强的位处理能力。 对于许多控制系统，开关量控制是控制 系统的主要对象之一。作为传统的 CPU， 对于简单的个别开关量进行控制却显得不 那么方便，而让 MCS-51值得骄傲正是它有 效地解决了
9、单一位的控制。 2.3 MCS-51工作方式和时序 1. MCS-51单片机的工作方式包括： 复位 方式 、 程序执行方式 、 节电方式和 EPROM 的编程和校验方式 ，在不同的情况下，其 工作方式也不相同。 复位方式： 单片机复位后，程序计数器 PC=0000H， 指向程序存储器 0000H单元，使 CPU从首地 址重新开始执行程序。 MCS-51复位时，其 内部 RAM中的数据保持不变 。 程序执行方式： （ 1）连续执行 （ 2）单步执行 节电方式：能减少单片机功耗的方式。 时序就是计算机指令执行时各种微操作在时间 上的顺序关系 。 计算机所执行的每一操作都是在时钟信号的 控制下进行的
10、。每执行一条指令， CPU都要发 出一系列特定的控制信号，这些控制信号（即 CPU总线信号）在时间上的相互关系就是 CPU 的时序。 2.MCS-51单片机的时序 基本概念： 时钟周期 ：也叫振荡周期，是晶体振荡器直接 产生振荡频率 fOSC的倒数，即 1/ fOSC，是时序 中的最小单位。 例如，晶振频率 fOSC=6MHz， 则时钟周期为 1/ fOSC 166.7ns 状态周期 ：是时钟周期的 2倍，是处理操作的 最基本单位。一个状态周期包含了两个 节拍 ， 用 P1， P2表示。 机器周期 ：也称为 CPU周期。执行一条指 令的过程可分为若干阶段，每一阶段完成 一个规定的操作，完成这个
11、规定操作的时 间称为机器周期。 一个机器周期包括 12个时钟周期（ 6个 状态周期，用 S1， S2， S3， S4， S5， S6 表示）。 指令周期 ：完成一条指令所需的时间。包 括取指令、分析指令和执行指令所需的全 部时间。 MCS-51单片机的指令周期通常由 1 4个机器周期组成。 几者关系 ：一个指令周期由若干个机器周 期组成，每个机器周期又由若干个时钟周 期组成。 例 ：已知晶振频率为 6MHz，试分别计算 前面所讲的各种周期。 解：当 fOSC=6MHz时， 振荡周期为 1/fOSC=1/6us 状态周期为：振荡周期 2= 1/fOSC 2=1/6us 2 1/3us 机器周期为
12、：状态周期 6= 1/3us 6=2us 指令周期为： 1 4个机器周期 = 2us 1=2us 2us 4=8us，即 2 8us 存储器的主要参数 存储容量：存储器由许多存储单元组成， 每个存储单元又由若干存储元组成，每个 存储元存放一位二进制代码。 存储容量是 表示能存放数据量大小的指标 。 例：某存储器芯片有 1024个单元，每个存 储单元可放 4位二进制代码，则该芯片存储 容量为 1024 4. 为了便于表示，常以 210 1024个存储 单元为单位，记作 1K，这样，上述芯片容 量可记为 1K 4. 一般微型计算机所用存储芯片均可放 8位二 进制代码 ，即 1个字节（ B） ,所以
13、微型计算 机的内存都是以字节为单位的。 如：某台单片机的片内程序存储器的容量 为 212 8，即 4096 8=4 1024 8，则称 片 内程序存储器的容量为 4KB. 芯片存储容量的计算 存储器中包含了许多的存储单元，每个存储 单元都有一个唯一的地址，存储单元的地址 由地址线提供，若某芯片有一根地址线，那 它只能提供 0、 1两个不同地址，若有两根地 址线，那它能提供 00、 01、 10、 11四个不 同地址，该芯片就拥有 4个存储单元。 若某存储器芯片有 8根地址线，则可提供 28 个存储单元，可提供（ 00 FFH）共 256个 地址。 n根地址线，有 2n个存储单元。 每个存储单元所能存储的二进制代码的位 数与该芯片的数据线有关。某芯片有 p根数 据线，则每个存储单元可存放 p位二进制代 码。 例：某芯片有 8根数据线（ D7D0）， 15根 地址线（ A14A0），则该芯片的存储容量 为 215 8 32KB
《MCS-51的结构》PPT课件
