第2章 MCS-51系列单片机的基本结构 .pptx

一、80C51单片机内部结构 在MCS-51系列单片机中，有2个子系列：51子系列和52子系列。 51子系列有8051、8751和8031三个型号，后来经过改进产生了80C51、87C51和80C31三个型号；52子系列有8052、8752和8032三个型号，改进后的型号是80C52、87C52和80C32。 2.1 80C51单片机内部组成及引脚功能 第2章 MCS-51系列单片机的基本结构 以MCS-51系列单片机的典型型号80C51为例，来介绍其结构及功能。 图2-1 80C51系列单片机的内部结构框图 分析图2-1， 并按其功能部件划分可以看出， 80C51系列单片机是由8大部分组成的。 这8大部分是: 1．一个8位中央处理机CPU（又称为微处理器）。 2．128个字节的片内数据存储器RAM。 3．4 KB的片内程序存储器EPROM或ROM。 4．18个特殊功能寄存器SFR。 5．4个8位并行输入输出I/O接口。 6．1个串行I/O接口，完成单片机与其他微机之间的串行通信 。 7．2个16位定时器/计数器T0、T1。 8．具有5个（52子系列为6个或7个）中断源，2 个可编程优先级的中断系统。 单片机引脚结构图如下： 图2-3 80C51单片机 40引脚配置图 二、引脚功能 时钟信号的产生有两种方式：内部振荡器方 式和外部引入方式。 一、时钟电路 2.2 时钟电路与复位 图2-4 80C51单片机时钟方式 二、复位方式 复位分为上电复位和按钮复位方式 图2-5 80C51复位电路 51系列单片机内部配有?ROM和RAM，单片机能够运行的最基本配置是： （1）配有为单片机提供时钟信号的振荡电路 （2）配有上电复位或按键复位电路 （3）要对EA脚进行处理，选择外部或内部程序存储器 （4）要为单片机提供一个稳定的、满足单片机工作电压条件的工作电源 2.3 51系列单片机运行的硬件条件 AT89C51系列单片机的最小应用系统的连接如下图所示 单片机的工作过程实质上是在具备单片机运行的硬件条件下执行用户编制程序的过程，一般程序的机器码都已固化到存储器中，开机复位后，就可以执行指令。 2.4单片机的工作原理 一、指令与程序概述 指令：规定计算机执行某种操作的命令。 机器代码：用8位二进制数表示指令代码，机器代码也可用16进制数表示。 汇编指令：用助记符、字符串和数字来表示机器代码。 用汇编指令编写的程序称为汇编源程序，汇编指令与机器语言指令是一一对应的。 表2-2机器语言指令与汇编语言指令的对应关系举例 二、 CPU的工作原理 中央处理器(CPU)是单片机内部的核心部件， 它决定了单片机的主要功能特性。 它由运算部件和控制部件两大部分组成。 1.控制器 1）程序计数器PC 程序存储器中指令的第一字节所在地址称为该指令的指令地址。指令地址是由程序计数器PC产生的，用于存放CPU下一条要执行指令的地址，即程序存储器地址。CPU根据 PC中的地址到ROM中去读取程序指令码和数据，并送给指令寄存器IR进行分析。每取出现行指令的一个字节后，PC 就自动加1，即(PC)+1→PC，指向下一个要读取字节的地址。 2）指令寄存器IR 指令寄存器IR用于存放CPU根据PC地址从ROM中读出的指令操作码。 3）指令译码器ID 指令译码器ID是用于分析指令操作的部件，指令操作码经译码后产生相应于某一特定操作的信号。 4）时序部件 单片机系统的各部分是在CPU的统一指挥下协调工作的，CPU微控制器根据不同指令，产生相应的定时信号和控制信号，各部分和各控制信号之间要满足一定的时间顺序。 （1）振荡周期: 为单片机提供时钟信号的振荡源的周期（晶振周期或外加振荡源周期）。振荡脉冲的周期也称为节拍，用P表示。 （2）状态周期: 即 CPU 从一个状态转换到另一状态所需的时间。在80C51中，一个状态周期由两个时钟周期组成。2个振荡周期为1个状态周期， 用S表示。 （3）机器周期: 是计算机完成一次完整的、基本的操作所需要的时间。80C51机器周期由六个状态周期组成，用S1、S2、…、S6表示，共12个振荡周期。 1个机器周期=6个时钟周期=12个振荡周期。 51系列单片机各种周期的关系 （4）指令周期：执行一条指令所需的时间，指令周期往往由一个或一个以上的机器周期组成。 例如: 外接晶振为12 MHz时， MCS-51单片机的4个时间周期的具体值为: 振荡周期=1/12 μs; 状态周期=1/6 μs; 机器周期=1 μs;