[信息与通信]第2章 89C51单片机的硬件结构.ppt
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1、第2章 89C51单片机的硬件结构,2.1 89C51的片内结构,“三总线”模式,1.CPU(微处理器):8位 2.数据存储器(RAM) 片内为128个字节(52子系列的为256个字节) 片外最多扩展64KB 3.程序存储器(ROM/EPROM) 8031:无此部件; 8051:4K字节ROM; 8751:4K字节EPROM ; 89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 字节闪存; 片外最多扩展64KB,4.中断系统:5个中断源,2个优先级 5.定时器/计数器: 2个16位定时计数器,4种工作方式 6.串行口: 1个全双工的异步串行口,具有4种工作方式 7.P0口、P1口、P2口
2、、P3口: 为4个并行8位I/O口。 8.特殊功能寄存器: SFR:Special Function Register 共有21个,是一个具有特殊功能的RAM区,2.2 89C51的引脚 40只引脚 双列直插封装(DIP) 注意兼容性,CPU多采用PGA(Pin Grid Array,引脚网格阵列)封装,44只引脚方形封装方式(4只无用),40只引脚按功能分为3类: (1)电源及时钟引脚: Vcc、Vss;XTAL1、XTAL2。 (2)控制引脚: PSEN*、EA* 、ALE、RESET (即RST)。 (3)I/O口引脚:P0、P1、P2、P3,为4个8位I/O口的外部引脚。,AT89S5
3、2结构框图,AT89S52封装引脚图,2.2.1 电源及时钟引脚 1电源引脚 (1)Vcc(40脚):+5V电源; (2)Vss(20脚):接地。 2时钟引脚 (1)XTAL1(19脚):接外部晶体,如果采用外接振荡器时,振荡器的输出应接到此引脚上; (2)XTAL2(18脚):接外部晶体的另一端或悬空。,2.2.2 控制引脚 提供控制信号,有的引脚还具有复用功能。 RST (9脚):复位信号输入端,复位信号至少保持2个机器周期的高电平;正常工作时为低电平(=0.5V)。 (2)EA*/VPP (Enable Address/Voltage Pulse of Programing,31脚) E
4、A*为内外程序存储器选择控制端。 EA*=1,访问片内程序存储器,但在PC(程序计数器)值超过0FFFH(对于8051、8751)时,即超出片内程序存储器的4K字节地址范围时,将自动转向执行外部程序存储器内的程序。 EA*=0,单片机则只访问外部程序存储器,地址为0000H0FFFFH。 VPP为本引脚的第二功能,用于施加编程电压(例如+21V或+12V)。 对89C51,加在VPP脚的编程电压为+12V或+5V。,(3)ALE/PROG*(Address Latch Enable/ Programming,30脚): 第一功能:ALE为低8位地址锁存允许信号,在下降沿将P0口发出的低8位地址
5、所存在外部地址锁存器中。 第二功能:PROG*为编程脉冲输入端。 (4) PSEN* (Program Strobe Enable,29脚): 外部程序存储器的读选通信号。一般接外部程序存储器的OE*端。,2.2.3 I/O口引脚 (1) P0口:双向8位三态I/O口,地址总线(低8位)及数据总线分时复用口,作为通用I/O口时需加上拉电阻。 (2) P1口:8位准双向I/O口。 (3) P2口:8位准双向I/O口,与地址总线(高8位)复用。 (4) P3口:8位准双向I/O口,双功能复用口,见表2.1。 注意:准双向口与双向三态口的差别 当准双向I/O口作输入口使用时,要向该口先写“1”。 准
6、双向I/O口无高阻 “浮空”状态。,表2.1 P3口的第二功能,访问外部程序存储器的连接,访问外部数据存储器的连接,2.3 89C51的CPU 由运算器和控制器所构成 2.3.1 运算器 对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。 1算术逻辑运算单元ALU 2累加器A:单词accumlator 使用最频繁的寄存器,也可写为Acc。 A的作用: (1)是ALU的输入之一,又是运算结果的存放单元。 (2)数据传送大多都通过累加器A。MCS-51增加了一部分可以不经过累加器的传送指令,即可加快数据的传送速度,又减少A的“瓶颈堵塞”现象。 A的进位标志Cy同时又是位处理机的位累加器。,3程序状态字寄存器PS
7、W(Program Status Word) (1)Cy(PSW.7)进位标志位,单词carry (2)Ac(PSW.6)辅助进位标志位,用于BCD码的十 进制调整运算,当D3位向D4位进借位时Ac=1。 (3)F0(PSW.5)用户自定义标志位。 (4)RS1、RS0(PSW.4、PSW.3):工作寄存器区选择控制位1和位0,用于选择4组中的1个作为当前工作寄存器区。,(5)OV(PSW.2)溢出标志位 (6)PSW.1位:保留位,未用 (7)P(PSW.0):奇偶标志位,常用于串行通信中校验数据。 P=1,A中“1”的个数为奇数 P=0,A中“1”的个数为偶数,2.3.2 控制器 主要任务
8、时识别指令,并根据指令的性质去控制各功能部件,从而保证各部分能自动协调工作。 1程序计数器PC(Program Counter) 存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址; 无访问指令; 16位寄存器,可对64KB程序存储器进行寻址; 复位时PC=0000H; 基本工作方式有以下几种: (1)程序计数器自动加1 (2)执行有条件转移或无条件转移、子程序调用或中断调用指令时, PC将被置入新的数值,从而使程序的流向发生变化。 2指令寄存器IR、指令译码器及定时控制逻辑电路,2.4 89C51存储器的结构 哈佛结构:程序存储器和数据存储器分开 89C51存储器空间可划分为5类: 1.程序存储器空
9、间 2.片内数据存储器空间 3.特殊功能寄存器SFR 4.位地址空间 5.外部数据寄存器空间,2.4.1 程序存储器 系统运行过程中只读; 用于存放程序和表格之类的固定常数; 分为片内和片外两部分,由EA*引脚上所接的电平确定; 片内程序存储器为4KB的Flash存储器,可以使用编程器编程,也可以在线编程(ISP,In System Program ); 程序存储器中的0000H地址是系统程序的启动地址;,图2-5,程序存储器中有5个单元具有特殊用途; 一般在0000H和中断入口地址处存放跳转指令。,2.4.2 内部数据存储器 128B的存储空间; 字节地址为00H7FH。 00H1FH:32
10、个单元, 是4组通用工作寄存器区 20H2FH:16个单元, 可进行128位的位寻址 30H7FH:用户RAM区, 只能字节寻址, 用作数据缓冲区以及堆栈区,2.4.3 特殊功能寄存器(SFR) 通过特殊功能寄存器,CPU可以对片内各种功能部件进行集中控制; 共21个SFR; 地址范围80HFFH,其字节地址的末位是0H或8H的单元可位寻址。 ; SFR的名称及其分布:参见表2.4。,表2.4 SFR的名称及其分布,1堆栈指针SP 指示堆栈顶部在内部RAM块中的位置; 复位后,SP中的内容为07H,最好在运行程序前进行更改; 向上生长型堆栈; 堆栈的功能:保护断点、现场保护 2. 数据指针DP
11、TR 作为对外部数据存储器寻址的指针; 高8位字节寄存器用DPH表示,低8位字节寄存器用DPL表示。 3. I/O端口P0P3 P0P3分别为I/O端口P0P3的锁存器。,4.寄存器B 为执行乘法和除法操作设置的。 在不执行乘、除的情况下,可当作一个普通寄存器来使用。 5.串行数据缓冲器SBUF 由两个独立的寄存器组成:发送缓冲器,接收缓冲器。 存放欲发送或已接收的数据,一个字节地址,物理上是两个独立寄存器。 6.定时器/计数器 两个16位定时器/计数器T1和T0,各由两个独立的8位寄存器组成: TH1、TL1、TH0、TL0,只能字节寻址,但不能把T1或T0当作一个16位寄存器来寻址访问。,
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