MCS-51系列单片机的内部结构.ppt

MCS-51系列单片机的内部结构
微处理器结构
振荡与时钟
时钟周期、状态周期和机器周期
复位和复位电路
MCS-51单片机的引脚功能
MCS-51单片机内部结构示意图
时钟电路
CPU
ROM
RAM
T0 T1
中断系统
串行接口
并行接口
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1
定时计数器
结构框图
中央处理器CPU:8位,运算和控制功能
内部RAM:共256个RAM单元,用户使用前128个单元,用于存放可读写数据,后128个单元被专用寄存器占用。
内部ROM:4KB掩膜ROM,用于存放程序、原始数据和表格。
定时/计数器:两个16位的定时/计数器,实现定时或计数功能。
并行I/O口:4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。
串行口:一个全双工串行口。
中断控制系统:5个中断源(外部中断2个,定时/计数中断2 个,串行中断1个)
时钟电路:可产生时钟脉冲序列,允许晶振频率6MHZ和12MHZ
由单片机的内部结构可知,MCS-51单片机主要由以下几部分组成:
中央处理器(CPU)
振荡电路
内部总线
程序存储器和数据存储器
定时器/计数器
I/O口
串行口
中断系统
微处理器结构
运算器
包括算术逻辑运算部件ALU单元、暂存器1、暂存器2、、寄存器B和BCD码调整电路。
主要功能:算术运算、加1和减1运算、十进制调整、逻辑操作、数据传送。
布尔处理器
它以PSW中的进位标志位C为其累加器,专门用于处理位操作,有相应的位寻址RAM和I/O空间。
控制器
包括程序计数器PC、数据指针DPTR、堆栈指针SP、程序状态字、指令寄存器IR、指令译码器ID、振荡器、定时电路和复位电路等。
主要功能:控制各部分的协调工作;协调单片机和外围芯片的工作。
中央处理器(CPU)
单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。MCS-51单片机内部具有一个时钟振荡电路,只需要外接振荡器,即可为各部分提供时钟信号。
典型的时钟电路
在电路中,电容通常取30pF,晶振的取值通常为:1MHZ-33MHZ(不同型号的单片机的上限频率可能有差别)。
振荡电路
单片机型号
最高时钟频率
8031
12MHz
8051
12MHz
8751
12MHz
AT89C2051
24MHz
AT89C51
33MHz
AT89C52
33MHz
AT89S53
24MHz
常用单片机的最高时钟频率
时钟周期、状态周期和机器周期
时钟周期 单片机在工作时,由内部振荡器产生或由外部直接输入的送到内部控制逻辑单元的时间信号的周期。其大小是时钟信号频率(fosc)的倒数。
例如:时钟信号频率fosc为6MHz,则时钟周期为1/6us。
状态周期 由2个时钟周期组成(1个状态周期=2个时钟周期)
机器周期
由12个时钟周期或6个状态周期组成(1个机器周期=12个时钟周期)。
例如:有一个单片机系统,它的fosc=12MHz,则时钟周期为1/12us,状态周期为1/6us,机器周期为1us 。
P1
P2
S1
P1
P2
S2
P1
P2
S3
P1
P2
S4
P1
P2
S5
P1
P2
S6
机器周期
状态周期
时钟周期
1个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期
单片机各种周期的关系图
单片机在重新启动时都需要复位,MCS-51系列单片机有一个复位引脚输入端RST。
MCS-51系列的单片机复位方法为:在RST上加一个维持两个机器周期以上的高电平,则单片机被复位。
复位时单片机各部分将处于一个固定的状态。
常用的MCS-51单片机复位电路
上电自动复位电路
手动复位电路
“看门狗”复位电路
复位和复位电路
寄存器
初始状态值
寄存器
初始状态值
PC
0000H
TMOD
00H
ACC
00H
TCON
00H
B
00H
TH0
00H
PSW
00H
TL0
00H
SP
07H
TH1
00H
DPTR
0000H
TL1
00H
P1、P2P3、P4
0FFH
SCON
00H
IP
XXX00000B
PCON
0XX00000B
IE
0XX00000B
SBUF
不定
复位后单片机各单元的初始状态