第二章单片机的硬件结构和原理

89C51单片机硬件结构和原理

内容 基本组成(内部资源) 存储器的配置 I/O口的应用功能 工作方式 时序及电路

教学重点 单片机的基本组成(内部资源) 存储器的配置 I/O口的应用功能

§2.1 单片机内部结构外部时钟源 89C51单片机结构框图 程序存储器 4KB FLASH ROM 外部事件计数 振荡器和 时序OSC 数据存储器 256B RAM/SFR

2×16位 定时器/计数器

89C51 CPU 64KB 总线 扩展控制器 内中断 外中断 可编程全双 工串行口 串行通信

可编程I/O

控制 P0 P1 P2 P3

89C51单片机 内部结构图RAM地址 寄存器

存储器

P0.0-P0.7 P0驱动器

P2.0-P2.7 I/O接口

P2驱动器

128B RAM

P0锁存器

P2锁存器

4KBROM

程序地址 寄存器B寄存器 运算器

暂存器1

暂存器2

ACC

SP 缓冲器

ALU

PC增1 中断、串行口和定时器 PSW PCDPTR

PSEN ALE EA RESET控制器

定 时 控 制

指 令 译 码 器OSC

指 令 寄 存 器

P1锁存器 P1驱动器 P1.0-P1.7

P3锁存器

P3驱动器P3.0-P3.7

XTAL1

XTAL2

内部逻辑结构

(1)中央处理器CPU CPU是单片机的核心,由运算器和控制器组成, 完成运算和控制操作. (2)内部数据存储器RAM 作用是存放数据的运算的中间结果以及数据 的斩存. (3)内部程序存储器 用于存放程序代码和表格数据.

(4)定时/计数器(16位) 实现定时功能和计数功能,并可以根据定时 或计算的结果对单片机进行控制. (5)并行I/O口 MCS-51共有四个8位的并行I/O端口,P0~P3, 用于实现单片机与外界交换信息. (6)串行口 MCS-51有一个全双工的串行口,可实现单 片机与其它的数据设备之间的数据传送. (7)中断系统 目的是使单片机具有实时控制能力而设计的 内部电路

(8)时钟电路 提供同步时序，引导单片机工作。 (9)位处理器(布尔处理器) 专门用于处理位操作的，以PSW中的C为 其累加器。 (10) 总线 系统中的地址信号,数据信号和控制信号都 通过总线进行传递.

§2.2 单片机存储器配置一 89C51存储器分类

按物理结构(哈佛结构)片内程序存储器 程序存储器ROM 片外程序存储器

89C51存储器 数据存储器RAM

片内数据存储器片外数据存储器

按用户角度FFFF

片外FFFF 64KB 64KB RAM

片内1000 0FFF 4KB FF 80 7F 00 SFR EA=1 RAM 0000 0000 ROM

ROM

EA=0

0000

按用户角度片内、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。

256B 的片内数据存储器地址空间和 64K 的片外数据存储器地址空间。访问片内RAM 指令用MOV, 访问片外RAM指令用MOVX。

二 程序存储器地址空间 (一)用途:? 用于存放编好的程序和表格常数。 (二)编址：

89C51片内Flash ROM的容量为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。

(三)寻址方式

当 EA=“1”时：

89C51的PC在0000~0FFFH范围内执行片内ROM中的程序，当指令地址超过0FFFH 后就自 动转向片外ROM中取指令。

当 EA=”0”时： 89C51片内ROM不起作用，CPU只能从片 ROM/EPROM中取指令。可以从 0000H 开始寻址。 由于8031片内不带ROM ,所以使用时必须 EA=”0”。 89C51从片内ROM和片外ROM取指的速度相同。

(三)寻址方式

程序存储器的保留存储单元:存储单元 0000H~0002H 0003H~000AH 000BH~0012H 0013H~001AH 001BH~0022H 0023H~002AH 002BH 保留目的 复位后初始化引导程序 外部中断 0 定时器 0 溢出中断 外部中断 1 定时器 1 溢出中断 串行口中断 定时器 2 中断(8052 才有)

0000H~0002H三个单元：

用作89C51上电复位后引导程序的存放单元。因为复位后PC的内容为0000H,CPU总是从

0000H开始执行程序。将转移指令存放到这三个单元，程序就被引导到指定的程序存储器空

间去执行。

0003H~002AH单元：

均分为五段，用作五个中断服务程序的入口下表为中断矢量表

中断源外部中断 0 定时器/计数器 0 溢出 外部中断 1 定时器计数器溢出 串行口

中断服务程序入口地址0003H 000BH 0013H 001BH 0023H