單片機(jī)內(nèi)部主要部件

1、1.2單片機(jī)內(nèi)部主要部件單片機(jī)內(nèi)部主要部件單片機(jī)內(nèi)部電路比較復(fù)雜，MCS51系列的8051型號(hào)單片機(jī)的內(nèi)部電路根據(jù)功能可以分為CPU、RAM、ROMEPROM、并行口、串行口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）等8個(gè)主要部件，如圖121所示。這些部件通過(guò)片內(nèi)的單一總線(xiàn)相連，采用CPU加外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，各個(gè)功能單元都采用特殊功能寄存器集中控制的方式。其他公司的51系列單片機(jī)與8051結(jié)構(gòu)類(lèi)似，只是根據(jù)用戶(hù)需要增加了特殊的部

2、件，如AD轉(zhuǎn)換器等。在設(shè)計(jì)程序過(guò)程中，寄存器的使用非常頻繁。本節(jié)內(nèi)容在了解單片機(jī)內(nèi)部的組成機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹單片機(jī)內(nèi)部常用的寄存器的作用。圖121MCS51架構(gòu)架構(gòu)1.2.1中央處理器（中央處理器（CPU）中央處理器是單片機(jī)的核心，主要功能是產(chǎn)生各種控制信號(hào)，根據(jù)程序中每一條指令的具體功能，控制寄存器和輸入輸出端口的數(shù)據(jù)傳送，進(jìn)行數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及位操作等處理。MCS51系列單片機(jī)的CPU字長(zhǎng)是8位，能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼

3、，也可處理一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。單片機(jī)的CPU從功能上一般可以分為運(yùn)算器和控制器兩部分。一、控制器控制器由程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器、指令譯碼器、定時(shí)控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。其功能是對(duì)來(lái)自存儲(chǔ)器中的指令進(jìn)行譯碼，通過(guò)定時(shí)電路，在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的全部?jī)?nèi)部和外部的控制信號(hào)，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的功能。各部分功能部件簡(jiǎn)述如下。1程序計(jì)數(shù)器PC（ProgramCounter）程序計(jì)數(shù)器是一個(gè)16位的專(zhuān)用寄存器，用來(lái)存放下

4、一條指令的地址，具有自動(dòng)加1的功能。當(dāng)CPU要取指令時(shí)，PC的內(nèi)容送地址總線(xiàn)上，從存儲(chǔ)器中去取出一個(gè)指令碼后，PC內(nèi)容自動(dòng)加1，指向下一個(gè)指令碼，以保證程序按順序執(zhí)行。PC是用來(lái)指示程序的執(zhí)行位置，在順序執(zhí)行程序時(shí)，單片機(jī)每執(zhí)行一條指令，PC就自動(dòng)加1，以指示出下一條要取的指令的存儲(chǔ)單元的16位地址。也就是說(shuō)，CPU總是把PC的內(nèi)容作為地址，根據(jù)該地址從存儲(chǔ)器中取出指令碼或包含在指令中的操作數(shù)。因此，每當(dāng)取完一個(gè)字節(jié)后，PC的內(nèi)容自動(dòng)加

5、1，為取下一個(gè)字節(jié)做好準(zhǔn)備。由于51系列單片機(jī)的尋址范圍為64K，所以，PC中數(shù)據(jù)的編碼范圍為0000H～FFFFH，共64K。單片機(jī)上電或復(fù)位時(shí)，PC自動(dòng)清0，即裝入地址0000H，這就保證了單片機(jī)上電或復(fù)位后，程序從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行。CPU時(shí)鐘電路P0P3P2P1TXDRXDINT0INT1并行接口串行接口中斷系統(tǒng)定時(shí)計(jì)數(shù)器RAMROMT0T1有4個(gè)物理上獨(dú)立的存儲(chǔ)器空間，即內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器及內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。從用戶(hù)的

6、角度看，單片機(jī)的存儲(chǔ)器邏輯上分為三個(gè)存儲(chǔ)空間，見(jiàn)圖122所示，即統(tǒng)一編址的64KB的程序存儲(chǔ)器地址空間（包括片內(nèi)ROM和外部擴(kuò)展ROM），地址從0000H—FFFFH；256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址空間（包括128B的片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的地址空間）；64KB的外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。圖中是單片機(jī)的程序擴(kuò)展控制引EA腳。一、單片機(jī)的RAM51單片機(jī)芯片中共有256個(gè)字節(jié)的RAM單元，但其中128個(gè)字節(jié)被專(zhuān)用寄存器占用，能作為存儲(chǔ)

7、單元供用戶(hù)使用的只是前128B，用于存放可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)。因此通常所說(shuō)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指前128B，簡(jiǎn)稱(chēng)片內(nèi)RAM。在程序比較復(fù)雜，且運(yùn)算變量較多而導(dǎo)致51內(nèi)部RAM不夠用時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要在片外擴(kuò)展，最多可擴(kuò)展64KB，但在實(shí)際應(yīng)用中如需要大容量RAM時(shí)，往往會(huì)利用增強(qiáng)型的51單片機(jī)而不再擴(kuò)展片外RAM。增強(qiáng)型的51系列單片機(jī)如52和58子系列分別有256B和512B的RAM。0000H片內(nèi)4kROMEA=10FFFH片外4k擴(kuò)展RO

8、MEA=0片外60k擴(kuò)展ROMEA=01000HFFFFH00HFFH片內(nèi)128BRAM特殊功能寄存器21個(gè)7FH80H0000HFFFFH地址地址地址片外64KBRAM圖12251單片機(jī)的存儲(chǔ)器空間分布單片機(jī)的存儲(chǔ)器空間分布51單片機(jī)片內(nèi)128BRAM根據(jù)功能又劃分為工作寄存器區(qū)（地址00H—1FH），位尋址區(qū)（地址20H—2FH），一般RAM區(qū)（地址30H—7FH）和堆棧區(qū)（地址2FH以后），其中位尋址區(qū)共16字節(jié)128個(gè)單元。51

9、單片機(jī)共有21個(gè)特殊功能寄存器（SpecialFunctionRegister，SFR），它是片內(nèi)RAM的一部分。特殊功能寄存器用于對(duì)片內(nèi)各功能模塊進(jìn)行監(jiān)控和管理，是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，與片內(nèi)RAM單元統(tǒng)一編址。二、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部ROM）51單片機(jī)共有4KB的ROM，單片機(jī)的生產(chǎn)商不同，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器可以是EEPROM或FlashROM。可根據(jù)實(shí)際需要在片外擴(kuò)展，最多可擴(kuò)展64KB。增強(qiáng)型的51單片機(jī)內(nèi)部ROM空間可以達(dá)到

10、64KB，在使用時(shí)不須再擴(kuò)展片外ROM。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器以及位地址空間的地址有一部分是重疊的，但在具體尋址時(shí)，可由不同的指令格式和相應(yīng)的控制信號(hào)來(lái)區(qū)分不同的地址空間，因此不會(huì)造成沖突。1.2.3單片機(jī)的其它部件單片機(jī)的其它部件51單片機(jī)還有定時(shí)器計(jì)數(shù)器，并行IO口，串行口，中斷系統(tǒng)，時(shí)鐘電路等部件。51單片機(jī)有兩個(gè)16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器，具有4種工作方式，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制；51單片機(jī)共有4個(gè)8位