单片机结构和原理

89C51单片机结构框图

 

1、一个8位 的微处理器CPU。

2、片内数据存储器(RAM128B/256B):用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。

3、片内4kB程序存储器Flash ROM(4KB):用以存放程序、一些原始数据和表格。

4、四个8位并行I/O(输入/输出)接口 P0~P3:每个口可以用作输入，也可以用作输出。

5、两个或三个定时/计数器: 每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以 对 外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果 实现计算机控制

6、一个全双工UART的串行I/O口:可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。

7、片内振荡器和时钟产生电路:但需外接晶振和电容。

8、五个中断源的中断控制系统。

9、具有节电工作方式：休闲方式及掉电方式。

在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。此时的电流可降到大约为正常工作方式的15%。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。这种方式下的电流可降到15 μA以下，最小可降到0?6 μA。

结构：

由中央处理单元(CPU)、存储器(ROM及RAM)和I/O接口组成。89C51单片机内部结构如图所示：

 

下面介绍的是mcs-51

MCS-51单片机存储器的配置特点

① 内部集成了4K的程序存储器ROM;

② 内部具有256B的数据存储器RAM;

③ 可以外接64K的程序存储器ROM和 数据存储器RAM。

从物理结构的角度讲，51单片机的存储系统可以分为四个存储空间：既片内ROM，RAM和片外ROM、RAM。

从逻辑上讲(既编程的角度)，51单片机的存储系统实际上分为三个存储空间。

1. 片内数据存储器RAM;

2. 片外数据存储器RAM;

3. 片内或外的程序存储器ROM(由EA电平决定)。

 

1.程序存储器ROM用于存放程序、常数或表格。

2.在51单片机中，由引脚 /EA 上的电平选择内、外ROM： EA=1时,CPU执行片内的4KROM中的程序; EA=0时，CPU选择片外ROM中的程序。

3.无论是使用片内还是使用片外ROM，程序的起始地址都是从ROM的0000H单元开始。

4.尽管系统可以同时具备片内ROM和外部ROM，但是在一般正常使用情况下，通过/EA的设定来选择其一(或者使用内部ROM，或者使用外部ROM)。

5.如果EA=1(执行片内程序存储器中程序时):如果程序计数器的指针PC值超过0FFFH(4K)时，单片机就要自动的转向片外的ROM存储器且从1000H单元开始执行程序(无法使用片外ROM的低4K空间)。

6.当程序超过4K时，有两种使用程序存储器ROM的方法：

①设置EA=0，使用外部ROM。从地址=0000H开始;

②设置EA=1，使用内部的4KROM和外部ROM(地址从1000H开始的单元)。

 

程序存储器六个特殊的单元:

在ROM中有六个单元具有特定功能。

0000H单元：复位时程序计数器PC所指向的单元，因此用来 存放程序中的第一条指令;

0003H单元：外部中断/INT0的矢量入口地址;

000BH单元：定时器T0溢出中断的矢量入口地址;

0013H单元：外部中断/INT1的矢量入口地址;

001BH单元：定时器T1的溢出中断矢量入口地址;

0023H单元：串行口接收、传送的中断矢量入口地址。

矢量入口单元：在编写中断程序时，写入对应的“跳板指令”

 

单片机第一条指令的两个特征：

①存放在ROM的0000H单元;

②必须是“跳转指令”以跳过下面的5个中断矢量，转到后面的真正的主程序入口0100H单元。

ORG 0000H LJMP 0100H

ORG 0100H

START: MOV A,#00H

∶ ∶

∶ ∶

∶ ∶

∶ ∶

END

外部程序存储器：

当单片机使用外ROM存储器时(扩展系统)，必须设定/EA=0，此时单片机的端口功能就要发生相应的改变：

① P0、P2作为外部ROM的地址和数据总线;

② 使用引脚/psen信号来选通外部ROM的数据三态输出。

 

内部数据存储器RAM：

无论在物理上还是逻辑上，系统中RAM 都可分为两个独立空间：内部和外部RAM。由不同的指令来访问。

1.访问内部数据存储单元时，使用 MOV 指令;

2.访问外部数据存储器时，使用 MOVX 指令。内部RAM从功能上将256B空间分为二个不同的块：

1.低128B的RAM块;

2.高128B的SFR(Special Function Register )块。

在低128B的RAM存储单元中又可划分为：

1.工作寄存器区;

2.位寻址区;

3.通用存储数据的“便签区”。

高128B的专用寄存器区SFR中仅仅使用了21寄存器(51系列)，其它107个单元不能使用。