--第一章 51单片机的结构
- 格式:ppt
- 大小:1.79 MB
- 文档页数:61
MCS51单片机的结构MCS-51单片机是Intel公司设计开发的一种高度集成的8位微控制器(microcontroller),主要应用于嵌入式系统中。
它采用了Harvard 架构,包含一个CPU核心、片内存储器、外围接口和定时器/计数器等功能模块。
在本文中,我将详细介绍MCS-51单片机的结构。
MCS-51单片机的结构主要分为以下几个部分:1.中央处理器(CPU)核心:MCS-51单片机的CPU核心采用了8位的数据总线和地址总线,以及一组功能强大的指令集。
该CPU支持多种指令,包括数据传送指令、算术逻辑指令、位操作指令和条件跳转指令等。
它还包括一个累加寄存器和标志寄存器,用于存储操作数和标志位信息。
2.存储器部分:MCS-51单片机包含片内存储器和片外存储器。
片内存储器主要用于存储程序代码和数据,包括ROM(只读存储器)和RAM(随机存储器)。
ROM用于存储程序代码,RAM用于存储数据和临时变量。
片外存储器通过地址线和数据线与单片机连接,可以扩展存储器容量。
3.输入输出(I/O)接口:MCS-51单片机通过多个I/O口与外部世界进行数据交互。
每个I/O 口包含一组引脚,可以用作输入或输出。
这些引脚可以通过配置寄存器来选择其功能。
MCS-51单片机还支持中断输入,可以用于实现外部设备的中断功能。
4.定时器/计数器(Timer/Counter):MCS-51单片机内置了多个定时器/计数器模块,用于生成精确的时间延迟或测量外部事件的时间间隔。
定时器可以产生周期性的中断信号,用于实现定时任务。
计数器可以计数外部事件的脉冲数量,用于测量时间间隔。
5.串行通信接口:MCS-51单片机内置了一个串行通信接口,可以用于与其他设备进行数据传输。
该接口支持异步串行通信协议,如UART(通用异步收发器)或SPI(串行外围接口)等。
它可以通过配置寄存器来设置通信参数,如波特率和数据格式等。
6.时钟电路:MCS-51单片机需要一个精确的时钟源来驱动内部运算和外设操作。
51单片机结构原理51单片机是一种典型的微控制器,具有由英特尔公司(Intel)设计和生产的基于哈佛结构的原理。
51单片机的基本结构包括中央处理器部分(CPU)、存储器部分、输入/输出(I/O)部分以及定时/计数器(Timer/Counter)等功能模块。
在中央处理器部分,51单片机采用了8位位宽的数据总线和16位位宽的地址总线。
它具有一组通用寄存器,可以用于存储中间数据和运算结果。
另外,还有一个累加器,用于存储加法操作的结果。
CPU还包括一套指令系统,用于控制程序的执行。
存储器部分包括程序存储器ROM(Read-Only Memory)和数据存储器RAM(Random Access Memory)。
ROM用于存储程序代码,RAM用于存储数据和程序的临时变量。
51单片机使用Harvard结构,将程序存储器和数据存储器分开,可以同时访问两个存储器,提高了执行效率。
输入/输出(I/O)部分包括多个通用I/O端口,可以用于连接外部设备。
这些I/O端口可以通过外部扩展器进行扩展,以满足不同应用的需求。
此外,51单片机还提供了串行通信接口、定时器/计数器等特殊功能引脚。
定时/计数器模块是51单片机的重要功能之一。
它可以生成精确的定时信号,并可以用来计数外部事件的频率。
定时/计数器模块可以通过寄存器配置,实现不同的定时和计数功能。
总之,51单片机结构的核心是中央处理器部分、存储器部分、输入/输出部分和定时/计数器模块。
通过这些功能模块的协同工作,51单片机可以实现各种应用需求,如控制、计算、通信等。
51单片机的内部结构MCS-51单片机内部结构8051是MCS-51系列单片机的典型产品,我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。
8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明:·中央处理器:中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。
·数据存储器(RAM):8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。
·程序存储器(ROM):8051共有4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。
·定时/计数器(ROM):8051有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
·并行输入输出(I/O)口:8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。
·全双工串行口:8051内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。
·中断系统:8051具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。
·时钟电路:8051内置最高频率达12MHz的时钟电路,用于产生整个单片机运行的脉冲时序,但8051单片机需外置振荡电容。
单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式,即哈佛(Harvard)结构,另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构,即普林斯顿(Princeton)结构。
51单片机基本结构详解1.什么是单片机单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU 、随机存储器RAM 、只读存储器ROM 、多种I/O 口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调试电路电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。
图1-1 单片机外形图2.单片机的引脚排列常用的单片机有40个引脚,其排列和功能如图2-1所示。
外ROM读选通信号外接晶体引线端地址锁存控制引脚内外ROM选择引脚21222324252627282930313233343536373839402019181716151413121110987654321VSS XTAL1XTAL2T1/P3.5TO/P3.4TXD/P3.1RXD/P3.0RST/VPD P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0INT0/P3.2INT1/P3.3P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0VCC EA/VPP ALE/PROG PSEN RD/P3.7WR/P3.6电源引脚接地引脚复位信号P1口P0口P3口P2口图2-1单片机的引脚排列和功能3.单片机最小系统单片机最小系统是单片机正常工作的最小硬件要求,包括供电电路、时钟电路、复位电路,如图3-1所示。
图3-1 单片机的最小应用系统判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的办法,就是用万用表测量单片机晶振引脚(18、19脚)的对地电压,以正常工作的单片机用数字万用表测量为例:18脚对地约2.24V ,19脚对地约2.09V 。
对于怀疑是复位电路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断,单片机正常工作时第9脚对地电压为零,可以用导线短时间和+5V 连接一下,模拟一下上电复位,如果单片机能正常工作了,说明这个复位电路有问题。
第一章MCS51单片机的结构与原理1.试比较MCS-51,MSP430,EM78,PIC,M6800及A VP等系列单片机的特点。
解:MCS-51为主流产品。
MSP430的功能较强。
是一种特低功耗的Flash微控制器。
主要用于三表及超低功耗场合。
EM78系列单片机采用高速CMOS工艺制造,低功耗设计为低功耗产品,价格较低。
具有三个中断源、R-OPTION功能、I/O唤醒功能、多功能I/O口等。
具有优越的数据处理性能,采用RISC结构设计。
PIC系列8位单片机是Microship公司的产品。
CPU采用RISC结构,运行速度快,价格低适于用量大、档次低、价格敏感的产品。
Motorola是世界上最大的单片机生产厂家之一,品种全、选择余地大、新产品多。
其特点是噪声低,抗干扰能力强,比较适合于工控领域及恶劣的环境。
A VR是增强RISC内载Flash的单片机,单片机内部32个寄存器全部与ALU直接连接,突破瓶颈限制,每1MHz可实现1MIPS的处理能力,为高速、低功耗产品。
端口有较强的负载能力,可以直接驱动LED。
支持ISP、IAP,I/O口驱动能力较强。
2.MCS-51系列单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能部件?各个逻辑部件的主要功能是什么?解:MCS-51单片机在片内集成了中央处理器(CPU)、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时器/计数器、并行I/O接口、串行I/O接口和中断系统等几大单元。
CPU是整个单片机的核心部件,由运算器和控制器组成。
运算器可以完成算术运算和逻辑运算,其操作顺序在控制器控制下进行。
控制器是由程序计数器PC(Program Counter)、指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)、定时控制逻辑和振荡器OSC等电路组成。
CPU根据PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出,存放在IR中,ID对IR中的指令码进行译码,定时控制逻辑在OSC配合下对ID译码后的信号进行分时,以产生执行本条指令所需的全部信号。
简述51系列单片机的内部组成结构51系列单片机是一种非常常见的单片机产品,被广泛应用于各种电子设备中。
它具有强大的功能和灵活的可编程性,能够满足不同应用场景的需求。
那么,究竟51系列单片机的内部是如何组成的呢?我们来了解一下51系列单片机的基本结构。
51系列单片机由中央处理器、存储器、输入输出端口、定时器、中断系统等多个部分组成。
其中,中央处理器是51系列单片机的核心部件,负责执行指令和进行数据处理。
存储器用于存储程序代码和数据,包括ROM、RAM 和特殊功能寄存器等。
输入输出端口用于与外部设备进行数据交互,可以实现数据输入、输出和控制功能。
定时器可以生成指定时间间隔的定时信号,用于定时操作和计时功能。
中断系统可以在特定条件下中断正常的程序执行,执行相应的中断服务程序。
接下来,我们详细介绍一下51系列单片机的内部组成结构。
首先是中央处理器部分,它由一个8位的CPU核心组成,具有丰富的指令集和寄存器。
这些指令可以执行各种算术和逻辑操作,以及数据传输、位操作等功能。
CPU核心还包括时钟发生器和系统控制逻辑,用于产生时钟信号和控制系统的运行。
其次是存储器部分,51系列单片机的存储器主要包括ROM和RAM。
ROM是只读存储器,用于存储程序代码和常量数据。
RAM是随机存储器,用于存储变量和临时数据。
此外,51系列单片机还具有一些特殊功能寄存器,用于存储各种控制和状态信息。
再次是输入输出端口部分,51系列单片机有多个I/O口,用于与外部设备进行数据交互。
每个I/O口都有一个特定的地址和控制寄存器,可以设置输入输出方向和电平状态。
通过读写这些寄存器,可以实现数据输入、输出和控制功能。
51系列单片机还具有定时器部分,用于生成精确的定时信号。
定时器可以根据设定的参数生成不同频率和周期的定时信号,用于各种定时操作和计时功能。
此外,定时器还可以用于产生脉冲信号、PWM 信号等。
最后是中断系统部分,51系列单片机具有多个中断源和中断向量。
51单片机的结构51单片机是一种广泛应用于嵌入式系统中的微控制器,其结构十分复杂而精致。
在实际的嵌入式系统设计中,了解对于程序员和硬件工程师来说至关重要。
首先,51单片机的结构主要由CPU、存储器、I/O口、定时器/计数器和串行通信接口等几个主要部分组成。
其中,CPU是整个单片机的核心部分,负责执行各种指令和控制整个系统的运行。
51单片机采用的是哈佛结构,即指令存储器与数据存储器分开,这样可以提高指令的执行效率。
其次,51单片机的存储器方面包括ROM和RAM两部分。
ROM主要用来存储程序代码和常量数据,而RAM则用来存储运行时产生的数据和临时变量。
在实际应用中,程序员需要合理地利用ROM和RAM的空间,以保证程序的运行效率和稳定性。
此外,51单片机还具有丰富的I/O口资源,可以用来连接各种外部设备和传感器。
通过I/O口,单片机可以与外部世界进行数据交换和通信,从而实现各种功能。
在实际的嵌入式系统设计中,工程师需要根据具体的需求选择合适的I/O口配置,以实现系统的功能。
定时器/计数器是51单片机中的重要模块之一,用来产生各种定时和计数功能。
通过定时器/计数器,单片机可以实现精确的时间控制和周期性任务处理,例如PWM波形产生、脉冲计数等。
工程师可以根据具体的需求配置定时器/计数器的参数,以满足系统的要求。
最后,51单片机还包含串行通信接口,可以用来与外部设备进行数据传输和通信。
通过串行通信接口,单片机可以与PC机、传感器等设备进行数据交换,从而实现系统的功能。
在实际应用中,工程师需要根据通信协议选择合适的串行通信接口,并合理地设计通信协议,以保证数据的可靠传输。
让我们总结一下本文的重点,我们可以发现,51单片机的结构复杂而精致,包含了CPU、存储器、I/O口、定时器/计数器和串行通信接口等多个部分。
了解51单片机的结构对于嵌入式系统设计和开发至关重要,只有深入理解其结构和原理,才能更好地应用在实际项目中,实现系统的稳定运行和功能实现。