第2章硬件结构和原理

指令寄存器IR及指令译码器ID
• 由PC中的内容指定ROM地址，取出来的指令经IR送至ID， 由ID对指令译码产生一定序列的控制信号，以执行指令所 规定的操作。
振荡器和定时电路
• 8051单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体 和频率微调电容（2个30pF左右），其频率范围为 1.2MHz~12MHz。该信号作为8051工作的基本节拍
片外程序存储器
从程序员角度看存储器
程序存储器保留地址
（1）0000H～0002H三个单元：
• 用作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。
程序存储器保留地址
（2）0003H～002AH单元：
使用。
SFR之 程序状态寄存器PSW(D0H)
• PSW是一个8位特殊功能寄存器，它的各位包含
了程序执行后的状态信息，供程序查询或判别之
用。各位的含义及其格式如表2－6所列。
• PSW除有确定的字节地址(D0H)外，每一位均有
位地址
Psw中的位
• CY(PSW.7)： 进位标志位。在执行加法(或减法)运算 指令时，如果运算结果最高位(位7)向前有进位(或借 位)，则CY位由硬件自动置1；如果运算结果最高位无 进位(或借位)，则CY清0。CY也是89C51在进行位操作 (布尔操作)时的位累加器，在指令中用C代替CY。 • AC(PSW.6)： 半进位标志位，也称辅助进位标志。当 执行加法(或减法)操作时，如果运算结果(和或差)的 低半字节(位3)向高半字节有半进位(或借位)，则AC位 将被硬件自动置1；否则AC被自动清0。 • F0(PSW.5)： 用户标志位。用户可以根据自己的需要 对F0位赋予一定的含义，由用户置位或复位，以作为 软件标志。

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（5）OV（PSW.2）溢出标志位：当执行算术指令时，OV用来 指示运算结果是否产生溢出。如果结果产生溢出，OV=1；否则， OV=0。
（6）PSW.1位：保留位，未用。 （7）P（PSW.0）奇偶标志位：该标志位表示指令执行完时， 累加器A中“1”的个数是奇数还是偶数。 P=1，表示A中“1”的个数为奇数。 P=0，表示A中“1”的个数为偶数。 该标志位对串行口通信中的数据传输有重要的意义。在串行通 信中，常用奇偶检验的方法来检验数据串行传输的可靠性。
RESET）； （3）I/O口引脚—P0、P1、P2与P3，为4个8位并行I/O口的外
部引脚。 下面结合图2-2介绍各引脚的功能。
2.2.1 电源及时钟引脚
1．电源引脚 （1）VCC（40脚）：接+5V电源。 （2）VSS（20脚）：接数字地。
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2．时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：片内振荡器的反相放大器和外 部时钟发生器的输入端。使用片内的振荡器时，该引 脚外接石英晶体和微调电容。当采用外部的独立时钟 源时，本引脚接外部时钟振荡器的信号。 （2）XTAL2（18脚）：片内振荡器反相放大器的输出 端。当使用片内振荡器时，该引脚连接外部石英晶体 和微调电容。当使用外部时钟源时，本引脚悬空。
负载。 P3口还可提供第二功能，其第二功能定义如表2-1
所示，8位）及数据总线使用时， 为双向口。作为通用的I/O口使用时，需加上拉电阻，这时为准双 向口。而P1口、P2口、P3口均为准双向口。
双向口P0与P1口、P2口、P3口这3个准双向口相比，多了一 个高阻输入的“悬浮”态。这是由于P0口作为数据总线使用时， 多个数据源都挂在数据总线上，当P0口不需与其他数据源打交道 时，需要与数据总线高阻“悬浮”隔离。而准双向I/O口则无高阻 的“悬浮”状态。另外，准双向口作通用I/O的输入口使用时，一 定要向该口先写入“1”。以上的准双向口与双向口的差别，在学 习本章2.5节的P0~P3口的内部结构后，将会有更深入的理解。

第2章 PLC的硬件结构与工作原理
2.1 PLC的硬件结构 2.1.1 PLC的物理结构
根据硬件结构的不同，PLC主要可分为整体式和模块式。 1.整体式可编程序控制器 小型PLC一般采用整体式结构，它的体积小、价格低。 整体式可编程序控制器将CPU模块、I／O模块和电源装在一个箱 型机壳内（见图2一l），称为基本单元。 2.模块式可编程序控制器 大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成(见 图2-2)。
2.1.3 I/O（输入/输出)模块
各I／0点的通断状态用发光二极管显示，外部接线一般接在模块面板的 接线端子上。 PLC的输入输出信号类型可以是开关量、模拟量。输入输出接口单元包含 两部分：一部分是与被控设备相接的接口电路，另一部分是输入和输出的映 像寄存器。
输入单元接受来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、
2.2.3 PLC的工作原理
PLC的工作原理
• PLC的运行方式 – 形象理解PLC的工作方式
PLC的工作原理
• PLC对输入/输出的处理原则 • 输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入 点在上一刷新期间的接通和断开状态。 • 程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输出映 像寄存器的内容及其他各元件映像寄存器的内容。 • 输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。 • 输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出 映像寄存器中的数据决定。 • 输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器决定。
图2-13
CPU单元与扩展模块的连接方法
常用扩展模块的种类
模块类型 型号 输入/输出点数 8点输入（24VDC） EM221 8点输入（120/230VAC） 16点输入（24VDC） 30 30 70 4/输入 模块消耗电流（mA） +5DC +24VDC 4/输入

2．累加器A 使用最频繁的寄存器，可写为Acc。“A”与“Acc” 书写上 的差别，将在第3章介绍。
作用如下：
（1）ALU单元的输入数据源之一，又是ALU运算结果存放单元。 （2）数据传送大多都通过累加器A，相当于数据的中转站。为 解决“瓶颈堵塞”问题，AT89S51增加了一部分可以不经过 累加器的传送指令。
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PSW中各个位的功能： （1）Cy（PSW.7）进位标志位
可写为C。在算术和逻辑运算时，若有进位/借位，Cy＝1；
否则，Cy＝0。在位处理器中，它是位累加器。 （2）Ac（PSW.6）辅助进位标志位 在BCD码运算时，用作十进位调整。即当D3位向D4位产生进 位或借位时，Ac＝1；否则，Ac＝0。 （3）F0（PSW.5）用户设定标志位 由用户使用的一个状态标志位，可用指令来使它置1或清0， 控制程序的流向。用户应充分利用。
端（12-21V）。
4、I/O端口P0、P1、P2和P3 准双向的含义：
当I/O口作为输入时，应先向此口锁存器写入全1， 此 时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。
1）P0口：用作通用的I/O口；当外扩存储器及I/O接口芯片时，P0口作为低8位地址 总线及数据总线的分时复用端口。 2）P1口：用作通用的I/O口 3）P2口：用作通用的I/O口；当外扩存储器及I/O接口芯片时，P2口作为高8位地址 总线 4）P3口：用作通用的I/O口；每个引脚有第二功能
图2－6 高128字节RAM(SFR区)
1、堆栈指针SP
堆栈指针SP（8位），可指向片内RAM00H～7FH的任何单元。系统 复位后，SP指向07H的RAM单元，所以入栈的第一个数据位于08H单元。

堆栈：在片内RAM区专门开辟的一个区域，数据的存取是按“后进先