單片機結(jié)構(gòu)和原理

89C51單片機結(jié)構(gòu)框圖

1、一個8位 的微處理器CPU。

2、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器(RAM128B/256B）:用以存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。

3、片內(nèi)4kB程序存儲器Flash ROM（4KB）:用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。

4、四個8位并行I/O（輸入/輸出）接口 P0~P3:每個口可以用作輸入，也可以用作輸出。

5、兩個或三個定時/計數(shù)器:每個定時/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以 對 外部事件進(jìn)行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果 實現(xiàn)計算機控制

6、一個全雙工UART的串行I/O口:可實現(xiàn)單片機與單片機或其它微機之間串行通信。

7、片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路:但需外接晶振和電容。

8、五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。

9、具有節(jié)電工作方式：休閑方式及掉電方式。

在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時器/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。此時的電流可降到大約為正常工作方式的15%。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，故只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。這種方式下的電流可降到15 μA以下，最小可降到0?6 μA。

結(jié)構(gòu)：

由中央處理單元（CPU）、存儲器（ROM及RAM）和I/O接口組成。89C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示：

下面介紹的是mcs-51

MCS-51單片機存儲器的配置特點

① 內(nèi)部集成了4K的程序存儲器ROM；

② 內(nèi)部具有256B的數(shù)據(jù)存儲器RAM；

③ 可以外接64K的程序存儲器ROM和 數(shù)據(jù)存儲器RAM。

從物理結(jié)構(gòu)的角度講，51單片機的存儲系統(tǒng)可以分為四個存儲空間：既片內(nèi)ROM，RAM和片外ROM、RAM。

從邏輯上講（既編程的角度），51單片機的存儲系統(tǒng)實際上分為三個存儲空間。

1. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM；

2. 片外數(shù)據(jù)存儲器RAM；

3. 片內(nèi)或外的程序存儲器ROM（由EA電平?jīng)Q定）。

1.程序存儲器ROM用于存放程序、常數(shù)或表格。

2.在51單片機中，由引腳 /EA 上的電平選擇內(nèi)、外ROM： EA=1時,CPU執(zhí)行片內(nèi)的4KROM中的程序; EA=0時，CPU選擇片外ROM中的程序。

3.無論是使用片內(nèi)還是使用片外ROM，程序的起始地址都是從ROM的0000H單元開始。

4.盡管系統(tǒng)可以同時具備片內(nèi)ROM和外部ROM，但是在一般正常使用情況下，通過/EA的設(shè)定來選擇其一（或者使用內(nèi)部ROM，或者使用外部ROM）。

5.如果EA=1（執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器中程序時):如果程序計數(shù)器的指針PC值超過0FFFH（4K）時，單片機就要自動的轉(zhuǎn)向片外的ROM存儲器且從1000H單元開始執(zhí)行程序（無法使用片外ROM的低4K空間）。

6.當(dāng)程序超過4K時，有兩種使用程序存儲器ROM的方法：

①設(shè)置EA=0，使用外部ROM。從地址=0000H開始；

②設(shè)置EA=1，使用內(nèi)部的4KROM和外部ROM（地址從1000H開始的單元）。

程序存儲器六個特殊的單元:

在ROM中有六個單元具有特定功能。

0000H單元：復(fù)位時程序計數(shù)器PC所指向的單元，因此用來 存放程序中的第一條指令；

0003H單元：外部中斷/INT0的矢量入口地址；

000BH單元：定時器T0溢出中斷的矢量入口地址；

0013H單元：外部中斷/INT1的矢量入口地址；

001BH單元：定時器T1的溢出中斷矢量入口地址；

0023H單元：串行口接收、傳送的中斷矢量入口地址。

矢量入口單元：在編寫中斷程序時，寫入對應(yīng)的“跳板指令”

單片機第一條指令的兩個特征：

①存放在ROM的0000H單元；

②必須是“跳轉(zhuǎn)指令”以跳過下面的5個中斷矢量，轉(zhuǎn)到后面的真正的主程序入口0100H單元。

ORG 0000H LJMP 0100H

ORG 0100H

START: MOV A,#00H

∶ ∶

∶ ∶

∶ ∶

∶ ∶

END

外部程序存儲器：

當(dāng)單片機使用外ROM存儲器時（擴展系統(tǒng)），必須設(shè)定/EA=0，此時單片機的端口功能就要發(fā)生相應(yīng)的改變：

① P0、P2作為外部ROM的地址和數(shù)據(jù)總線；

② 使用引腳/psen信號來選通外部ROM的數(shù)據(jù)三態(tài)輸出。

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM：

無論在物理上還是邏輯上，系統(tǒng)中RAM 都可分為兩個獨立空間：內(nèi)部和外部RAM。由不同的指令來訪問。

1.訪問內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲單元時，使用 MOV 指令；

2.訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，使用 MOVX 指令。內(nèi)部RAM從功能上將256B空間分為二個不同的塊：

1.低128B的RAM塊；

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

在低128B的RAM存儲單元中又可劃分為：

1.工作寄存器區(qū)；

2.位尋址區(qū)；

3.通用存儲數(shù)據(jù)的“便簽區(qū)”。

高128B的專用寄存器區(qū)SFR中僅僅使用了21寄存器（51系列），其它107個單元不能使用。