单片机的硬件结构

时间:2023-03-13来源:佚名

书上是以MCS-51为例介绍的单片机硬件结构。对硬件不太感兴趣,省略若干内容。

按功能来分主要包括如下部分:

  • CPU
  • RAM
  • ROM
  • 四个并行I/O口
  • 1个串行口
  • 2个16位定时器/计数器
  • 中断系统
  • 特殊功能寄存器

CPU是8位的,RAM只有可怜的128B,8051ROM为4KB。

引脚介绍省略……

单片机的硬件结构

PSW(Program Status Word)

位7 位6 位5 位4 位3 位2 位1 位0
Cy Ac F0? RS1 RS0 OV -- P
  • CY:进位标志CY(PSW 7)。它表示了运算是否有进位(或借位)。如果操作结果在最高位有进位(加法)或者借位(减法),则该位为1,否则为0。
  • AC:辅助进位标志AC。又称半进位标志,它反映了两个八位数运算低四位是否有半进位,即低四位相加(或减)有否进位(或借位),如有则AC为1状态,否则为0。
  • F0:标志0(用户可用途一般用途)
  • RS1,RS0:在四组工作寄存器中选择
  • OV:溢出标志位OV。MCS-51反映带符号数的运算结果是否有溢出,有溢出时,此位为1,否则为0。
  • P:奇偶标志P。反映累加器ACC内容的奇偶性,如果ACC中的运算结果有偶数个1(如11001100B,其中有4个1),则P为0,否则,P=1。
RS1 RS0 所选择的寄存器组
0 0 0区(00H~07H)
0 1 1区(08H~0FH)
1 0 2区(10H~17H)
1 1 3区(18H~1FH)

PC

PC是程序计数器,正常时存放着下一条将要执行的指令,在程序跳转以及子程序调用的时候会有变化。PC是16位的,216=65536,所以51可以寻址64KB的存储器空间。复位后PC的值是0000H。

ROM

RAM称为数据存储器,ROM称为程序存储器,SFR称为特殊功能寄存器。RAM又分为内部RAM与外部RAM,ROM也分为内部ROM与外部ROM,不过ROM的区分仅仅是物理上的,逻辑上ROM不区分内外。

ROM中有5个特殊地址:

中断源 处理程序地址
外部中断0(INT0) 0003H
定时器0中断(T0) 000BH
外部中断1(INT1) 0013H
定时器1中断(T1) 001BH
串口中断 0023H

RAM

7FH

30H
用户RAM区
2FH

20H
位寻址区
1FH

18H
第3工作寄存器区
17H

10H
第2工作寄存器区
0FH

08H
第1工作寄存器区
07H

00H
第0工作寄存器区

SFR

特殊功能寄存器以及其地址见下图。空白地区不能读写,行为随机。

SFR列表

标识符号

地址

寄存器名称

ACC

0E0H

累加器

B

0F0H

B寄存器

PSW

0D0H

程序状态字

SP

81H

堆栈指针

DPTR

82H、83H

数据指针(16位)含DPL和DPH

IE

0A8H

中断允许控制寄存器

IP

0B8H

中断优先控制寄存器

P0

80H

I/O口0寄存器

P1

90H

I/O口1寄存器

P2

0A0H

I/O口2寄存器

P3

0B0H

I/O口3寄存器

PCON

87H

电源控制及波特率选择寄存器

SCON

98H

串行口控制寄存器

SBUF

99H

串行数据缓冲寄存器

TCON

88H

定时控制寄存器

TMOD

89H

定时器方式选择寄存器

TL0

8AH

定时器0低8位

TH0

8CH

定时器0高8位

TL1

8BH

定时器1低8位

TH1

8DH

定时器1高8位

时钟周期、机器周期与指令周期

时钟周期:Tosc = 1 / fosc

机器周期:12Tosc = 12 / fosc

指令周期:1~3个机器周期。单字节指令一个机器周期,双字节可能1或2个机器周期,而3字节指令肯定是两个机器周期,乘除法个别、是4个机器周期。

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