單片機(jī)最小硬件系統(tǒng)介紹(完整版)
【正文】 各種擴(kuò)展接口電路以至外部設(shè)備，連同受控對象和單片機(jī)程序軟件構(gòu)成一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在實驗系統(tǒng)中使用的EEPROM286SRAM6264都是存儲器芯片。每當(dāng)指令取出后，PC的內(nèi)容自動加1（除轉(zhuǎn)移指令外），從而指向按序排列的下一條指令的地址。指令的內(nèi)容包括操作碼和操作數(shù)（或操作數(shù)的地址碼）兩部分。標(biāo)志寄存器F用來保存ALU運算結(jié)果的特征（如進(jìn)位標(biāo)志、溢出標(biāo)志等）和處理器的狀態(tài)，這些特征和狀態(tài)可以作為控制程序轉(zhuǎn)移的條件。微型機(jī)硬件系統(tǒng)各部分的組成及功能簡述如下：1）微處理器微處理器是微型計算機(jī)的核心，其結(jié)構(gòu)示意如圖12所示。它在工業(yè)控制、數(shù)控采集、智能化儀表、辦公自動化等諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用，毫不夸張地說，單片機(jī)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個國家工業(yè)發(fā)展的標(biāo)志之一。把運算器、控制器及一些寄存器集成在一塊硅片上而成為獨立的器件，該器件就稱為微處理器（CPU）。累加器A是一個特殊的寄存器。控制器按照指定的順序從程序存儲器中取出指令進(jìn)行譯碼并根據(jù)譯碼結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的控制信號，從而完成該指令所規(guī)定的任務(wù)。計算機(jī)的程序是有序地存儲在程序存儲器中的各種指令的集合。存儲器有兩個指標(biāo)：①存儲容量是指存儲器所能存放的最大字節(jié)數(shù)，每個存儲單元按順序都有一個惟一的編號，即存儲地址；②存取時間是指存儲器存取一次數(shù)據(jù)所需要的時間，在某種程度上，它決定著計算機(jī)系統(tǒng)的運行速度。計算機(jī)用于控制時，輸入輸出信息還包括現(xiàn)場的各種信息和控制命令。 MCS51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 MCS51單片機(jī)的引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)對于一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計者，熟悉并掌握單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)是十分重要的，這里從實際需要出發(fā)，只介紹與程序設(shè)計和系統(tǒng)擴(kuò)展應(yīng)用有關(guān)的內(nèi)容。對于EEPROM型單片機(jī)（89C51）或EPROM型單片機(jī)（8751），在EEPROM或EPROM編程期間，該引腳用來輸入一個編程脈沖。掉電期間，該引腳可接上備用電源（VPD）以保持內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)。除了與P1口有一樣的功能外，每一個引腳還兼有第二功能。3）89C51的內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部ROM）89C51芯片中共有4KBFPEROM，地址范圍是0000H～0FFFH，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此稱之為程序存儲器，簡稱內(nèi)部ROM。全部中斷分為高級和低級兩個優(yōu)先級別。因此，RAM常被稱作數(shù)據(jù)存儲器。1）寄存器區(qū)共有4組寄存器，每組8個寄存單元，各單元8位，每組的8個寄存單元都以R0～R7作為寄存單元的編號。位尋址區(qū)共有16個RAM單元字節(jié)，計128位，各位地址位00H～7FH。因這些寄存器的功能已作專門規(guī)定，故稱之為專用寄存器（Special Function Register），也可稱之為特殊功能寄存器。（3）B寄存器 B寄存器也是一個8位寄存器，主要用于乘除運算。（5）數(shù)據(jù)指針（DPTR） 數(shù)據(jù)指針為16位寄存器。這樣，加上位尋址的128位，在MCS51的內(nèi)部RAM中共有128+83=211個可尋址位。 時鐘電路與時序1．時鐘電路1）時鐘電路的產(chǎn)生在MCS51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。2）引入外部脈沖信號在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間時鐘信號的同步，應(yīng)當(dāng)引入惟一的公用外部脈沖信號作為單片機(jī)的振蕩脈沖。（2）機(jī)器周期MCS51采用定時控制方式，因此它有固定的機(jī)器周期。指令的執(zhí)行速度與指令所包含的機(jī)器周期有關(guān)，機(jī)器周期數(shù)越少的指令其執(zhí)行的速度越快。實訓(xùn)中已經(jīng)看出，無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位，所以必須弄清楚MCS51型單片機(jī)復(fù)位的條件、復(fù)位電路和復(fù)位后狀態(tài)。四周期指令只有乘法和除法指令兩條，其余都為單周期和雙周期指令。由于一個狀態(tài)又包括兩個節(jié)拍，因此，一個機(jī)器周期總共有12個節(jié)拍，分別記作S1PS1P……、S6P2。MCS51的時序單位共有4個，從小到大依次是：節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。如圖115所示。MCS51的片外最多能擴(kuò)張64KB程序存儲器，片內(nèi)外的ROM是統(tǒng)一編址的。堆棧共有兩種操作：進(jìn)棧和出棧。此外，B寄存器也可作為一般寄存器使用。PC有自動加1的功能，從而實現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。這種位尋址區(qū)能力是MCS51的一個重要特點，表14為位尋址區(qū)的位地址表。4組通用寄存器占據(jù)內(nèi)部RAM的00H～1F單元地址。ROM用來存放固定的程序或數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)監(jiān)控程序、常數(shù)表格等。時
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