浙江大学：《单片微型计算机原理与接口技术》课程电子教案（PPT教学课件）第二章 单片微机的基本结构

第〓章 单片微机的基本结构

第二章 单片微机的基本结构

2180C51单片微机的内部结构 微型计算机的基本组成有三部分,即中央处理器 CPU(通常包括运算器和控制器)+存储器+输入输出(O) 接口。若将组成计算机的基本部件集成在一块芯片上,则 俗称为单片微机。 80C51内部结构如图2—1所示,主要包括中央处理 器CPU(算术逻辑部件ALU、控制器等)、只读存储器 ROM、随机存取存储器RAM、定时器数器、并行ⅣO 口P0~P3、串行口、中断系统以及定时控制逻辑电路等

微型计算机的基本组成有三部分，即中央处理器 CPU (通常包括运算器和控制器)+存储器+输入/输出(I/O) 接口。若将组成计算机的基本部件集成在一块芯片上，则 俗称为单片微机。 80C51内部结构如图2－1所示，主要包括中央处理 器CPU (算术逻辑部件ALU、控制器等) 、只读存储器 ROM、 随机存取存储器RAM、定时器/计数器、并行I/O 口 P0～P3、串行口、中断系统以及定时控制逻辑电路等。 2.1 80C51单片微机的内部结构

这些部件通过内部总线连接起来,基本结构仍然是通用 CPU加上外围芯片的结构模式,但功能单元上的控制与 先前相比有重大变化,采用了特殊功能寄存器SFR)进 行集中控制的方法。 1中央处理器 单片微机中的中央处理器(CPU)是单片微机的核心, 主要完成运算和控制功能,又增设了“面向控制”的处 理功能,增强了实时性。 2.程序存储器 根据内部是否带有程序存储器而形成三种型号:内部 没有程序存储器的称80C31,内部带ROM的称80C51, 内部以 EPROM代替ROM的称87C51

这些部件通过内部总线连接起来，基本结构仍然是通用 CPU加上外围芯片的结构模式，但功能单元上的控制与 先前相比有重大变化，采用了特殊功能寄存器(SFR) 进 行集中控制的方法。 1.中央处理器 单片微机中的中央处理器（CPU）是单片微机的核心， 主要完成运算和控制功能，又增设了“面向控制”的处 理功能，增强了实时性。 2. 程序存储器 根据内部是否带有程序存储器而形成三种型号：内部 没有程序存储器的称80C31，内部带ROM的称80C51， 内部以EPROM代替ROM的称87C51

目前单片微机的程序存储器有以下几种结构形式: (1)片内只读存储器 片内掩膜ROM的特点是程序必须在制作单片微机时写入, 一次性固化,用户不能修改。这种结构形式只适用于程序已 成熟、定型,且批量很大的场合。并且只能在厂家定制完成。 这种单片微机的价格最便宜。 (2)片内可编程的ROM 片内可编程的ROM可直接由用户进行编程,因而用户在实 际应用中甚感方便。一般有以下几种: 紫外线可擦除型ROM一 EPROM型单片微机(如87C51) EPROM需用紫外线擦除,必须脱机固化,不能在线改写

目前单片微机的程序存储器有以下几种结构形式： ⑴ 片内只读存储器 片内掩膜ROM的特点是程序必须在制作单片微机时写入， 一次性固化，用户不能修改。这种结构形式只适用于程序已 成熟、定型，且批量很大的场合。并且只能在厂家定制完成。 这种单片微机的价格最便宜。 ⑵ 片内可编程的ROM 片内可编程的ROM可直接由用户进行编程，因而用户在实 际应用中甚感方便。一般有以下几种： ·紫外线可擦除型ROM－EPROM型单片微机 (如87C51)。 EPROM需用紫外线擦除，必须脱机固化，不能在线改写

电可擦除型 ROM--EEPROM,随着微电子技术的发展 已开始在单片微机中采用,称为 Flash单片微机(如89C51 电可擦除型ROM给用户带来了更大的方便,特别是应用系统 的现场调试。由于目前价格已经迅速下降,所以被广泛采用。 EPROM和 EEPROM都是可以多次擦除和编程的,或 称MTP的ROM。 OTP的ROM,仅允许用户一次编程。在应用系统或智能 产品的小批量试生产时应用,许多单片微机厂家都提供该类 产品

·电可擦除型ROM——EEPROM，随着微电子技术的发展， 已开始在单片微机中采用，称为Flash单片微机 (如89C51)。 电可擦除型ROM给用户带来了更大的方便，特别是应用系统 的现场调试。由于目前价格已经迅速下降，所以被广泛采用。 EPROM和EEPROM都是可以多次擦除和编程的，或 称MTP的ROM。 ·OTP的 ROM，仅允许用户一次编程。在应用系统或智能 产品的小批量试生产时应用，许多单片微机厂家都提供该类 产品

(3)片外只读存储器 由于受芯片集成度的限制,片内只读存储器一般 存储容量较小,给使用带来不便。利用单片微机的并行 扩展技术可以外扩片外只读存储器。3.数据存储器 (RAM) 3.数据存储器(RAM) 在单片徼机中,用随机存取存储器(RAM)来存储 程序在运行期间的工作变量和数据,所以称为数据存储 器。一般在单片微机内部设置一定容量(64B至384B) 的RAM。这样,小容量的数据存储器以高速RAM的形式集 成在单片微机内,以加快单片微机运行的速度。而且这 种结构的RAM还可以使存储器的功耗下降很多

⑶ 片外只读存储器 由于受芯片集成度的限制，片内只读存储器一般 存储容量较小，给使用带来不便。利用单片微机的并行 扩展技术可以外扩片外只读存储器。 3. 数据存储器 （RAM） 3. 数据存储器（RAM） 在单片微机中，用随机存取存储器（RAM）来存储 程序在运行期间的工作变量和数据，所以称为数据存储 器。一般在单片微机内部设置一定容量（64 B至384B） 的RAM。这样，小容量的数据存储器以高速RAM的形式集 成在单片微机内，以加快单片微机运行的速度。而且这 种结构的RAM还可以使存储器的功耗下降很多

在单片微机中,常把寄存器(如工作寄存器、特殊功 能寄存器、堆栈等)在逻辑上划分在片内RAM空间中,所以 可将单片微机内部RAM看成是寄存器堆,有利于提高运行速 度 当内部RAM容量不够时,还可通过串行总线或并行总 线外扩数据存储器 4.并行ⅣO口 单片微机往往提供了许多功能强、使用灵活的并行输 入/输出引脚,用于检测与控制。有些ⅣO引脚还具有多种功 能,比如可以作为数据总线的数据线、地址总线的地址线、 控制总线的控制线等。单片微机O引脚的驱动能力也逐渐 增大,甚至可以直接驱动外扩的LED显示器

在单片微机中，常把寄存器（如工作寄存器、特殊功 能寄存器、堆栈等）在逻辑上划分在片内RAM空间中，所以 可将单片微机内部RAM看成是寄存器堆，有利于提高运行速 度。 当内部RAM容量不够时，还可通过串行总线或并行总 线外扩数据存储器。 4. 并行I/O口 单片微机往往提供了许多功能强、使用灵活的并行输 入/输出引脚，用于检测与控制。有些I/O引脚还具有多种功 能，比如可以作为数据总线的数据线、地址总线的地址线、 控制总线的控制线等。单片微机I/O引脚的驱动能力也逐渐 增大，甚至可以直接驱动外扩的LED显示器

5.串行O口 目前高档8位单片微机均设置了全双工串行JO口,用以 实现与某些终端设备进行串行通信,或者和一些特殊功能的 器件相连的能力,甚至用多个单片微机相连构成多机系统。 随着应用的拓宽,有些型号的单片微机内部还包含有两个串 行ⅣO口 6.定时器计数器 在单片微机的实际应用中,往往需要精确的定时,或者需 对外部事件进行计数。为了减少软件开销和提高单片微机的 实时控制能力,因而均在单片微机内部设置定时器汁计数器 电路。80C51共有两个16位的定时器计数器,80C52则有三 个16位的定时器计数器

5. 串行I/O口 目前高档8位单片微机均设置了全双工串行I/O口，用以 实现与某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能的 器件相连的能力，甚至用多个单片微机相连构成多机系统。 随着应用的拓宽，有些型号的单片微机内部还包含有两个串 行I/O口。 6. 定时器/计数器 在单片微机的实际应用中，往往需要精确的定时，或者需 对外部事件进行计数。为了减少软件开销和提高单片微机的 实时控制能力，因而均在单片微机内部设置定时器/计数器 电路。80C51共有两个16位的定时器/计数器，80C52则有三 个16位的定时器/计数器

7.中断系统 80C51的中断功能较强,具有内、外共五个中断源,两 个中断优先级。 8.定时电路及元件 计算机的整个工作是在时钟信号的驱动下,按照严格的 时序有规律地一个节拍一个节拍地执行各种操作。单片微机内 部设有定时电路,只需外接振荡元件即可工作

7. 中断系统 80C51的中断功能较强，具有内、外共五个中断源，两 个中断优先级。 8．定时电路及元件 计算机的整个工作是在时钟信号的驱动下，按照严格的 时序有规律地一个节拍一个节拍地执行各种操作。单片微机内 部设有定时电路，只需外接振荡元件即可工作

外接振荡元件一般选用晶体振荡器,或用价廉的RC振荡器, 也可用外部时钟源,作为振荡元件。近来有的单片微机将振荡 元件也集成在芯片内部,这样不仅大大缩小了单片微机的体积, 同时也方便了使用。 单片微机在结构上突破了常规的按逻辑功能划分芯片、 由多片构成微型计算机的设计思想,将构成计算机的许多功能 集成在一块晶体芯片上

外接振荡元件一般选用晶体振荡器，或用价廉的RC振荡器， 也可用外部时钟源，作为振荡元件。近来有的单片微机将振荡 元件也集成在芯片内部，这样不仅大大缩小了单片微机的体积， 同时也方便了使用。 单片微机在结构上突破了常规的按逻辑功能划分芯片、 由多片构成微型计算机的设计思想，将构成计算机的许多功能 集成在一块晶体芯片上