STC15F2K60S2单片机的基本结构.ppt
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1/109第三章第三章STC15F2K60S2STC15F2K60S2单片机的单片机的基本结构基本结构本章学习目标本章学习目标掌握掌握STC15F2K60S2STC15F2K60S2单片机的基本结构单片机的基本结构掌握单片机掌握单片机I/O口的使用口的使用掌握单片机应用系统的典型构成掌握单片机应用系统的典型构成2/109一、单片机的内部结构一、单片机的内部结构单片微型计算机(简称单片机)在一片芯片单片微型计算机(简称单片机)在一片芯片上集成了前述微型计算机的功能结构,有上集成了前述微型计算机的功能结构,有些单片机不仅集成了些单片机不仅集成了CPU、存储程序存储程序和和数数据的存储器据的存储器、I/O接口接口、定时定时/计数器计数器等常规等常规资源,而且还集成了工业测控系统中常用资源,而且还集成了工业测控系统中常用的的模拟量模块模拟量模块。
3.1STC15F2K60S2STC15F2K60S2单片机的基本结构单片机的基本结构3/109单片机产品单片机产品8051内内核核是是Intel8051系系列列单单片片机机的的基基本本标标准准,许许多多参参考书上将这种单片机称为考书上将这种单片机称为MCS-51系列单片机。
系列单片机。
MCS-51系系列列单单片片机机的的典典型型产产品品为为8051,它它有有4K8ROM,128字字节节RAM,2个个16位位定定时时/计计数数器器,4个个8位位I/O口,一个串行口。
口,一个串行口。
二二十十世世纪纪80年年代代,Intel将将8051内内核核转转让让或或出出售售给给几几家家著著名名的的IC厂厂商商,如如Philips,Atmel等等。
这这样样,8051单单片片机机就就变变成成众众多多制制造造厂厂家家支支持持的的,发发展展成成为为上上百百个个产产品品的大家族。
的大家族。
最最常常用用的的宏宏晶晶STC系系列列单单片片机机,Atmel公公司司的的AT89系系列列等等51系系列列,等等等等。
只只要要是是8051内内核核的的单单片片机机,它它们们的的最最基基本本结结构构是是相相同同的的,并并且且,指指令令系系统统完完全全兼兼容容标标准准8051单片机。
单片机。
4/109以以目目前前市市场场上上常常见见的的8051内内核核单单片片机机STC15F2K60S2为为例例,说说明明单单片片机机的的内内部部结结构构。
STC12C5A60S2单单片片机机主主要要集集成成了以下资源:
了以下资源:
增增强强型型8051内内核核,单单时时钟钟机机器器周周期期,速速度度比比传传统统8051内内核核单单片片机机快快812倍倍60KBFlash程序存储器程序存储器;1KB数据数据Flash;2048字节的字节的SRAM3个个16位可自动重装载的定时位可自动重装载的定时/计数器(计数器(T0、T1、T2)可编程时钟输出功能可编程时钟输出功能至多至多42根根I/O口线口线2个全双工异步串行口(个全双工异步串行口(UART)1个高速同步通信端口(个高速同步通信端口(SPI)8通道通道10位位ADC3通道通道PWM/可编程计数器阵列可编程计数器阵列/捕获捕获/比较单元比较单元内部高可靠上电复位电路和硬件看门狗内部高可靠上电复位电路和硬件看门狗内部集成高精度内部集成高精度R/C时钟,常温工作时,可以省去外部晶振电路。
时钟,常温工作时,可以省去外部晶振电路。
5/109图3-7STC15F2K60S2单片机的内部结构图STC15F2K60S2单片机内部结构框图单片机内部结构框图6/109STC15F2K60S2单片机的内部资源单片机的内部资源中央处理器(中央处理器(CPU)程序存储器(程序存储器(Flash)数据存储器(数据存储器(RAM)数据数据Flash存储器存储器定时定时/计数器计数器I/O接口接口通用异步串行通信接口(通用异步串行通信接口(UART)中断系统中断系统SPI接口接口高速高速A/D转换模块转换模块PWM(或捕获(或捕获/比较单元)比较单元)看门狗电路看门狗电路电源监控电源监控片内片内RC振荡器等模块振荡器等模块几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块,几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块,可称得上一个片上系统(可称得上一个片上系统(SOC)7/1091、CPU结构结构单单片片机机的的中中央央处处理理器器(CPU)由由运运算算器器和和控控制器组成。
制器组成。
(1)运算器)运算器以以8位位算算术术/逻逻辑辑运运算算部部件件ALU为为核核心心,加加上上通通过过内内部部总总线线而而挂挂在在其其周周围围的的暂暂存存器器TMP1、TMP2、累累加加器器ACC、寄寄存存器器B、程程序序状状态态标标志志寄寄存存器器PSW以以及及布布尔尔处处理理机机组组成成了了整整个运算器的逻辑电路。
个运算器的逻辑电路。
8/109算算术术逻逻辑辑单单元元ALU:
用用来来完完成成二二进进制制数数的的四四则则运算和布尔代数的逻辑运算。
运算和布尔代数的逻辑运算。
累累加加器器ACC又又记记作作A:
是是一一个个具具有有特特殊殊用用途途的的8位位寄寄存存器器,在在CPU中中工工作作最最频频繁繁,用用来来存存放放操操作数和运算结果。
作数和运算结果。
寄寄存存器器B:
是是专专门门为为乘乘、除除法法设设置置的的寄寄存存器器,也也是是一一个个8位位寄寄存存器器,用用来来存存放放乘乘法法和和除除法法中中的的操操作作数数及及运运算算结结果果,对对于于其其他他指指令令,它它只只作作暂暂存器用。
存器用。
程程序序状状态态字字(PSW):
又又称称为为标标志志寄寄存存器器,一一个个8位位寄寄存存器器,用用来来存存放放执执行行指指令令后后的的有有关关状状态态信息,供程序查询和判别之用。
信息,供程序查询和判别之用。
9/109PSW中中有有些些位位的的状状态态是是在在指指令令执执行行过过程程中中自自动动形形成成的的,有有些些位位可可以以由由用用户户采采用用指指令令加以改变。
加以改变。
PSW的各位定义如下所示:
的各位定义如下所示:
位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0符号符号CYACF0RS1RS0OVF1P10/109CY(PSW.7):
):
进位标志位进位标志位当当执执行行加加/减减法法指指令令时时,如如果果操操作作结结果果的的最最高高位位D7出出现现进进/借借位位,则则CY置置“1”,否否则则清清“0”。
执执行行乘乘除除运运算算后后,CY清清零零。
此此外外,CPU在在进进行行移移位位操作时也会影响这个标志位。
操作时也会影响这个标志位。
位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0符号符号CYACF0RS1RS0OVF1P11/109AC(PSW.6):
):
辅助进位标志位辅助进位标志位当当执执行行加加/减减法法指指令令时时,如如果果低低四四位位数数向向高高四四位位数数产产生生进进/借借位位,则则AC置置“1”,否否则则清零。
清零。
位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0符号符号CYACF0RS1RS0OVF1P12/109F0(PSW.5):
):
用户标志用户标志0。
该该位位是是由由用用户户定定义义的的一一个个状状态态标标志志。
可可以以用用软软件件来来使使它它置置“1”或或清清“0”,也也可可以以由由软软件件测测试试F0控制程序的流向。
控制程序的流向。
F1(PSW.1):
):
用户标志用户标志1。
该该位位是是由由用用户户定定义义的的一一个个状状态态标标志志。
与与F0类类似似,可可以以用用软软件件来来使使它它置置“1”或或清清“0”,也也可可以以由由软件测试软件测试F1控制程序的流向。
控制程序的流向。
位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0符号符号CYACF0RS1RS0OVF1P13/109RS1,RS0(PSW.4PSW.3):
工工作作寄寄存存器组选择控制位器组选择控制位,其详细介绍见后续内容。
,其详细介绍见后续内容。
OV(PSW.2):
溢溢出出标标志志位位。
指指示示运运算算过过程程中中是是否否发发生生了了溢溢出出,在在执执行行指指令令过过程程中中自动形成。
自动形成。
位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0符号符号CYACF0RS1RS0OVF1P14/109P(PSW.0):
):
奇偶标志位奇偶标志位累累加加器器ACC中中1的的个个数数为为偶偶数数,P=0;否否则则P=1。
每每个个指指令令周周期期都都由由硬硬件件来来置置“1”或或清清“0”。
在在具具有有奇奇偶偶校校验验的的串串行行数数据据通通信中,可以根据信中,可以根据P设置奇偶校验位。
设置奇偶校验位。
位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0符号符号CYACF0RS1RS0OVF1P15/109布布尔尔处处理理机机是是单单片片机机CPU中中运运算算器器的的一个重要组成部分。
一个重要组成部分。
功功能能:
为为用用户户提提供供丰丰富富的的位位操操作作功功能能,有有相相应应的的指指令令系系统统,硬硬件件有有自自己己的的“累累加加器器”(进进位位位位C,即即CY),和和自自己己的的位寻址位寻址RAM和和I/O空间,是一个独立的位处理机。
空间,是一个独立的位处理机。
大部分位操作均围绕着其累加器大部分位操作均围绕着其累加器进位位进位位C完成。
对完成。
对任任何何可可直直接接寻寻址址的的位位,布布尔尔处处理理机机可可执执行行置置位位、取取反反、转转移移、位位的的读读写写等等操操作作。
在在任任何何可可寻寻址址的的位位(或或该该位位内内容容取取反反)和和进进位位标标志志C之之间间,可可执执行行逻逻辑辑与与、或或操操作作,其其结结果果送回到进位标志送回到进位标志C。
16/109
(2)控制器)控制器控控制制器器是是CPU的的大大脑脑中中枢枢,包包括括定定时时控控制制逻逻辑辑、指指令令寄寄存存器器、译译码码器器、地地址址指指针针DPTR及及程程序序计计数数器器PC、堆堆栈栈指指针针SP、RAM地址寄存器、地址寄存器、16位地址缓冲器等。
位地址缓冲器等。
17/109程序计数器程序计数器PC是是一一个个16位位的的程程序序地地址址寄寄存存器器,专专门门用用来来存存放放下下一条需要执行的指令的内存地址,能自动加一条需要执行的指令的内存地址,能自动加1。
当当CPU执执行行指指令令时时,根根据据程程序序计计数数器器PC中中的的地地址址从从存存储储器器中中取取出出当当前前需需要要执执行行的的指指令令码码,并并把把它它送送给给控控制制器器分分析析执执行行,随随后后程程序序计计数数器器中中的的地地址址自自动动加加1,以以便便为为CPU取取下下一一个个需需要要执执行行的的指指令码做准备。
令码做准备。
当当下下一一个个指指令令码码取取出出执执行行后后,PC又又自自动动加加1。
这这样样,程程序序计计数数器器PC一一次次次次加加1,指指令令就就被被一一条条条条执行。
执行。
18/109堆栈堆栈主主要要用用于于保保存存临临时时数数据据、局局部部变变量量、中中断断或或子子程序的返回地址。
程序的返回地址。
STC15F2K60S2单单片片机机的的堆堆栈栈设设在在内内部部RAM中中,是是一一个个按按照照“先先进进后后出出”规规律律存存放放数数据据的的区区域域。
堆堆栈栈指指针针SP是是一一个个8位位寄寄存存器器,能能自自动动加加1或或减减1。
当当数数据据压压入入堆堆栈栈时时,SP自自动动加加1;数数据据从从堆堆栈中弹出后,栈中弹出后,SP自动减自动减1。
复复位位后后,寄寄存存器器默默认认值值为为07H,堆堆栈栈区区在在08H开开始始的的区区域域。
用用户户通通常常将将堆堆栈栈区区域域用用指指令令设设置置在内部在内部RAM的的80HFFH之间。
之间。
19/109数据指针数据指针DPTR一一个个16位位专专用用寄寄存存器器,由由DPL(低低8位位)和和DPH(高(高8位)组成。
位)组成。
DPTR可可以以直直接接进进行行16位位操操作作,也也可可分分别别对对DPL和和DPH按字节进行操作。
按字节进行操作。
STC15F2K60S2单单片片机机有有两两个个16位位的的数数据据指指针针DPRT0和和DPTR1,这这两两个个数
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