第三章 单片机的结构及原理
教学内容：1、单片机结构 2、单片机工作原理 3、存储器的结构
4、单片机输入/输出口结构 5、CPU时序及时钟电路 6、单片机工作方式 本章重点：1、单片机结构及工作原理
2、存储器结构 3、输入/输出口结构
本章难点：1、单片机工作原理
2、存储器结构，输入/输出口结构
教学要求：通过本章学习，应对单片机的结构有初步认识，对单片机的工作原理和工作时
序有所了解，熟悉存储器地址空间，掌握输入/输出口电路结构，对单片机的工作方式有所了解。
教 案：
第一节 单片机的结构
１、单片机的发展过程
单片机的发展过程如表１所示：
表１ 单片机发展过程
时间 1976年 1980年 1983年 1990年 产品 MCS-48 MCS-51 MCS-96 特点 无串行口、RAM、ROM容量小、4K寻址 8位，集成度高、 集成度高、32位、有A/D转换、速度快 全面发展 高速、大容量、外围集成到内部、性能强
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2、单片机生产厂及产品简介
单片机生产厂主要有：Intel、Motorola、Zilog公司。 从型号来看：MCS系列、68ΧΧΧ系列、Z8系列。 从位数来看：4、8、16、32位，
51单片机有80C31（无ROM）、80C51（4KROM）、87C51（4KEPROM）。前些年国内教材和产品开发，基本上以8051系列为使用对象，近年国际上广泛使用80C51单片机，80C51单片机是目前8位机中的佼佼者。现以80C51为例来介绍单片机的结构。 3、单片机结构
1)、80C51单片机的功能结构
如下图所示，单片机是属于三总线结构，80C51单片机功能方框图如图1所示：
振荡器64KB总线扩展控制中断控制内部中断据据存储器定时器定时器 I/O端口可编程全双工串行口控制信号地址/数据图1 单片机内部结构框图
2)、单片机内容结构
单片机的内部结构如图2所示。从图中看出，它具有以下特征； 适于控制应用的8位CPU
56字节片内数据存储器，分高低两个128字节 4K字节片内程序存储器 64KB程序存储器空间
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计数器输入
外部中断64KB数据存储器空间
4个8位共32根双向并可按位寻址的I/O口线 两个16位定时/计数器； 一个全双工的串行I/O接口 有5个中断源 片内时钟振荡器
具有布尔处理（位处理）能力
地 址 寄 存 器口驱动器口驱动器口锁存器口锁存器 程序地址寄存器缓冲器堆栈指针SP加器程序计数器 PC寄存器（TX）（RX）中断、串行、通道和定时器模块指令 定时和 寄逻辑控制器件 存 器口锁存器口锁存器口驱动器口驱动器图2 单片机内部结构
4、单片机的封装形式、引脚定义及功能
1)、80C51封装
80C51系列单片机具有双列直插式和方形两种封装。 2)、80C51系列单片机引脚功能
①、引脚分布：如图3所示为双列直插式引脚分布图 ②、引脚功能
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VCC----工作电源+5V GND----电源地
ALE/ PROG -----访问外部存储器时作为低8位地址锁存控制信号；在对EPROM编程时作为编程脉冲输入；在不访问外部存储器和非EPROM编程状态下，该脚输出频率为1/6单片机晶振频率的方波信号，该信号，可作为时钟脉冲，但在访问数据存储器时会丢失一个脉冲；
PSEN——外部程序存储器读选通信号.
EA/VPP——访问程序存储器控制信号。当EA为低电平时，只读外部存储器，当EA为高电平时则先读内部程序存储器，再读外部程序存储器；这个引脚在编程时接编程电压VPP.
RST——复位信号，对系统复位信号要求>2T时频。 XTAL1——片内振荡电路输入端。
XTAL2——片内振荡电路输出端。 图3 单片机引脚分布 P0-P3——输入输出端口。
第二节 单片机的工作原理
1、指令与程序
1)、指令
规定计算机执行特定操作的命令，分成操作码和操作数，以二进制编码形式出现，具有固定的格式。
例如：2000H：MOV A，#34H
2000H——是标号，即程序地址。 该指令的机械码：7434H
其中：74——操作码，表示执行何种操作； 34----操作数，表示操作的数据； 2)、程序
程序就是跟据要求编制的指令集合；
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80C51例如，将外部数据存储器5000H单元内容送累加器A的程序；
MOV DPTR，#5000H MOV A， @DPTR
2、CPU的工作原理
CPU是微机的核心部件，由控制器和运算器两部分组成如图4所示。 1)、控制器
控制器由指令部件、时序部件、控制部件三部分组成。
①、指令部件：由程序计数器、指令寄存器和指令操作码译码器构成。 程序计数器——用来存放指令的地址的部件。 指令寄存器——用来暂时存放指令的部件。
指令操作码译码器——对指令操作码进行分析、解释并在输出端产生各种电平。 ②、时序部件：由时钟系统和节拍发生器构成。 时钟系统——它产生具有一定频率和宽度的脉冲信号。 节拍发生器——节拍发生器产生节拍电位和节拍脉冲。
③、微操作控制部件：对节拍信号和指令操作码信号进行加工处理，产生各种信号。 程序存储器外部总线 数据总线缓冲器内部总线微操作控制信号地址寄存器地址总线加微操作控制电路程序计数器节拍发生器操作码译码器ID操作码地址码时钟发生器指令寄存器数据总线图4 CPU内部结构
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单片机的结构及原理
