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8051单片机CPU的内部组成及功能介绍

归档日期:05-14       文本归类:二进制单元      文章编辑:爱尚语录

  运算器以完成二进制的算术/逻辑运算部件ALU为核心,再加上暂存器TMP、累加器ACC、B、程序状态标志寄存器PSW及布尔处理器。累加器ACC是一个八位寄存器,它是中工作最频繁的寄存器。在进行算术、逻辑运算时,累加器ACC往往在运算前暂存一个操作数(如被加数),而运算后又保存其结果(如代数和)。寄存器B主要用于乘法和除法操作。标志寄存器PSW也是一个八位寄存器,用来存放运算结果的一些特征,如有无进位、借位等。其每位的具体含意如下所示。PSW CY AC FO

  1?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。

  2?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。

  3?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。

  4?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。

  PSW的其它位,将在以后再介绍。由于PSW存放程序执行中的状态,故又叫程序状态字?运算器中还有一个按位(bit)进行逻辑运算的逻辑处理机(又称布尔处理机)。其功能在介绍位指令时再说明。

  控制器是CPU的神经中枢,它包括定时控制逻辑电路、指令寄存器、译码器、地址指针DPTR及程序计数器PC、堆栈指针SP等。这里程序计数器PC是由16位寄存器构成的计数器。要单片机执行一个程序,就必须把该程序按顺序预先装入存储器ROM的某个区域。单片机动作时应按顺序一条条取出指令来加以执行。因此,必须有一个电路能找出指令所在的单元地址,该电路就是程序计数器PC。当单片机开始执行程序时,给PC装入第一条指令所在地址,它每取出一条指令(如为多字节指令,则每取出一个指令字节),PC的内容就自动加1,以指向下一条指令的地址,使指令能顺序执行。只有当程序遇到转移指令、子程序调用指令,或遇到中断时(后面将介绍),PC才转到所需要的地方去。8051 CPU碢C指定的地址,从ROM相应单元中取出指令字节放在指令寄存器中寄存,然后,指令寄存器中的指令代码被译码器译成各种形式的控制信号,这些信号与单片机时钟振荡器产生的时钟脉冲在定时与控制电路中相结合,形成按一定时间节拍变化的电平和时钟,即所谓控制信息,在CPU内部协调寄存器之间的数据传输、运算等操作。

  存储器是单片机的又一个重要组成部分,图6给出了一种存储容量为256个单元的存储器结构示意图。其中每个存储单元对应一个地址,256个单元共有256个地址,用两位16进制数表示,即存储器的地址(00H~FFH)。存储器中每个存储单元可存放一个八位二进制信息,通常用两位16进制数来表示,这就是存储器的内容。存储器的存储单元地址和存储单元的内容是不同的两个概念,不能混淆。

  程序是控制计算机动作的一系列命令,单片机只认识由“0”和“1”代码构成的机器指令。如前述用助记符编写的命令MOV A,#20H,换成机器认识的代码74H、20H:(写成二进制就是01110100B和00100000B)。在单片机处理问题之前必须事先将编好的程序、表格、常数汇编成机器代码后存入单片机的存储器中,该存储器称为程序存储器。程序存储器可以放在片内或片外,亦可片内片外同时设置。由于PC程序计数器为16位,使得程序存储器可用16位二进制地址,因此,内外存储器的地址最大可从0000H到FFFFH。8051内部有4k字节的ROM,就占用了由0000H~0FFFH的最低4k个字节,这时片外扩充的程序存储器地址编号应由1000H开始,如果将8051当做8031使用,不想利用片内4kROM,全用片外存储器,则地址编号仍可由0000H开始。不过,这时应使8051的第{31}脚(即EA脚)保持低电平。当EA为高电平时,用户在0000H至0FFFH范围内使用内部ROM,大于0FFFH后,单片机CPU自动访问外部程序存储器。

  单片机的数据存储器由读写存储器RAM组成。其最大容量可扩展到64k,用于存储实时输入的数据。8051内部有256个单元的内部数据存储器,其中00H~7FH为内部随机存储器RAM,80H~FFH为专用寄存器区。实际使用时应首先充分利用内部存储器,从使用角度讲,搞清内部数据存储器的结构和地址分配是十分重要的。因为将来在学习指令系统和程序设计时会经常用到它们。8051内部数据存储器地址由00H至FFH共有256个字节的地址空间,该空间被分为两部分,其中内部数据RAM的地址为00H~7FH(即0~127)。而用做特殊功能寄存器的地址为80H~FFH。在此256个字节中,还开辟有一个所谓“位地址”区,该区域内不但可按字节寻址,还可按“位(bit)”寻址。对于那些需要进行位操作的数据,可以存放到这个区域。从00H到1FH安排了四组工作寄存器,每组占用8个RAM字节,记为R0~R7。究竟选用那一组寄存器,由前述标志寄存器中的RS1和RS0来选用。在这两位上放入不同的二进制数,即可选用不同的寄存器组。

  特殊功能寄存器(SFR)的地址范围为80H~FFH。在MCS-51中,除程序计数器PC和四个工作寄存器区外,其余21个特殊功能寄存器都在这SFR块中。其中5个是双字节寄存器,它们共占用了26个字节。各特殊功能寄存器的符号和地址见附表2。其中带*号的可位寻址。特殊功能寄存器反映了8051的状态,实际上是8051的状态字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。这些特殊功能寄存器大体上分为两类,一类与芯片的引脚有关,另一类作片内功能的控制用。与芯片引脚有关的特殊功能寄存器是P0~P3,它们实际上是4个八位锁存器(每个I/O口一个),每个锁存器附加有相应的输出驱动器和输入缓冲器就构成了一个并行口。MCS-51共有P0~P3四个这样的并行口,可提供32根I/O线,每根线都是双向的,并且大都有第二功能。

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  信息描述 UC1825A-DIE PWM 控制器是标准 UC1825 系列的改良版本。 已经对几个电路块进行了性能提升。 误差放大器增益带宽为12MHz,而输入偏移电压为 2mV。 电流限制阀值经验证为耐受的 5%。 为实现精准死区时间控制,振荡器放电电流额定值为 10mA。 频率精度被提升至 6%。 典型值为 100μA 的启动电源电流非常适合于脱机应用。 在不对启动电流技术规格产生影响的情况下,重新设计了输出驱动器,以便在 UVLO 期间主动灌电流。 此外,每个输出在转换期间能够输出 2A 的峰值电流。特性 抗辐射:30kRad (Si) 电离总剂量效应 (TID)抗辐射性是基于初始器件鉴定剂量率等于每秒 10mrad 时的典型值。 提供辐射批次验收测试 - 详细信息请联系厂家。与电压模式或电流模式控制方法兼容 在开关频率下实际运行 至输出的 50ns 传播延迟 高电流双推拉式输出修整的振荡器放电电流 低 100μA 启动电流 逐周期电流限制比较器 具有全周期重启动功能的锁存过流比较器...

  信息描述 UC1825-DIE PWM 控制器件针对高频开关模式电源应用进行了优化。 对在大大增加误差放大器的带宽和转换率的同时,大大减小通过比较器和逻辑电路的传播延迟给与了特别关注。 这个控制器设计用于电流模式或电压模式系统,此系统具有输出电压前馈功能。保护电路包括一个阀值电压为 1V 的电流限制比较器、一个 TTL 兼容关断端口和一个软启动引脚,此引脚可对折为一个最大占空比钳位。 此逻辑被完全锁存以提供无抖动运行,并且抑制了输出上的多脉冲。 一个具有 800mV 滞后的欠压闭锁部分可确保低启动电流。 欠压闭锁期间,输出为高阻抗。这个器件特有推挽式输出,此输出被设计用来拉、灌来自电容负载(诸如一个功率金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 的栅极)的高峰值电流。 接通状态被设计为高电平。特性 抗辐射:30kRad (Si) 电离总剂量效应 (TID)抗辐射性是基于初始器件鉴定剂量率等于每秒 10mrad 时的典型值。 提供辐射批次验收测试 - 详细信息请联系厂家。与电压或电流模式拓扑结构兼容 实际运行开关频率 到输出的 50ns 传播延迟 高电流双推挽式输出 宽带宽误差放大器 支持双脉冲抑制的全锁存逻辑 逐脉冲电流限制 软启动/最大占空比...

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  信息描述 TPS40007-DIE 是一款用于低压、非隔离式同步降压稳压器的控制器。 这个控制器驱动一个用于主降压开关的 N 通道 MOSFET,和一个用于同步整流器开关的 N 通道 MOSFET,从而实现极高效率的功率转换。 此外,此器件使用 TI 已获专利的 Predictive Gate Drive(可预期栅极驱动)技术控制从主开关关闭到整流器打开,以及从整流器关闭到主开关打开的延迟,用这个方法来最大限度地减少同步整流器内二极管损耗(包括传导和恢复时的损耗)。 这些损耗的减少量是很可观的,并且增加了效率。 对于一个指定的转换器功率水平,可使用较小的 FET,或者可减少散热片的数量,甚至无需散热。可使用一个连接到器件上的单个电阻器来调节电流限制阀值。 TPS40007-DIE 控制器执行一个闭环软启动功能。特性 低输出电压Predictive Gate Drive 用于实现更高效率的 N 通道金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 外部可调软启动和过流限制 频率电压模式控制 具有 VOUT 预偏置的源出/灌入电压 热关断 内部引导加载二极管应用范围网络设备 电信设备 基站 服务器 数字信号处理器 (DSP) 电源 电源模块...

  信息描述TPS2477x 是一款针对 2.5V 至 18V 系统的高性能模拟热插拔控制器。 TPS2477x 精确且具有高度可编程保护设置,对设计故障隔离要求较高的高功率、高可用性系统很有帮助。 该控制器还具有可编程电流限制、快速关断和故障定时器功能,可在热短路等故障期间保护负载和电源。 可调整快速关断阈值和响应时间,以确保快速响应实际故障,同时避免误跳变。 该器件具有可编程的安全工作区域 (SOA) 保护和浪涌定时器,可在所有条件下对金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 加以保护。 TPS2477x 将电源正常状态标志置为有效后,会在过流事件期间作为断路器工作并运行故障定时器,但不会限制电流。 当故障定时器到期后,控制器会关断。 该控制器具有两个独立定时器(浪涌/故障),用户可根据系统需求定制保护功能。 最后,TPS2477x 非常灵活,可帮助热插拔设计满足 240VA 要求,本数据表中给出了一个设计示例。特性 2.5V 至 18V 总线V 绝对最大值)可编程保护设置: 电流限制:10mV 时为 ±5% 快速跳变:20mV 时为 ±10% 可编程场效应管 (FET) 安全运行区域 (SOA) 保护 可编程快速跳变的响应时间双定时器(浪涌/故障)模拟电流监...

  信息描述TPS2474x 是一款针对 2.5V 至 18V 系统的集成 ORing 和 热插拔控制器。 该控制器精确且具有可编程保护设置,对设计故障隔离要求较高的高功率、高可用性系统很有帮助。 该控制器还具有可编程电流限制、快速关断和故障定时器功能,可在热短路等故障期间保护负载和电源。 可调整快速关断阈值和响应时间,以确保快速响应实际故障,同时避免误跳变。 该器件具有可编程的 SOA(安全工作区域)保护和浪涌定时器,可在所有工作条件下对金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 加以保护。 TPS2474x 将电源正常状态标志置为有效后,会在过流事件期间运行故障定时器,但不会限制电流。 当故障定时器到期后,控制器会关断。 该控制器具有两个独立定时器(浪涌/故障),用户可根据系统需求定制保护功能。 用户可利用 TPS2474x 的 ORing 功能来编程反向电压阈值和响应时间,以简化冗余电源系统的设计。特性 2.5V 至 18V 总线V 绝对最大值)可编程保护设置: 电流限制:10mV 时为 ±5% 快速跳变:20mV 时为 ±10% 反向电压:–1mV 时为 ±1mV快速跳变和反向电压可编程响应时间 可编程场效应管 (FET) 安全运行区域 (SOA) 保护双定时...

  信息 TPS2398和TPS2399集成电路是热插拔电源管理器,针对标称-48 V系统进行了优化。它们采用了改进的断路器响应,可以提供快速的短路保护,同时仍然可以使插件承受突然切换到更高电压电源时可能产生的大瞬态。它们的设计电源电压范围高达-80 V,额定可承受-100 V的尖峰电压。结合外部N沟道FET和检测电阻,它们可用于实现插入卡的实时插入和动力系统中的模块。这两款器件均提供负载电流压摆率和峰值幅度限制,可通过检测电阻值和单个外部电容轻松编程。它们还提供单线故障报告,故障卡的电气隔离以及防止误跳过流跳闸的保护。 TPS2398响应电流故障而锁定,而TPS2399在发生故障时定期重试负载。 宽输入电源:-36 V至-80 V 瞬态额定值至-100 V 改善瞬态响应 可用输入(EN) 可编程电流限制 可编程电流摆率 故障计时器以消除滋扰行程 漏极开路电源良好输出(/ PG)...

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