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1、第三次课（共2学时）一、授课题目：单片机的CPU和存储器二、教学目标和任务：1.掌握CPU的组成，掌握运算器和控制器的结构，掌握累加器的结构，能够理解单片机的工作过程。2 .掌握单片机的存储结构，能够绘制存储结构图。3 .掌握内部RAM的组成和其中重要的存储单元。4 .掌握程序Flash中重要的存储单元。5 .了解扩展RAM的工作特点。三、教学重难点：重点：运算器和控制器的结构、累加器的结构、存储结构图、RAM的组成和其中重要的存储单元、程序FlaSh中重要的存储单元。难点：累加器的结构、RAM的组成和其中重要的存储单元。四、授课过程：回顾：用五分钟的时间简要的回顾上节课的主要知识点：STC8
2、9S52和STC15F2K60S2的共有资源、STCI5F2K60S2独有资源、STC89S52引脚配置、STC15F2K60S2引脚与STC89S52不同之处。O.引入STC15F2K60S2单片机的内部结构如图1所示，下图中单片机的每个模块都较上一节课绘制的更为细致，通过仔细介绍使同学们对单片机内部资源和结构的了解更为深入。之后依据图1介绍整本书知识脉络。并引入本节课内容:CPU与存储器。 io7定时叁村数券7 I 内部(8稣可选复忖”电Eb图1 STCI5F2K60S2单片机的内部结构7Twll*a21 .CPU结构CPU由运算器和控制器组成。1.1 运算器运算器包含算数逻辑单元ALU、
3、累加器、寄存器B、程序状态字寄存器PSW。主要用来完成算数运算、逻辑运算、逐位运算和位运算。其中位运算是通用计算机不具备的功能。ALU：算数逻辑单元，讲解该部分时需要强调逐位运算和逻辑运算的区别。累加器：最为繁忙的寄存器。寄存器B：专为乘除设计。PSW：每一位分别如下。D7 D6 D5 D4 D3D2 Dl DOPSWDOH1.2 控制器主要包含程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID和定时及逻辑控制电路。其中定时及逻辑控制电路为该部分的核心,它将控制取指令,执行指令,存取操作数和运算结果等，向其他部件发出微操作信号，协调各部分完成相应工作。PC：16位计数器,指向下一条将要执行的程序的
4、16位地址，复位后值为0000H,一般情况下，取完指令后PC自动加Io执行转移程序或子程序、中断子程序调用时，自动将其内容更改成所要转移的目的地址。2 .存储器单片机的存储结构为哈佛结构,数据和程序分开编址、独立寻址。此处可以给同学们介绍微机的存储结构为冯.诺伊曼结构。STC15F2K60S2的存储结构如图2所示。图2STC15F2K60S2存储结构2.1程序Flash大小60KB、范围OoooirEFFFH,需要掌握的重点单元如下：OOoOH:存放一条无条件转移指令。复位后PC指向0000H,该处存放的无条件转移指令指向主程序。0003H00A3H：提供了21个中断源中断入口地址。STC15
5、F2K60S2共包含14个中断源，单片机为每个中断源提供8Byte空间的中断入口地址，当中断触发后，程序自动挑掉中断入口地址执行中断服务程序。由于中断服务程序较长，因此中断入口地址处存放的一般也是跳转指令，指向中断服务程序。典型的中断入口地址如下：Ooo3H：EXIernalinlerrupl0外部中断0OOOBH：Timerinlerupler0定时/计数器0(To)0013H：EXIernalinlerrupl1外部中断1001BH：TimerinterrUPlerl定时/计数器1(TI)0023H：SeriaIPort1interrupt串口1中断002BH：ADCinterrupt模数
6、转换中断2.1 数据FlaSh大小1KB,共有两种用途：1 .存放应用时需要经常修改，掉电后又不丢失的参数。此时地址为OoOoH03FFH02 .用作IAP,存放程序。此时地址为FOOoHF3FFH该部分无需掌握，为了解内容，需要强调的是，一个存储空间对应了两个地址范围。2.2 片内基本RAM和SFR(本节课重点部分)片内基本RAM的大小为256B,地址范围为OOHFFH,SFR的大小为128B,地址范围为80HFFH0结构示意图如图3所示，此处需要强调RAM和SFR共用了80HFFH的地址。FFHGeneralRAMSFRareaarea用户RAM仪特殊协统寄行21区Indirectaddr
7、essingdlrectaddrEIng初检寻址直接寻城80H7FHGeneralRAMarea用户RAM区bit-addressable20Harea1FHregisterbankarea工作寄存3S区OOH图3基本RAM和SFR结构示意图2. 3.1内部基本RAM结构OOH1FH：工作寄存器组，共四组registerbankOR(TR7:OoH07Hregisterbankl：R(TR7:081ToFHregisterbank2:R(TR7:10H17Hregisterbank3:R0R7:18H1FH当前工作寄存器用的哪一组通过PSW中间两位RSo和RSl决定。20H2FH:位寻址区，共
8、128个可位寻址单元。30H80H:通用RAM,数据缓冲区，堆栈常放于此处。80HFFH:通用RAM区域。2. 3.2SFR区其中有79个有意义，其余地址保留，作为产品升级时使用。可以用来反映硬件接口的电路工作状态，或者决定硬件电路的运行。单片机对I/O口及片内资源的管理与控制就是通过控制相应的特殊功能寄存器完成的。凡是字节地址能被8整除的单元可以可寻址。代表性的特殊功能寄存器如下：ACC、B、PSW、SP、DPL、DPH其中DPL和DPH组成DPTR寄存器，存放十六位地址，用来寻址程序存储器和扩展RAM03. 4扩展RAM大小1792字节地址范围OOoOH06FFH,89C51的片外RAM使
9、用时，需要占用P0、P2、ALE、RD*、WR*引脚。为方便电路设计，将片外RAM做进芯片，称为片内扩展RAM。对CPU来讲，这部分就相当于片外RAM（用MoVX指令）。片内扩展RAM和片外扩展RAM不能共存。通过AUXR的SXTRAM进行选择。默认选择的是片内扩展RAM,推荐使用片内RA此要向同学们强调，STC89S52没有片内扩展RAM,这一点是STC15系列相对于传统系列的重要改进。五、作业1 .CPU由和组成2 .运算器包括一一、一一、一一、一一和暂存器3 .控制器包括一一、一一、一一、一一。4 .CPU中使用最频繁的寄存器为？5 .CPU核心部件是?6 .PC共位，复位后PC=7 .
10、单片机的内部存储结构有什么特点？8 .STC15系列单片机有几个相互独立的存储器空间？9 .程序存储器（ROM）中的OOoOH0002H中存放的是什么？六个典型的中断入口地址分别为？10 .基本数据存储器（RAM）地址是如何划分的？复位后堆栈位于哪个区域？一般将堆栈设置在哪个区域？11 .扩展RAM的大小为O地址范围是O12 .数据flash存储器的大小为。地址范围是13 .CPU对硬件资源的控制通过实现。最繁忙的寄存器是oPSW=56H时，工作寄存器组的地址为14 .可用于反映硬件接口的电路工作状态，或者决定硬件电路的运行。六、参考文献1 .丁向荣编，单片机微机原理与接口技术（第2版），北京
11、：电子工业出版社，2018.2 .张毅刚编，单片机原理及应用:C51编程+Proteus仿真（第2版）,北京：高等教育出版社，2016.3 .丁元杰编，单片微机原理及应用（第三版），北京：机械工业出版社，2011.4 .郭文川编，MCS-5I单片机原理接口及应用，北京：电子工业出版社，2013.5 .周航慈编，单片机应用程序设计技术（修订版），北京：北京航天航空大学出版社，2002.6 .严洁编，单片机原理及其接口技术，北京，机械工业出版社，2010.七、课后记1 .本节课记忆类知识点偏多，可通过反复强调提问的方式,加深学生的记忆。2 .存储器部分知识点零散繁多，需要选取重点进行讲解，并合理规划，力求增加条理性，方便同学们掌握记忆。
