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：STC89S52和STC15F2K60S2的共有资源、STC15F2K60S2独有资源、STC89S52引脚配置、STC15F2K60S2引脚与STC89S52不同之处。0. 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1
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： STC89S52 和 STC15F2K60S2 的共有资源、STC15F2K60S2 独有资 源、STC89S52 引脚配置、STC15F2K60S2 引脚与 STC89S52 不同 之处。 0.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。RAM模快UX-RAMRAMRAM地址256字节00寄存器B寄存器ROM模块介11T程序存结器（Fla）1T31ACC维指TISP/AF定时费/计数器0/1卡TMP2TMPI衣CPU模块定时器/计数器2地址生成器串口k↑ALU程序计数器(PC)中口2看门租(WDT)PSwCCP/PCA/PWM正SPI1介内部摩电晚醒专用定时器PO.P2, P3,P4,7高可靠复位换制单元Porti锁存器领存器（8级可选复位门检电压）个介【并行/O口PO, P2, P3, P4, P5Port1驱动器内部高精度R/C时钟（=0.3%）婴动器1940C~+85↑常温下温飘±0.6%（-20℃~+651）P1.0~P1.7PO.P2_P3.P4,PSP1图1STC15F2K60S2单片机的内部结构1: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、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。2
2 图 1 介绍整本书知识脉络。并引入本节课内容：CPU 与存储器。 图 1 STC15F2K60S2 单片机的内部结构 1. 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、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
D7D6D5D4D3D2D1DOFORS1RSOOV-PDOHPSWCyAc1.2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16位地址，复位后值为O00OH，一般情况下，取完指令后PC自动加1。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。EFFFH06FFH03FFHF3FFHextendedProgramRAMdataFlashFFH1792BFlash60KBbasicSFR1KB80H128BRAM7FH256B0000HOOH0000HFOOOH0000H图2STC15F2K60S2存储结构2.1程序Flash3
3 1.2 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 16 位地 址，复位后值为 0000H，一般情况下，取完指令后 PC 自动加 1。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 2 STC15F2K60S2 存储结构 2.1 程序 Flash
大小60KB、范围0000H~EFFFH，需要掌握的重点单元如下：O000H：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。0003H~00A3H：提供了21个中断源中断入口地址。STC15F2K60S2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：0003H：Externalinterrupt0外部中断000OBH：Timer interrupter0定时/计数器0（TO）0013H：Externalinterrupt1外部中断10oiBH：Timerinterrupterl定时/计数器1（T1）0023H：Serialport1interrupt串1中断O02BH：ADCinterrupt模数转换中断2.2数据Flash大小IKB，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0000H~03FFH。2.用作IAP，存放程序。此时地址为FO0OHF3FFH。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。2.3片内基本RAM和SFR（本节课重点部分）4
4 大小 60KB、范围 0000H~EFFFH，需要掌握的重点单元如下： 0000H: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。 0003H~00A3H：提供了 21 个中断源中断入口地址。 STC15F2K60S2 共包含 14 个中断源，单片机为每个中断源提供 8 Byte 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： 0003H：External interrupt 0 外部中断 0 000BH：Timer interrupter 0 定时/计数器 0（T0） 0013H：External interrupt 1 外部中断 1 001BH：Timer interrupter1 定时/计数器 1（T1） 0023H：Serial port 1 interrupt 串口 1 中断 002BH：ADC interrupt 模数转换中断 2.2 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 0000H~03FFH。 2. 用作 IAP，存放程序。此时地址为 F000H~F3FFH。 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。 2.3 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0OH~FFH，SFR的大小为128B，地址范围为80H~FFH。结构示意图如图3所示，此处需要强调RAM和SFR共用了8OH~FFH的地址。FFHSFRareaGeneralRAM特殊功能容存器区area用户RAM区directaddressingIndirectaddressing直接寻址间接导址80H7FHGeneralRAMarea用户RAM区bit-addressable20Harea位导址区1FHregisterbankarea工作存器区OOH图3基本RAM和SFR结构示意图2.3.1内部基本RAM结构0OH~1FH：工作寄存器组，共四组registerbankOR0~R7:00H~07Hregisterbankl:R0~R7:08H~OFHregisterbank2:R0~R7:10H~17Hregisterbank3:R0~R7:18H~1FH当前工作寄存器用的哪一组通过PSW中间两位RSO和RS1决定。20H_2FH：位寻址区，共128个可位寻址单元。30H~80H：通用RAM，数据缓冲区，堆栈常放于此处。5
5 片内基本 RAM 的大小为 256B，地址范围为 00H~FFH，SFR 的大小为 128B，地址范围为 80H~FFH。结构示意图如图 3 所 示，此处需要强调 RAM 和 SFR 共用了 80H~FFH 的地址。 图 3 基本 RAM 和 SFR 结构示意图 2.3.1 内部基本 RAM 结构 00H~1FH：工作寄存器组，共四组 register bank 0R0~R7: 00H~07H register bank1： R0~R7: 08H~0FH register bank2： R0~R7: 10H~17H register bank3： R0~R7: 18H~1FH 当前工作寄存器用的哪一组通过 PSW 中间两位 RS0 和 RS1 决定。 20H~2FH：位寻址区，共 128 个可位寻址单元。 30H~80H：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/0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整除的单元可以位寻址。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RAM。2.4扩展RAM大小1792字节地址范围0000H_06FFH，89C51的片外RAM使用时，需要占用PO、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RAM。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、一一和暂存器3.控制器包括一一、6
6 80H~FFH：通用 RAM 区域。 2.3.2 SFR 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 整除的单元可以位寻址。 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 RAM。 2.4 扩展 RAM 大小 1792 字节地址范围 0000H~06FFH，89C51 的片外 RAM 使用时，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 RAM。 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——、——、——、——和暂存器 3. 控制器包括——、——、——、——
4.CPU中使用最频繁的寄存器为一一？?5.CPU核心部件是6.PC共位，复位后PC=7．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0000H~0002H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。地址范围是12.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：PSW=56H时，工作寄存器组的地址为U14.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：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，20163.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，2011.7
7 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. 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 0000H~0002H 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_。地址范围是_。 12. 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_。PSW=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：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-51单片机原理接口及应用，北京：电子工业出版社，20135.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，20026.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。8
8 4. 郭文川编，MCS-51 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