MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)2.1MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)CPU運(yùn)算部件控制部件BRAMP0口P2口ROM(EPROM)串行口

C/T中斷系統(tǒng)SFRP1口8P3口888XTAL1XTAL2PSENALEEARESETVccVss按功能可分成8個部件，通過片內(nèi)單一總線連接起來1.微處理器2.數(shù)據(jù)存儲器3.程序存儲器4.I/O口5.串行口6.定時/計數(shù)器7.中斷系統(tǒng)8.特殊功能寄存器控制方式：SFR對各功能部件集中控制片內(nèi)總線第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)各功能部件：1.CPU：2.數(shù)據(jù)存儲器（RAM）

3.程序存儲器（ROM/EPROM）

4.4個并行8位I/O口：5.串行口：1個8位，復(fù)合位處理器，故位操作功能強(qiáng)片內(nèi)為128B（52系列為256B）8031:無；

8051:4KB掩膜式ROM；

8751:4KBEPROM；

89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K字節(jié)閃存。P1、P2、P3、P01個，全雙工，異步串行口，4種工作方式，串行通信第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)6.定時器/計數(shù)器：7.中斷系統(tǒng)

8.特殊功能寄存器（SFR）

2個16位（52系列有3個），4種工作方式5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)21個，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)，用于CPU對各功能部件進(jìn)行管理，控制，監(jiān)視。第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)2.2MCS-51的引腳

40只引腳雙列直插封裝（DIP）要求：熟悉，牢記個引腳功能第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)44只引腳方形封裝方式（4只無用）問題？上網(wǎng)查封裝知識第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)引腳邏輯圖8051單片機(jī)為40條引腳雙列直插式封裝引腳可分為三個部分控制引腳并行I/O口引腳電源及時鐘引腳第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

（1）電源及時鐘引腳:Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2。（2）控制引腳：、、、RST/VPD

（3）I/O口引腳：P0、P1、P2、P3，2.1電源及時鐘引腳

1．電源引腳（1）Vcc：（2）Vss：接地。

2．時鐘引腳

XTAL1,XTAL2+5V外接晶體與片內(nèi)的反向放大器構(gòu)成振蕩器第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)C1和C2典型值通常選擇為30pF左右。(1)利用內(nèi)部時鐘(2)利用外部時鐘第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)控制引腳

★(牢記)(1)RST/VPD：(2)：(3)：RST：復(fù)位，高電平有效。[大于2個機(jī)器周期（24個振蕩周期）的高電平]VPD：備用電源輸入腳ALE：地址鎖存信號，接外部鎖存器，負(fù)跳沿鎖存低8位地址

：編程脈沖輸入端（例8751）。外部ROM允許輸出端第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)(4)：

VPP:用于施加編程電壓。MCS-51ROMP114為內(nèi)外ROM選擇端

訪問從片內(nèi)ROM

片外ROM，訪問片外ROM第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)口引腳

P0：

P1，P2,P3：雙向8位三態(tài)口，A7~A0/D7~D0，開漏輸出，作為輸出口時，須外加上拉電阻，可驅(qū)動8個TTL負(fù)載。8位準(zhǔn)雙向口，片內(nèi)有上拉電阻，作輸入口時，須先寫入“1”，可驅(qū)動4個TTL負(fù)載。P1：通用I/OP2：I/O口/A15~A8P3：I/O口/第二功能第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)2.3MCS-51的CPU

運(yùn)算器

對操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算和位操作。1．算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU2．累加器A

使用最頻繁的寄存器，可寫為Acc。A的作用：（1）是ALU單元的輸入之一，又是運(yùn)算結(jié)果存放單元。（2）數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器A。（3）A的進(jìn)位標(biāo)志Cy同時又是位處理機(jī)的位累加器。由運(yùn)算器和控制器所構(gòu)成ALU,A,PSW第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)3．程序狀態(tài)字寄存器PSW

進(jìn)位位位累加器C輔助進(jìn)位位給用戶使用溢出標(biāo)志位奇偶位P=1，A中奇數(shù)個“1”P=0，A中偶數(shù)個”1”4組工作寄存器選擇位第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)工作寄存器區(qū)的選擇18～1FH3區(qū)1110～17H2區(qū)1008～0FH1區(qū)0100～07H0區(qū)00R0～R7地址寄存器組RS1RS0第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)控制器1．程序計數(shù)器PC（ProgramCounter）存放下一條要執(zhí)行的指令在程序存儲器中的地址16位

216=64KROM自動加1功能…2．指令寄存器IR、指令譯碼器及控制邏輯電路第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

2.4MCS-51存儲器的結(jié)構(gòu)★

哈佛結(jié)構(gòu)：程序空間和數(shù)據(jù)空間各自獨(dú)立，各64KB，獨(dú)立編址細(xì)分為4類：ROMRAM位地址空間SFR第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)程序存儲器

16位地址總線

64KB1.片內(nèi)片外2、某些單元固定用于各中斷服務(wù)程序的入口地址，它們是：0023H串行中斷001BH定時器1T10013H外部中斷1000BH定時器0T00003H外部中斷0入口地址中斷源間隔8B,放一跳轉(zhuǎn)到中斷子程序的入口地址的指令第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)復(fù)位后PC=0000H,故一般在0000H放一條跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到主程序入口第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器

共128B：00H～7FH16×8＝128個bit，當(dāng)然可字節(jié)尋址PSW中的RS1,RS0R7~R0第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)特殊功能寄存器（SFR）21個:80H~FFH,128byte只有21B定義了,其余未定義的用戶不可用。有些SFR可以進(jìn)行位尋址第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)表2-2SFR的名稱及其分布第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

這里簡單介紹一些SFR1．堆棧指針SP

②向上生長型PUSH后，(SP)+1SPPOP后，(SP)-1SP①SP:8位,指示棧頂③復(fù)位后，(SP)＝07H一般初始化時，最好(SP)>30H7FHSP00HXX堆棧片內(nèi)RAM第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)3.I/O端口P0～P32.數(shù)據(jù)指針DPTR16位DPTR尋址或2個8位DPH和DPL尋址DPHDPL15870

P0～P3：I/O端口P0～P3的鎖存器。

注：MCS-51中，I/O端口和RAM統(tǒng)一編址；指令相同第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)4.寄存器B

5.串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF

6.定時器/計數(shù)器

功能a：普通寄存器。功能b：乘法中A×BBA

除法中A/BA(商)B(余)存放欲發(fā)送或已接收的數(shù)據(jù)，一個字節(jié)地址，物理上是由兩個獨(dú)立的寄存器組成，一個是發(fā)送緩沖器，另一個是接收緩沖器。2個16位定時器/計數(shù)器T1和T0，各由2個獨(dú)立的8位寄存器組成：TH1、TL1、TH0、TL0，只能字節(jié)尋址，但不能把T1或T0當(dāng)作一個16位寄存器來尋址訪問。第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)位地址空間共211個片內(nèi)RAM區(qū)：128個，位地址：00H～7FH(字節(jié)地址20H～2FH)SFR中：83個，位地址范圍分布在80～FFH

如B,ACC,PSW,IP,P3,P2,P1,P0,IE,SCON,TCOND7D020H位：07H00H第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)表2-3內(nèi)部的可尋址位及位地址第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)表2-4SFR中的位地址分布第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)存儲器結(jié)構(gòu)第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)幾點(diǎn)注意：哈佛結(jié)構(gòu)，ROMRAM獨(dú)立64KB,使用嚴(yán)格區(qū)分

ROM:存放程序和常數(shù)表格

RAM:存放數(shù)據(jù)

所有ROM指令相同(MOVC)，內(nèi)外RAM指令不同(MOV,MOVX)地址的重疊性

ROM,RAM,64KB0000H~FFFFH重疊：指令不同區(qū)分

ROM,內(nèi)外4KB重疊：EA區(qū)別

RAM，內(nèi)外128B重疊：指令不同位地址空間：片內(nèi)RAM的20H~2FH的128位＋SFR中的位地址位指令集＋PSW中的C位堆棧RAM與I/O端口統(tǒng)一編址。 所有外圍I/O端口的地址均占用RAM地址單元，使用與訪問外部數(shù)據(jù)存儲器相同的傳送指令。第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（a）外部數(shù)據(jù)存儲器（b）MCS-51單片機(jī)存儲器空間分配特殊功能寄存器00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特殊功能寄存器中位尋址外部ROM內(nèi)部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外部RAM(I/O口地址)0000HFFFFH程序存儲器（c）工作寄存器區(qū)位尋址區(qū)通用

RAM區(qū)返回第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)多路開關(guān)功能：用于控制選通I/O方式還是地址/數(shù)據(jù)輸出方式方式控制：由內(nèi)部控制信號產(chǎn)生輸出鎖存器兩個輸入緩沖器(BUF1和BUF2)推拉式I/O驅(qū)動器2.5并行I/O端口復(fù)習(xí)共有4個8位雙向I/O口，共32口線。每位均有自己的鎖存器(SFR)，輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器?？谖粓D內(nèi)部結(jié)構(gòu)BUF2BUF13、P0R1為讀鎖存器信號，執(zhí)行“ANLP0,#0FH”時該信號有效4、P0R2為讀引腳信號，執(zhí)行“MOVA,P0”時該信號有效6、讀引腳（端口）時，輸出鎖存器應(yīng)為“1”說明：1、當(dāng)控制信號為0時，P0口做雙向I/O口，為漏極開路（三態(tài)）2、控制信號為1時，P0口為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線QQDCVcc控制AD0P0R1

P0R2D0P0W圖1、P0口內(nèi)部結(jié)構(gòu)讀鎖存器讀引腳鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器地址/數(shù)據(jù)P00多路開關(guān)10第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)P0口：作輸出口時，外須接上拉電阻，才能輸出“1”P0~P3作為輸入口使用時，必須先向其鎖存器寫入“1”。（使下FET截止）

例:MOVP1,#0FFHMOVA,P1第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)口內(nèi)部結(jié)構(gòu)通用I/O口，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示輸出部分有內(nèi)部上拉電阻。其他部分與P0端口使用相類似（讀引腳時先寫入1）。輸出數(shù)據(jù)讀端口第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)口內(nèi)部結(jié)構(gòu)通用的I/O/A15~A8高地址線第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)口內(nèi)部結(jié)構(gòu)說明：1、做普通端口使用時，第二功能應(yīng)為“1”。2、使用第二功能時，輸出端口鎖存器應(yīng)為“1”。3、牢記第二功能

1輸出I/O口1讀I/O口11第二功能輸出第二功能輸入通用I/O口/第二功能第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)引腳轉(zhuǎn)義引腳功能說明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收端P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送端P3.2INT0外部中斷0請求P3.3INT1外部中斷1請求P3.4T0計數(shù)器0外部輸入P3.5T1計數(shù)器1外部輸入P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)P0.3地址鎖存器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0DBABP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0P3.1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.2MCS-51片外總線結(jié)構(gòu)示意圖返回MCS-51單片機(jī)片外總線

P0.4第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)返回單片機(jī)

8031P2.0P2.1P2.2A8A9A10ALERD74LS373G6264A7A6A5A4A3A2A1A0O0O1O2O3O4O5O6O7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7OECEQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7D0D1D2D3D4D5D6D7WEWRP2.7P2.3P2.4A11A126264WE單片機(jī)

8031P2.0:.A8..ALERD74LS373GA7..A0P0.0

:P0.7OECEQ0..Q7D0..D7A12P2.4WRD7..D0第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)2.6時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所必需的時鐘控制信號。時鐘電路時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，電路的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)一、內(nèi)部時鐘方式

內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，其輸入端：XTAL1，輸出端：XTAL2。

C1和C2：30pF

晶體的振蕩頻率在1.2MHz～12MHz之間。常選6MHz和12MHz

某些高速單片機(jī)芯片的時鐘頻率已達(dá)40MHz。第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)二、外部時鐘方式常用于多片MCS-51單片機(jī)同時工作。

第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)幾個概念：振蕩周期、機(jī)器周期、指令周期一、時鐘周期（振蕩周期）單片機(jī)的基本時間單位。若時鐘的晶體的振蕩頻率為fosc，則時鐘周期Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。二、機(jī)器周期CPU完成一個基本操作所需要的時間。執(zhí)行一條指令分為幾個機(jī)器周期。每個機(jī)器周期完成一個基本操作。機(jī)器周期＝12個Tosc三、指令周期第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)一個機(jī)器周期又分為6個狀態(tài)：S1～S6。每個狀態(tài)又分為兩拍：P1和P2。因此，一個機(jī)器周期中的12個時鐘周期表示為：S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P2。

第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)8051X2X1VssTTL外接時鐘源Vcc時鐘電路需外接晶振的頻率1.2~12MHZ，C1和C2取30±10PFX1X2C2

C1X

8051振蕩電路S1S2S3S4S5S6S1S2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2fosc一個狀態(tài)周期一個機(jī)器周期T=12*(1/fosc)X2CPU的時序（時鐘周期、機(jī)器周期、狀態(tài)周期

）小結(jié)：第2章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)若外接晶振為12MHz時，則：

時鐘周期＝