单片机原理及应用第2章_MCS-51单片机硬件结构

1目录第一章单片计算机概述第二章MCS-51单片机的硬件结构第三章89C51指令系统第四章汇编语言程序设计知识第五章中断系统第六章定时器及应用第七章89C51串行口及通信技术第八章单片机小系统片外扩展第九章应用系统配置及接口技术附录A89C51指令系统表参考资料Exit2§2.1MCS-51单片机的结构§2.2MCS-51单片机引脚及其功能§2.389C51存储器配置§2.4CPU时序§2.5复位及复位电路§2.689C51单片机的低功耗工作方式返回第二章MCS-51单片机的结构和原理§2.7输出/输入端口结构§2.8思考题与习题3§2.1MCS-51单片机的结构§2.1.1MCS-51单片机的基本组成§2.1.2MCS-51单片机内部结构返回4§2.1.1MCS-51单片机的基本组成一、组成返回二、MCS-51系列单片机的性能589C51单片机结构框图如图2-1所示返回§2.1.1MCS-51单片机的基本组成一、组成89C51单片机结构框图89C51CPU振荡器和时序OSC64KB总线扩展控制器数据存储器256BRAM/SFR2×16位定时器/计数器可编程I/O程序存储器4KBROM可编程全双工串行口外中断内中断控制并行口串行通信外部时钟源外部事件计数返回7一个8位的微处理器CPU返回§2.1.1MCS-51单片机的基本组成一、组成片内数据存储器(RAM128B/256B）用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。8片内程序存储器FlashROM（4KB/8KB）返回§2.1.1MCS-51单片机的基本组成一、组成用以存放程序、一些原始数据和表格。但有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031、8032、80C31等。四个8位并行I/O（输入/输出）接口P0~P3每个口可以用作输入，也可以用作输出。9返回§2.1.1MCS-51单片机的基本组成一、组成每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。两个或三个定时/计数器一个全双工UART的串行I/O口可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。10返回§2.1.1MCS-51单片机的基本组成一、组成片内振荡器和时钟产生电路但需外接晶振和电容。五个中断源的中断控制系统11如表2-1所示。表中型号带“C”表示所用的是CMOS工艺，具有功耗低的优点。返回§2.1.1MCS-51单片机的基本组成二、MCS-51系列单片机的性能MCS-51系列单片机的性能表返回13§2.1.2MCS-51单片机内部结构一、结构图二、结构组成返回14由中央处理单元（CPU）、存储器（ROM及RAM）和I/O接口组成。MCS-51单片机内部结构如图2-2所示。返回§2.1.2MCS-51单片机内部结构一、结构图P0驱动器P2驱动器P0锁存器P2锁存器RAM地址寄存器128BRAM4KBFlashROMB寄存器暂存器1暂存器2ACCSP程序地址寄存器缓冲器PC增1PCDPTR中断、串行口和定时器PSWP1锁存器P1驱动器P3锁存器P3驱动器定时控制指令寄存器指令译码器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1XTAL2PSENALEEARET89C51单片机内部结构图返回16（一）、中央处理单元（CPU）（二）、存储器（三）、I/O接口返回§2.1.2MCS-51单片机内部结构二、结构组成171．运算器返回•2．控制器（一）、中央处理单元（CPU）§2.1.2MCS-51单片机内部结构二、结构组成18（1）8位的ALU：返回（2）8位累加器ACC（A）：（3）8位程序状态寄存器PSW：（4）8位寄存器B：（5）布尔处理器：（6）2个8位暂存器：1．运算器（一）、中央处理单元（CPU）19可对4位、8位、16位数据进行操作。返回（1）8位的ALU：1．运算器（一）、中央处理单元（CPU）（2）8位累加器ACC（A）：它经常作为一个运算数经暂存器2进入ALU的输入端，与另一个来自暂存器1的运算数进行运算，运算结果又送回ACC。20指示指令执行后的状态信息供程序查询和判别用。返回1．运算器（一）、中央处理单元（CPU）在乘除运算时，用来存放一个操作数也用来存放运算后的一部分结果；如不能做乘除运算时，作为通用寄存器。（3）8位程序状态寄存器PSW：（4）8位寄存器B：21专门用于处理位操作的，以PSW中的C为其累加器。返回1．运算器（一）、中央处理单元（CPU）ALU的两个入口处。（5）布尔处理器：（6）2个8位暂存器：22（1）程序计数器PC（16位）（2）指令寄存器IR及指令译码器ID（3）振荡器和定时电路返回2．控制器（一）、中央处理单元（CPU）23由两个8位计数器PCH、PCL组成。PC是程序的字节地址计数器，PC内容为将要执行的指令地址。改变PC内容，改变执行的流向。PC可对64KB的ROM直接寻址，也可对89C51片内RAM寻址。返回2．控制器（一）、中央处理单元（CPU）（1）程序计数器PC（16位）24由PC中的内容指定ROM地址，取出来的指令经IR送至ID，由ID对指令译码产生一定序列的控制信号，以执行指令所规定的操作。返回2．控制器（一）、中央处理单元（CPU）（2）指令寄存器IR及指令译码器ID2589C51单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容（2个30pF左右），其频率范围为1.2MHz~12MHz。该信号作为89C51工作的基本节拍即时间的最小单位。返回2．控制器（一）、中央处理单元（CPU）（3）振荡器和定时电路261、程序存储器（ROM）•2、数据存储器（RAM）返回（二）、存储器§2.1.2MCS-51单片机内部结构二、结构组成271、程序存储器（ROM）地址从0000H开始。用于存放程序和表格常数。返回（二）、存储器28地址为00H～7FH。用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。这128B的RAM中有32个字节单元可指定为工作寄存器。片内还有21个特殊功能寄存器（SFR），它们同128字节RAM统一编址，地址为80H～FFH。后面详细介绍。返回（二）、存储器2、数据存储器（RAM）2989C51有四个8位并行I/O接口P0～P3。它们都是双向端口，每个端口各有8条I/O线。P0-P3口四个锁存器同RAM统一编址，可作为SFR来寻址。返回（三）、I/O接口§2.1.2MCS-51单片机内部结构二、结构组成30§2.2MCS-51单片机引脚及其功能§2.2.1MCS-51单片机引脚§2.2.2MCS-51单片机引脚功能返回31§2.2.189C51单片机引脚89C51单片机引脚如图2-3所示。返回89C51单片机引脚图返回33§2.2.289C51单片机引脚功能一、电源引脚：Vcc和Vss二、时钟电路引脚：XTAL1和XTAL2三、控制信号引脚RST、ALE、PSEN和EA四、I/O端口P0、P1、P2和P3返回341．Vcc(40脚)：电源端，为+5V。2．Vss(20脚)：接地端。返回图2-3§2.2.289C51单片机引脚功能一、电源引脚：Vcc和Vss35XTAL2（18脚）：接外部晶体和微调电容的一端；在89C51片内它是振荡电路反向放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。89C51/8031正常工作时，该引脚应有脉冲信号输出。返回§2.2.289C51单片机引脚功能二、时钟电路引脚：XTAL1和XTAL236XTAL1（19脚）：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反向放大器的输入端，在采用外部时钟时，该引脚接地。返回§2.2.289C51单片机引脚功能二、时钟电路引脚：XTAL1和XTAL237三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EARST/VPD（9脚）：RST：复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。返回§2.2.289C51单片机引脚功能38RST/VPD（9脚）：VPD：RST引脚的第二功能，备用电源输入端。当主电源Vcc发生故障，降低到低电平规定值时，将+5V电源自动接入该引脚，为RAM提供备用电源，以保证RAM中的信息不丢失，使得复位后能继续正常运行。返回三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EA§2.2.289C51单片机引脚功能39三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EAALE/PROG（30脚）：ALE：地址锁存允许信号端。正常工作时，该引脚以振荡频率的1/6固定输出正脉冲。CPU访问片外存储器时，该引脚输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。它的负载能力为8个LS型TTL负载。返回§2.2.289C51单片机引脚功能40三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EAALE/PROG（30脚）：PROG：是对片内带有4KBEPROM的8751编程写入时的编程脉冲输入端。返回§2.2.289C51单片机引脚功能41三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EAPSEN（29脚）：程序存储器允许信号输出端。在访问片外ROM时，定时输出负脉冲作为读片外ROM的选通信号，接片外ROM的OE端。它的负载能力为8个LS型TTL负载。返回§2.2.289C51单片机引脚功能42EA/Vpp（31脚）：EA：外部程序存储器地址允许输入端。当该引脚接高电平时，CPU访问片内EPROM/ROM并执行片内程序存储器中的指令，但当PC值超过0FFFH（片内ROM为4KB）时，将自动转向执行片外ROM中的程序。当该引脚接低电平时，CPU只访问片外EPROM/ROM并执行外部程序存储器中的程序。返回三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EA§2.2.289C51单片机引脚功能43三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EAEA/Vpp（31脚）：Vpp：对8751片内EPROM固化编程时，编程电压输入端（12-21V）。返回§2.2.289C51单片机引脚功能441、准双向2、P0口3、P1口4、P2口5、P3口返回§2.2.289C51单片机引脚功能四、I/O端口P0、P1、P2和P345当I/O口作为输入时，应先向此口锁存器写入全1，此时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。返回1、准双向§2.2.289C51单片机引脚功能四、I/O端口P0、P1、P2和P346漏极开路的8位准双向I/O口，每位能驱动8个LS型TTL负载。P0口可作为一个数据输入/输出口；在CPU访问片外存储器时，P0口为分时复用的低8位地址总线和8位数据总线。返回2、P0口§2.2.289C51单片机引脚功能四、I/O端口P0、P1、P2和P347带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负载。返回3、P1口§2.2.289C51单片机引脚功能四、I/O端口P0、P1、P2和P348P2口：带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负载。在CPU访问片外存储器时，它输出高8位地址。返回4、P2口§2.2.289C51单片机引脚功能四、I/O端口P0、P1、P2和P349带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口除作为一般I/O口外，每个引脚都有第二功能。返回5、P3口§2.2.289C51单片机引脚功能四、I/O端口P0、P1、P2和P350§2.389C51存储器配置§2.3.189C51存储器分类§2.3.2程序存储器地址空间§2.3.3数据存储器地址空间返回5