第1讲 MCS-51单片机结构与原理

51单片机讲座第1讲51单片机结构目录1.1结构1.2引脚1.3时钟1.4复位1.5存储器重点11.6P口的功能重点2图1.1功能结构图时钟信号源外部事件信号BUS时钟电路4KBFlashROM256BRAM128BSFR16位×2个定时/计数器64KB总线扩展控制器可编程并行口可编程全双工串行口CPU中断控制器外中断8位×4个并行口串行通信总线控制BUS1.1.1结构图51单片机内部主要包括9个部分：①一个8位的微处理器CPU②4KB的片内程序存储器FlashROM③256B的片内数据存储器RAM、其中128B特殊功能寄存器（SFR）④2个16位的定时器/计数器⑤有一个管理5个中断源的中断控制器⑥4个8位并行I/O端⑦一个全双工的串行接口（UART）⑧片内振荡电路和时钟发生器⑨可扩展64KB程序、64KB数据存储器的三总线控制电路1.1.2结构说明1.2引脚P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1Vss89C5140393837363534333231302928272625242322211234567891011121314151617181920VccP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8图1.3完整结构图1.2简约结构典型芯片：at89c51at89c52at89c2051stc89c511.3.1时钟电路时钟电路51单片机内部有产生振荡信号的放大电路，外接晶振等器件构成的振荡电路。晶振频率范围1.2MHZ-12MHZ,常用的是6MHZ、12MHZ，C1=C2=30p晶振XTAL2XTAL1C1C2图1.9时钟电路单片机1个机器周期包含12个振荡周期,晶振频率为12MHz的单片机，1个机器周期为1μs,晶振频率为6MHz，则机器周期为2μs1.3.2时钟信号时钟信号ALES1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P21个机器周期图1.10时钟信号1.4复位复位:让单片机重新开始运行。复位条件:引脚RST上保持2个机器周期的高电位就复位。C22μR21kRST单片机VccR1200复位状态:PC=0000HALE、PSEN均为高电平P0~P3：FFHSP：07HSBUF:不确定其余：00H图1.11按键复位电路1.5.1程序存储器结构图1-4程序存储空间片外ROM片内ROMEA=1片外ROMEA=00000H0FFFHFFFFH片内ROMEA=10000H0FFFH要充分利用片内这4KROM只读存储空间，一般的应用系统可能已经够用。图1.5片内4K程序存储空间1000H片外RAM0000HFFFFH1.5.2片外数据存储器结构图1-6片外数据存储器结构总线结构一般不用扩展片外RAM空间；外部并行扩展设备的端口地址和片外RAM空间统一编址，同时占用片外RAM空间。1.5.3片内数据存储器结构片内数据存储器按照寻址方式，可以分为两个部分：低128字节数据区，特殊功能寄存器区。低128BRAM特殊功能寄存器（SFR)80HFFH00H7FH图1.7片内RAM1.5.4特殊功能寄存器（SFR）也称为专用寄存器，是单片机中最重要的部分。地址范围：80H～FFH，128字节。功能作用：控制单片机各个部件的运行，反映各部件的运行状态。地址编码能被8整除的单元不仅能字节操作也能位操作。如80H、90H、A8H等。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON(88H)：字节操作：TCON=0X7B;位操作：TR0=1;特殊功能寄存器(SFR)表1.1SFR的数量：有意义的只有21个，有11个可以按位操作。（1）与CPU相关的（7个）PWS*：程序状态寄存器A*：累加器B*：辅助运算寄存器SP：堆栈指针PCON：电源控制寄存器DPL、DPH：数据指针的低字节、高字节（2）与定时器相关的（12个）TMOD：模式寄存器TCON*：控制寄存器TL0、TH0：T0低8位、高8位计数器TL1、TH1：T1低8位、高8位计数器T2MOD：T2模式寄存器T2CON*：T2控制寄存器TL2、TH2：T2低8位、高8位计数器RCAP2L、RCAP2H：T2捕获寄存器（3）与中断相关的（2个）IE*：中断允许（控制）寄存器IP*：中断优先级寄存器（4）与串行口相关的（2个）SCON*：串行口控制寄存器SBUF：串行口数据缓冲寄存器，2个（5）与I/O口相关的（4个）P0*、P1*、P2*、P3*4个并行口映射寄存器1.6.1P口的功能P0口、P1口、P2口、P3口是51单片机外部扩展最重要的端口。可用作并行和串行扩展，并行扩展又可用作总线扩展和非总线扩展。任何一个P口都可以作为非总线一般I/O口。在总线扩展中P口的常用功能是：P0提供低8位地址和8位数据，由ALE信号协调；P2提供低8位地址；P1作外部扩展，实现I/O检测与控制；P3体现第二功能（定时中断串行通信）。1.6.2总线结构图1-8总线结构地址锁存器74LS573A15::::::A8A7::::::A0D7:::D0数据总线(DB)I/O口控制总线（CB）地址总线(AB)P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6/WRP3.7/RDALEPSENEARSTP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.01.6.3非总线结构图1-8非总线结构P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0每个口每根线都可以作为独立的输出输入用，以实现对片外设备的检测和控制。片外设备可以是数码管、按键、开关、发光管、灯、电机等作为一般的输出输入测控线表1-2P3口各引脚第二功能引脚第二功能P3.0RXD：串行口输入P3.1TXD：串行口输出P3.2INT0：外部中断0请求输入P3.3INT1：外部中断1请求输入P3.4T0：定时器/计数器0外部计数脉冲输入P3.5T1：定时器/计数器1外部计数脉冲输入P3.6WR：外部数据存储器写控制信号输出P3.7RD：外部数据存储器读控制信号输出