单片机课2(MCS-51单片机结构)

MCS51系列51子系列52子系列803180518751803280528752多一个16位定时/计数器含256B的内部数据存储器存储器类型单片机系列掩膜ROMEPROMMCS5151803180514KB87514KB52803280528KBMCS51单片机程序存储器配置2.18051单片机的硬件组成一、MCS-51单片机的基本结构（8051）时钟电路CPU中断控制INT0INT1T0T1串行口64KB总线扩展控制器并行接口串行接口定时/计数器RAMT0T1ROMMCS-51单片机的基本结构（8031）时钟电路CPU中断控制INT0INT1T0T1串行口64KB总线扩展控制器并行接口串行接口定时/计数器RAMT0T1无ROMMCS-51单片机的基本结构（8751）时钟电路CPU中断控制INT0INT1T0T1串行口64KB总线扩展控制器并行接口串行接口定时/计数器RAMT0T1EPROM51系列单片机内部结构如图1-1所示。(图中“/”两边分别为51系列和52系列)P3P1P2可编程串行I/O口P0外部中断基准频率源控制128B/256B数据存储器4KB/8KB程序存储器2/3个16位定时/计数器振荡器及定时电路CPU64KB总线扩展控制可编程并行I/O口内部中断计数脉冲串行输出串行输入P.228051单片机片内功能部件如下：（1）微处理器（CPU）；1个8位微处理器及1个布尔处理器（2）数据存储器（RAM）；128B(128字节)（3）程序存储器（4KB）；（4）4个8位准双向并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）；（5）1个全双工串行通信接口；(UART)（6）2个16位定时器/计数器；（7）中断系统；5个中断源，2个优先级的中断嵌套结构（8）特殊功能寄存器（SFR）。21个还有：片外存储器（64KB+64KB）扩展总线的控制电路。1P1锁存器P1驱动器P0驱动器P0锁存器定时及控制指令寄存器ALUPSW程序地址寄存器P3锁存器P3驱动器暂存2暂存1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1TH2*TL2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时器DPTRPCPC+1缓冲器ACC寄存器BSPRAM地址寄存器RAMP2驱动器P2锁存器EPROM/ROM总体结构框图VCCVSSPSENALEEARST1P1锁存器P1驱动器P0驱动器P0锁存器定时及控制指令寄存器ALUPSW程序地址寄存器P3锁存器P3驱动器暂存2暂存1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1TH2*TL2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时器DPTRPCPC+1缓冲器ACC寄存器BSPRAM地址寄存器RAMP2驱动器P2锁存器EPROM/ROMVCCVSSPSENALEEARST1、中央处理单元CPUPSW用来存放运算结果的一些特征所有的算术运算和大部分的逻辑运算都是通过A来完成程序计数器堆栈指针P.232、程序存储器1P1锁存器P1驱动器P0驱动器P0锁存器定时及控制指令寄存器ALUPSW程序地址寄存器P3锁存器P3驱动器暂存2暂存1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1TH2*TL2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时器DPTRPCPC+1缓冲器ACC寄存器BSPRAM地址寄存器RAMP2驱动器P2锁存器EPROM/ROMVCCVSSPSENALEEARST用于永久性地存储应用程序3、数据存储器1P1锁存器P1驱动器P0驱动器P0锁存器定时及控制指令寄存器ALUPSW程序地址寄存器P3锁存器P3驱动器暂存2暂存1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1TH2*TL2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时器DPTRPCPC+1缓冲器ACC寄存器BSPRAM地址寄存器RAMP2驱动器P2锁存器EPROM/ROMVCCVSSPSENALEEARST用于在程序运行时存储工作变量和数据。4、并行输入/输出端口1P1锁存器P1驱动器P0驱动器P0锁存器定时及控制指令寄存器ALUPSW程序地址寄存器P3锁存器P3驱动器暂存2暂存1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1TH2*TL2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时器DPTRPCPC+1缓冲器ACC寄存器BSPRAM地址寄存器RAMP2驱动器P2锁存器EPROM/ROMVCCVSSPSENALEEARST标定角6543214443424140393837363534333231302928272625242322212019181716151413121110987P1.5P1.6P1.7RSTP3.0NCP3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P0.4P0.5P0.6P0.7EANCALEPSENP2.7P2.6P2.5P3.6P3.7P1.4P1.380C51BH80C51BH-280C31BH80C31BH-2XTAL1NCP2.1P2.3P2.2P2.4P2.0VSSXTAL2P1.2P1.1P1.0NCVCCP0.0P0.1P0.2P0.3INT0/P3.212345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD/P3.0TXD/P3.1INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1VSSVCCP0.0/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/A8803180518751双列直插式DIP封装方形封装8051单片机的引脚及功能一、芯片封装形式P.25803180518751P0口地址和数据总线P1口通用口P2口地址总线P3口RXDTXDINT0INT1T0T1WRRDVCCVSSRST/VDDEA/VPPPSENALE/PROGXTAL1XTAL2接电源+5V端接电源地端①复位信号输入。②接备用电源。外部中断请求定时/计数器外部计数信号输入端片外数据存储器写选通片外数据存储器读选通1、访问外部程序存储器允许信号；2、编程电源VPP。准双向I/O口1、准双向I/O口2、第二功能外接晶振，晶体振荡电路反相输出端外接晶振，晶体振荡电路反相输入端1、双向I/O口2、有扩展外部存储器或并行I/O口时，作为数据总线/低8位地址总线分时复用1、准双向I/O口2、有扩展外部存储器或并行I/O口时，作为高8位地址总线二、外部引脚串行口接收串行口发送1、ALE地址锁存允许。2、编程脉冲由该引脚引入。外部程序存储器读选通信号。40只引脚按功能分为3类：（1）电源及时钟引脚:Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2。（2）控制引脚：PSEN*、EA*、ALE、RESET（即RST）。（3）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3为4个8位I/O口的外部引脚。1、电源及时钟引脚电源引脚（1）Vcc（40脚）：+5V电源；（2）Vss（20脚）：接地。时钟引脚（1）XTAL1（19脚）：接外部晶体，采用外接振荡器时，外部振荡器的输出应接到此引脚上。（2）XTAL2（18脚）：接外部晶体，采用外接振荡器时悬空。2、控制引脚提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。(1)RST/VPD(9脚)：复位/备用电源（“1”电平令CPU硬件复位）(2)EA/VPP(EnableAddress/VoltagePulseofProgRam-ing，31脚)第一功能:EA：片外程序存储器选择控制端(接“0”全部使用片外程存)第二功能:VPP：用于施加编程电压（例如+21V或+12V）。对AT89C51，加在VPP脚的编程电压为+12V或+5V。(3)ALE/PROG（30脚）：第一功能:ALE为地址锁存允许，运行时，ALE端一直有正脉冲信号输出，此频率约为时钟振荡器频率fosc的1/6。第二功能:PROG为编程脉冲输入端。(4)PSEN（29脚）：外部程序存储器的读选通信号。在单片机读外部程序存储器时，此引脚输出脉冲的负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。3、并行I/O口引脚（简介）P0口：8位准双向I/O口，可驱动8个LS型TTL负载。当8051扩展外部存储器及I/O接口芯片时，P0口作为地址总线（A0~A7）与数据总线（D0~D7）的分时复用端口。(2)P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。唯一专用I/O口(3)P2口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。当8051外部扩展时作地址总线（A8~A15）用，(4)P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载。P3口还可提供第二功能，定义如书中表2-9所列，应熟记。准双向口：有条件限制地实现输入输出双向功能的接口。（MCS-51：当作为普通的输入端口使用时，应先向相应端口的输出锁存器写入1。）2.2单片机的存储器MCS-51的存储器结构与常见的微型计算机的配置方法不同,采用哈佛结构它将程序存储器和数据存储器分开,各有自己的寻址方式、控制信号和功能。程序存储器用来存放程序、始终要保留的表格、常数。数据存储器存放程序运行中所需要的常数和变量。P.27半导体存储器的结构存储器由存储体、地址译码器和读/写控制电路组成。地址译码器读/写控制CPUAB地址0000H0001H0002HFFFFH内容0011101011000111CPUDBCPU读/写信号A14A15D7D0D1D2……存储体由大量存储单元组成，每个单元存放若干位二进制码,若放8bit，称为字节单元存储单元（0002H）=C7H用一定位数的二进制码对存储单元进行编号，称为存储单元的地址。n位二进制码可寻址2n个单元，如：28=256、216=65536。对存放在地址寄存器中的地址进行译码，以选择指定的存储单元存储单元取出/存入信息的操作称为读/写操作A0A1A2……1.读操作（例如：要将01H单元的内容3AH读出）存储器的读写操作过程地址译码器读/写控制CPUAB地址00H01H02HFFH内容0011101011000111CPUDB读/写信号A0A1A2A3A4A5A6A7D5D0D1D2D3D4D6D7第一步：送地址10000000经地址译码器选通01H单元第二步：CPU发出“读”信号第三步：01H单元的内容送数据总线上01011001地址译码器读/写控制CPUAB地址00H01H02HFFH内容0011101011000111CPUDB读/写信号A0A1A2A3A4A5A6A7D5D0D1D2D3D4D6D7存储器的读写操作过程2.写操作（例如：要将C7H写入02H单元）第一步：送地址01000000经地址译码器选通02H单元第二步：CPU将D5H送到数据总线上10101110第三步：CPU发出“写”信号D5H从数据总线送到02H单元11010101存储器的读写操作过程对存储单元的读操作，不会破坏其原内容;对存储单元的写操作，改变了其原来内容。从物理空间（实际结构）看,MCS-51有四个存储器地址空间：外部数据存储器(RAM)外部程序存储器(ROM)内部程序存储器内部数据存储器MCS-51MCS-51存储器物理结构从逻辑上（使用角度）看,MCS-51有三个存储器空间：片内、片外统一编址的程序存储器片外数据存储器、片内数据存储器内部程序存储器外部程序存储器外部数据存储器内部数据存储器归为一个空间MCS-51存储器逻辑结构1、程序存储器（ROM）内部ROM0000H0FFFH4KB地址重叠0