1、第2章 MCS-51单片机的硬件结构 自动化系 邱彬,单片机原理及接口技术自动化系,目录,1,2.2 MCS-51的引脚,2,2.3 MCS-51的CPU,3,2.4 MCS-51存储器的结构,4,2.5 并行I/O口,5,2.6 时钟电路,6,2.1 MCS-51单片机组成原理,7,2.7 复位电路,单片机原理及接口技术自动化系,MCS-51单片机片内结构,单片机原理及接口技术自动化系,2.1 MCS-51单片机组成原理 不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。,MCS-51单片机的组成 ： 1. 8位CPU 2. 片内ROM/EPR
2、OM、RAM 3. 片内并行 I/O接口 4. 片内16位定时器/计数器 5. 片内中断处理系统 6. 片内全双工串行I/O口,单片机原理及接口技术自动化系,2.2 MCS-51单片机引脚,1、I/O口线功能 4个8位并行 I/O 接口引脚P0.0P0.7 、P1.0P1.7 、P2.0P2.7 和 P3.0P3.7 为多功能引脚，可自 动切换用作数据总线、地址总线、控制总线和或I/O接口外部引脚,2、控制线 ALE/PROG*： 地址锁存允许信号端/编程脉冲 输入端 PSEN* 外部程序存储器读选通信号端 EA*/VPP： 程序存储器选择信号端和编程 电源输入端,3、VCC/VSS电源线,4
3、.RST/VPD: 复位/备用电源输入,5.XTAL1,XTAL2： 时钟引脚,RXD（串行输入口）-输入 TXD（串行输出口）-输出 INT0* （外部中断0）-输入 INT1* （外部中断1）-输入 T0（定时器0外部计数输入） T1（定时器1外部计数输入） WR* （外部数据存储器写选通） -输出 RD* （外部数据存储器读选通） -输出,单片机原理及接口技术自动化系,2.3 MCS-51的CPU,由运算器和控制器所构成 一、运算器对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。 1算术逻辑运算单元ALU 2累加器A 3程序状态字寄存器PSW,单片机原理及接口技术自动化系,二、控制器1程序计数器PC
4、（Program Counter）2指令寄存器IR、指令译码器及控制逻辑电路,单片机原理及接口技术自动化系,2.4 MCS-51存储器配置,片内 ROM,片内 RAM,4K,256B（字节）,RAM 6264,RAM 6264,64K,64K,EPROM 2764,EPROM 2764,单片机原理及接口技术自动化系,程序存储器,内部 4K,外部 64K,EA*=1,EA*=0,程序存储器作用 存放应用程序和表格之类的固定常数。,使用时注意：（1）分为片内和片外两部分，由EA*引脚上所接的电平确定。（2）程序存储器的某些单元被固定用于各中断源的入口地址：外部中断0 0003H定时器0 000BH
5、 外部中断1 0013H定时器1 001BH串行口 0023H,中断入口 地址,0003H002BH,单片机原理及接口技术自动化系,数据存储器,内部 RAM （低128字节),专用 寄存器区 （高128字节）,外部,着重了解内部RAM的资源分布,单片机原理及接口技术自动化系,内部RAM的可寻址位及位地址 提问：内部RAM中，位地址为30H的位，该位所在字节的字节地址为多少？,单片机原理及接口技术自动化系,常用的特殊功能寄存器,单片机原理及接口技术自动化系,2.5 并行I/O端口,MCS-51单片机有4个8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3。每个I/O口都可以作为双向通用的I/O口，共32
6、个引脚。每个I/O口都由输出锁存器（即特殊功能寄存器P0、P1、P2、P3）、输出驱动器和数据输入缓冲器组成。经常用于为扩展外部存储器和I/O接口的外部总线。,单片机原理及接口技术自动化系,P0口：,单片机原理及接口技术自动化系,P1口,单片机原理及接口技术自动化系,P2口,单片机原理及接口技术自动化系,P3口,单片机原理及接口技术自动化系,P1.0,P1.1,+5v,P1.2,P1.3,P1.4,P1.5,P1.6,P1.7,WR RD,输出举例,指令1：MOV P1,#00H,0,0,0,0,0,0,0,0,指令2：MOV P1,#0FFH,指令3：MOV P1,#0AAH,指令4：CLR
7、 P1.0,指令5：SETB P1.0,1,1,1,1,1,1,1,1,请问：,单片机原理及接口技术自动化系,输入举例,P3.0,P3.1,P3.2,P3.3,P3.4,P3.5,P3.6,P3.7,读端口：,MOV P3,#11111111B MOV A,P3,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,寄存器A,注：当I/O端口作为输入使用时，需先向端口写入“1,使内部的场效应管FET截至，再读入引脚的状态。,+5V,P3.4,0,单片机原理及接口技术自动化系,2.6时钟电路与时序,时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必需的时钟控制信号。 时钟频率直接影响单片机的速
8、度，电路的质量直接影响系统的稳定性。 内部时钟方式 C1和C2典型值通常选择为 30pF左右。晶体的振荡频 率在1.2MHz12MHz之间。 某些高速单片机芯片的时钟 频率已达40MHz。,单片机原理及接口技术自动化系,CPU时序,单片机执行的指令的各种时序均与时钟周期有关,时钟周期(振荡周期）:单片机的基本时间单位。若时钟的晶体振荡频率为fosc，则时钟周期Tosc=1/fosc。例如：fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。机器周期: 完成一个基本操作所需要的时间。一个机器周期由12个时钟周期组成。思考题：设应用单片机晶振频率为12MHz，问机器周期为多少？,单片机原理及接口技术自动
9、化系,一个机器周期又分为6个状态：S1S6。每个状态又分为两拍：P1和P2。因此，一个机器周期中的12个时钟周期表示为： S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P2。,单片机原理及接口技术自动化系,指令周期：执行一条指令所占用的全部时间，它以机器周期为单位。MCS-51系列单片机除乘法、除法指令是4周期指令外，其余都是单周期指令和双周期指令。若用12 MHz晶振，则单周期指令和双周期指令的指令周期时间分别为1 s和2 s，乘法和除法指令为4 s。,单片机原理及接口技术自动化系,2.7复位操作和复位电路,复位操作：单片机的初始化操作，摆脱死锁状态。 复位条件：输入2个机器周期以上高电平脉冲
10、，单片机复位。,单片机原理及接口技术自动化系,复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式,1、上电自动复位,2、按钮复位,单片机原理及接口技术自动化系,单片机的工作过程,程序计数器 PC=,地址寄存器,外部地址总线AB,地址 译码器,存储器,外部数据总线DB,数据 缓冲区,内 部 数 据 总 线,累加器 A,运算器,寄存器区,指令 寄存器 译码,外部控制总线CB,内部控制信号,时钟及清零,例：MOV A,#09H 74H 09H ;把09H送入累加器A中,0002H 0001H 0000H,0 1 1 1 0 1 0 0,0 0 0 0 1 0 0 1,取指令,执行指令,0000H,PC,0001H,0000H,0002H,再见！ 祝同学们学习顺利！,
