1、MCS-51 单片机原理及应用教程,清华大学出版社 刘迎春 主编,第2章 单片机的组成与结构分析, MCS-51单片机的内部结构 CPU的结构和功能 存储器的组织结构 MCS-51单片机的并行输入输出端口 MCS-51 单片机的外部引脚及功能 单片机指令时序 思考练习题,2.1 MCS-51单片机的内部结构,2.1 MCS-51单片机的内部结构,其基本特性如下： 8位CPU，含片内振荡器； 4KB的程序存储器ROM； 128B的数据存储器RAM； 64KB的外部程序存储器寻址能力； 64KB的外部数据存储器寻址能力； 32根输入输出(I/O)线； 2个16位定时/计数器； 1个全双工异步串行口
2、； 21个特殊功能寄存器； 5个中断源，2个优先级； 具有位寻址功能。,2.2 CPU的结构和功能,2.2.1 运算器,8051单片机的运算器由算术/逻辑运算单元ALU、累加器A、寄存器B、暂存器1、暂存器2以及程序状态字寄存器PSW组成。,图2.2 PSW寄存器各位的标志符号,表2.1 寄存器PSW各位的功能、标志符号与相应的位地址,2.2.2 控制器,2.3 存储器的组织结构,存储器的功能是存储信息(即程序与数据)。存储器是组成计算机的主要部件，目前所使用的存储器以半导体存储器为主。从功能上来划分，半导体存储器可分为两大类：即只读存储器(ROM)，和随机存储器(RAM)。,8051单片机的
3、控制器由指令寄存器、指令译码器、堆栈指针SP、程序计数器PC、数据指针DPTR、RAM地址寄存器以及16位地址缓冲器等组成。,2.3.1 MCS-51单片机的存储器结构,图2.3 8051存储器配置图,2.3.2 程序存储器,程序是控制计算机运行的一系列命令。计算机能够识别并执行的命令是由代码“0”和“1”组成的一组机器指令。,2.3.3 数据存储器,单片机的数据存储器由可读可写的存储器RAM组成，最多可扩展到64KB，用于存储数据。,2.3.4 MCS-51单片机的内部数据存储器,MCS-51单片机的内部数据存储器由地址00HFFH共有256个字节的地址空间组成，这256个字节的地址空间被分
4、为两部分，其中内部数据RAM地址为00H7FH(即0127)。,图2.4 内部数据存储器地址空间,1. 内部数据RAM单元,内部数据RAM分为工作寄存器区、位寻址区、通用RAM区三个部分。,图2.5 RAM位地址(低128位在00H7FH),(a)系统复位后，未改变SP初值时的堆栈操作(设(A)=0ABH),(b)系统复位后，改变SP初值为60H时的堆栈操作 图2.6 堆栈操作示例,2. 特殊功能寄存器,特殊功能寄存器SFR的地址空间是80HFFH。,表2.3 特殊功能寄存器的名称、符号与地址,2. 特殊功能寄存器,2. 特殊功能寄存器,2. 特殊功能寄存器,2.4 MCS-51单片机的并行输
5、入输出端口,2.4.1 P0口结构,1. P0用作通用I/O口,2. P0用作地址/数据总线分时复用方式,2.4.2 P2口结构,1. P2口用作地址总线,2. P2口用作通用I/O口,2.4.3 P3口结构,2.4.4 P1口结构,2.5 MCS-51单片机的外部引脚及功能,2.5.1 电源引脚,(b)双列直插式封装,(a)方形封装,2.5.2 外接晶振或外部时钟信号输入端,(a)内部振荡器方式 (b)外部振荡器方式 图2.12 8051单片机的振荡器方式,表2.4 按不同工艺制造的单片机芯片外接振荡器时的接法,2.5.3 输入输出引脚,P0.0P0.7：通道0是一个8位漏极开路的双向输入输
6、出通道。在外接存储器或者扩展I/O接口时，P0口作为复用的低8位地址总线和双向数据总线。在不扩展存储器或者I/O接口时，作为准双向输入输出接口。P1.0P1.7：只有一种功能，即准双向I/O口。P2.0P2.7：可作为准双向I/O口使用；但在接有片外存储器或扩展I/O接口范围超过256B时，则该口一般只能作为高8位地址总线使用。P3.0P3.7：该口除了作为准双向口外，还具有第二功能。,2.5.4 控制线,1. ALE/,2.,3.,/VPP,4. RST,(a)上电复位 (b)电平开关复位图2.13 复位电路,2.6 单片机指令时序,2.7 思考练习题,(1)MCS-51单片机包含哪些主要逻辑功能部件？ (2)程序状态字寄存器PSW包含哪几个标志位？各位的含义是什么？各有何作用？ (3)什么叫单片机？ (4)MCS-51单片机的存储结构有何特点？ (5)单片机的端有何作用？在8031组成的单片机应用系统中，其端怎样处理？为什么？ (6)单片机内部RAM分为哪几个部分？各有何作用？ (7)MCS-51单片机的堆栈SP在操作中遵循什么原则？在开机复位时，其初值是多少？是否可以通过程序重新设置？ (8)怎样确定和改变单片机当前的工作寄存器组？ (9)简要说明单片机的位地址分配。 (10)试画出常用的单片机复位电路，并说明复位后各个寄存器的状态。,
