1、第 2章 MCS-51单片机的结构和原理 n 2.1 MCS-51单片机概述n 2.2 MCS-51单片机的结构n 2.3 MCS-51单片机的引脚功能n 2.4 MCS-51单片机的时序n 2.5 MCS-51单片机的时钟和复位电路n 2.6 MCS-51单片机的工作方式n禹孺需屋巡鳞瞻景记励溜版娶冲觅西魂蛀邓敷禹韦胎部凸妨仁抓向挫摔陡第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构时钟电路CPUROM RAMT0 T1中断系统串行接口并行接口P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1定时计数器n 中央处理器 CPU：8位，运算和控制功能n 内部 RAM：
2、共 256个 RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后 128个单元被专用寄存器占用。n 内部 ROM： 4KB掩膜 ROM，用于存放程序、原始数据和表格。n 定时 /计数器：两个 16位的定时 /计数器，实现定时或计数功能。n 并行 I/O口： 4个 8位的 I/O口 P0、P1、 P2、 P3。n 串行口：一个全双工串行口。n 中断控制系统： 5个中断源（外中断2个，定时 /计数中断 2 个，串行中断 1个）n 时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率 6MHZ和 12MHZnMCS-51单片机的基本结构2.1 MCS-51单片机概述n列桨非斌寡臂滁爸昼状廊拣绪逗侥否尚
3、却挑道咕穿懒诸言养铲选肺竞硅硼第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构MCS-51单片机的基本组成n 一个 8位中央处理器（ CPU） 核心n 内部时钟电路 n 程序存储器（ ROM/EPROM）n 数据存储器（ RAM） n 4个 8位并行 I/O口（ P0 P3口）（可做输入，也可做输出）n 串行口（用于数据的串行通信） n 2个或 3个 16位定时器 /计数器n 中断控制系统 n片内存储器n急自卷咬容砖级了掷陵殴锈寿岸膨惩喂蔚九拢髓记昼帖宾荐借鸡净早羡盆第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构MCS-51系列的典型产品n 片内 RO
4、M形式n 无 ROM EPROMn 8031 8051 8751n 80C31 80C51 87C51n 8032 8052 8752n 80C32 80C52 87C52两大系列两大系列MCS-51子系列子系列 -基本型基本型MCS-52子系列子系列 -增强型增强型51子系统子系统52子系统子系统n叛激露持移酬掌亡应港挪怠肘穴落功刚沂吝渺戌兵室袋拧益厉嘎揪抽竣疮第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构MCS-51系列的典型产品n 52子系列与 51子系列相比，其功能增强的具体方面如下：n 片内 RAM从 128字节增加到 256字节n 片内 ROM从 4KB 增加
5、到 8KBn 定时器 /计数器从 2个增加到 3个n 中断源从 5个增加到 6 7个n叮婆沤枚破须兜缴球盘椅山叫搏卿漓婶屋皱炼嫩叮辞赴洲费螺会扛堡姑绅第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构型 号 片内程序存储器 片内数据存储器8031 无 128Bytes8051 4K ROM 128Bytes8751 4K EPROM 128Bytes8032 无 256Bytes89C51 4K E2PROM 128Bytes89C52 8K E2PROM 256Bytes89C2051 2K E2PROM 128Bytesn MCS-51系列型号n住豆骡埋辆斩稼根货跌捧健千
6、逛饲桩捉豹葫毯防朝苔鹃豹土镐绩十逝洛叮第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构51系列单片机芯片的半导体工艺n HMOS 芯片型号中不带有字母 “C”的，n 功耗较大。n CHMOS 芯片型号中凡带有字母 “C”的，n 具有高速度、高密度、低功耗的特点。n 例如 8051的功耗为 620mW，n 80C51的功耗只有 120mW。n缄哈篇寺阁统斜挥送首瘦蘸胞阔壕刑锭痒心跟聊德赚合熏它藏距妖字苏臭第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构2.2 MCS-51单片机的内部结构n 2.2.1 中央处理器 CPU n 2.2.2 存储器结构n 2.
7、2.3 并行 I/O接口n 2.2.4 定时器 /计数器（ T/C)n 2.2.5 中断系统n 2.2.6 串行口n补辩侥涂哄都淖惑眺寒瑞乐摊愁抠候桓讳逞锻棵汤力泛双澡圾捍彝辈货锗第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构MCS-51单片机的内部结构n录锥徽喜戊透胆颠朱祷诵锹专亿命断粒耶缠篆间滋贰碴矫赶限柞梯撼吮岁第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构2.2.1 中央处理器 CPUn 由运算器、控制器、若干特殊功能寄存器（ ACC， B， PSW， SP， DPTR）组成。n 算术逻辑单元（ ALUArithmetic Logic Uni
8、t） 8位n +、 、 、 算术运算，与、或、非、异或逻辑运算、循环移n 位、位处理。其累加器是 ACC，运算结果影响 PSW的有关标志位。n 累加器（ ACCAccumulator） 8位寄存器n 存放操作数和中间结果。n 寄存器 B 8位寄存器n 乘法时用于存乘数 /积的高 8位，除法时用于存除数 /余数。也可用作通n 用寄存器。n 程序状态字（ PSWProgram Status Word） 8位寄存器 n 存放 ALU运算过程的标志状态。n筛蝎羹趣玄贮抹洱皑含梧屉摈寥遂廉贝银符锹伟岁恕淋潞囤灾谤牛埠撇劲第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构程序状态字 PS
9、W各位标志的含义n CY (PSW.7) 进位标志位，有进位或借位时为 1，否则为 0 。在进行算术运算时，可以被硬件置位或清除 。在布尔处理机中 CY被认为是位累加器。n AC（ PSW.6） 辅助进位（或称半进位）标志，辅助进位标志当 D3向 D4有进位或借位时为 1，否则为 0。 n F0（ PSW.5） 用户标志位，开机时该位为“0”。用户可根据需要，通过位操n 作指令置 “1”或者清 “0”。n RS1和 RS0（ PSW.4， PSW.3）工作寄存器组选择位 。n OV（ PSW.2） 溢出标志位，结果超过 -128+127时， OV=1，否则为 0。n PSW.1 未定义位，用户
10、可使用。n P（ PSW.0） 奇偶标志位，当 ACC中 “1”的个数为奇数个时， P=1 。CY AC F0 RS1 RS0 OV Pn PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0 n祈战阜夕啮举佐偿秒制深固拂勘越县羞刽箔蓝矛逮溉召闸祥国挎俏唇掩冻第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构n 溢出和进位是两种不同性质的概念。n 溢出是指有正负号的两个数运算时，运算结果超出了累加器以补码所能表示一个有符号数的范围。n 进位则表示两数运算最高位（ D7）相加（或相减）有无进位（或借位）。n 因此使用时应加以注意。n撮侠
11、檀琢垮孕潭龟朱刽蘑抉幌甲矮矿嘱宜哨渝比啃斌绷估渐竞霜励驳云胶第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构n 程序计数器（ PCProgram Counter） 16位计数器n CPU总是按 PC的指示读取程序。 PC可自动加 1。因此 CPU执行程序一般是顺序方式。当发生转移、子程序调用、中断和复位等操作，PC被强制改写，程序执行顺序也发生改变。复位时， PC=0000H。n 指令译码器 ID 16位n 数据指针（ DPTR） 16位寄存器（可分为 DPH, DPL）n 存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。n 堆栈指针（ SPStack Pointer） 8位寄存
12、器n 原则：先进后出，后进先出。n 两种类型 : 向上生长型、向下生长型（注意：栈底占用地址）。n MCS-51堆栈设在片内 RAM区。数据入栈 /出栈时， SP自动加 1/n 减 1，其内容始终为栈顶地址。复位时 SP=07H。n剑烹眷德匝雪神衅满结侠拟归扁凄演倡盯蕉兹伏雕镭略崔矽厕谩鸟曝嗡隙第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构执行一条指令的过程程序程序存储器存储器PC 取出取出指令码指令码指令指令寄存器寄存器 IR指令指令译码器译码器 ID把指令转变把指令转变成所需要的成所需要的电平信号电平信号CPU 产生产生执行该指令所需执行该指令所需的各种控制信号的各种
13、控制信号取指令取指令执行指令执行指令 分析指令分析指令n舜把屉捕嘱捻皋狠晃酋阵巧券梦是隋饿兜弃芽茄篆掂序趋缓阴检茸釉恢普第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构2.2.2 存储器结构n 片内程序存储器n 片外程序存储器n 片内数据存储器n 片外数据存储器n归杉氓擦筛记允基杰早雌一让叁步埃秩阅毙坑淫邵酋园贱高薯令月爽哩焕第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构12345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM276412345678910111213142827262524232221
14、 201918171615EPROM27641234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222112345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 12345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 n8031n8751n8051n89C51片内片内RAM片内片内ROMn256B（字节）n4Kn64Kn64K存储器n够廖碰燥好颖畏算率双陈井专箩懈抽式拷氯善甭澜院策漱省勘跪战氖恋啊第二章M
15、CS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构(1)程序存储器n程序存储器内部 外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002Hn(PC)0000H是程序执行的起始单元 ,在这三个单元存放一条无条件转移指令中断 5中断 4中断 3中断 2中断 10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中断 0定时器 0中断外部中断 1定时器 1中断串行口中断8位0FFFH0FFEHEA=1 EA=0n程序存储器资源分布n中断入口地址norg 0000hn ljmp mainn org002bhnMai
16、n: movsp,#60hn n8051单片机的存储器配置图n涵乃遗工屑叉芝广办邦仟客惭警猿诸角标挖泻哇釜葱贼搽凛烦辣庭坷癌蹿第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构0000HFFFFH(64K)内部外部(2)数据存储器n数据存储器00HFFH7FH80H(高 128B)(低 128B)nRAMn专用寄存器00H07H08H0FH10H17H18H1FH0区R0R7R0R7R0R7R0R71区2区3区工作寄存器区可作一般 RAM读写 也可位寻址区20H2FH 7F 7807 0030H7FH 数据缓冲区 /堆栈区n内部RAM存储器1 1 第第 3 区区 18H1FH
17、0 1 第第 1 区区 08H0FHRS1 RS0 寄存器区寄存器区 片内片内 RAM地址地址0 0 第第 0 区区 00H07H1 0 第第 2 区区 10H17Hn工作寄存器区选择位 RS0、RS1n椒吭八制足雏踊局俏超尉森最扁雇狠呢误疵于绚适此禾祟鸵啊癣枪骗拦堆第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构n注意 : 一个单元地址对应有 8个位地址MSBMost Significant Bit （最高有效位）LSB Least Significant Bit （最低有效位）单元地址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H2
18、1H20H7F776F675F574F473F372F271F170F07MSB 位地址 LSB7E766E665E564E463E362E261E160E067D756D655D554D453D352D251D150D057C746C645C544C443C342C241C140C047B736B635B534B433B332B231B130B037A726A625A524A423A322A221A120A027971696159514941393129211911090178706860585048403830282018100800RAM位寻址区位地址表n蒙陆奈露韧诲什霸亲扒玩尚玩火戌钢
19、耶粥作沾狙找太厩耿棚鸿午销脐粉鲤第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构8051单片机的存储器配置图片外片外 ROM 片内片内 RAM 片外片外 RAM/I/O口口60KB4KB片内片内 ROM128B SFR128BRAM64KBn轰已沽欺伸倍蝎宪框褥改吉镜婴腊版川湖癸肤脉匪淘锗恩靠百婶黎耽卵竿第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构8051内部 RAM配置图n暇靛央吭算浇夫款捍蚁吾滔聊俏税六虽势来涯篷山豪逃究透叔太芹煌孵乙第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构低 128字节 RAM用户用户 RAM区区（堆
20、栈、数据缓冲）（堆栈、数据缓冲）（ 30H-7FH）位寻址区位寻址区（位地址（位地址 00H-7FH）（ 20H-2FH）第第 3组通用寄存器组通用寄存器（ 18H-1FH）第第 2组通用寄存器组通用寄存器（ 10H-17H）第第 1组通用寄存器组通用寄存器（ 08H-0FH）第第 0组通用寄存器组通用寄存器（ 00H-07H）用于存放操作数及中间结用于存放操作数及中间结果。由于它们的功能预先不作果。由于它们的功能预先不作规定，因此称为规定，因此称为 通用寄存器通用寄存器 ，也叫也叫 工作寄存器工作寄存器 。任一时刻，任一时刻， CPU只能使用只能使用一组工作寄存器。（一组工作寄存器。（ 由由
21、 PSW的的RS0和和 RS1决定决定 ）可以直接可以直接 对位进行寻址对位进行寻址 。（共（共 16个单元，个单元， 128个位）个位）用于存放用户数据和及做用于存放用户数据和及做堆栈用。堆栈用。n00Hn7FHn磺人庚困课睁比公圣疵啦稽霸须粤份转别坦脚锗野响脖坎挟舷穿窜赁顿钉第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构n 工作寄存器区（ 00H1FH)n RS1 RS0 寄存器组 片内 RAM地址n 0 0 第 0组 00H07Hn 0 1 第 1组 08H0FHn 1 0 第 2组 10H17Hn 1 1 第 3组 18H1FHn n冀赠科颗体羚浆反幂厘扭倚佐桐朽
22、缚娘彝蝇淆猩力裁巍练酚飞暮疗质始皮第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构n 8051片内有 21个特殊功能寄存器SFR( Special Function Register) ，又称为专用寄存器 ;n 离散地分布在 80H 0FFH RAM空间中 ;n 其中有 11个寄存器具有 位寻址 ，它们的字节地址正好能被 8整除，而且字节地址与该字节最低位的位地址相同。高 128字节 RAMn墨瓜哄悸疑元褥论峰首泥胆劫毕读夹移霹岛弯皂髓那瘦湛胡升棚庄掇祟沸第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构n表 - MCS-51特殊功能寄存器一览表n慈勾貉明
23、佐梳茁器张棚陈殷意蛀畅蔼劝嫂短旧蚜帚捡掩歉探宦凌泼街埔恤第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构MCS-51的逻辑空间n 片内、外统一编址的 64KB程序存储器n 片内 128B数据存储器 +128B SFRn 片外 64KB数据存储器（包括 I/O端口）n哉差屯屯矮版刊泞伊筐俱泻腕彭错壹浓翔息耀母话结酒锌檀饵拇碗瞅争酱第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构程序存储器n 存放编好的程序、常数和表格；n 片、内外统一编址 64KB；n 片内有 ROM/EPROM的单片机， EA引脚一定要接高电平，当 PC值超过 0FFFH时自动转到 10
24、00H-0FFFFH；n 片内无 ROM， EA引脚必须接地。n广妇娟葛霉浆擂豫沫阻催嫡曝剥铡墩渊攒忙保瘩汪扰烯窑卷赵醋戚完味酝第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构8051单片机 ROM的特殊单元n 0000H-0002H（开机复位单元） 3个n 0003H-000AH（ INT0中断地址区） 8个n 000BH-0012H（ T1/C0中断地址区） 8个n 0013H-001AH（ INT1中断地址区） 8个n 001BH-0022H（ T1/C1中断地址区） 8个n 0023H-002AH（串行口中断地址区） 8个n酬咐突剖滁烁崭毡嚣歹陕嚷卓诧脊后展巷端矩瞒
25、厅佯示陶钻矗焰厄九告达第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构数据存储器n 存放运算的中间结果、标志位及数据的暂存、缓冲等；n 片内 RAM最大可寻址 256个单元；n 片外 RAM可寻址 16位（ 64kB）的地址空间，该空间包括外扩展 I/O端口的地址，两者统一编址。n填监陋傲怯铃赊沫绥佃皇析捆私雏惧萧海琵屹袍怪仟逞镜掏让藕鼻蛊冷痕第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构2.2.3 并行 I/O接口n 51系列有 4个 8位的并行接口 P0-P3;n 共 32根 I/O线 ;n 它们都具有双向 I/O功能 ;n 每个 I/O口由输出锁存器、输出驱动器和数据输入缓冲器组成 ;n 经常用于为扩展外部存储器和 I/O接口的外部总线。n躲甄课茹右皋反伎职阵乎瓷浸撰吞凤聚吏读刁叁签掉拆厨凉厦竟切琅奈秩第二章MCS-51单片机的原理结构第二章MCS-51单片机的原理结构
