1、第2章 MCS-51单片机的硬件结构与基本配置电路,本章定位 基础知识 21 MCS-51单片机的总体结构 211 MCS-51单片机的外部结构 212 MCS-51单片机内部结构 22 MCS-51单片机微处理器 221 运算器 222 控制器及其配置电路 23 MCS-51单片机存储器 231 程序存储器 232 内部数据存储器 233 外部数据存储器 24 MCS-51的输入输出口,第2章 MCS-51单片机的硬件结构与基本配置电路,21 MCS-51单片机的总体结构211 MCS-51单片机的外部结构1 电源2 时钟引脚3 控制引脚4 输入/输出引脚1. 电源部分。 电源引脚接入单片机
2、的工作电源：（1）Vcc（40脚）：+5V电源；（2）Vss（20脚）：接地。,2. 时钟部分。 单片机时钟由引脚XTAL1(19引脚)和 XTAL2(18引脚) 接外部时钟配置电路完成。2.2.2节具体接法。(1)时钟XTAL1(19引脚)在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端。接外部晶体的一个引脚。当采用外接晶体振荡信号时，此引脚应接地。 (2)XTAL2(18引脚)接外部晶体的另一端。在单片机内部接至反相放大器的输出端。若采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。,3. 控制部分。 提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。 (1) RST/VPD
3、(9脚)： 复位与备用电源。 (2) ALE/PROG*（30脚）： 第一功能:ALE为地址锁存允许，可驱动8个TTL负载。 第二功能:PROG*为编程脉冲输入端。 (3) PSEN* （29脚）：外部程序存储器的读选通信号。可驱动8个型TTL负载。,(4) EA*/VPP (31脚) EA*为内外程序存储器选择控制端。 EA*=1，访问片内程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对于8051、8751）时，即超出片内程序存储器的4K字节地址范围时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。 EA*=0，单片机则只访问外部程序存储器。VPP为本引脚的第二功能。用于施加EPROM编程电压
4、。例如+对8751，加在VPP脚的编程电压为+21V。,4. 输入/输出部分。包括P0口、P1口、P2口和P3口。(1) P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。,(2) P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。(3) P2口：8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可驱动4个LS型TTL负载。(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。,212 MCS-51单片机的内部结构 MCS-51单片机的内部结构框图如图2-2所示。,22 MCS-51单片机的微处理器运算器+控制器及
5、其配置电路2.1 运算器对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。包括ALU、累加器ACC、暂存器、寄存器B及程序状态字寄存器PSW,以及位处理器等。2.2 控制器及其配置电路控制器 神经中枢 心脏-以振荡器频率为基准，控制CPU的时序对指令进行译码，然后发出各种控制信号，从而将各个硬件环节有机组织在一起。控制器配置电路包括时钟电路和复位电路,1 时钟电路和CPU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。1） 时钟电路时钟频率直接影响单片机的速度。常用的时钟电路有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。 P15 图2-3晶振：1.2-12MHz，电容：20-100pF,2） CP
6、U时序单片机执行的指令的各种时序均与时钟周期有关一、晶振周期单片机的基本时间单位。若时钟的晶体的振荡频率为fosc，则时钟周期Tosc=1/fosc。； 例如：fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。二、机器周期CPU完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。执行一条指令分为几个机器周期。每个机器周期完成一个基本操作。MCS-51单片机每12个时钟周期为1个机器周期，例如：fosc=6MHz，T=12/fosc=12/6MHz=2us。,三、时钟周期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。称为状态周期或时钟周期。ALE信号是为地址锁存而定义的，以时钟脉冲1/6
7、的频率出现，在一个机器周期中，ALE信号两次有效（但要注意，在执行访问外部数据存储器的指令MOVX时，将会丢失一个ALE脉冲）,四、指令周期执行一条指令所需的时间。8051：单机器周期、双周期及四周期三种。,2 复位操作和复位电路1） 复位操作单片机的初始化操作，以及摆脱死锁状态。引脚RST加上大于2个机器周期的高电平就可使MCS-51复位。复位时，PC初始化为0000H，使MCS-51单片机从0000H单元开始执行程序。 除PC之外，复位操作还对其它一些寄存器有影响，见表2-1(P16)。 SP=07H ，P0-P3的引脚均为1（高电平）。 在复位有效期间，ALE脚和PSEN*脚均为高电平，
8、内部RAM的状态不受复位的影响。,复位以后片内各特殊功能寄存器SFR的状态如表2-1所示。,2） 复位操作复位电路MCS-51的复位方式通常有上电自动复位和按钮复位两种，上电复位和按钮复位电路如图2-5所示。,2.3 MCS-51的存储器 哈佛结构存储器空间可划分为4类：1.程序存储器空间 8031无内部程序存储器。 2.片内数据存储器空间 3.特殊功能寄存器SFR-Special Function Register4.外部数据寄存器空间:片外可扩展64K字节RAM。此外.位地址空间: 211个可寻址位。MCS-5l单片机的存储器结构如图2-5所示。,MCS-5l单片机的存储器结构,2.3.1
9、 程序存储器 存放应用程序和表格之类的固定常数。分为片内和片外两部分，由EA*引脚上所接的电平确定。程序存储器中的0000H地址是系统程序的启动地址 5个单元具有特殊用途 先了解，后面详述。5种中断源的中断入口地址外中断0 0003H定时器T0 000BH外中断1 0013H 定时器T1 001BH 串行口 0023H,2.3.2 内部数据存储器 内部数据存储器在物理上分为两个不同区域低 128个，字节地址为00H7FH。高 128个，字节地址为80HFFH。 51SFR; 52一般RAM00H1FH：32个单元，是4组通用工作寄存器区20H2FH：16个单元，可进行128位的位寻址30H7F
10、H：用户RAM区，只能字节寻址，用作数据缓冲区以及堆栈区。,1 工作寄存器区RS1 RS0 所选的4组寄存器 0 0 0区（内部RAM地址00H07H）0 1 1区（内部RAM地址08H0FH）1 0 2区（内部RAM地址10H17H）1 1 3区（内部RAM地址18H1FH）,2 可位寻址区211个（128个+83个）寻址位。位地址范围为：00HFFH。 内部RAM的可寻址位128个(字节地址20H2FH) 。特殊功能寄存器SFR为83个可寻址位，见后。3 一般数据缓冲区30-7F HSP=07 H工作寄存器区冲突MOV SP,#60H SP=60 H,4 特殊功能寄存器（SFR）CPU对各
11、种功能部件的控制采用特殊功能寄存器集中控制方式，共21个。有的SFR可进行位寻址。 表2-1(P16)是SFR的名称及其分布。 注：51中，80-FFH。52中则为数据缓冲区。下面重点介绍某些寄存器。,1)程序计数器PC 非SFR 存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。以下为补充，了解的内容： 基本工作方式有以下几种： （1）程序计数器自动加1 （2）执行有条件转移或无条件转移指令时， PC将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。 （3）执行子程序调用或中断调用，完成下列操作： PC的现行值保护 将子程序入口地址或中断向量的地址送入PC。,2 ) 累加器A 使用最频繁的寄存器，可写为
12、Acc。 A的作用：（1）是ALU的输入之一，又是运算结果的存放单元。（2）数据传送大多都通过累加器A。MCS-51增加了一部分可以不经过累加器的传送指令，即可加快数据的传送速度，又减少A的“瓶颈堵塞”现象。 A的进位标志Cy同时又是位处理机的位累加器。3 ) 寄存器B 注意p21！ 为执行乘法和除法操作设置的。 在不执行乘、除的情况下，可当作一个普通寄存器来使用。,4 ) 程序状态字寄存器PSW （1）Cy（PSW.7）进位标志位（2）Ac(PSW.6) 辅助进位标志位，用于BCD码的十 进制调整运算。（3）F0（PSW.5）用户使用的状态标志位。 （4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.
13、3）：4组工作寄存器区选择控制位1和位0。,RS1 RS0 所选的4组寄存器 0 0 0区（内部RAM地址00H07H） 0 1 1区（内部RAM地址08H0FH） 1 0 2区（内部RAM地址10H17H） 1 1 3区（内部RAM地址18H1FH）（5）OV（PSW.2）溢出标志位 指示运算是否产生溢出。各种算术运算指令对该位的影响情况较复杂，将在第3章介绍。 （6）PSW.1位: 保留位，未用 （7）P(PSW.0)奇偶标志位 P=1，A中“1”的个数为奇数P=0，A中“1”的个数为偶数,5 ) 堆栈指针SP 指示堆栈顶部在内部RAM块中的位置 复位后，SP中的内容为07H。（1）保护断
14、点（2）现场保护堆栈向上生长 6 ). 数据指针DPTR 高位字节寄存器用DPH表示，低位字节寄存器用DPL表示。 7 ). I/O端口P0P3 P0P3分别为I/O端口P0P3的锁存器。,8 ).串行数据缓冲器SBUF 由两个独立的寄存器组成：发送缓冲器，接收缓冲器。存放欲发送或已接收的数据，一个字节地址，物理上是两个独立寄存器。9 ).定时器/计数器 两个16位定时器/计数器T1和T0，各由两个独立的8位寄存器组成： TH1、TL1、TH0、TL0，只能字节寻址，但不能把T1或T0当作一个16位寄存器来寻址访问。10 ).电源管理PCON 简单，自学。P22. 2.3.3外部数据存储器最多可外扩64K字节的RAM或I/O 。具体的外扩方法将在第8章学习问题：程序ROM最大64kPC，数据RAM64k，重叠？区分？,2.4 MCS-51的输入/输出口MCS-51单片机有4个8位并行I/O口P0-P3，每一个口都有一个8位的锁存器。复位后它们的初态全为0FFH。P0:双向的8位口，数据/地址低8位P1: 准双向的8位I/O口,即作输入使用时，先写入1。每一位均具有独立的I/O功能。P2: 准双向的8位I/O口，提供地址高8位。P3: 准双向的8位I/O口。第一功能时，与P1口相同。 第2功能如表2-2,表2.2 P3口的第二功能,
