第二章%20MCS-51单片机的结构和原理

16位程序计数器16位程序计数器-PC 位程序计数器
由两个8位的计数器 组成， 存储将要 由两个 位的计数器(PCL,PCH)组成 ， PC存储将要 位的计数器 组成 执行的下一条指令的地址， 位可容纳的最大数值为 执行的下一条指令的地址 ， 16位可容纳的最大数值为 65535,为 64KB， 因此 ， MCS-51可寻址 可寻址64KB的程序存 为 ， 因此， 可寻址 的程序存 储器。改变PC内的值 就可改变程序执行的方向。 内的值， 储器。改变 内的值，就可改变程序执行的方向。
VPD:
备用电源。 备用电源。
+5V10uF REST控制管脚 PSENPSEN： ：
程序存储器允许输出信号端。在访问片外程序存储器时， 程序存储器允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，CPU 控制该端输出负脉冲作为外部存储器的选通信号， 允许CPU读出 控制该端输出负脉冲作为外部存储器的选通信号 ， 允许 读出 EPROM中被选中单元中的指令码。该管脚一般连程序存储器的选 中被选中单元中的指令码。 中被选中单元中的指令码 通信号端(OE)。 通信号端 。
§2-2 MCS-51单片机的引脚及其功能 单片机的引脚及其功能
p 1.0
1、电源管脚： 、电源管脚： Vcc,Vss 2、时钟电路管脚： 、时钟电路管脚： XTAL1,XTAL2 3、控制信号脚： 、控制信号脚： RST/VPD, ALE/PROG PSEN及Vpp/EA 及 4、I/O管脚 、 管脚 P0,P1,P2,P3
30
29
p 3 .5 / T 1
p 3 .6 / WR
PSEN
28
p 2 .7
p 3 .7 / RD XTAL 2 XTAL 1
VSS
21
p 2 .0
电源管脚
Vcc：电源端，为5V，允许电源有偏差； ：电源端， ，允许电源有偏差； GND(VSS):地。 地
注：为了防止电源脉冲对单片机的影响，一般在 为了防止电源脉冲对单片机的影响， VCC和GND之间接上一个 之间接上一个1uF的电容。 的电容。 和 之间接上一个 的电容
MCS-51单片机结构原理 第二章 MCS-51单片机结构原理
教学目的：掌握MCS-51单片机内部的结构及其组成，了解 单片机内部的结构及其组成， ●教学目的：掌握 单片机内部的结构及其组成 了解CPU、存储器组 、 织结构、并行输入输出口结构，以及51单片机的引脚信号及 单片机的引脚信号及CPU时序。通过 时序。 织结构 、并行输入输出口结构，以及 单片机的引脚信号及 时序 学习，应对MCS-51单片机的硬件结构以及各部分的组成原理有基本了解，建 单片机的硬件结构以及各部分的组成原理有基本了解， 学习，应对 单片机的硬件结构以及各部分的组成原理有基本了解 立起单片机的整体印象，为后续学习打下基础。 立起单片机的整体印象，为后续学习打下基础。
1、中央处理单元CPU（8位） 中央处理单元CPU（ CPU 用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位） 用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位） 2、只读存储器ROM（4KB或8KB） 只读存储器ROM（4KB或8KB） ROM 用于永久性存储应用程序，掩膜 用于永久性存储应用程序，掩膜ROM、EPROM、EEPROM 、 、 3、随机存取存取器RAM（128B/256B） 随机存取存取器RAM（128B/256B） RAM 用于程序运行中存储工作变量和数据 4、并行输入/输出口I/O（32线） 、并行输入/输出口I/O（32线 I/O 用作系统总线、扩展外存、 O接口芯片 用作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片
控制管脚 RST/VPD
RST： ：
复位信号输入端，高电平有效。保持两个机器周期以上， 复位信号输入端，高电平有效。保持两个机器周期以上，并变 为低电平，单片机开始从0000地址执行，即可完成单片机复位。单 地址执行， 为低电平，单片机开始从 地址执行 即可完成单片机复位。 片机复位不改变片内RAM的值。 的值 片机复位不改变片内
§2-3 MCS-51单片机的存储器配置 单片机的存储器配置
计算机存储结构： 计算机存储结构：
哈佛结构：程序存储与数据存储分开 哈佛结构：程序存储与数据存储分开——单片机 单片机 诺依曼结构： 冯.诺依曼结构：程序与数据存储在一起 诺依曼结构 程序与数据存储在一起——通用计算机 通用计算机 单片机的存储器结构（ROM＋RAM） 单片机的存储器结构（ROM＋RAM）： ROM：常用于存放程序和需要长时间存放的数据，掉电不丢失; ：常用于存放程序和需要长时间存放的数据，掉电不丢失 RAM：随时可读可写的存储器，掉电后数据立即丢失。 ：随时可读可写的存储器，掉电后数据立即丢失。
ACC
SP 缓冲器
ALU 定 时 控 制 指 令 译 码 器
OSC
PC增1 增 中断、 中断、串行口和定时器 PSW PC
DPTR
PSEN ALE EA RESET
控制器
指 令 寄 存 器
P1锁存器 锁存器 P1驱动器 驱动器
P3锁存器 锁存器 P3驱动器 驱动器 P3.0-P3.7
XTAL1
XTAL2
1、单片机的存储器结构
采用哈佛结构，存在 个物理上相互独立的存储器空间 个物理上相互独立的存储器空间： 采用哈佛结构，存在4个物理上相互独立的存储器空间： 片内程序存储器 片内数据存储器
FFFFH
片外程序存储器 片外数据存储器
FFFFH
片外 64K ROM
0FFFH 片内4K 片内4K ROM 0000H 0FFFH
片外 64K RAM (I/O)
访问片内与片外 RAM靠指令区分 靠指令区分 MOV与MOVX 与
FFH SFR 80H 7FH 00H
EA=1
0000H
EA=0
0000H
片内RAM 片内RAM
2、单片机的程序存储器
常用单片机的程序存储器容量： 常用单片机的程序存储器容量：
型号
8031/32 8051/52 8751/52 89X51/52 W51
返回
P1.0-P1.7
可对4 可对4位（半字节）， 半字节）， 单字节） 16位 8位（单字节）和16位 累加器，它是最繁忙的8 累加器数据进行操作， 双字节）数据进行操作， （双字节），它是最繁忙的8 位特殊功能寄存器， 位特殊功能寄存器 中央处理器(CPU) 中央处理器(CPU) 数据来自两个暂存器。 数据来自两个暂存器。，用A 表示，ALU的运算结果存 表示，ALU的运算结果存 在此处。 在此处。 包含运算器 控制器两部分 运算器和 包含运算器和控制器两部分 位寄存器， 8位寄存器，在乘除运算 位的ALU ALU： （1）8位的ALU： 时，用来存放另一个操作 并存放一部分结果。 数，并存放一部分结果 位程序状态字寄存器， 8位程序状态字寄存器， 。 位累加器ACC ACC（ ）： （2）8位累加器ACC（A用于存放指令执行后的状 态信息， 态信息，供程序查询和判 位寄存器B： （3）8位寄存器 ： 别。 位寄存器 运算器 布尔操作器
8051单片机 8051单片机 内部结构图
RAM地址 地址 寄存器
存储器
P0.0-P0.7 P0驱动器 驱动器
P2.0-P2.7 I/O接口 接口
P2驱动器 驱动器
128B RAM
P0锁存器 锁存器
P2锁存器 锁存器
4KBROM
程序地址 寄存器
B寄存器 寄存器 运算器
暂存器1 暂存器
暂存器2 暂存器
振荡器及定时控制电路
MCS-51 片 内 有 振 荡 器 OSC ， 通 过 单 片 机 的 XTAL1,XTAL2连接片外的石英晶体及两个频率微调电容， 连接片外的石英晶体及两个频率微调电容， 连接片外的石英晶体及两个频率微调电容 产生单片机工作所需要的基本时钟—节拍 节拍。 产生单片机工作所需要的基本时钟 节拍。
5、串行输入/输出口UART（二线） 串行输入/输出口UART（二线） UART 串行通信、扩展I O接口芯片 串行通信、扩展I / O接口芯片 6、定时/计数器T/C(16位增量可编程） 定时/计数器T/C(16位增量可编程） T/C(16位增量可编程 它与CPU之间各自独立工作，当它计数满时向CPU中断 它与CPU之间各自独立工作，当它计数满时向CPU中断 CPU之间各自独立工作 CPU 7、时钟电路 fosc 分为内部振荡器、 分为内部振荡器、外接振荡电路 8、中断系统 五源中断、两级优先，可编程进行控制。 五源中断、两级优先，可编程进行控制。
时钟电路管脚
XTAL1：芯片内部反相放大器输入端，使用外部振荡器时需接地。 ：芯片内部反相放大器输入端，使用外部振荡器时需接地。 XTAL2: 芯片内部反相放大器输出端，使用外部振荡时接振荡器输 芯片内部反相放大器输出端， 入的信号。 入的信号。
XTAL2
外部振荡器
XTAL2
XTAL1
XTAL1
内部振荡方式
（4）8位程序状态寄存器PSW： 位程序状态寄存器PSW： PSW （5）布尔处理器： 布尔处理器： （6）2个8位暂存器： 位暂存器：
中央处理器(CPU) 控制器 中央处理器(CPU)—控制器 (CPU)
（1）程序计数器(PC) 程序计数器(PC) （2）指令寄存器(IR) 指令寄存器(IR) 控制器 （3）指令译码器(ID) 指令译码器(ID) （4）振荡器及定时与控制电路
p 1.7
RST
p 3 .0 / RXD
1
40 39
VCC
p 0 .0
8
9 10 11
12
32
31
p 0 .7
p 3 .1 / TXD
p 3 .2 / INT 0
p 3 .3 / INT 1 p 3 .4 / T 0
Vpp / EA
ALE / PROG