单片机的硬件结构
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15
3 I/O口引脚
• 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 带8个LSTTL负载。
• P1口：8位准双向I/O口，可带4个LSTTL 负载。
• P2口：8位准双向I/O口，与地址总线 （高8位）复用，可带4个LSTTL负载。
• P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口。
51单片机的硬件结构
1
MCS-51 单 片 机 的 硬 件 结 构
本讲课程主要内容
（1）51的资源 （2）51的外观及引脚简介 （3）51的CPU （4）51的存储器结构 （5）51的I/O端口 （6）复位电路 （7）时钟电路
2
51的资源
包括：微处理器 （8位CPU） 数据存储器（RAM） 程序存储器（ROM/EPROM） I／O口 （P0口、Pl口、P2口、P3口）
• 寄存器B：是为执行乘法和除法操作设置的， 在不执行乘、除法操作的一般情况下可把它当 作一个普通寄存器使用。
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wenku.baidu.com
程序状态寄存器：PSW
• PSW.1是保留位，未用。 • Cy（PSW.7）进位标志位，在执行算术和逻辑指令时，可
以被硬件或软件置位或清除，在位处理器中，它是位累加 器。 • Ac（PSW.6）辅助进位标志位。 • F0（PSW.5）标志位，它是由用户使用的一个状态标志位。 • RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：寄存器区选择控制位 • OV（PSW.2）：溢出标志位。 • P（PSW.0）奇偶标志位。每个指令周期都由硬件来置位 或清除，以表示累加器A中值为1的位数的奇偶数。
17
运算部件:ALU、A、B
• ALU：功能强大，它不仅可对8位变量进行逻 辑“与、或、异或”、循环、求补和清零等基 本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本运 算，ALU还具有位处理操作，如置位、清零、 求补、测试。转移及逻辑“与、或”等操作。
• 累加器A：ALU中的主要寄存器，大部分指令 都用到它。
什么是机器周期？
13
• ALE／PROG（30脚）：当访问单片机外 部存储器时，ALE（地址锁存允许）输 出脉冲的下降沿用于16位地址的低8位的 锁存信号。
即使不访问外部锁存器，ALE端仍有正脉 冲信号输出，此频率约为时钟振荡器频率的 1／6。但在执行某些指令时会不发出ALE信号， 因而用户不能用做时钟源或定时。
8
51的外观及引脚
9
引脚的分类
（1）电源及时钟引脚：Vcc、Vss、XTAL1、 XTAL2.
（2）控制引脚：PSEN、ALE、EA、RESET （3）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3。
MCS-51属于三总线结构：数据总线（DB） 地址总线（AB）、控制总线（CB）。
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引脚功能分类
11
1 电源及时钟引脚
同时具有串行通讯、定时器/计数器、中断系 统及特殊功能寄存器（SFR）。
3
资源的简单说明
1 ．数据存储器（RAM）：51片内为128个字 节，52为256字节。片外最多可外扩至64k。
2．程序存储器（ROM/EPROM）： 8031不含； 8051为4k ROM，但用户不可改写。 8751则为4k EPROM。 片外最多可外扩至64k
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运算部件：PSW
• 工作寄存器的选择：
RS1 RS0
软件写入 0 0 1 1
0 区0（选择内部RAM寄存器地址00H～07H） 1 区1（选择内部RAM寄存器地址08H~0FH） 0 区2（选择内部RAM寄存器地址10H～17H） 1 区3（选择内部RAM寄存器地址18H～1FH）
20
控制部件
8．微处理器（CPU）：为8位的CPU，且 内含一个1位的位处理器，不仅可处理字 节数据，还可以进行位变量的处理。
6
51片内结构
7
资源的特点
MCS-51单片机的硬件结构具有功能 部件种类全，功能强等特点。
特别指出：MCS-51 除具有8位数据 处理运算能力外，还具有1位处理功能， 这使得51在逻辑电路仿真、过程控制方 面是非常有效。
16
51的中央处理器（CPU）
• 运算部件：运算部件包括算术逻辑部件ALU、 位处理器、累加器A、寄存器B、暂存器以及 程序状态字PSW寄存器等。该模块的功能是实 现数据的算术、逻辑运算、位变量处理和数据 传送等操作。
• 控制部件：控制部件是单片机的神经中枢，以 主振频率为基准（每个主振周期称为振荡周 期），控制器控制CPU的时序，对指令进行译 码，然后发出各种控制信号，它将各个硬件环 节组织在一起。
14
• PSEN（29脚）：是访问外部程序存储器的读 选通信号。
• EA（31脚）：当EA端保持高电平时，51先访 问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值 超过0FFFH时（对于8051、8751来说），将自 动转向执行外部程序存储器内的程序。 当EA保持低电平时，不管是否有内部程序存储 器，只访问外部程序存储器。
• 电源引脚： Vcc（40）+5V、 Vss（20）GND
• 时钟引脚： XTAL1、XTAL2. 采用片内振荡器时，这两个引脚接
晶振；采用外部振荡器时， XTAL1接地， XTAL2接外部振荡器的输出端。
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2 控制引脚
• RST／VPD（9脚）：当振荡器启振后， 在此引脚加上两个机器周期以上的高电 平将使单片机复位。在单片机正常工作 时，此脚应为<0.5V低电平。 另外，此引脚可接上备用电源，系统掉 电时向内部RAM供电，使其保持数据。
• 时序图
每2个振荡周期作为1个状态周期，每个状态周期分 为2个时相P1、P2，每6个状态周期作为1个机器周期。
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51的存储器结构
• 程序存储器 • 内部数据存储器 • 特殊功能寄存器（SFR） • 位地址空间 • 外部数据存储器
4
资源的简单说明
3．中断系统：具有5个中断源，分为2个中 断优先级。
4．定时器/计数器：2个16位定时器/计数器， 具有四种工作方式。
5．串行口：1个全双工的串行口，具有四种 工作方式。
6．P0~P3口：为4个并行8位I/O口。
5
资源的简单说明
7．特殊功能寄存器（SFR）：共有21个， 用于对片内各功能模块进行管理、控制、 监视。实际上是一些控制寄存器和状态 寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。
3 I/O口引脚
• 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 带8个LSTTL负载。
• P1口：8位准双向I/O口，可带4个LSTTL 负载。
• P2口：8位准双向I/O口，与地址总线 （高8位）复用，可带4个LSTTL负载。
• P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口。
51单片机的硬件结构
1
MCS-51 单 片 机 的 硬 件 结 构
本讲课程主要内容
（1）51的资源 （2）51的外观及引脚简介 （3）51的CPU （4）51的存储器结构 （5）51的I/O端口 （6）复位电路 （7）时钟电路
2
51的资源
包括：微处理器 （8位CPU） 数据存储器（RAM） 程序存储器（ROM/EPROM） I／O口 （P0口、Pl口、P2口、P3口）
• 寄存器B：是为执行乘法和除法操作设置的， 在不执行乘、除法操作的一般情况下可把它当 作一个普通寄存器使用。
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程序状态寄存器：PSW
• PSW.1是保留位，未用。 • Cy（PSW.7）进位标志位，在执行算术和逻辑指令时，可
以被硬件或软件置位或清除，在位处理器中，它是位累加 器。 • Ac（PSW.6）辅助进位标志位。 • F0（PSW.5）标志位，它是由用户使用的一个状态标志位。 • RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：寄存器区选择控制位 • OV（PSW.2）：溢出标志位。 • P（PSW.0）奇偶标志位。每个指令周期都由硬件来置位 或清除，以表示累加器A中值为1的位数的奇偶数。
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运算部件:ALU、A、B
• ALU：功能强大，它不仅可对8位变量进行逻 辑“与、或、异或”、循环、求补和清零等基 本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本运 算，ALU还具有位处理操作，如置位、清零、 求补、测试。转移及逻辑“与、或”等操作。
• 累加器A：ALU中的主要寄存器，大部分指令 都用到它。
什么是机器周期？
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• ALE／PROG（30脚）：当访问单片机外 部存储器时，ALE（地址锁存允许）输 出脉冲的下降沿用于16位地址的低8位的 锁存信号。
即使不访问外部锁存器，ALE端仍有正脉 冲信号输出，此频率约为时钟振荡器频率的 1／6。但在执行某些指令时会不发出ALE信号， 因而用户不能用做时钟源或定时。
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51的外观及引脚
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引脚的分类
（1）电源及时钟引脚：Vcc、Vss、XTAL1、 XTAL2.
（2）控制引脚：PSEN、ALE、EA、RESET （3）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3。
MCS-51属于三总线结构：数据总线（DB） 地址总线（AB）、控制总线（CB）。
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引脚功能分类
11
1 电源及时钟引脚
同时具有串行通讯、定时器/计数器、中断系 统及特殊功能寄存器（SFR）。
3
资源的简单说明
1 ．数据存储器（RAM）：51片内为128个字 节，52为256字节。片外最多可外扩至64k。
2．程序存储器（ROM/EPROM）： 8031不含； 8051为4k ROM，但用户不可改写。 8751则为4k EPROM。 片外最多可外扩至64k
19
运算部件：PSW
• 工作寄存器的选择：
RS1 RS0
软件写入 0 0 1 1
0 区0（选择内部RAM寄存器地址00H～07H） 1 区1（选择内部RAM寄存器地址08H~0FH） 0 区2（选择内部RAM寄存器地址10H～17H） 1 区3（选择内部RAM寄存器地址18H～1FH）
20
控制部件
8．微处理器（CPU）：为8位的CPU，且 内含一个1位的位处理器，不仅可处理字 节数据，还可以进行位变量的处理。
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51片内结构
7
资源的特点
MCS-51单片机的硬件结构具有功能 部件种类全，功能强等特点。
特别指出：MCS-51 除具有8位数据 处理运算能力外，还具有1位处理功能， 这使得51在逻辑电路仿真、过程控制方 面是非常有效。
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51的中央处理器（CPU）
• 运算部件：运算部件包括算术逻辑部件ALU、 位处理器、累加器A、寄存器B、暂存器以及 程序状态字PSW寄存器等。该模块的功能是实 现数据的算术、逻辑运算、位变量处理和数据 传送等操作。
• 控制部件：控制部件是单片机的神经中枢，以 主振频率为基准（每个主振周期称为振荡周 期），控制器控制CPU的时序，对指令进行译 码，然后发出各种控制信号，它将各个硬件环 节组织在一起。
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• PSEN（29脚）：是访问外部程序存储器的读 选通信号。
• EA（31脚）：当EA端保持高电平时，51先访 问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值 超过0FFFH时（对于8051、8751来说），将自 动转向执行外部程序存储器内的程序。 当EA保持低电平时，不管是否有内部程序存储 器，只访问外部程序存储器。
• 电源引脚： Vcc（40）+5V、 Vss（20）GND
• 时钟引脚： XTAL1、XTAL2. 采用片内振荡器时，这两个引脚接
晶振；采用外部振荡器时， XTAL1接地， XTAL2接外部振荡器的输出端。
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2 控制引脚
• RST／VPD（9脚）：当振荡器启振后， 在此引脚加上两个机器周期以上的高电 平将使单片机复位。在单片机正常工作 时，此脚应为<0.5V低电平。 另外，此引脚可接上备用电源，系统掉 电时向内部RAM供电，使其保持数据。
• 时序图
每2个振荡周期作为1个状态周期，每个状态周期分 为2个时相P1、P2，每6个状态周期作为1个机器周期。
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51的存储器结构
• 程序存储器 • 内部数据存储器 • 特殊功能寄存器（SFR） • 位地址空间 • 外部数据存储器
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资源的简单说明
3．中断系统：具有5个中断源，分为2个中 断优先级。
4．定时器/计数器：2个16位定时器/计数器， 具有四种工作方式。
5．串行口：1个全双工的串行口，具有四种 工作方式。
6．P0~P3口：为4个并行8位I/O口。
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资源的简单说明
7．特殊功能寄存器（SFR）：共有21个， 用于对片内各功能模块进行管理、控制、 监视。实际上是一些控制寄存器和状态 寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。