MSC51单片机
MSC-51单片机IO工作原理
T
引脚
读引脚
P3的内部结构
一 作为通用I/O口 P1口类似----准 向口(W=1)
读锁存器
内部总线 写锁存器
VCC 第二输出功能
W
D反反反反反Q CLK反反Q
R
P3口
P3.n
T
引脚
读引脚
第二输入功能
P3的内部结构
二 P3第二功能(Q=1) 时引脚部分输入(Q=1 W=1) ,部分输出(Q=1 W输出)
读锁存器
内部总线 写锁存器
VCC 第二输出功能
W
D反反反反反Q CLK反反Q
R
P3口
P3.n
T
引脚
读引脚
第二输入功能
P3第二功能各引脚功能定
P3.0 RXD串行口输入 P3.1 TXD串行口输出 P3.2 INT0外部中断0输入 P3.3 INT1外部中断1输入 P3.4 T0定时器0外部输入 P3.5 T1定时器1外部输入 P3.代 WR外部写 制 P3.令 RD外部读 制
VCC
地址 控制
读锁存器
内部总线 写锁存器
DQ CLK Q
R
P2.n P2口
T MUX
引脚
读引脚
2.P2口作为地址总线
在系统扩展片外程序存储器扩展数据存储器 容量超过 25代B反(用MOVX反@DPTR指 )时，CPU发出 制电平 1”，使多路 开关MUX倒内部地址线 时，P2输出高以 地址
读锁存器
读引脚
输入时----分读引脚或读锁存器
读引脚 由传送指 (MOV)实现
面一个缓冲器用于读端口引脚数据，当执行一条
由端口输入的指 时，读脉冲把该 态缓冲器打开，
这样端口引脚 的数据经过缓冲器读入到内部总线
MCS-51单片机结构及原理题解
第2章 MCS-51单片机结构及原理习题1．MSC－51单片机内部由哪些功能部件组成，各有什么功能？答：以80C51单片机为例，其内部功能部件有：控制器：是对取自程序存储器中的指令进行译码，在规定的时刻发出各种操作所需的控制信号，完成指令所规定的功能；运算器：根据控制器发来的信号，执行算术逻辑运算操作；存储器：包括程序存储和数据存储器；定时器计数器：2个16位定时器/计数器，可对机器周期计数，也可对外部输入脉冲计数；中断系统：可响应三个内部中断源和两个外部中断源的中断请求；输入输出接口：4个8位并行口和一个全双工串行口；2．MSC－51单片机外部引脚的名称是什么？各有什么功能？答：(1) 电源及晶振引脚VCC(40脚)：+5V电源引脚VSS(20脚)：接地引脚XTAL1(19脚)；外接晶振引脚（内置放大器输入端）XTAL2(18脚)：外接晶振引脚（内置放大器输出端）(2) 控制引脚RST/V PD(9)为复位/ 备用电源引脚ALE/PROG(30)为地址锁存使能输出/ 编程脉冲输入PSEN(29)：输出访问片外程序存储器读选通信号EA/ VPP (31)：外部ROM允许访问/ 编程电源输入(3) 并行I/O口引脚P0.0～P0.7（39～32脚）——P0口；P1.0～P1.7（1～8脚）——P1口；P2.0～P2.7（21～28脚）——P2口；P3.0～P3.7（10～17脚）——P3口。
3．51系列单片机的封装有哪些类型？请说明每一种封装引脚之间的距离。
答：51系列单片机的封装有:40引脚双列直插封装（DIP——dual in-line packag e），引脚之间的距离是100m il(2.54mm)；44引脚方形扁平封装（QFP ——quad flat packag e）方式，引脚之间的距离是2.54mm；44引脚带引线的塑料芯片载体PLCC(Plastic Leaded Chip Carrie r)。
MSC-51单片机基本结构——第3讲
当选择第二输出功能时，该位的锁存器需要置“1”， 使“与非门”为开启状态。当第二输出为1时，场效应管截 止，P3.x引脚输出为1；当第二输出为0时，场效应管导通， P3.x引脚输出为0。
当选择第二输入功能时，该位的锁存器和第二输出功能 端均应置1，保证场效应管截止，P3.x引脚的信息由输入缓 冲器BUF3的输出获得。
1.5 并行I/O端口
※ 有4个8位并行I/O口,共32条端线： P0、P1、P2和P3口。 每一个I/O口都能用作输入或输出。
※ 用作输入时，均须先写入“1”； 用作输出时，P0口应外接上拉电阻。
※ P0口的负载能力为8个LSTTL门电路； P1～P3口的负载能力为4个LSTTL门电路。
※ 在并行扩展外存储器或I/O口情况下， P0口用于低8位地址总线和数据总线(分时传送) P2口用于高8位地址总线， P3口常用于第二功能， 用户能使用的I/O口只有P1口和未用作第二功能 的部分P3口端线。
当P3口实现第一功能通用输入时，也可以执行“读锁 存器”操作，此时Q端信息经过缓冲器BUF1进入内部总线。
3．P3口的特点 P3口内部有上拉电阻，不存在高阻抗输入状态，为准双向口。 P3口作为第二功能的输出/输入，或第一功能通用输入，均须
将相应位的锁存器置1。实际应用中，由于复位后P3口锁 存器自动置1，满足第二功能条件，所以不需要任何设置 工作，就可以进入第二功能操作。 当某位不作为第二功能使用时，可作为第一功能通用I/O使用。 引脚输入部分有两个缓冲器，第二功能的输入信号取自缓冲 器BUF3的输出端，第一功能的输入信号取自缓冲器BUF2的 输出端。 P3口的第二功能定义（表2-1），读者应熟记。
简述msc-51单片机中断处理过程的步骤
简述msc-51单片机中断处理过程的步骤1.引言1.1 概述MSC-51单片机是一种广泛应用的微控制器，其中断处理过程是系统中一个重要的组成部分。
中断处理指的是当外部设备或内部程序发生特定的事件时，单片机会中断正在执行的任务，转而处理这个事件。
中断处理过程的步骤是指在中断事件发生后，单片机执行的一系列操作以响应并处理这个事件。
中断处理过程的步骤包括中断请求检测和中断优先级判断。
首先，单片机会不断地检测是否发生了中断请求，这可以通过外部设备引起的中断请求信号或内部程序的中断请求指令来实现。
一旦检测到中断请求，单片机会停止当前正在执行的任务，保存当前的程序状态和现场信息。
接下来，单片机会进行中断优先级判断，确定哪个中断事件具有更高的优先级。
这意味着，如果同时发生多个中断请求，单片机需要根据优先级确定要先处理哪个中断。
一般而言，不同的中断请求会有不同的优先级，高优先级的中断请求会中断低优先级的中断请求。
一旦确定了中断优先级，单片机会保存当前的执行现场，并跳转到相应的中断服务程序。
中断服务程序是为了处理特定中断事件而编写的程序代码，它会执行一系列的操作，完成中断事件的处理。
处理完成后，单片机会从中断服务程序返回到中断发生时的位置，并恢复之前保存的程序状态和现场信息。
总之，MSC-51单片机中断处理过程是一个相对复杂的过程，涉及到中断请求检测、中断优先级判断以及中断服务程序的执行。
这个过程可以有效地响应和处理外部设备或内部程序的中断请求，提高单片机系统的实时性和可靠性。
文章结构部分主要介绍了本文的整体架构和章节安排。
以下是文章1.2文章结构部分的内容：1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。
具体结构如下：引言部分首先概述了MSC-51单片机中断处理过程的重要性和背景，接着介绍了本文的目的和意义。
正文部分主要包含两个章节。
第一个章节是MSC-51单片机中断处理过程的概述，详细介绍了中断处理的基本概念和原理。
单片机原理及应用
第2章 MCS—51单片机结构及原理习题第2章 MCS—51单片机的结构及原理补充习题一、填空题1．MCS-51单片机是8位单片机。
2．MCS-51的产品8051与8031的区别是：8位、四位。
3．单片机的CPU从功能上可分为运算器和控制器。
4．MCS-51的指令寄存器，用于暂存待执行指令,等待译码。
5．8051的累加器ACC是一个8位的寄存器，简称为A，用来存放一个数或中间结果。
6．8051的程序状态字寄存器PSW是一个8位的专用寄存器，用于存放程序运行过程中的各种状态信息.7．MCS-51的程序存贮器用于存放程序代码及程序中用到的常数。
8．MCS—51的数据存贮器在物理上和逻辑上都分为2个地址空间：分别是片外RAM、片内RAM。
9．单片机的复位上电和按键复位两种，当单片机运行进入死循环时，可通过上电重新启动。
10．设晶振频率为6MHz，则CPU的时钟周期是1/6，状态周期是1/3，机器周期是2，指令周期是2至8。
（us）11．单片机的指令周期是执行一条指令所需要的时间。
一般由若干个机器周期组成。
12．单片机扩展外部存储器时需要用锁存器，用于锁存控制数据地址。
13. MCS-51单片机上电复位后，4个并行I/O端口对应的寄存器值为FFH。
14．当8051单片机的晶振频率为12MHZ时，ALE地址锁存信号端的输出频率为2MHZ的方脉冲。
（1/6）15．8051单片机片工作寄存器分为__4_组，每组__8_个,占片内RAM_00H～1FH_地址，寄存器组的选择通过特殊功能寄存器PSW中得RS1，RS2标志位进行实现_实现。
16．MCS-51单片机的特殊功能寄存器集中布置在片内数据存贮器80H～FFH_地址范围内。
17. MCS—51单片机既有字节地址又有位地址的片内RAM有__21__字节，地址范围是___80H~FFH___。
18. MCS-51单片机既有字节地址又有位地址的SFR是__特殊功能寄存器__,分布在地址范围__80H~FFH__中。
第1节MCS51单片机介绍
第1章MCS51单片机介绍1.1 数字集成电路的发展历程从20世纪60年代开始，数字集成电路在集成度方面的发展经历了以下4个阶段：包含几十到几百个逻辑门的小规模集成电路（Small Scale Integration，SSI）；包含几百到几千个逻辑门的中规模集成电路（Medium Scale Integration，MSI）；包含几千到几万个逻辑门的大规模集成电路（Large Scale Integration，LSI）；包含几万个以上逻辑门的超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，VLSI）。
在工作原理方面，数字集成电路可以划分为标准逻辑器件、微处理器和专用集成电路。
1.1.1 标准逻辑器件标准逻辑器件在集成度方面属于中小规模集成电路，它包括基于TTL工艺的54/74系列和基于CMOS工艺的4000系列的各种逻辑门、触发器、译码器、多路选择器、计数器等器件。
这些器件的工作原理和应用在《数字电路逻辑设计》课程中有详细的介绍。
作为传统数字系统设计中使用的主要器件，标准逻辑器件的产量很大，因此它们的生产成本低廉、价格便宜。
由于这些器件的功能确定，芯片设计时主要考虑如何提高器件的性能，因此标准逻辑器件的工作速度快，但是由于集成度较低，采用它们设计的数字系统需要较多的器件，这就使得电路连线复杂，系统的可靠性降低。
由于用户无法修改这类器件的功能，修改系统设计必须通过对电路重新设计和组装来实现。
1.1.2 微处理器微处理器，包括在本书中将要学习的单片机，在集成度方面属于大规模集成电路。
它们被应用于数字系统的设计起始于20世纪70年代。
这类器件可以通过编写程序来实现系统功能。
基于微处理器所设计电路的逻辑功能可由软件配置，这个特点使得设计灵活性得到提高，当修改系统设计时，设计者不需要，或者较少需要修改电路连线。
相对于由标准逻辑器件构成的数字系统，基于微处理器设计的系统工作速度较低；其次，微处理器的工作仍需要一些标准逻辑器件或者相关逻辑器件构成的外围电路的支持。
MCS-51系列单片机的结构
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
3.控制总线
(1)
：ALE为地址锁存允许信号。在访问外部
存储器时，ALE用来把扩展地址低8位锁存到外部锁存器。在
不访问外部存储器时，ALE引脚以不变的频率(时钟振荡器频
率的1/6)周期性地发出正脉冲信号，因而它又可用作外部定
品有8031和87510 8031是一个无ROM的8051，它从外部ROM 获取所用的指令，8751是一个用EPROM代替ROM的8051， 除此之外，三者的内部结构及引脚完全相同。今后，除特另 11说明外，用8051这个名称来代表8031、8051和87510
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
二功能是在访问外部存储器时，它分时作为低8位地址线和8 位双向数据线。当P0口作为普通输入口使用时，应先向口锁 存器写“1”。 (2) P1口(P1. 0~P1. 7)是一个内部带上拉电阻的准双向I/O口。 当P1口作为普通输入口使用时，应先向口锁存器写“1” 。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
(1)带进位和不带进位的加法。 (2)带借位减法。 (3) 8位无符号数乘法和除法。 (4)逻辑与、或、异或操作。 (5)加1、减1操作。 (6)按位求反操作。 (7)循环左、右移位操作。 (8)半字节交换。 (9)二一十进制调整。 (10)比较和条件转移的判断等操作。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
2)指令寄存器IR (Instruction Register) 指令寄存器是一个8位寄存器，用于暂存待执行的指令，等
第2章 MCS-51单片机的硬件结构
(2)通用I/O接口功能
P2口作准双向口使用，与P1口相同，也有输入、 输出、端口操作三种工作方式。
3.P2口负载能力
4个LSTTL负载，输出电流≥ 400uA
三、P3口
1. P3口1位结构原理图如图所示
P 奇偶标志
A中1的个数若为奇数P=1,否则P=0
例如：MOV A, #7FH ADD A, #4FH 0111,1111B + 0100,1111B 1100,0110B
结果:(A)=C6H, C=0,AC=1,OV=1,P=0
2.控制器 3.片内存储器
4.4个I/O接口
5.串行接口
6.定时/计数器
先片内、后片外，片内片外连续，二者 一般不作重叠。 EA＝0，只访问片外程序存储器 EA＝1，先访问片内程序存储器。当PC >0FFFH（51子系统）或PC>1FFFH(52子系统) ，再去访问片外程序存储器。
存储器编址图如下图所示
0000H
片内ROM /EA=1 0FFFH 0FFFH 1000H 片外ROM 0000H 片外ROM /EA=0 00H 7FH 80H FFH 片外RAM 片内RAM 0000H
有5个中断源
11.111条指令，含乘、除法，有很强
的位处理能力 12.片内采用单总线结构，单一＋5V
电源
52系列主要有8032、8052两种机型。 与51系列不同在于：片内数据存储器增 至256个字节，3个16位定时/计数器，6 个中断源。
二、内部结构
MCS-51系列单片机的内部结构如 下图所示：
1 2 . . .
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§1.2.2 MCS-51系列单片机 产品系列
型 号 8051AH 8031AH 8751H AT89C51/ AT89S51 80C31 8051 8031 制造技术 H MOS AH MOS H MOS CHMOS CHMOS H MOS H MOS 片内程序存储 器 ROM (4k) 无 EPROM（4K） FLASHROM （4K） 无 ROM （8K） 无 片内数据存 储器 128字节 128字节 128字节 128字节 128字节 256字节 256字节
台湾凌阳 SPMC65/75系列（816 位）
日立、东芝(870系列,90系列，Mips3000 )、三菱等
§1.2 MCS-51系列单片机主要功能
1) 8位CPU；哈佛Harvard结构（程序与数据存贮器分开）, 内部具有数据和程序存贮器,以及特殊功能控制 寄存器 2) 4个8位I/O并口 3) 外部数据和程序存贮空间总线信号与并口复用 4) 2个（3个）16位定时/计数器； 5) 2个优先级，2-7中断源； 6) 1个全双工串行（RS232）I/O口； 7) 1个布尔运算器； 8) 111条指令，有乘除指令； 9) 1~12MHZ晶振，片内振荡器；现可达40MHZ。 10)软件：监控程序,小操作系统,汇编,C ,Keil平台 11)程序存贮器用E2PROM的用于开发，用ROM的仅1次 编程，适合产品。均具有保密功能。
其中AT89S51单片机是一种新型的在线可编程的单片机
§1.3 单片机的特点及应用
1. 特点
小而灵活、成本低、可多级和分布控制、易于产品化 可靠性好，适应温度范围宽，编程方便，程序保密
2. 应用领域
商用、家用、个人 a) 电子秤、收款机、条形码识别等 b) 空调系统、制冷系统、报警系统、考勤机等。 c) 学习机、PAD，MP3/4，儿童职能玩具 网络通讯外设 a) 网络路由CPU，通讯如GPS，GPRS， b) 计算机外设用（打印机，复印机） 扫描仪，盘控） 工业自动化 a) 测控系统，数控系统、数据采集系统、智能仪器 b) 工业机器人 ，机、电一体化产品，生产流水线等 国防军事装备 航天飞机导航系统、智能武器装备、导弹控制等
三、控制引脚
RST——复位信号 晶振工作后2个机器周期的高 电平复位CPU。
ALE——地址锁存信号 用于访问外存时锁存低8位址； ALE为晶振6分频； PSEN ——外部程序存储器读 从程序存储器中取指令或读 取数据时，该信号有效。
EA ——允许访问片内外程序
存储器控制端
EA=1从内部开始执行程序；
转义引脚 RXD TXD
功能说明
X1 P3.0
P3.1
P0 P00~P07 串行数据接收端
串行数据发送端
X2 EA P3.2 PSEN P3.3 P1口——8位（带上拉电阻）准 ALE 双向I/O口； P3.4 RST P3.5 P2口—— 8位准双向I/O口； VCC P3.6 GND 访问外存时只输出地址高8位
P0R1 AD0 控制 Vcc 地址/数据
BUF2
内部总线
D0
写锁存器
P0W
D C
锁存器
Q
Q
1 0
多路开关
BUF1
读引脚
P0W2
2、控制信号为1时，P0口为地址/数据 多路开关 复用总线（用于口扩展） 3、P0W为端口输出写信号，用于锁 1) 功能：用于控制选通I/O方式 存输出状态 还是地址/数据输出方式 P00 4、P0R1为读锁存器信号，执行 2) “ANL P0,#0FH”时该信号有效 方式控制：由内部控制信号 5、P0R2为读引脚信号，执行“MOV 产生 A,P0”时该信号有效 6、读引脚（端口）时，输出锁存器应 为“1”
5、数据指针寄存器DPTR
16位寄存器， 可以寻址64K地址空间。
6、程序计数器PC（16位）
不属于SFR, 但有联系 用于存放下一条的指令地址
三、时钟及复位电路
(一) 时钟
8051也是在时钟同步下工作， 所以上电时必须复位。 (二) 时钟电路 需外接晶振1.2~12MHZ， C1和C2取30±10PF
电 源 及 时 钟 引 脚 控 制 引 脚
X1 X2 EA PSEN ALE RST VCC GND
P0 P1
பைடு நூலகம்
P00~P07
AD[7:0]
P10~P17 P20~P27
A[15:8] 复用定义见后
8051
P2 P3
P30~P37
二、并行I/O口引脚(复用)
P0口—— 8位双向三态I/O口；
引脚
-
D0
P
Cy AC
RS1 RS0 OV
RS1,RS0——寄存器组选择 0 0 组0（00H~07H） 0 1 组1（08H~0FH） 1 0 组2（10H~17H） 1 1 组3（18H~1FH）
OV——溢出标志位
用于保护现场和恢复现场。 P 有符号数运算结果超出允许 CyAC F0 RS1 RS0 OV 范围OV=1,否则OV=0。
C1
(三) 复位电路 8051复位初始化后，从程序 存储器的0000H单元开始执 行,用A/LJMP转到所用户程 序的首地址 上电阻容复位电路，可用专 门的复位IC芯片 Vcc 10 F 8.2K
8051
X1
TTL
Vcc
8051
RST
8051
X2 X1
C2 X
X2
Vss
振荡电路
外接时钟源
CPU的时序（主频、节拍状态 周期机器周期、、）
VCC上升时间不超过1mS， 振荡器启动时间不超过 10mS，此电路能保证可 靠复位。
(四) 时序：主频、节拍、状态、基本机器周期、指令周期：
一个状态周期 一个机器周期
S1
S2
S3
S4 S5
S6 S1
S2
X2 fosc
1个指令周期 S1 =1-4机器周期 S2 1个机器周期 S3 =6个状态周期 S4 1个状态周期 S5 =2个节拍CLK S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2
1、累加器A (Acc)
8051是累加器结构，所有的运 算都是以累加器为一个源操作 数和目的操作数
乘、除指令中的一个操作数 可以作为一般变量使用
AC——辅助进位标志
2、累加器B
F0——用户标志
3、程序状态字PSW
8位寄存器，保存指令执行状态
D6 D5
F0
PSW:
D7 D4 D3 D2 D1
二、寄存器
（一）通用寄存器（8位）
4组，8个寄存器/组R0~R7; R0和R1可用于间接寻址。
使用TTL电平。
（二）特殊功能寄存器（SFR）
Cy——进（借）位标志
共有21个
保存算术运算的进或借位 位操作的累加器 运算结果从D3产生进位或 借位时AC=1 主要用于BCD码调整 可以使用的位变量 可以随PSW被保存
图1、P0口内部结构
（二）P1口内部结构
P1口内部结构如图2所示 输出部分有内部上拉电阻R*约为20K。 其他部分与P0端口使用相类似。
Vcc P1R1
Vcc
R* D C Q Q P10
写数据
D0 P1W P1R2
8051
P10 P11
R1 D1 K1
读端口
图2、P1口内部结构
图2.1、P1口应用
§1.1.2单片机厂家与品种
Intel MSC51 (48/31) /96/198系列, Microchip PIC16/17/18C Atemel 89、AVR系(89C51/52,89C2051,40MHz) Motorola 68xxx系列 Philip 80C51/87C51/80C52/87C52，51LPC系列（高速） TI MSP430 LG GMS90系列 （兼容8051，有40MHz的） Zilog Z8x系列 Scenix 8位RISC结构SX系列 Epson SMC60/63/88系列 Micon MDT20XX系列 Cygnal C8051系列（兼容，但数据地址不复用，128K） NS国家半导体 COP8， 台湾义隆 EM78系列OTP型单片机(与PIC16C兼容)
(双符号位,00 +无溢; 01 +溢; 10 -溢 ; 11 -无溢)
(2)堆栈指针SP
8位寄存器，指示栈顶位置。
进栈：SP+1，再压栈； 出栈：先出栈，再SP-1。
P——奇偶标志位 每个机器周期根据累加器A 中的内容的奇偶性由硬件置/ 复位。 A中1的个数为奇P=1; 否则为P=0; 4、堆栈及堆栈指针SP (1)堆栈（存储区） 按先进后出的原则读写数据 堆栈空间用内部RAM(256)
ROM SFR
与RAM 统一编址
CPU 运算部件
XTAL1 XTAL2
B
Vcc Vss
控制部件
片内总线
EA PSEN ALE RESET 外部总线
P1口 8
串 行 口
C/T P3口
8
中断 系统
7.中断系统
5.串行口
6.定时/计数器
§2.2 8051单片机外部特性----引脚
一、引脚逻辑图
8051单片机为40条引脚双列直插式封装 引脚可分为三个部分 并行I/O口引脚
MCS-51系列单片机 原理及其应用
章节内容
第一章 概述 第二章 MCS-51单片机系统结构 第三章 MCS-51存储器和寻址方式