第1章MCS-51单片机的硬件结构.

1、1.1.1 80511.1.1 8051单片机的介绍单片机的介绍 : 是单片微型计算机(single chip microcomputer)的简称，将计算机的8051单片机采用“哈佛”结构，它有两个独立的存储器分别和，地址空间相同，通过不同指令进行区分。 1.1.2 80511.1.2 8051单片机的基本组成单片机的基本组成时钟电路时钟电路SFR和和RAM ROMCPU定时定时/计数器计数器并行端口并行端口中断系统中断系统串行端口串行端口系系 统统 总总 线线时钟源时钟源T0 T1P0 P1 P2 P3TXD RXD INT0 INT1程序存储器程序存储器数据存储器数据存储器存储器存储器 （

2、1）一个8 8位位微处理器CPU。 （2）片内数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR。 （3）片内程序存储器ROM。 （4）两个定时/计数器T0、T1，可用作定时器，也可用以 对外部脉冲进行计数。 （5）四个8位可编程的并行I/O端口，每个端口既可作输 入，也可作输出。 （6）一个串行端口，用于数据的串行通信。 （7）中断控制系统。 （8）内部时钟电路。 一个一个8051单片机包含下列部件单片机包含下列部件CPUCPU即中央处理器，是单片机的核心部件，它完成各种即中央处理器，是单片机的核心部件，它完成各种操作，操作，CPUCPU由由和和两部分组成。两部分组成。（1 1）运算器）运算器 运算器以

3、算术逻辑单元，加上等所组成。ALU主要用于完成二进制数据的算术和逻辑算术和逻辑运算，并通过对运算结果的判断影响程序状态字寄存器PSW中有关位的状态。 1.1.3 80511.1.3 8051单片机的单片机的CPUCPUCYACF0RS1RS0OVPD7D0PSWPSW中各位的意义如下：中各位的意义如下：在进行加法或减法运算时，若运算结果的最高位有进位或借位，CY=1，否则CY=0，在执行位操作指令时，CY作为位累加器。在进行加法或减法运算时，若低半字节向高半字节有进位或借位， AC=1，否则AC=0，AC还作为BCD码运算调整时的判别位。F0F0：用户标志。工作寄存器组选择，如下表所示。RS1

4、RS0工作寄存器组片内RAM地址00第0组 00H07H 01第1组08H0FH 10第2组10H17H 11第3组18H1FH （2）控制器）控制器 包括对逐条指令译码，并通过定时和控制电路在规定时刻发出各种操作所需的内部和外部控制信号，协调单片机各部分正常工作。控制器由程序计数器程序计数器PCPC、指令寄存器指令寄存器、指令译码器指令译码器、数据数据指针指针DPTRDPTR、堆栈指针堆栈指针SPSP、缓冲器缓冲器以及定时与控制电路定时与控制电路等组成。程序计数器程序计数器PCPC：16位寄存器，存放下一条要执行指令地址，能自动增1。堆栈指针堆栈指针SPSP：用来指示单片机片内RAM区堆栈的

5、起始地址。指令指令译码器译码器：对指令进行译码，产生指令的各种控制信号数据数据指针寄存器指针寄存器DRTRDRTR：它是一个16位寄存器，由高位字节DPH和低位字节DPL组成，存放片外RAM的地址。CPU工作过程1.2 存储器结构4k60k离散分布离散分布64k12812864k程序存储器程序存储器ROM程序存储器ROM包括片内片内ROM和片外和片外ROM两个部分。主要用来存放编好的，它以16位的程序计数器PC作为地址指针，寻址空间为64KB。当EA接高电平时，单片机从片内ROM的4kB字节存储器区取指令，当指令地址超过0FFFH后，自动地转向片外ROM取指令。当EA接低电平时，所有的取指操作

6、均对片外程序存储器进行。片内数据存储器片内数据存储器RAM片内片内RAMRAM有有256256个字节，其中个字节，其中00H00H7FH7FH地址空间是地址空间是安排了安排了4 4组工作寄存器，每组工作寄存器，每组都为组都为R0R0R7R7，占用，占用8 8个存储单元。在某一时刻，个存储单元。在某一时刻，CPUCPU只能只能使用其中某一组工作寄存器，由程序状态字使用其中某一组工作寄存器，由程序状态字PSWPSW中中RS1RS1和和RS0RS0的状态决定。的状态决定。其中每个字节的每一位都其中每个字节的每一位都规定了位地址。每个地址单元除了可进行字节操作之外，规定了位地址。每个地址单元除了可进行

7、字节操作之外，还可进行位操作。还可进行位操作。只能进行字节只能进行字节寻址，用作数据缓冲区以及堆栈区。寻址，用作数据缓冲区以及堆栈区。片片内内RAMRAM的的80H80HFFHFFH地址空间是地址空间是连续连续非连续非连续工作寄存器区工作寄存器区位寻址区位寻址区便笺区便笺区特殊功能寄存器地址及功能表特殊功能寄存器地址及功能表注：注：SFR中字节地址低中字节地址低4位是位是0或者或者8的，支持位寻址，即可的，支持位寻址，即可以对寄存器某一位进行操作。以对寄存器某一位进行操作。即如下两组语句是等效的：即如下两组语句是等效的： 片外程序存储器ROM地址空间为64kB，片外数据存储器RAM也有64kB

8、的寻址区，在地址上是与ROM重迭的。 8051单片机通过不同信号来选通ROM或RAM。当从外部ROM中取指令时，而从外部RAM中读写数据时则采用读采用读和写和写信号或来选通，因此不会因地址重迭而发生混乱。 80518051在物理上有在物理上有4 4个存储器空间个存储器空间 片外数据存储器片外数据存储器RAM 当片内RAM不能满足数量上的要求时，可通过总线端口和其他I/O口扩展外部RAM片外数据存储器片外数据存储器RAM，其最大容量可达64KB字节。使用的指令也完全相同，因此，用户在应用系统设计时，必须合理地进行外部RAM和I/O端口的地址分配，并保证译码的唯一性。P1.0P1.1P1.2P1.

9、3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1VSS12345678910111213141516171819208031805187514039383736353433323130292827262521222324VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.01.3.1 8051单片机引脚描述单片机引脚描述1.3.1 805

10、1单片机引脚描述单片机引脚描述1.3.1 8051单片机引脚单片机引脚1.3.1 8051单片机引脚单片机引脚1.3.1 8051单片机引脚单片机引脚1.3.1 8051单片机引脚描述单片机引脚描述电源引脚电源引脚VccVcc和和VssVss Vcc：电源端，接5V。 Vss：接地端。XTAL1XTAL1和和XTAL2:XTAL2:片片内振荡电路输入内振荡电路输入引脚引脚 外接石英晶振和微调电容，给单片机提供时钟信号。地址锁存允许地址锁存允许信号信号 访问片外RAM/ROM时，下降沿锁存P0口输出的低8位地址从而实现的复用。 PSEN PSEN：外部程序存储器：外部程序存储器ROMROM读读选

11、通信号选通信号 PSEN是外部程序存储器ROM的读选通信号，低电平有效。 EA /VEA /VPPPP : :访问外部存储器的控制信号。访问外部存储器的控制信号。 EA区分使用片内ROM还是片外ROM读取程序， CPU执行片内程序存储器指令，但 当PC中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令。CPU只执行片外程序存储器指令。 复位信号复位信号RSTRST 该信号高电平有效，在输入端保持的高电 平后，就可以完成复位操作。1.3.2 8051单片机的单片机的CPU时序时序单片机的时钟电路单片机的时钟电路8051单片机片内有一个高增益反相放大器，它与片内振片内振荡电路输入荡电路输入引

12、脚引脚XTAL1和XTAL2之间外接的石英晶体和微调电容，共同构成稳定的自激振荡电路，并产生振荡时钟振荡时钟脉冲信号。脉冲信号。外部振荡方式就是把外部已有的时钟信号引入单片机内。 XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部时钟源外部时钟源内部振荡方式内部振荡方式 外部振荡方式外部振荡方式8051单片机的三种周期可根据时钟脉冲频率的倒数求得，它是时序中。例如51单片机主频为1MHZ，则时钟周期为1us。完成一个基本操作所需的时间，通常为，分为6个S状态：S1S6，每个状态分为2拍，即P1和P2，因此一个机器周期可以表示为S1P1、S1P2

13、、S2P1.S6P2。指，一个指令周期通常含有14个机器周期。 P1P2S1振荡周期振荡周期机器周期机器周期机器周期机器周期指令周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P28051单片机各种周期的相互关系单片机各种周期的相互关系 振荡周期、机器周期、指令周期振荡周期、机器周期、指令周期P2 振荡周期 机器周期 指令周期 8051单片机外接晶振为单片机外接晶振为12MHz时时3个周期的具体值个周期的具体值1.3.3 复位电路及复位状态复位电路及复位状态1 1复位电路复位电路 805

14、1单片机启动时需要复位，以使CPU和系统各个部件处于一种确定初始状态。8051单片机通常采用和两种方式。 C1 22F RST R11K+5V+5V803180518751（a）上电复位电路）上电复位电路（b）按键复位电路）按键复位电路 C1 22F RSTR2200803180518751 R11K上电复位和按键复位电路上电复位和按键复位电路特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始状态初始状态特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始状态初始状态ACC00HTMOD00HPC0000HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSBUF不定不定IP00000BSCON00HIE000000BPCON00000B复位后的初始状态复位后的初始状态8051单片机的并行单片机的并行I/O口口 8051单片机有4个双向并行的8位I/O口P0P3。P0口为三态双向口，可驱动8个TTL电路，连接外设时需接上拉电阻；P1、P2、P3口为准双向口（作为输入时，故称为准双向口），其负载能力为4个TTL电路。（1）地址总线（AB）：地址总线宽度为16位，由（A0 A7）；（A8A15）。地址信号是由CPU发出的，故地址总线是单方向的。（2）数据总线（DB）：数据总线宽度为8位，用于传送数据和指令，由P0口提供。（3