讲稿0-2学习资料

讲稿0-25、MCS-51系列单片机：(P20-21或P29-30页)

MCS-51系列单片机典型代表是8051、8751、8031。

8051：内部含8位CPU,4K字节ROM,128个字节RAM，21个特殊功能寄存器,4个8位并行I/O口,1个全双工串行口，2个16位定时器/计数器。另还有5个中断源、2个优先级,1个布尔处理器64KB程序存储器地址空间,64KB外部数据存储器地址空间,片内振荡器,它是一个完整的计算机。

8751：它以4K字节的EPROM代替8051的4K字节ROM。

8031：它是内部无ROM的8051。

第二章MCS-51系统硬件结构

一、MCS-51的总体结构（P32页）

MCS-51的总体结构框图如图所示。

VccP1P08051/8052P3P2RSTALEXTAL1PSENXTAL2EAVssI/OI/OI/OI/O8051引脚二、微处理器(中央处理器CPU)P31页

微处理器由运算器和定时控制逻辑等部件构成， 它是单片机内的核心部件。

1、运算器

由算术逻辑部件ALU、累加器A、寄存器B、暂

存器、程序状态字PSW、十进制调整电路以及

布尔处理器等组成。

运算器用来实现数据的算术逻辑运算、位处理

和数据传送等操作。

2、定时控制逻辑

定时控制逻辑用来产生操作时序信号，它是单片

机的心脏。

A、时钟电路：（P32-33页）

MCS-51芯片内有一个由反向放大器所构成的振荡

电路。XTAL1为振荡电路的输入端，XTAL2为输出

端。通常晶振频率为1·2MHZ～12MHZ

B、时序：（P47-48页）时序图B、时序：（P47-48页）CPU在执行指令时，是将一条指令分解为若干基本的微操作，这些微操作所对应的脉冲信号在时间上的先后次序。

51单片机的时序由四种周期构成，即振荡周期、状态周期、机器周期、指令周期。①、振荡周期：振荡脉冲周期。②、状态周期：2个振荡周期为一个状态周期，也称为时钟周期，用S表示。

③、机器周期

机器周期是指CPU与存储器进行一次通信所需的时

间。MCS-51的每个机器周期由6个S状态组成，每 个状态周期由2个P节拍(或相位)组成，每个节拍

(或相位)持续一个振荡器周期。

若F晶=6MHZ，则每个机器周期为2μS。

则：1机器周期（时间）=12×1/F晶(μS)

④、指令周期

指令周期是指执行一条指令所需的时间。

在MCS-51的指令系统中，指令周期为1、2、4个机 器周期。设F晶=6MHZ，则指令执行时间分别为 2μS、4μS、8μS。

⑤、ALE信号(允许地址锁存信号)的频率（P34页）

ALE信号频率为F晶/6

见时序图

3、复位和复位电路（P33-34页）

A、复位：

在复位输入端加上高电平，MCS-51将被初始化复位，

此时有关寄存器状态如下：

PC：0000H

SP：07H

PO-P3：0FFH

A.B.PSW.IP.IE：00H

TMOD.TCON.TH0.TL0.TH1.TL1.SCON：00H

DPTR：0000H

RES端由高变低后，MCS-51将退出复位，从0000H开始

执行程序。

B、复位电路：

系统复位电路：

三、存储器

单片机的程序存储器、内部数据存储器、外部数据

存储器的空间是相互独立的。

程序存储器用于存放编好的程序和数据表格。数据

存储器用来作为数据缓冲器、堆栈、工作寄存器以

及软件标志等。

四、输入/输出（I/O）口(P35-37页)

MCS-51有四个双向的8位I/O口P0-P3。

1、P1口(P36页)

P1口为准双向口，每一位的结构如图所示。它可独 立地用作输入线或输出线，作为输入线，必须将1写 入口锁存器，使T1截止。

2、P3口(P37页）

P3口为准双向口，每一位的结构如图所示。

P3口为双功能口。

3、P2口(P36-37页）

P2口为准双向口，每一位锁存器驱动的结构如图示。

P2口可以作为I/O口使用，也可作为扩展系统的地址

总线口使用，输出高8位地址。

4、P0口(P35-36页）

P0口为三态双向口，每一位的结构如图所示。

对于8051/8751，它可作I/O口用，也可作地址、数据总线口；对于8031，它只能作地址、数据总口。五、MCS-51的引脚说明

MCS-51单片机采用40引脚双列直插方式封装，其引

脚信号功能如下：

1、电源引脚

Vcc：(40)＋5VVss：(20)接地

2、外接晶体引脚

XTAL1(19)XTAL2(18)

3、I/O引脚

P0.0-P0.7(39-32)

P1.0-P1.7(1-8)

P2.0-P2.7(21-28)

P3.0-P3.7(10-17)

4、控制引脚

RST(9)：复位信号，输入、高电平有效。

ALE(30)：允许地址锁存信号，输出，高电平有效。

用于锁存外存地址的低8位字节，它还可

作为外输出的时钟，其频率约为振荡器晶

振频率的1/6。

PSEN(29)：外程序存储器读选通信号，输出，低电

平有效。

EA(31)：程序存储器内外选择信号，输入。

EA为高时：

PC值为0000～0FFFH：访内部程序存储器。

PC值为1000～FFFFH：访外部程序存储器

EA为低时：只访外部程序存储器六、系统扩展逻辑设计的三总线结构（P38-39页MCS-51系统构成采用三总线：地址总线、数据总线、控制总线。1、地址总线：A0～A15（16位）MCS-51系统可扩展64KB外部程序存贮器和64KB外部数据存贮器，因此系统必需提供16位地址总线；P0口作为地址/数据复用口，分时输出外存贮器的低8位地址A0～A7和传送数据D0～D7；在访问外部程序存贮器时，P0口输出外存贮器的低8位地址A0～A7；P2口输出外存贮器的高8位地址A8～A15，从而构成系统的16位地址。2、数据总线：D0~D7（8位）P0口作为地址/数据复用口，分时输出外存贮器的低8位地址A0～A7和传送数据D0～D7；在访问外部程序存贮器期间，P0口作为数据总线读入外部程序存贮器中的内容；当访问外部数据存贮器时，读DR、写WR信号有效时，P0口作为数据总线，将外存贮器内容读入或向外存贮器写入数据。3、控制总线（12位）系统控制总线共12根，即P3口的第二功能状态加上控制线RESET、EA、ALE和PSEN。

P0,P2口作为地址/数据总线口使用时，其总线结

构如下图所示

作业：1、8051内部含有——位CPU，——个字节RAM，——个特殊功能寄存器，——字节ROM，——个8位并行口，——个全双工串行口，——个16位定时器。8031内部无——，其他都有。2、CPU是计算机核心部件，CPU的工作是不断地取指令和执行指令：①什么是机器周期？②什么是指令周期？③1个机器周期由——个S状态组成，每个S状态周期由——个P节拍组成，每个P节拍为——时钟周期（振荡周期）。若采用6MHz的晶体振荡器，则1个机器周期为——us，需要2个机器周期完成的指令，其指令周期为——us。3、MCS-51系统初始化复位，复位后下列有关寄存器状态为何值？

PC、SP、P0、P1、P2、P3、A、B、PSW、IP、IE、TMOD、TCON、TH0、TL0、TH1、TL1、SCON、DPTR。4、在实际应用中，MCS-51系统需要扩充外部程序存序贮器或外部数据存贮器，通常四个口：P0——P3的用法：P0.0~P0.7作为输出外存贮器的——；P1.0~P1.7作为——口；P2.0~P2.7作为输出外存贮器的——；P3.0~P3.7作为——功能用。第三章MCS-51存储器组织

MCS-51系列单片机有5个独立的存贮空间:●64K字节程序存贮器空间(0000H～FFFFH）；●256字节内部RAM空间（00H～FFH）；●128字节内部特殊功能寄存器空间（80H～FFH）；●位寻址空间（00H～FFH）；●64K字节外数据存贮器空间（RAM/IO统一编址）(0000H～FFFFH）。MCS-51系列单片机的存储器组织结构如下图所示：(P39-40页)

一、程序存储器(P39-40页)

程序存储器空间为64K。

扩充的外程序存储器与MCS-51单片机的连接电路如下图示：

二、内部数据存储器(P41)

MCS-51单片机内部有128个字节数据存储器，内部

RAM的编址为00H-7FH。不同的地址区域，其功能不

完全相同。7FH数据缓冲区30H2FH位寻址区00-7FH20H1FH工作寄存器区3R0-R718H17H工作寄存器区2R0-R710H0FH工作寄存器区1R0-R708H07H工作寄存器区0R0-R700H

1．寄存器区(P42页）

工作寄存器和数据存储器统一编址。当前程序使

用的工作寄存器是由程序状态字PSW的3、4位确定

的。PSW的状态和工作寄存器区对应关系如表示：PSW.4PSW.3当前使用的工作寄存器区000区011区102区113区

CPU通过程序修改PSW中的3、4位状态，就能任选一个工作寄存区，这使单片机具有快速保护现场之功能。

2．位寻址区(P42-43页）

内部RAM的20H-2FH为位寻址区，这16个单元的每一

位有一个8位地址.可由程序直接进行位处理。同样，

位寻址区的RAM单元也可作为一般存储单元使用。

3．堆栈区(P43页）

MCS-51的堆栈原则上可设在RAM的任意区域内，但一

般设在30H-7FH范围内。其栈顶位置由SP指出。

4．数据缓冲区(P43页）

内部RAM的30H-7FH单元可作为一般存储单元使用。

三、特殊功能寄存器(P43-47页专用寄存器)

MCS-51的I/O锁存器、定时器、串行口数据缓冲器以

及各种控制寄存器和状态寄存器都以特殊功能寄存器

形式出现。它们离散分布在80H-FFH地址空间，其特

殊功能寄存器的地址如下表所示。

P080H口0P190H口1SP81H栈指针SCON98H串行口控制寄存器DPL82H数据指针低8位SBUF99H串行口数据寄存器DPH83H数据指针高8位P2A0H口2PCON87H掉电控制寄存器IEA8H中断使能控制寄存器TCON88H定时器控制寄存器P3B0H口3TMOD89H定时器方式寄存器IPB8H中断优先级寄存器TL08AH定时器0低寄存器PSWD0H程序状态字TL18BH定时器1低寄存器ACCE0H累加器TH08CH定时器0高寄存器BF0H寄存器(用于×÷中)TH18D定时器1高寄存器四、位寻址空间(P42页)

MCS-51的位地址空间为00－FFH，其中00－7FH为内部RAM中20H-2FH的16个单元的128位。凡是字节地址能被8整除的特殊功能寄存器都具有位地址（特殊功能寄存器的字节地址的低4位为0或8的具有位地址）。位地址表如下表所示：字节地址位7(D7)位0(D0)20H07H00H………2FH7FH78H80H(P0)87H80H………E0H(ACC)E7HE0HF0H(B)F7HF0H五、外数据存储器和I/O口(P47页)

MCS-51的外部数据存储器寻址空间为64K，其外部

I/O口与外部数据存储器统一编址，即把外设作为外部数据存储器的一部分。对外部数据存储器采用间接寻址方式。其R0、R1、DPTR都可作间址寄存器使用。R0、R1的寻址范围为256B，DPTR为64KB。

MCS-51单片机能对位地址空间中的位直接寻址，执行置位、清“0”、取反、“0”跳、“1”跳等操作。作业：1、MCS-51系列单片机有——个相互独立的存贮空间。2、MCS-51系列单片机程序存贮器空间为——；外部数据存贮器空间为——；位寻址空间——，特殊功能寄存器空间——。3、MCS-51单片机内部有128个字节数据存贮器，地址为——，其中00H~07H为