51系列单片机的结构及原理1课件

课前提问2、微型计算机系统采用总线结构。按功能可将总线分为哪几种？1、微型计算机的硬件（即通常所说的主机）主要有哪几部分组成？7/25/202311.2.1进位计数制及其转换1.2.2计算机中的编码

1.2计算机中的数制与编码

了解各种计数制的特点及表示方法；掌握各种计数制之间的相互转换。掌握码制的概念、BCD码和ASCII码7/25/20232十进制——符合人们的习惯。D，Decimal二进制——便于物理实现。B，Binary十六进制——便于识别、书写。H，Hexadecimal

常用进位计数制：

1.2.1进位计数制及其转换

我们每天都在和数字打交道，大家最熟悉的数制是十进制数，它有0～9十个基本的数码、逢10进1。计算机识别、记忆0、1组成的数。二者之间如何沟通？

7/25/20233一般地，对任意一个K进制数S都可表示为:其中：

Si

--

S的第i位数码，可以是K个符号中任何一个；

n,m–

整数和小数的位数；

K

--

基数；

Ki

--K进制数的权1.任意K进制数的表示

1.2.1进位计数制及其转换7/25/20234

1.2.1进位计数制及其转换表1-1

数0～15的四种不同进位制的表示对照十进制数二进制数八进制数十六进制数十进制数二进制数八进制数十六进制数00000B0Q0H81000B10Q8H10001B1Q1H91001B11Q9H20010B2Q2H101010B12QAH30011B3Q3H111011B13QBH40100B4Q4H121100B14QCH50101B5Q5H131101B15QDH60110B6Q6H141110B16QEH70111B7Q7H151111B17QFH7/25/20235非十进制数→

十进制数：

规则：

按相应的权表达式展开，再按十进制求和。例1-1：

24.AH=2×16+4×160+A×16-1=36.625注：A～F分别用10～15代入2.进制数之间的转换

1.2.1进位计数制及其转换例1-2：1011.101B转换为十进制数。7/25/20236十进制→二进制：规则：整数：除以2、取余数，余数逆序排列；小数：乘以2、取整数，整数顺序排列。十进制

→

十六进制：规则：整数：除以16、取余数，余数逆序排列；小数：乘以16、取整数，整数顺序排列。

1.2.1进位计数制及其转换注：十进制转换成任意K进制数与上类似，整：除以

K取余，小数：乘K取整。7/25/20237

1.2.1进位计数制及其转换【例题1-2】

将十进制数123.375转换为二进制数。解：依照上述基本方法有

整数部分小数部分—————————————————————

123/2=61余数=10.375×2=0.75整数部分=061/2=30余数=10.75×2=1.5整数部分=130/2=15余数=00.5×2=1.0整数部分=115/2=7余数=17/2=3余数=13/2=1余数=11/2=0余数=1

最终转换结果（123.375）10=(1111011.011)2

7/25/20238

1.2.1进位计数制及其转换【例题1-4】

将十进制数455.65625转换为十六进制数。解：整数部分小数部分

—————————————————————455/16=28余数=70.65625×16=10.50000整数部分=10(A)28/16=1余数=C0.5×16=8.00000整数部分=81/16=0余数=1最终转换结果（455.65625）10=(1C7.A8)16

7/25/20239

1.2.1进位计数制及其转换二进制数与十六进制数之间的转换1位十六进制数可用4位二进制数来表示，这样二进制数与十六进制数之间的转换就很方便。二进制数→十六进制数方法是：从小数点开始，向左和向右把整数和小数部分每4位分为一组。整数部分最高位的一组不足4位，在其左边补0到4位；小数部分最低位的一组不足4位，在其右边补0到4位。然后将每组二进制数用对应的十六进制数代替，即得到转换结果。十六进制数→二进制数方法与二进制数到十六进制数转换过程相反，将每一位十六进制数用对应的4位二进制数取代即可。7/25/202310

1.2.1进位计数制及其转换二进制数→十六进制数(1,1110,1111.1001)2=(1EF.9)16十六进制数→二进制数(679)16=(011001111001)2

4位二进制对应1位十六进制7/25/202311第2章：51系列单片机的结构及原理

2.151系列单片机的结构原理2.2

51系列单片机的存储器组织2.3

51系列单片机的输入/输出口2.4

51系列单片机的时钟电路与时序2.551系列单片机的复位电路2.6低功耗工作方式与看门狗定时器7/25/202312【基本知识点与要求】理解51系列单片机的内部结构、基本组成、访问存储器的时序。(2)熟练掌握51系列单片机的引脚与功能。(3)熟练掌握51系列单片机的存储器组织与I/O接口的特点、操作方法。(4)熟练掌握51系列单片机的时钟电路、时序及其相关概念和复位电路。【重点与难点】

重点是51系列单片机的内部资源、外部引脚与功能、存储器组织、时钟电路、时序和复位电路。难点是内部数据存储器及高128B数据存储单元与SFR区域的区别与使用方法，访问片外ROM/RAM的指令时序。第2章：51系列单片机的结构及原理

7/25/2023132.1

51系列单片机的结构2.1.1

51系列单片机的基本组成

2.1.2

51系列单片机的内部结构

2.1.3

51系列单片机的引脚及功能【重点与难点】

重点是51系列单片机的内部资源、外部引脚与功能。

难点是51系列单片机外部引脚的功能。7/25/2023141.

一个8位CPU；2.4KB片内程序存储器；3.128个字节的片内数据存储器；4.4个8bit并行I/O口P0~P3；5.2个16位定时器/计数器T0、T1；6.1个全双工串行I/O接口，可多机通信。7.片内中断处理系统：5个中断源，2级中断优先级；8.时钟电路。

89C52的变化，8KFlashROM代替4kROM,RAM增加到256B,增加了一个16bit定时/计数器（

T2）。2.1.151系列单片机的基本组成7/25/20231551系列单片机的结构框图①②③④4个8位并行I/O口④④④④⑤⑥⑤

2个16位的定时器/计数器⑦⑧⑦

5个中断源，2级优先级嵌套8位数据总线地址总线7/25/2023167/25/2023171.中央处理单元CPU

CPU是单片机的控制指挥中心，由运算器和控制器两大部分组成。一个8位CPU；（1）运算器：以算术/逻辑运算单元ALU为核心，由累加器ACC(简称A)、寄存器B和程序状态字寄存器PSW等部件组成。主要完成:算术运算（加、减、乘、除等）、逻辑运算（与、或、异或）、位运算（位置“1”、置“0”和取反）和数据传送等操作，运算结果的状态由PSW保存。

2.1.251系列单片机的内部结构下面介绍图2-1中片内各功能部件。7/25/202318（2）控制器由程序计数器PC、指令译码器ID、指令寄存器IR、数据指针DPTR、堆栈指针SP

、缓冲器和定时控制电路等部件组成。主要任务是识别指令，产生相应的操作时序和控制信号，协调单片机各部分正常工作。

2.数据存储器RAM

51系列单片机存储器空间有程序存储器和数据存储器两个独立的空间，这种形式为哈佛结构（分别独立编址）。

51系列单片机有128B的片内数据存储器RAM（52子系列为256B）、片外可扩展64KB；RAM用来存储单片机运行期间的工作变量、运算中间结果、数据暂存和标志位等。2.1.251系列单片机的内部结构目前大部分通用微型计算机：RAM和ROM统一编址(普林斯顿结构)7/25/2023193.程序存储器ROM51系列单片机有4KB可在系统编程的程序存储器ROM，片外可扩展到64KB。8031无此部件。用来存储程序。4.I/O接口

51系列单片机有4个8位并行I/O接口：P0口、P1口、P2口和P3口。CPU通过内部总线对I/O接口中的寄存器进行读写。5.定时器/计数器

51系列单片机有2个16位定时器/计数器T0、T1（52子系列有3个），4种工作方式。6.串行口

1个全双工的异步串行I/O口，具有4种工作方式。可进行串行通信，扩展并行I/O口，还可与多个单片机构成多机系统。另外，还有中断系统、时钟电路。

2.1.251系列单片机的内部结构7/25/202320

40只引脚双列直插封装（DIP）44只引脚方形封装方式（4只无用）2.1.3

51系列单片机引脚及功能

40只引脚按功能分为3类：（1）电源及时钟引脚:

Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2。4根（2）控制引脚：、

ALE、、RESET

（即RST）。4根

（3）输入/输出I/O口引脚：P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口引脚。

32根7/25/202321电源及时钟引脚Vcc（+5V）电源输入端电源引脚（2根）（1）Vcc，（第40引脚）：电源端，接+5V电源。（2）Vss

（第20引脚）：接地引脚，有时标记为GND。Vss（GND）共用接地端7/25/202322电源及时钟引脚1、当使用内部振荡电路时，

XTAL1（第19引脚）和XTAL2（第18引脚）分别用做晶体振荡电路的反相器输入端和输出端。这两个端子用来外接一个石英晶体或陶瓷振荡器，构成一个自激振荡器。常用的时钟电路有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。7/25/202323单片机XTAL1XTAL21918C1C2电容C1、C2通常选20~30PF左右振荡频率1.2MHz~12MHz晶振内部时钟方式电路C1、C2取值对振荡频率输出大小、稳定性及振荡电路的起振速度有一定的影响。通常外接一个晶振两个电容内部时钟方式7/25/202324CHMOS型2、当采用外部振荡器时，可直接将外部振荡脉冲接入XTALl或XTAL2。HMOS和CHMOS单片机外时钟信号接入方式不同，如表所示。HMOS型外部时钟方式7/25/2023252.控制引脚（4根）（1）RST/VPD(RESET，9脚)RST为复位信号输入端，高电平有效；正常工作时，此脚电平应≤0.5V。

VPD为内部RAM的备用电源输入端。当主电源Vcc一旦发生断电或电压降到一定值时，可通过VPD为单片机内部RAM提供电源，以保护片内RAM中的信息不丢失，使单片机上电后能继续正常运行。出现持续时间大于2个机器周期以上的高电平时，单片机复位注意：单片机复位后，程序计数器PC的内容为0000H（该单元存放一条跳转指令，跳向主程序入口地址）。7/25/202326复位可分为上电复位、按键复位两种方式。利用电容器的充放电，加给RST引脚一个短的高电平信号来实现的。为保证系统可靠复位，RST引脚上的高电平必须维持足够长的时间。RST引脚上的高电平持续时间取决于电容C充电时间。通常时钟频率为6MHz时，C取22μF，R取1KΩ。上电复位电路按键复位的电路7/25/202327EA/VPP(31)PSEN(29)名称功能片外ROM读选通信号输出引脚，输出低电平有效。通过P0口读回指令或常数。常与片外ROM的OE(输出允许)引脚相连内外ROM选择控制引脚/编程电压EA=0时，选片外ROM；1，地址小于4k时，选片内ROM地址大于4k时，选片外ROMP0口是数据/地址复用口P0口传输数据信息P0口输出地址信息锁存地址ALE/PROG(30)地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入端如8031芯片该引脚接地其他3个控制引脚为数据总线/低8位地址总线为高8位地址总线P0口P2口7/25/202328

3.输入/输出引脚（32根）（1）P0口（P0.0～P0.7，第39～32引脚）作双向I/O口使用或者作为低8位地址总线/数据总线分时复用。第一功能：是一个8位的双向I/O口，这时P0口可看成用户的数据总线；第二功能：当外扩存储器及I/O接口芯片时，P0口作为低8位地址总线及数据总线的分时复用端口。在访问外部存储器时，先用做地址总线，再用做数据总线。7/25/202329（2）P1口（P1.0～P1.7，第1～8引脚）：P1口的第一功能是作为准双向I/O口使用。第二功能用户可通过编程自定义。（3）P2口（P2.0～P2.7，第21～28引脚）：P2口作为一般的准双向I/O口使用或者高8位地址总线输出引脚。第一功能：一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。第二功能：当外扩存储器或I/O接口芯片时，P2口作为高8位地址总线使用。和P0口一起组成16位片外存储器的地址总线，可访问64KB存储空间。作为输入口时，应先向该口写入“1”7/25/202330（4）P3口（P3.0～P3.7，第10～17引脚）：P3口一般作为准双向I/O口使用或者第二功能引脚。

P3口通常使用其第二功能。7/25/202331引脚第二功能符号第二功能描述P3.0(10)RxD串行通信数据接收引脚P3.1(11)TxD串行通信数据发送引脚P3.2(12)外部中断0请求信号输入引脚，低电平有效P3.3(13)外部中断1请求信号输入引脚，低电平有效P3.4(14)T0定时/计数器0外部计数脉冲输入引脚P3.5(15)T1定时