第二章(上册)MCS-51单片机的硬件结构-单片微型计算机原理与接口技术

第二章

MCS-51单片机的硬件结构

2.1MCS-51单片机的组成及工作原理2.2存储器

2.1.2MCS-51单片机的引脚功能

2.1.1MCS-51单片机的结构与特点2.1.3振荡器、时钟电路和CPU时序

2.1.5复位和低功耗操作

2.1.4并行I/O端口

2.1.1MCS-51单片机的结构与特点

1、MCS-51单片机的基本组成

单片机内部包含了下列几个部件：

·一个8位CPU

·一个片内振荡器及时钟电路

·4K字节程序存储器

·128字节数据存储器

·两个16位定时器/计数器

·一个可编程全双工串行口

·四个8位可编程并行I/O端口

·64K字节外部数据存储器和64K字节程序存储器扩展控制电路

·五个中断源；两个优先级嵌套中断结构2、MCS-51单片机处理器及

内部结构

1.运算器

2.程序计数器PC

3.指令寄存器

4.工作寄存器区

5.专用寄存器区

6.堆栈

7标志寄存

3、MCS-51单片机系列

2.1.2MCS-51单片机的引脚功能

1、主电源引脚：Vcc和Vss

2、外接晶体引脚XTAL1和XTAL2

3、控制或其它电源复用引脚

RST/VPD

、ALE/

PROG、PSEN、EA/VPP

4、输入/输出引脚P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7、P3.0～P3.7

（1）P0.0～P0.7

P0是一个8位漏极开路型双向I/O口。在访问外部存储器时可作为地址（低8位）/数据分时复用总线使用。作为地址/数据分时复用总线时，在访问存储器期间它能激活内部的上拉电阻，此时P0成为一个双向口。在EPROM型单片机编程时，P0接收指令，而在验证程序时，则输出指令。验证时，要求外接上拉电阻。P0能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL电路。

（2）P1.0～P1.7（1～8）P1是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。在对EPROM型单片机编程和验证程序时，它接收低8位地址。P1能驱动（吸收或输出电流）4个

LSTTL电路。

（3）P2.0～

P2.7（21～28）P2是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。在对EPROM型单片机编程和程序验证期间，它接收高8位地址。P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LSTTL电路。

（4）P3.0～P3.7（10～17）P3内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。P3能驱动（吸收或输出电流）4个LSTTL电路，P3每个引脚分别具有第二功能。

P3各口线的第二功能

口线第二功能

P3.0RXD（串行口输入）

P3.1TXD（串行口输出）

P3.2INT0（外部中断0外部输入）

P3.3INT1（外部中断1外部输入）

P3.4T0（定时器/计数器0外部输入）

P3.5T1（定时器/计数器1外部输入）

P3.6WR（外部数据存储器写选通）

P3.7RD（外部数据存储器读选通）

2.1.3振荡器、时钟电路和CPU时序

1、振荡器、时钟电路

石英晶体可以在1.2Ｍ至12Ｍ之间选择，外接电容的值虽然没有严格的要求。

采用外部振荡器来产生时钟。

2、CPU时序

2.1.4并行I/O端口1、P0口

2、P1口

3、P2口4、P3口

2.1.5复位和低功耗操作

1、复位

硬件复位电路

寄存器内容寄存器内容

PC0000HTH000HACC00HTL000HB00HTH100HPSW00HTL100HSP07HTH200HDPTR0000HTL200HP0～P30FFHRLDH00HIP××000000BRLDL00HIE0×000000BSCON00HTMOD00HSBUF不确定TCON00HPCON0×××0000B

2、低功耗操作（1）待机方式

（2）

掉电方式2.2存储器

2.2.1半导体存储器

一、只读存储器ROM

①掩膜编程的ROM

②现场编程ROM（PROM）

③可改写的现场编程ROM（EPROM）

EPROM又可分为两种，即用紫外线擦除的EPROM，简称UV—EPROM（Ultraviolet-ErasableProgrammableROM）。另一种为电擦除的EPROM，简称EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableRom）。

二、随机存取存储器RAM

①静态RAM

②动态RAM2.2.2MCS-51单片机存储器的配置和组织

从物理地址空间分析，MCS—51有4个存储器空间：片内程序存储器和片外程序存储器以及片内数据存储器和片外数据存储器。

从逻辑地址空间分析，MCS—51有3个存储器空间：片内外统一的64KB的程序存储器地址空间，256B（对51子系列）或384B（对52子系列）的内部数据存储器地址空间（其中128B的专用寄存器地址空间），以及64KB的外部数据存储器地址空间。

1、程序存储器

64KB程序存储器中有7个单元具有特殊功能。0000H单元，MCS-51系统复位后程序计数器PC的内容为0000H，

中断源入口地址外部中断0定时器/计数器0溢出中断外部中断1定时器/计数器1溢出中断串行口*定时器/计数器2溢出或T2EX（P1.1）端负跳变时0003H000BH0013H001BH0023H002BH2、内部数据存储器

内部数据存储器在物理上又可以分为3个不同的块：00H～7FH（0～127）单元组成的低128字节的RAM块；80H～0FFH（128～255）单元组成的高128字节的RAM块（仅为52子系列所有）；以及80H～0FFH（128～255）高128字节的专用寄存器块（SFR）。在51子系列中，只有低128字节的RAM块和高128字节的专用寄存器块。

52子系列中，高128字节的RAM块与专用寄存器块的地址是重合的。究竟访问哪一块是通过不同的寻址方式加以区分。访问高128字节RAM时采用寄存器间接寻址方式，访问SFR块时则只能采用直接寻址方式。访问低128字节RAM时，两种寻址方式都可以采用。1.内部RAM2.专用寄存器部份专用寄存器的功能

（1）程序计数器PC（2）累加器ACC（3）B寄存器（4）程序状态字PSW

CY（PSW·7）进位标志

AC（PSW·6）辅助进位标志

F0（PSW·5）标志0RS1、RS0（PSW·4、PSW·3）寄存器区选择控制位

OV（PSW·2）溢出标志

PSW·1是保留位，未用

P（PSW·0）奇偶标志

（5）堆栈指针SP

（6）数据指针DPTR

（7）端口P0～P3专用寄存器P0、P1、P2、P3分别是I/O端口P0～P3的锁存器。（8）串行数据缓冲器SBUF

（9）定时器/计数器

TH0，TL0，TH1，TL1，TH2，TL2

（10）其它控制寄存器IP、IE、TMOD、TCON、T2CON、SCON和PCON

2.2.3程序存储器的扩展

MCS—51系统中，除了8051/8751内部驻留4KB的ROM/EPROM，8052/8752内部驻留8KB的ROM/EPROM外，其余型号的芯片内部均无程序存储器。即使内部具有程序存储器的芯片其容量也很小，因此实际应用中就可以利用其能对外部64KB的程序存储器寻址的能力进行外部扩展程序存储器。一、外扩8KB的EPROM外扩8KB程序存储器2764（EPROM）硬件连接图