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第2章 单片机的结构原理与 简单应用 （课时：10学时） 教学目的 了解单片机的内部结构与主要型号。 掌握单片机引脚信号功能定义。 掌握单片机的存储器空间分配及各I/O口的特点。 掌握单片机的复位电路、时钟电路及指令时序。 利用单片机的I/O口实现循环灯的控制。 第2章 单片机的结构原理与简单应用 2.1 单片机的结构与原理 2.2 单片机的存储器 2.3 单片机的输入/输出端口 2.4 时钟电路 2.5 复位电路 2.6 常用单片机功能简介 本章小结 习题 2.1 单片机的结构与原理 2.1.1 8051单片机的基本组成 2.1.2 8051单片机的内部结构 2.1.3 8051单片机的引脚及功能 2.1.4 单片机的工作原理 2.1.1 8051单片机的基本组成 MCS-51是美国Intel公司的8位高档单片机系列，也是我国目前应用最为广泛的一种单片机系列。8051/80C51是整个MCS-51系列单片机的核心，该系列其他型号的单片机都是在这一内核的基础上发展起来的。 MCS-51单片机系列分为51和52子系列，并以芯片型号的末位数字加以标识。其中，51子系列是基本型，而52子系列是增强型。 单片机型号带有字母“C”的，表示该单片机采用的是CHMOS工艺，具有低功耗的特点。 8051的功耗为630mW，而80C51的功耗只有120mW。 MCS-51系列单片机技术参数表 2.1.1 8051单片机的基本组成 8051单片机的结构框图如下图所示，可以看出，在一块芯片上集成了一个微型计算机的主要部件，它包括以下几部分： 1个8位微处理器(CPU)。 1个时钟电路。 4KB程序存储器。 256B数据存储器。 2个16位定时/计数器。 64KB扩展总线控制电路。 4个8位并行I/O接口P0～P3。 1个全双工串行I/O接口。 5个中断源，其中包括2个优先级嵌套中断。 8051单片机结构框图 2.1.2 8051单片机的内部结构 CPU即中央处理器，是单片机的核心部件，是计算机的控制指挥中心。同微型计算机CPU类似，8051内部CPU由运算器和控制器两部分组成。 运算器电路以算术逻辑单元(ALU，Arithmetic Logic Unit)为核心，由暂存器1、暂存器2、累加器(ACC，Accumulator)、寄存器B、程序状态寄存器(PSW，Program Status Word)及布尔处理机共同组成。它的主要任务是完成算术运算、逻辑运算、位运算和数据传送等操作，运算结果的状态由程序状态寄存器(PSW)保存。 控制器电路包括程序计数器(PC)、PC增1寄存器、指令寄存器(IR)、指令译码器(ID)、数据指针(DPTR)、堆栈指针(SP)、缓冲器及定时控制电路等。控制器电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。 8051单片机内部结构图 2.1.3 8051单片机的引脚及功能 MCS-51单片机的封装形式有两种，一种是双列直插式(DIP)封装，另一种是方形封装。 8051的40个引脚可分为： 电源引脚2根 时钟引脚2根 控制引脚4根 I/O引脚32根 由于8051单片机是高性能的单片机，同时受到引脚数目的限制，所以有部分引脚具有第二功能。 8051单片机引脚图 8051引脚的功能描述（一） 电源引脚(2根) VCC(40脚)：电源端，接+5V电源。 VSS(20脚)：接地端。 时钟引脚(2根) XTAL1(19脚)：接外部晶振和微调电容的一端。采用外部时钟电路时，对HMOS型工艺的单片机，此引脚应接地；对CHMOS型而言，此引脚应接外部时钟的输入端。 XTAL2(18脚)：接外部晶振和微调电容的另一端。使用外部时钟时，对HMOS型工艺的单片机，此引脚应接外部时钟的输入端；对CHMOS型而言，此引脚悬空。 8051引脚的功能描述 （二） 控制引脚(4根) RST/VPD(9脚)：复位信号/备用电源输入引脚。 当RST引脚保持两个机器周期的高电平后，就可以使8051完成复位操作。该引脚的第二功能是VPD，即备用电源的输入端，具有掉电保护功能。若在该引脚接+5V备用电源，在使用中若主电源VCC掉电，可保护片内RAM中的信息不丢失。 ALE/PROG (30脚)：地址锁存允许信号输出/编程脉冲输入引脚。当CPU访问片外存储器时，ALE输出信号控制锁存P0口输出的低8位地址，从而实现P0口数据与低位地址的分时复用。当8051上电正常工作后，自动在ALE端输出频率为fosc/6的脉冲序列(fosc代表振荡器的频率)。 该引脚的第二功能PROG是