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第2章 51单片机的基本结构及工作原理基础知识 5l系列单片机的典型产品主要在有无ROM、存储器容量、定时器/计数器和中断源数目以及制造工艺等方面有所区别。例如，805l内部有4KB ROM，8751内部有4kEPROM，803l片内无ROM，89C51内部有4KB的FlashROM,除此之外，它们的内部结构及引脚完全相同。本章以805l为例介绍51单片机的硬件结构、性能、工作原理，重点介绍CPU、定时控制部件、时序、输入/输出接口、RAM、ROM等功能部件的结构、特性、应用以及最小应用系统的组成等。 2.1 51单片机的内部结构和信号引脚 本节以805l为例介绍单片机的基本组成，重点介绍单片机引脚及功能。 2.1.1 51单片机内部组成 8051单片机内部由8位CPU、4kB的程序存储器ROM、256B的数据存储器RAM、两个l6位的定时／计数器T0和T1、时钟电路、4个8位的I／O端口(P0、P1、P2、P3)、可编程串行接口、扩展总线控制电路以及中断控制电路等功能部件组成。其中时钟电路与外时钟组成了定时控制部件。图2-1为MCS—51系列单片机的功能框图。各组成部分简单介绍如下。 （1）中央处理器（CPU） 中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。MCS-5l的CPU能处理8位二进制数和代码。 （2）内部数据存储器（内部RAM） 8051芯片中RAM有256B的存储单元，地址范围为00H~FFH（256B），是一个多用途多功能数据存储器，有数据存储、通用工作寄存器、堆栈、位地址等空间。 RAM有128B的存储单元被专用寄存器占用，供用户使用的只有前128B的存储单元，用于读写数据。因此，通常所说的内部数据存储器就是指前128B的存储单元，简称内部RAM。 （3）内部程序存储器（内部ROM） 8051单片机内部共有4kB的掩模ROM（51系列为4KB，52系列为8KB），用于存放程序、原始数据或表格，因此，称为程序存储器，简称内部ROM。 地址范围为0000H~FFFFH（64KB）。 （4）定时器/计数器 8051单片机内部共有两个16位的定时计数器，即定时器0和定时器1，以实现定时或计数功能，并以其定时和计数结果对单片机进行控制。 （5）并行 I／O端口 MCS-51单片机内部共有4个8位的I／O端口(P0、P1、P2、P3)，P0口为三态双向口，能带8个TTL门电路，P1、P2和P3口为准双向口，负载能力为4个TTL门电路。每一条I/O线都能独立地用作输入或输出，以实现数据的并行输入输出。 （6）串行口 MCS-51有一个全双工的串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通讯收发器使用，也可作为同步移位器使用。 （7）中断控制系统 MCS-51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。 8051单片机内部共有5个中断源，即外中断2个，定时计数中断2个，串行中断1个。全部中断分为高级和低级共两个优先级别。 （8）时钟电路 MCS-51单片机内部设置有时钟电路。它与外时钟组成了定时控制部件，为单片机产生时序脉冲序列。石英晶体和微调电容需外接。MCS-51系统所允许的晶振频率一般为6MHz和12MHz。 （9）总线 MCS-51单片机内部采用内部扩展总线结构。以上所有组成部分都是通过总线连接起来，从而构成一个完整的单片机。系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。 MCS-51虽然只是一个集成芯片，但它已经包括计算机应该具有的基本部件，已经是一个微型机系统了。 2.1.2 51的CPU结构 图 2-2为8051单片机内部结构图。单片机内部最核心的部分是一个8位高性能微处理器CPU，它是单片机的心脏和头脑。CPU的主要功能是读入并分析每条指令，根据各指令的功能产生各种控制信号，控制存储器、输入／输出端口的数据传送、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等。CPU从功能上可分为控制器和运算器两部分。下面分别介绍这两部分的组成及功能。 1 . CPU的控制器 控制器由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制逻辑电路等组成。主要功能是对来自存储器中的指令进行译码，通过定时控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部控制信号，协调各功能元件的工作，完成指令所规定的功能。控制器