单片机原理、接口与c51应用程序设计第2章mcs51系列单片机的硬件结构.ppt

第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 　2.1 MCS-51系列单片机简介　　MCS-51系列单片机的典型芯片是8031、8051、8751。8051内部有4 KB ROM，8751内部有4KB EPROM，8031内部无ROM，除此之外，三者的内部结构及引脚完全相同。其主要特点如下：　　◆ 具有8位CPU。　　◆ 片内带128 B的数据存储器。　　◆ 片内带4 KB的程序存储器。　　◆ 程序存储器的寻址空间为64 KB。　　◆ 片外数据存储器的寻址空间为64 KB。 　　◆ 具有21个特殊功能寄存器。 　　◆ 具有4个8位的并行I/O接口：P0、P1、P2、P3。 　　◆ 具有2个16位定时器/计数器。　　◆ 有5个中断源，这5个中断源各有2个优先级别。　　◆ 具有1对全双工的串行接口。　　◆ 采用单一+5V电源。　　1.? 51子系列和52子系列　　MCS-51系列又分为51和52两个子系列，如表2.1所示。这两个子系列以芯片型号的最末位数字作为标志。其中，51子系列是基本型，而52子系列则属增强型。 　　2. 单片机芯片半导体工艺　　MCS-51系列单片机采用两种半导体工艺生产：一种是HMOS工艺，即高速度、高密度、短沟道MOS工艺；另外一种是CHMOS工艺，即互补金属氧化物的HMOS工艺。表2.1中，芯片型号中带有字母“C”的为CHMOS芯片，其余均为一般的HMOS芯片。　　CHMOS是CMOS和HMOS的结合，除保持了HMOS高速度和高密度的特点之外，还具有CMOS低功耗的特点。例如，8051的功耗为630 mW，而80C51的功耗只有120 mW。在便携式、手提式或野外作业仪器设备上，低功耗是非常有意义的，因此，在这些产品中必须使用CHMOS的单片机芯片。 　　3. 片内ROM存储器配置形式　　MCS-51单片机片内程序存储器有三种配置形式，即掩膜ROM、EPROM和无ROM。一般情况下，片内带掩膜型ROM的形式适用于定型大批量应用产品的生产；片内带EPROM的形式适合于研制产品样机；外接EPROM的形式适用于研制新产品。近来推出的51核单片机片内带Flash闪存，可以在线写入程序。 2.2 MCS-51系列单片机的硬件结构　　计算机有两种结构：哈佛结构和普林斯顿结构。其中，哈佛结构的程序存储器与数据存储器分开，相互独立；普林斯顿结构的程序存储器与数据存储器合二为一，地址空间统一编址。MCS-51单片机采用哈佛结构。MCS-51系列单片机的内部组成基本相同，主要包括CPU、片内ROM、片内RAM、定时器/计数器、并行I/O接口、串行口、中断控制系统和时钟电路，如图2.1所示。　　从图2.1中可以看出，MCS-51单片机的各功能是通过内部的单一总线连接而成的。下面对各部分的功能作简单介绍。 图2.1 MCS-51单片机结构框图 　　1. 中央处理器(CPU)　　MCS-51单片机有一个8位的CPU，与普通的CPU基本相同，同样包括运算器和控制器，还增加了面向控制的处理能力，不仅可以处理字节数据，还可以处理位数据。　　2. 内部程序存储器(片内ROM)　　MCS-51单片机的典型产品有8031、8051和8751，8031无ROM，8051共有4 KB掩膜ROM，而8751有4 KB EPROM,用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称片内ROM。另外，由于采用16位地址总线，所以其ROM和RAM均可扩展到64 KB。 　　3. 内部数据存储器(片内RAM)　　51子系列有256 B的RAM单元，但其中高128 B被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是低128 B，用于存放可读/写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128 B，简称片内RAM。52子系列的片内RAM是256 B，其高128 B的地址与专用寄存器的地址相同，使用时通过指令来对其进行区分。　　4. 定时器/计数器　　51子系列共有2个16位可编程加法定时器/计数器T0和T1，52子系列有3个16位可编程加法定时器/计数器T0、T1和T2，用于在单片机应用系统中实现精确定时或对外部事件计数。 　　5. 并行I/O接口　　MCS-51系列单片机共有4组8位的并行I/O接口(P0、P1、P2、P3)，每个口既可以作为输入，又可以作为输出，以实现数据的并行输入/输出。　　6. 串行口　　MCS-51系列单片机有一个全双工的串行口(TXD、RXD)，以实现单片机之间或单片机与其它设备之间的串行数据传送。  2.3 MCS-51系列单片机的外部引脚 　 及片外总线　　HMOS的MCS-51单片机均采用标准的40引脚双列直插方式封装(DIP)，如图2.