第2章--51系列单片机.ppt

第2章 51系列单片机基本结构 8051是MCS-51系列单片机的典型产品，本书以这一代表性的机型进行系统地讲解。其他单片机与8051的系统结构相同，只是对8051进行一些扩充，使其功能更强、市场竞争力更强。本章主要包括以下内容： 51系列单片机的内部结构 51系列单片机的引脚资源 中央处理器（CPU） 存储器结构 51系列单片机的复位 51系列单片机的时钟和时序 51系列单片机的并行I/O口 掉电保护和低功耗设计 51系列单片机的最小系统 2.1 51系列单片机的内部结构 8051系列单片机的内部结构是各种逻辑单元及其之间的互连构成的。其主要由中央处理器（CPU）、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、串行接口、并行I/0接口、定时/计数器、中断系统等几大单元，以及数据总线、地址总线和控制总线组成。8051系列单片机的内部结构框架示意图，如图所示。 2.1.1 内部结构的主要组成部分 单片机的性能都反应在单片机所特有的结构和资源上。这里首先介绍一下8051单片机基本结构的主要组成部分。 1．中央处理器（CPU） 2．程序存储器（ROM） 3．数据存储器（RAM） 4．定时器/计数器 5．并行输入输出（I/O）口 6．全双工串行口 7．中断系统 8．时钟电路 2.1.2 单片机结构的类型 单片机结构的类型可以按照程序存储器和数据存储器的体系结构来划分，大致有两种类型： 哈佛（Harvard）结构。这种结构程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）采用分开的形式。哈佛结构便于对程序和数据同时访问，可以减轻程序运行时的访存瓶颈，提高数据的吞吐率。 普林斯顿（Princeton）结构。这种结构中采用通用计算机广泛使用的程序存储器（ROM）与数据存储器（RAM）合二为一的方式，也称为冯·诺伊曼结构。由于程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同。 例如，INTEL的MCS-51系列单片机普遍采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。 2.2 51系列单片机的引脚功能 Intel的8051是一个典型的单片机，在后续MCS-51系列单片机的产品线中，均以其为核心电路发展起来的。它们具有和8051一致的硬件结构和软件特征。 随着半导体技术的发展，各种新型的单片机层出不穷，性能也得到不断提升，价格也越来越低。因此，本章在介绍51系列单片机时不局限于介绍基本的8051，而是以必威体育精装版型的51系列单片机来进行介绍。这些新型的单片机在基本功能上和8051完全一致，从而在理解8051结构的同时，也熟悉了必威体育精装版的单片机。 2.2.1 51系列单片机的引脚封装 MCS-51系列单片机有各种封装形式，这里均以双列直插DIP形式的封装来进行介绍。Intel的8051的典型引脚配置，如图所示。这是40Pin封装的双列直插DIP式结构，其中正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。 Atmel公司的AT89S系列与MCS-51系列是兼容的，这里主要以AT89S52单片机来介绍51系列单片机的基本原理。AT89S52的40Pin双列直插封装的引脚配置，如图所示。 2.2.2 51系列单片机引脚功能 这里以AT89S52为原型，介绍51系列单片机的引脚功能。虽然市场上51系列单片机种类很多，但由于51系列单片机的引脚都基本兼容，因此这些内容同样适合于其他型号的单片机。 1．电源引脚:电源引脚主要负责单片机的供电，有两根引脚。 2．外接晶振或外部振荡器引脚:外接晶振或外部振荡器引脚主要负责为单片机的运行提供时钟振荡器，主要有两根引脚。 3．输入输出（I/O）端口引脚:AT89S52提供了4个8位并行I/O端口，基本的功能和其他51系列单片机完全一致，部分引脚有扩展功能。 4．复位、控制和选通引脚:复位、控制和选通引脚主要负责单片机程序复位、编程控制及外部程序存储器的选通。 2.3 中央处理器（CPU） 中央处理器（CPU）是由运算器（ALU）、定时控制部件和寄存器通过总线连接而成的一个整体。中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件。CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。 51系列单片机是8位数据总线的处理器，能处理8位二进制数据或代码。AT89S52的CPU与8051的CPU完全兼容，这里以AT89S52为例进行介绍。 2.3.1 算术逻辑运算部件（ALU） 算术逻辑运算部件（ALU）是进行算术及逻辑运算的功能部件。AT89S52单片机的算术逻辑运算部件（ALU）包括运算器、累加器（A）、寄存器B、暂存器TMP、程序状态寄存器（PSW）、推栈指针SP、数据指