单片机原理第二章.ppt

第2章 MCS-51单片机硬件结构 2.1 MCS-51单片机总体结构 2.2 MCS-51存储结构及位处理器 2.3 MCS-51工作方式和时序 2.4 MCS-51单片机的时序 2.5 单片机最小系统 本章重点内容： 1 MCS-51单片机硬件的功能结构及内部组成 2 单片机引脚功能及应用特点 3 片内数据存储器和特殊功能寄存器的组织特点 4 单片机的工作方式和典型的CPU时序 2.1 MCS-51单片机总体结构 MCS-51系列单片机可分为两大系列：51子系列（普通型）和52子系列（增强型）。 51子系列单片机的典型产品有8031、8051、8751、80C51、80C31、89C51、89S51等。它们的结构基本相同，其主要差别反映在片内存储器的配置上有所不同 。 52子系列及兼容单片机的典型产品有8032、8052、8752、89C52、89S52等，其中，8052、8752内含8KB的掩模ROM程序存储器和256B的RAM数据存储器。增强型的存储容量为普通型的一倍。 2.1.1 MCS-51单片机总体结构框图及功能 8051单片机内部由CPU、4KB的ROM、128B的RAM、4个8位的I/O并行端口、一个串行口、两个16位定时/计数器及中断系统等组成。其内部基本结构框图如图2-1所示。图2-2为8051单片机系统结构原理框图。 图2-1 8051单片机内部基本结构框图 图2-2 8051单片机系统结构原理框图 下面对各功能部件的作用分述如下： 1. CPU CPU是单片机内部的核心部件，是单片机的指挥和控制中心。CPU可分为运算器和控制器两大部分。 (1) 控制器 控制器的功能是：接受来自程序存储器ROM存储单元的指令，并对其进行译码，通过定时和控制电路，按时序规定发出指令功能所需要的各种（内部和外部）控制信息，使各部分协调工作，完成指令功能所需的操作。 控制器主要包括程序计数器、指令寄存器、指令译码器及定时控制电路等。 (2) 运算器ALU 运算器的功能是：对数据进行算术运算和逻辑运算。计算机对任何数据的加工、处理必须由运算器完成。 2. RAM RAM为单片机内部数据存储器。其存储空间包括随机存储器区、寄存器区、特殊功能寄存器及位寻址区。 3. ROM ROM为单片机内部程序存储器。 4. 并行I/O口 P0～P3是四个8位并行I/O口，每个口既可作为输入，也可作为输出。单片机在与外部存储器及I/O端口设备交换信息时，必须由P0～P3口完成。 5. 定时器/计数器 定时器/计数器用于定时和对外部事件进行计数。 6. 中断系统 MCS-51单片机有5个中断源，中断处理系统灵活、方便，使单片机处理问题的灵活性和工作的效率大大提高。 7. 串行接口 串行接口提供对数据各位按序一位一位地传送。 8. 时钟电路OSC 时钟电路用于产生单片机中最基本的时间单位。 2.1.2 MCS-51引脚功能 MCS-51单片机采用40脚双列直插式封装，其引脚排列及逻辑符号如图2-3所示。 1．主电源引脚VCC和VSS VCC：接主电源+5V。 VSS：电源接地端。 2．时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1是片内振荡器反相放大器的输入端，XTAL2是片内振荡器反相放大器的输出端，也是内部时钟发生器的输入端。 图2-3 MCS-51单片机引脚图 3. 控制信号引脚 (1) RST/VPD RST/VPD为复位/备用电源输入端。 (2) ALE/ALE/为低8位地址锁存使能输出/编程脉冲输入端。 (3) 为外部程序存储器控制信号，即读选通信号 (4) /VPP 为外部程序存储器允许访问/编程电源输入。 4. 并行I/O口P0～P4端口引脚 (1) P0口（P0.0～P0.7） P0口内部是一个8位漏极开路型双向I/O端口。 P0口在作通用I/O口使用时应外接10千欧的上拉电阻。在端口进行输入操作（即CPU读取端口数据）前，应先向端口的输出锁存器写“1”。 (2) P1口（P1.0～P1.7） P1口是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O端口。当P1输出高电平时，能向外部提供拉电流负载，因此，不需再外接上拉电阻。 (3) P2口（P2.0～P2.3） P2口也是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O端口。当CPU访问外部存储器时，P2口自动用于输出高8位地址，与P0口的低8位地址一起形成外部存储器的16位地址总线。 (4) P3口（P2.0～P2.7） P3口是一个内部带上拉电阻的8位多功能双向I/O端口。 2.2 MCS-51存储结构及位处理器 2.2.1 MCS-51存储器的特点 MCS-51的存储器把程序和数据的存储空间严格区