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1、第2章 单片机的结构原理机及简单应用CPUROMRAMI/O接口BUS单片微型计算机（单片机）：顾名思义，就是将计算机的所有部件集成到一个硅片上。它包括只读存储器、随机存取存储器、中央处理单元、并行输入 输出口、串行输入输出口、定时/计数器、时钟电路。P.21MCS51系列51子系列52子系列8031 8051 87518032 8052 8752多一个16位定时/计数器 含256B的内部数据存储器存储储器类类型 单单片机系列 掩膜ROMEPROMMCS5151803180514KB87514KB52803280528KBMCS51单片机程序存储器配置2.1 8051单片机的硬件组成一、MCS
2、-51单片机的基本结构（8051） 时钟电路CPU中断控制INT0INT1T0 T1 串行口64KB总 线扩展 控制器并行 接口串行 接口定时/计数器RAMT0T1ROMMCS-51单片机的基本结构（8031） 时钟电路CPU中断控制INT0INT1T0 T1 串行口64KB总 线扩展 控制器并行 接口串行 接口定时/计数器RAMT0T1无ROMMCS-51单片机的基本结构（8751） 时钟电路CPU中断控制INT0INT1T0 T1 串行口64KB总 线扩展 控制器并行 接口串行 接口定时/计数器RAMT0T1EPROM51系列单片机内部结构如图1-1所示。( 图中“/” 两边分别为51系列
3、和52系列 )P3P1P2可编程串行I/O口P0外部中断基准频率源控制128B/256B数据存储器4KB/8KB程序存储器2/3个16位 定时/计数器振荡器及 定时电路CPU64KB总线扩展控制可编程 并行I/O口内部中断计数脉冲串行输出串行输入P.228051单片机片内功能部件如下：（1）微处理器（CPU） ； 1个8位微处理器及1个布尔处理器（2）数据存储器（RAM）； 128B(128字节)（3）程序存储器（4KB ）；（4）4个8位准双向并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）；（5）1个全双工串行通信接口； (UART)（6）2个16位定时器/计数器；（7）中断系统； 5个中断
4、源，2个优先级的中断嵌套结构（8）特殊功能寄存器（SFR）。 21个还有：片外存储器（64KB + 64KB）扩展总线的控制电路。1P1锁存器P1驱动器P0驱动器P0锁存器定时及 控制指令寄存器ALUPSW程序地址 寄存器P3锁存器P3驱动器暂存2暂存1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1 TH2*TL2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时时器DPTRPCPC+1缓冲器ACC 寄存器 BSPRAM地 址寄存器RAMP2驱动器P2锁存器EPROM/ROM总 体 结 构 框 图VCCVSSPSEN ALE EA RST1P1锁存器P1驱动器P0驱动
5、器P0锁存器定时及 控制指令寄存器ALUPSW程序地址 寄存器P3锁存器P3驱动器暂存2暂存1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1 TH2*TL2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时时器DPTRPCPC+1缓冲器ACC 寄存器 BSPRAM地 址寄存器RAMP2驱动器P2锁存器EPROM/ROMVCCVSSPSEN ALE EA RST1、中央处理单元 CPUPSW用来存放 运算结果的一 些特征所有的算术运算和 大部分的逻辑运算 都是通过A来完成程序计数器堆栈指针P.232、程序存储器1P1锁存器P1驱动器P0驱动器P0锁存器定时及 控制指令寄
6、存器ALUPSW程序地址 寄存器P3锁存器P3驱动器暂存2暂存1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1 TH2*TL2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时时器DPTRPCPC+1缓冲器ACC 寄存器 BSPRAM地 址寄存器RAMP2驱动器P2锁存器EPROM/ROMVCCVSSPSEN ALE EA RST用于永久性地 存储应用程序3、数据存储器1P1锁存器P1驱动器P0驱动器P0锁存器定时及 控制指令寄存器ALUPSW程序地址 寄存器P3锁存器P3驱动器暂存2暂存1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1 TH2*T
7、L2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时时器DPTRPCPC+1缓冲器ACC 寄存器 BSPRAM地 址寄存器RAMP2驱动器P2锁存器EPROM/ROMVCCVSSPSEN ALE EA RST用于在程序运行时存储工作变量和数据。4、并行输入/输出端口1P1锁存器P1驱动器P0驱动器P0锁存器定时及 控制指令寄存器ALUPSW程序地址 寄存器P3锁存器P3驱动器暂存2暂存1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1 TH2*TL2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时时器DPTRPCPC+1缓冲器ACC 寄存器 BSPRAM地 址
8、寄存器RAMP2驱动器P2锁存器EPROM/ROMVCCVSSPSEN ALE EA RST标定角6543214443 4241 4039383736 353433 323130 29 28272625242322212019181716151413121110987P1.5 P1.6 P1.7RSTP3.0NCP3.1 P3.2P3.3P3.4P3.5P0.4P0.5P0.6P0.7 EANCALEPSENP2.7P2.6P2.5P3.6 P3.7P1.4 P1.380C5 1BH80C5 1BH- 280C3 1BH80C3 1BH- 2XTAL1NCP2.1P2.3P2.2P2.4P2.
9、0VSSXTAL2P1.2 P1.1P1.0 NCVCC P0.0P0.1 P0.2P0.3INT0/P3.212345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD/P3.0TXD/P3.1INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1VSSVCCP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7EA
10、/VPPALE/PROGPSENP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8803180518751双列直插式 DIP封装方形封装8051单片机的引脚及功能 一、芯片封装形式P.25803180518751P0口地址 和数据总线P1口 通用口P2口 地址总线P3口RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RDVCCVSSRST/VDDEA/VPPPSENALE/PROGXTAL1XTAL2接电源 +5V端 接电源 地端复位信号 输入。接备用电 源。外部中断请求定时/计数器外部计 数信号输入端 片外数据存
11、储器 写选通 片外数据存储器 读选通1、访问外 部程序存储 器允许信号 ； 2、 编程电 源VPP。准双向I/O口1、准双向I/O口 2、第二功能外接晶振， 晶体振荡电路 反相输出端外接晶振， 晶体振荡电路 反相输入端1、双向I/O口 2、有扩展外部存 储器或并行I/O口 时，作为数据总线 /低8位地址总线分 时复用1、准双向I/O口 2、有扩展外部存 储器或并行I/O口 时，作为高8位地 址总线二、外部引脚串行口接收串行口发送1、ALE 地址锁存允许 。2、编程脉冲由该引脚 引入。外部程序存储器读 选通信号。40只引脚按功能分为3类：（1）电源及时钟引脚: Vcc、Vss；XTAL1、XTA
12、L2。（2）控制引脚： PSEN*、EA* 、ALE、RESET （即RST）。（3）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3为4个8位I/O口的外部引脚 。1、 电源及时钟引脚 电源引脚（1）Vcc（40脚）：+5V电源；（2）Vss（20脚）：接地。时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：接外部晶体，采用外接振荡器时，外部振荡器的输出应接到此引脚上。（2）XTAL2（18脚）：接外部晶体，采用外接振荡器时悬空。2、 控制引脚 提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。(1) RST/VPD (9脚)：复位/备用电源（“1”电平令CPU硬件复位）(2) EA/VPP (Enable Address/V
13、oltage Pulse of ProgRam-ing，31脚)第一功能:EA：片外程序存储器选择控制端 (接“0”全部使用片外程存)第二功能:VPP：用于施加编程电压（例如+21V或+12V）。对AT89C51，加在VPP脚的编程电压为+12V或+5V。(3) ALE/PROG （30脚） ：第一功能:ALE为地址锁存允许，运行时，ALE端一直有正脉 冲信号输出，此频率约为时钟振荡器频率fosc的1/6。第二功能:PROG 为编程脉冲输入端。(4) PSEN （29脚）：外部程序存储器的读选通信号。在单片机读外部程序存储器时，此引脚输出脉冲的负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。3、 并行I
14、/O口引脚 （简介）P0口： 8位准双向I/O口，可驱动8个LS型TTL负载。当8051扩展外部存储器及I/O接口芯片时，P0口作为地址 总线（A0A7）与数据总线（D0D7）的分时复用端口。(2)P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。唯一专用I/O口(3)P2口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。当8051外部扩展时作地址总线（A8A15）用，(4)P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负 载。P3口还可提供第二功能，定义如书中表2-9所列，应熟记 。准双向口：有条件限制地实现输入输出双向功能的接口。（MCS-51：当作为普通的输入端
15、口使用时，应先向相应端口的输出锁存器写入1。）2.2 单片机的存储器MCS-51的存储器结构与常见的微型计算机的 配置方法不同,采用哈佛结构它将程序存储器和 数据存储器分开,各有自己的寻址方式、控制信 号和功能。程序存储器用来存放程序、始终要保留的表格、 常数。数据存储器存放程序运行中所需要的常数和变量 。P.27半导体存储器的结构半导体存储器的结构 存储器由存储体、地址译码器和读/写控制电路组成 。地 址 译 码 器读/写 控制CPUAB地址 0000H 0001H 0002HFFFFH内容00111010 11000111CPUDBCPU读/写 信号A14 A15D7D0D1 D2 存储体
16、由大量存储单元组成，每 个单元存放若干位二进制码, 若放8bit，称为字节单元存储单元 （0002H）=C7H用一定位数的 二进制码对存 储单元进行编 号，称为存储 单元的地址。 n位二进制码 可寻址2n个 单元，如： 28=256、 216=6553 6。对存放在地址 寄存器中的地 址进行译码， 以选择指定的 存储单元存储单元取出/存入信息 的操作称为读/写操作A0 A1 A21.读操作（例如：要将01H单元的内容3AH读出）存储器的读写操作过程存储器的读写操作过程地 址 译 码 器读/写 控制CPUAB地址 00H 01H 02HFFH内容00111010 11000111CPUDB读/写 信号A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7D5D0 D1 D2D3 D4D6 D7第一步： 送地址1 0 0 0 0000经地址译码器 选通01H单元第二步： CPU发出“读”信号第三步： 01H单元的内容送数 据总线上0 1 0 1 1001地 址 译 码 器读/写 控制CPUAB地址 00H 0
