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1、第三章：第三章：MCS-51MCS-51单片机的结构和原理单片机的结构和原理 前言：单片机前言：单片机&微控制器微控制器 3.13.1：MCS-51MCS-51系列单片机的结构系列单片机的结构 3.23.2：80518051单片机的引脚及其功能单片机的引脚及其功能 3.33.3：MCS-51MCS-51单片机的工作方式单片机的工作方式 3.43.4：MCS-51MCS-51单片机的工作时序单片机的工作时序 3.53.5：MCS-51MCS-51单片机外部存储器的扩展单片机外部存储器的扩展单片微型计算机、微控制器单片微型计算机、微控制器 单片微型计算机单片微型计算机 SCM SCM（Single
2、 Chip MicrocomputerSingle Chip Microcomputer） 微控制器微控制器 MCU MCU （Micro Control UnitMicro Control Unit）注：称呼不同、功能一样注：称呼不同、功能一样MCU MCU 的特点的特点 MPU MPU 冯诺依曼结构机冯诺依曼结构机MPUMPUROMROMRAMRAMI/OI/O接口接口外部设备外部设备CBCBDBDBABABMCUMCU MCU MCU 单片冯诺依曼结构机单片冯诺依曼结构机 片上系统片上系统 片上系统片上系统 SOC SOC（System on a ChipSystem on a Chip
3、） 电子设计自动化电子设计自动化 EDA EDA（Electronic Design AutomationElectronic Design Automation）注：新技术改变设计理念注：新技术改变设计理念MCU MCU 的历程的历程 单片机的发展单片机的发展 19761976年，年，INTELINTEL公司为代表的公司为代表的初级初级 8 8 位单片机位单片机 MCS-48 MCS-48 系列系列 19781978年，年，INTELINTEL公司为代表的公司为代表的普及普及 8 8 位单片机位单片机 MCS-51 MCS-51 系列系列 19821982年，年，INTELINTEL公司为代
4、表的公司为代表的16 16 位单片机位单片机 MCS-96 MCS-96 系列系列MCU MCU 的类型的类型 通用型单片机通用型单片机 特点特点 常用芯片常用芯片 Intel Intel 公司的公司的MCS-51 MCS-51 系列系列 Motorola Motorola 公司的公司的 68HC 68HC 系列系列 Microchip Microchip 公司的公司的 PIC PIC 系列系列 TI TI 公司的公司的 MSP430 MSP430 系列系列 SAMSUNG SAMSUNG 公司的公司的 KS57C KS57C 系列系列 硬件电路设计简单，软件开发容易硬件电路设计简单，软件开发
5、容易 用单芯片就可完成系统设计用单芯片就可完成系统设计 MCU MCU 的类型的类型 专用型单片机专用型单片机 根据特殊要求而设计的单片机根据特殊要求而设计的单片机 在单片中加入更强的数据处理能力（在单片中加入更强的数据处理能力（DSPDSP） 常用芯片常用芯片 TITI公司用于信号处理单片机公司用于信号处理单片机 TMS320 TMS320 系列系列 ADAD公司用于信号处理单片机公司用于信号处理单片机 ADSP2106 ADSP2106 系列系列注注: : 本课程讲授本课程讲授通用型通用型单片机的原理与应用单片机的原理与应用MCU MCU 的应用的应用 机电一体化设备机电一体化设备的控制核
6、心的控制核心 数据采集数据采集系统的前端采集单元系统的前端采集单元 分布式控制分布式控制系统的前端控制单元系统的前端控制单元 智能化仪器智能化仪器仪表的控制机芯仪表的控制机芯 消费类电子消费类电子产品的控制机芯产品的控制机芯 终端及外部设备终端及外部设备的控制机芯的控制机芯3.13.1：MCS-51MCS-51系列单片机的结构系列单片机的结构 80518051的基本结构的基本结构时钟电路总线控制CPUROM/EPROM/FLASH 4K 字节RAM 128字节 SFR 21个定时/计数器 2个中断系统 5中断源 2优先级串行口 全双工 2个并行口 4个RSTEAALEPSENXTAL2XTAL
7、1P0P1 P2P3VCCVSS3.13.1：MCS-51MCS-51系列单片机的结构系列单片机的结构 MCS-51MCS-51单片机的基本结构（图单片机的基本结构（图3-13-1） CPU CPU 及内部总线及内部总线 内部内部 ROM ROM 和内部和内部 RAMRAM 4 4 个个 8 8 位位 I/O I/O 口口 P0 P0、P1P1、P2P2、P3P3 可屏蔽中断功能可屏蔽中断功能3.13.1：MCS-51MCS-51系列单片机的结构系列单片机的结构 MCS-51MCS-51单片机的基本组成单片机的基本组成 寄存器由寄存器由内部内部 RAM RAM 的特定单元构成的特定单元构成 4
8、 4 个个 8 8 位位 I/O I/O 口应用灵活口应用灵活 P0 P3P0 P3口口 输入输入/ /输出，输出，可位操作可位操作 P0 P0 口口 外部存储器的外部存储器的 8 8 位数据线位数据线 P0P0、P2 P2 口口 外部存储器的外部存储器的 16 16 位地址线位地址线 P3 P3 口口 定时定时/ /计数器中断计数器中断 外部中断外部中断 串行通信中断及串行通信中断及 读写读写 控制控制 ROMROM、RAM RAM 独立寻址独立寻址3.13.1：MCS-51MCS-51系列单片机的结构系列单片机的结构 MCS-51MCS-51单片机系列芯片单片机系列芯片 按片内按片内 RO
9、MROM、RAM RAM 容量分容量分 按是否有片内按是否有片内 ROM ROM 分分 按制造工艺材料分按制造工艺材料分 按特殊要求分按特殊要求分8051 8051 芯片的片内芯片的片内 ROM ROM 为为 4KB4KB、RAM RAM 为为 128B128B 8052 8052 芯片的片内芯片的片内 ROM ROM 为为 8KB8KB、RAM RAM 为为 256B256B8051 8051 有有 4KB 4KB 的片内的片内 ROMROM 8031 8031 无无 4KB 4KB 的片内的片内 ROMROMTTL TTL 型高功耗型高功耗 80518051 CMOS CMOS 型低功耗型
10、低功耗 80C5180C518051 8051 有有 2 2 个个 16 16 位计数器，可有位计数器，可有 5 5 个中断源个中断源 8052 8052 有有 3 3 个个 16 16 位计数器，可有位计数器，可有 6 6 个中断源个中断源3.13.1：MCS-51MCS-51系列单片机的结构系列单片机的结构 51 51 单片机单片机系列系列 原始版原始版Intel Intel 公司的公司的 MCS-48 MCS-48 、MCS-51 MCS-51 系列系列 兼容版兼容版Atmel Atmel 公司的公司的 AT89XX AT89XX 系列系列Philips Philips 公司的公司的 P
11、CF80C5XX PCF80C5XX 系列系列 扩展版扩展版Cygnal Cygnal 公司的公司的 C8051Fxxx C8051Fxxx 系列系列 ( (校队竞赛用校队竞赛用) )已已不用不用大量用大量用最新用最新用3.13.1：MCS-51MCS-51系列单片机的结构系列单片机的结构 熟悉熟悉 8051 8051 内部结构框图内部结构框图 掌握掌握 8051 8051 片内片内 ROMROM、 RAM RAM 结构结构 掌握掌握 8051 8051 片内片内 寄存器与寄存器与 RAM RAM 的关系的关系 掌握程序状态字（寄存器）掌握程序状态字（寄存器）PSW PSW 的作用的作用 掌握
12、堆栈指针掌握堆栈指针 SP SP 的特点的特点 掌握掌握 P0P0、P1P1、P2P2、P3P3口口 的功能和应用的功能和应用 8051 8051 单片机芯片的内部结构单片机芯片的内部结构 ( (重点重点) )3.13.1：MCS-51MCS-51系列单片机的结构系列单片机的结构 8051 8051 内部结构框图（内部结构框图（5252页图页图3.23.2） 与其它与其它 CPU CPU 的共同点的共同点 与其它与其它 CPU CPU 的不同点的不同点运算器、控制器、寄存器、总线接口运算器、控制器、寄存器、总线接口 无独立寄存器硬件，由片内无独立寄存器硬件，由片内 RAM RAM 中的特定单元
13、组成中的特定单元组成 可寻址可寻址 64KB 64KB 的的 ROM ROM 和和 64KB 64KB 的的 RAMRAM 程序指针程序指针为为专门的专门的 16 16 位的位的 PCPC 寄存器寄存器 数据指针数据指针为为借用的借用的 16 16 位的位的 DPTRDPTR 寄存器寄存器 标志寄存器与程序状态寄存器标志寄存器与程序状态寄存器 其它其它 CPU CPU 将运算结果状态放入标志寄存器将运算结果状态放入标志寄存器 FRFR 8051 8051 将运算结果状态放入将运算结果状态放入程序状态字程序状态字（寄存器）（寄存器）PSWPSW 3.13.1：MCS-51MCS-51系列单片机的
14、结构系列单片机的结构 8051 8051 的系统的系统 RAM RAM 结构结构 RAM RAM 的分配的分配 RAM RAM 的使用的使用 256 256 字节的片内字节的片内RAMRAM，地址范围为地址范围为 00H FFH00H FFH 64KB 64KB 的片外的片外RAMRAM，地址范围为地址范围为 0000H FFFFH0000H FFFFH 访问访问片内片内 RAM RAM 用指令用指令 MOVMOV 类类 访问访问片外片外 RAM RAM 用指令用指令 MOVXMOVX 类类注注: : 片内外片内外 RAM RAM 独立，使用不同的指令寻址独立，使用不同的指令寻址3.13.1：MCS-51MCS-51系列单片机的结构系列单片机的结构 8051 8051 的系统的系统 ROM ROM 结构结构 ROM ROM 的分配的分配 ROM ROM 的使用的使用4KB 4KB 的片内
