MCS-51单片机的硬件结构

《MCS-51单片机的硬件结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MCS-51单片机的硬件结构（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第2章 MCS-51单片机的硬件结构2.1 MCS-51单片机的基本结构2.2 MCS-51单片机的引脚及片外总线结构2.3 MCS-51单片机的存储器配置2.4 CPU的时序及辅助电路2.1 MCS-51单片机的基本结构2.1.1 MCS-51单片机的基本组成2.1.2 MCS-51单片机硬件结构特点2.1.3 MCS-51单片机内部结2.1.4 输入/输出（I/O）端口结构返回本章首页2.1.1 MCS-51单片机的基本组成图2-1 MCS-51单片机基本结构示意图时钟电路SFR和RAMROMCPU定时/计数器并行端口中断系统串行端口系 统 总 线时钟源T0 T1P0 P1 P2 P3TX

2、D RXD INT0 INT1（1）一个8位微处理器CPU。 （2）数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR 。 （3）内部程序存储器ROM。 （4）两个定时/计数器，用以对外部事件进行 计数，也可用作定时器。 （5）四个8位可编程的I/O（输入/输出）并行 端口，每个端口既可做输入，也可做输出。 （6）一个串行端口，用于数据的串行通信。 （7）中断控制系统。 （8）内部时钟电路。返回本节2.1.2 MCS-51单片机硬件结构特点1内部程序存储器（ROM）和内部数据存储 器（RAM）容量（如表2-1所示）。 2输入/输出（I/O）端口 3外部程序存储器和外部数据存储器寻址空间 4中断与堆栈 5定

3、时/计数器与寄存器区 6指令系统 存储器类型单片机系列掩膜ROMEPROMRAMMC S-5151子 系列80 31/128B80 514KB/128B87 51/4KB128B52子 系列80 32/256B80 528KB/256B87 52/8KB256B表2-1 MCS-51单片机存储器容量返回本节2.1.3 MCS-51单片机内部结构1运算器 运算器由8位算术逻辑运算单元ALU（ Arithmetic Logic Unit）、8位累加器ACC（ Accumulator）、8位寄存器B、程序状态字寄 存器PSW（Program Status Word）、8位暂存 寄存器TMP1和TMP

4、2等组成。2控制器 主要由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译 码器ID、堆栈指针SP、数据指针DPTR、时钟 发生器及定时控制逻辑等组成。通道0驱动器通道2驱动器RAM地址 锁存器RAM通道0锁 存器通道2锁 存器ROM/ EPROMB寄存器程序地址寄存器缓冲器PC递增器程序计数器PC 驱动器DPTR指针VCCGNDP1.0P1.7堆栈指针SPACCTMP2PSW通道3锁存器通道1锁存器通道1驱动器通道3驱动器TMP1SCON TMODPCONTCON TL0TH1TH0TL1 IESBUF(TX/RX)IP 中断、串行口和定时器逻辑振荡器P3.0P3.7RSTEA ALEPSENXTAL

5、2XTAL1ALU(+5V)指 令 寄 存 器定时 和 控制 逻辑指 令 译 码 器图2-2 MCS-51片内总体结构框图P0.0P0.7P2.0P2.7返回本节2.1.4 输入/输出（I/O）端口结构正如图2-2所示，MCS-51单片机有4个双向并 行的8位I/O口P0P3，P0口为三态双向口， 可驱动8个TTL电路，P1、P2、P3口为准双向口（作为输入时，口线被拉成高电平，故 称为准双向口），其负载能力为4个TTL电路。1P0口的结构VCCP0.X 锁存器读锁存器地址/数据控制D读引脚写锁存器内部总线QQ MUXT2P0.XT1CL图2-3 P0口的一位结构图2P1口的结构VCCP1.X

6、 锁存器读锁存器D读引脚写锁存器内部总线QQTP1.X 内部上拉电 阻CL图2-4 P1口的一位结构图3P2口的结构图2-5 P2口的一位结构图VCCP2.X锁存 器读锁存器地址控制D读引脚 写锁存器内部总线QQMU XTP2.X 内部上拉电 阻CL4P3口的结构图2-6 P3口的一位结构图VCCP3.X锁存器读锁存器第二输出功 能D读引脚 写锁存器内部总线QQTP3.X内部上拉电 阻第二输入功 能CLP3.6P3.7表2-2 P3口的第二功能表P3.2 P3.3P3.6P3.7位线引脚第二功能P3.010RXD（串行输入口）P3.111TXD（串行输出口）12INT0（外部中断0）13INT

7、1（外部中断1）P3.414T0（定时器0的计数输入 ）P3.515T1（定时器1的计数输入 ）16WR（外部数据存储器写 脉冲）17RD（外部数据存储器读 脉冲）P3.7 P3.6 返回本节2.2 MCS-51单片机的引脚及片外总线结构2.2.1 MCS-51单片机芯片引脚描述2.2.2 MCS-51单片机的片外总线结构返回本章首页2.2.1 MCS-51单片机芯片引脚描述图2-7为MCS-51单片机的引脚配置图。 1主电源引脚VCC和VSS 2外接晶振引脚XTAL1和XTAL2 3控制或其他电源复用引脚RST/ VPD、ALE/ 、和/VPP 4输入/输出引脚P0、P1、P2、P3（共32

8、根）图2-7 MCS-51单片机的引 脚配置图P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD RXD/P3.0 TXD/P3.1 INT0/P3.2 INT1/P3.3 T0/P3.4 T1/P3.5 WR/P3.6 RD/P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS1 2 3 45 6 7 8 9 10 11 12 1314 15 16 17 18 19 208031 8051 875140 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 2521222324VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.

9、4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/Vpp ALE/PROG PSEN P2.7P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0返回本节2.2.2 MCS-51单片机的片外总线结构地址锁存器CBI/OA15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8A7 A6 A5 A4 A3 A2A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0DBABP1.0 P1.1P1.2P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7RESETP3.0 P3.1P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.5P0.6P0.7

10、EAALEPSENP2.7 P2.6P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0P3.2图2-8 MCS-51片外总线结构示意图 微型计算机中的总线通常分为： （1）地址总线（AB）：地址总线宽度为16位 ，由P0口经地址锁存器提供低8位地址（A0-A7 ）；P2口直接提供高8位地址（A8A15）。地 址信号是由CPU发出的，故地址总线是单方向 的。 （2）数据总线（DB）：数据总线宽度为8位， 用于传送数据和指令，由P0口提供。 （3）控制总线（CB）：控制总线随时掌握各 种部件的状态，并根据需要向有关部件发出命 令。 返回本节2.3 MCS-51单片机的存储器配置2.3.1

11、片内数据存储器2.3.2 片外数据存储器2.3.3 程序存储器返回本章首页2.3.1 片内数据存储器片内数据存储器结构如图2-9（a）所示；其具 体位地址单元如表2-3所示；专用寄存器的地址 映像如表2-4所示。1累加器累加器是一个最常用的专用寄存器，其自身带 有全零标志Z，若A=0则Z=1；若A0则Z0。该标志常用作程序分支的判断条件。特 殊功 能 寄 存 器通用 RAM区位寻址区00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特殊功能寄存器中位寻址外部ROM内部 ROM (EA=1)外部 ROM (EA=0)0000H000

12、0H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外 部 RAM(I/O口 地址)0000HFFFFH内部数据存储器（a）外部数据存储器（b）程序存储器（c）工作寄 存器区图2-9 MCS-51单片机存储器结构表2-3 内部数据存储器中的位地址表2-4 特殊功能寄存器地址及功能表2寄存器 （1）PSW：程序状态字寄存器。定义格式如右上边 。其中，CY：进借位标志 ；AC：辅助进借位标志； F0：用户标志； RS1、RS0：工作寄存器组选择（如 表2-5所示）。 （2）SP：堆栈指针。 （3）DPTR：数据地址指针寄存器。 D7D6D5D4D3D2D1D0C YA CF0R S1R S0O VXPRS

13、1 RS0选择工作寄存器组0 00组（00H07H）0 11组（08H0FH）1 02组（10H17H）1 13组（18H1FH）表2-5 工作寄存器组选择控制表返回本节2.3.2 片外数据存储器外部数据存储器又称外部RAM，当片内RAM不能满足数量上的要求时，可通过总线端口和 其他I/O口扩展外部数据RAM，其最大容量可 达64K字节，其结构如图2-9（b）所示。 在片外数据存储器中，数据区和扩展的I/O口是统一编址的，使用的指令也完全相同，因此， 用户在应用系统设计时，必须合理地进行外部 RAM和I/O端口的地址分配，并保证译码的唯一性。返回本节2.3.3 程序存储器程序存储器的结构如图2

14、-9（c）所示，包括片内和片外程序存储器两个部分。其主要用来存 放编好的用户程序和表格常数，它以16位的程 序计数器PC作为地址指针，故寻址空间为 64KB。返回本节2.4 CPU的时序及辅助电路2.4.1 单片机的时钟电路 2.4.2 振荡周期、时钟周期、机器周期和指令 周期 2.4.3 MCS-51单片机指令的取指和执行时 2.4.4 单片机复位电路及复位状态返回本章首页2.4.1 单片机的时钟电路单片机时钟电路通常有两种形式： 1内部振荡方式：MCS-51单片机片内有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。把放大器与作为反馈元件的

15、晶体振荡器 或陶瓷谐振器连接，就构成了内部自激振荡器 并产生振荡时钟脉冲（如图2-10所示）。 2外部振荡方式：外部振荡方式就是把外部 已有的时钟信号引入单片机内（如图2-11所示）。 XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部时钟源图2-10 内部振荡方式 图2-11 外部振荡方式返回本节P1P2S1P2振荡周期时钟周期机器周期机器周期指令周期XTAL2 (OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6 P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2图2-12 MCS-51单片机各种周期的 相互关系2.4.2 振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期1振荡周期：为单片机提供时钟信号的振荡源的周期。2时钟周期：是振荡源信号经二分频后形成的时钟脉冲信号。 3机器周期：通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。4指令周期：是指CPU执行一条指令所需要 的时间。一个指令周期通常含有14个机器周期。 若MCS-51单片机外接晶振为12MHz时，则单片机的四个周期的具体值为： 振荡周期1/12MHz1/12s0.0833s 时钟周期1/6s0.167s 机器周期1s 指令周期14s返回本节2