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1、单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录单片机单片机原理与接口技术原理与接口技术第2章 MCS-51单片机硬件结构和原理Date1单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录(1) 熟悉MCS-51单片机CPU内部组成结构和 各功能部件的作用。 (2) 掌握MCS-51单片机引脚功能，包括：P0 P3并行I/O口的定义、控制信号、三总线组成 。 (3) 掌握存储器的组织结构和程序存储器、 数据存储器、内部特殊功能寄存器（SFR）的配 置情况，熟悉程序状态寄存器（PSW）各位的 含义及变化规律。 (4) 掌握P0P3并行I/O口结构及其特点， 掌握时钟电路
2、、CPU时序和复位电路。本章教学要求 Date2单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录本 章 目 录2.1 MCS-51系列单片机分类2.2 单片机硬件结构2.2.1 单片机的引脚功能2.2.2 单片机的内 部结构2.3 中央处理器（ CPU）2.3.1 运算器2.3.2 2.3.2 控制器控制器2.3.3 2.3.3 布尔（位）处理器布尔（位）处理器2.4 2.4 存储器存储器2.4.1 2.4.1 程序存储器程序存储器2.4.2 2.4.2 数据存储器数据存储器Date3单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录本 章 目 录2.7 2.7 单片
3、机的工作方式单片机的工作方式2.7.1 2.7.1 复位方式复位方式2.7.2 2.7.2 程序执行方式程序执行方式2.7.3 2.7.3 低功耗运行方式低功耗运行方式习题与思考题习题与思考题2.5 2.5 并行输入并行输入/ /输出端口输出端口2.5.1 P12.5.1 P1口口2.5.2 P22.5.2 P2口口2.5.3 P32.5.3 P3口口2.5.4 P02.5.4 P0口口2.5.5 2.5.5 并行口的应用并行口的应用2.6 2.6 时钟电路和时序时钟电路和时序2.6.1 2.6.1 时钟电路时钟电路2.6.2 2.6.2 时序时序Date4单片机原理与接口技术(第2版).李晓
4、林.电子工业出版社返回目录2.1 MCS-51系列单片机的分类 自从Intel公司于20世纪80年代初推出MCS-51系列单片机以后，所有的51系列单片机都是以Intel公司最早的典型产品8051为核心，增加一定的功能部件后构成的。本章以8051为主阐述MCS-51系列单片机的系统结构、工作原理和应用中的一些技术问题。MCS-51系列可分为两大系列：51子系列和52子系列。51子系列主要有8031、8051和8751三种机型。52子系列主要有8032、8052和8752三种机型。 Date5单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录表2-1 MCS-51系列单片机的性能一览
5、表 2.1 MCS-51系列单片机的分类 Date6单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录2.2 单片机硬件结构2.2.1 单片机的引脚功能MCS-51系列单片机是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多功能I/O口等基本功能部件的一台计算机。单片机必须配备部分外围元件才能使用，其系统核心是单片机芯片，芯片引 脚按功能分为3类，即数据总线、地址总线和控制总线。MCS-51系列单片机的外形采用40条引脚双列直插封装（DIP）或LCC/QFP封装，每条引脚有规定的序号和名称。DIP封装的引脚排列和逻辑符号如图2-1所示。 Date7单片机原理与接口技术(第
6、2版).李晓林.电子工业出版社返回目录芯片引脚按功能分成3类，即： -51-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能数据总线数据总线 地址总线地址总线 控制总线控制总线2.2.1 单片机的引脚功能Date8单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录1. 主电源引脚Vcc和VssVcc （+5V）电 源输入 端Vss （GND ） 共 用接地 端 2.2.1 单片机的引脚功能-51-51单片机电源引脚单片机电源引脚Date9单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录2. 时钟振荡电路引脚XTAL1和 XTAL2 XTAL1和XTAL2分别用做晶体振荡电路的反相
7、器输入端和输出端。在使用内部振荡电路时，这两个端子用来外接石英晶体，振荡频率为晶体振荡频率，振荡信号送至内部时钟电路产生时钟脉冲信号。2.2.1 单片机的引脚功能-51-51单片机时钟引脚单片机时钟引脚Date10单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录3. 控制信号引脚RSTRST为复位信号输入端为复位信号输入端VPDVPD为内部为内部RAMRAM的备的备用电源输入端用电源输入端PSEN PSEN 外部程序存储器外部程序存储器的读选通信号的读选通信号ALEALE地址锁存允许信地址锁存允许信号号2.2.1 单片机的引脚功 能-复位复位/ /外部存储器外部存储器/ /地址锁
8、存引脚地址锁存引脚Date11单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录n 复位信号输入端RST 当RST（RESET）端保持两个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平时，单片机完成复位操作 。VPD为内部RAM的备用电源输入端。当主电源Vcc一旦发生断电或电压降到 一定值时，可通过VPD为单片机内部RAM提供电源，以保护片内RAM中的信息不丢失，使Vcc上电后能继续正常运行。 2.2.1 单片机的引脚功能-复位引脚复位引脚Date12单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录外部程序存储器的读选通信号。当访问外 部ROM时，产生负脉冲作为外部ROM的选
9、通信号。2.2.1 单片机的引脚功能-ALE -ALE 与与PSENPSEN引脚引脚n n 地址锁存允许信号地址锁存允许信号ALEALE在访问外部存储器时，在访问外部存储器时，ALEALE用来锁存用来锁存P0P0送出的低送出的低8 8位地位地址信号。址信号。PROGPROG是对是对87518751内内部部EPROMEPROM编程时的编程脉编程时的编程脉冲输入端。冲输入端。n n 读选通信号读选通信号PSENPSENDate13单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录n 外部程序存储 器控制信号EAEA=0：访问外部程序存储器。EA=1：访问片内与片外程序存储器。VPP为8
10、751 EPROM的21V编程电源输入端。 2.2.1 单片机的引脚功能-内外程序存储器控制引脚内外程序存储器控制引脚Date14单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录-P0端口n P0端口（P0.0 P0.7）第一功能：是一个 8位漏极开路型的双向 I/O口，这时P0口可看成用户数据总线；第二功能：是在访 问外部存储器时，分时 提供低8位地址和8位双向数据总线，这时先用 做地址总线再用做数据 总线。4. P04. P0、P1P1、P2P2、P3P3端口端口2.2.1 单片机的引脚功能Date15单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录n P1口（
11、P1.0P1.7）内部带上拉电阻的8位准双 向I/O口。n P2口（P2.0P2.7）第一功能：一个内部带上拉 电阻的8位准双向I/O口。第二功能：在访问外部存储 器时，输出高8位地址。n P3口（P3.0P3.7）第一功能：内部带上拉电阻 的8位准双向I/O口。在系统中， 这8个引脚都有各自的第二功能 。2.2.1 单片机的引脚功能-P1、P2和P3 端口Date16单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录2.2.2 单片机的内部结构n n 一个一个8 8位位CPUCPU；n n 4 4 KBKB程序存储器，采用程序存储器，采用ROMROM或或EPROMEPROM（80
12、318031无无ROMROM）；）；n n 128 B128 B通用数据存储器；通用数据存储器；n n 2121个特殊功能寄存器（个特殊功能寄存器（SFRSFR）；）；n n 4 4个个8 8位并行口，其中位并行口，其中P0P0、P2P2、P3P3是复用口（是复用口（P0P0和和P2P2为为地址地址/ /数据线，可寻址数据线，可寻址64 KB ROM64 KB ROM和和64 KB RAM64 KB RAM）；）；n n 一个可编程全双工串行口；一个可编程全双工串行口； n n 具有具有5 5个中断源，两个优先级嵌套结构；个中断源，两个优先级嵌套结构；n n 两个两个1616位定时位定时/ /
13、计数器；计数器；n n 一个片内振荡器与时钟电路。一个片内振荡器与时钟电路。-51单片机内部主要 器件Date17单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录2.2.2 单片机的内部结构-51单片机内部主要部 件Date18单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录2.3 中央处理器（CPU ） 单片机核心部分是CPU由下面三部分组成:n运算器n控制器n布尔（位）处理器Date19单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录2.3.1 运算器 运算器 算术逻辑单元（ ALU）包括： 累加器（ ACC） 程序状态字 （PSW） 暂存器 B寄
14、存器等 部件-运算器的组成运算器的组成Date20单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录1. 累加器累加器是一个8位寄存器。在指令系统中，累加器在直接寻址时的助记符为ACC。除此之外全部用助记符A表示。 2.3.1 运算器 -累加器累加器Date21单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录-算术/逻辑部件算术/逻辑部件ALU是用于对数据进行算术运算和逻辑操作的执行部件，由加法器和其他逻辑电路（移位电路和判断电路等）组成。在控制信号的作用下，完成算术加、减、乘、除和逻辑与、或、异或等运算，以及循环移位操作、位操作等功能。2.3.1 运算器2. 算术/
15、逻辑部件Date22单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录-程序状态字寄存器 程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW是一个是一个8 8位寄存器，用来存位寄存器，用来存放运算结果的一些特征。放运算结果的一些特征。进位标志位进位标志位半进位标志位半进位标志位用户自定义用户自定义标志位标志位工作寄存器工作寄存器组选择位组选择位溢出标志位溢出标志位奇偶校验标志位奇偶校验标志位2.3.1 运算器3. 程序状态字寄存器 Date23单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录n Cy（PSW.7）：进位标志位。在执行加、 减法指令时，若运算结果的最高位（D7
16、位）有 进位或借位，则Cy位被置1，否则清零。Cy既可 以作为条件转移指令中的条件，也可用于十进 制调整。n AC（PSW.6）：半进位标志位。在执行加 、减法指令时，如果其低半字节向高半字节有 进位或借位（D3位向D4位），则AC位被置1， 否则清零。AC也可用于十进制调整。n F0（PSW.5）：用户自定义标志位。用户 可用软件对F0赋以一定的含义，决定程序的执 行转向。n RS1（PSW.4）和RS0（PSW.3）：工作寄 存器组选择位。表2-2所示为RS1和RS0与片内工 作寄存器组的对应关系。-程序状态字寄存器程序状态字寄存器2.3.1 运算器Date24单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录n OV（PSW
