《2_mcs-51系列单片机组成及工作原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2_mcs-51系列单片机组成及工作原理（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、单片机概述 单片机，即集成在一块芯片上的计算机，集成了中央处理器CPU（ Central Processing Unit）、随机存储器RAM（Random Access Memory）、只读存储器（Read Only Memory）、定时器/计数器以 及I/O接口电路等主要计算机部件。单片微型计算机（Single Chip Computer），简称单片机，也可称为微控制器 MCU（Micro controller Unit）。主要有Intel公司的MCS48，51，96系列单片机；Motorola公 司的MC6801，6805系列单片机；Zilog公司的Z8系列单片机； 近年有Atmel公司的
2、AT89系列单片机和Microchip公司的PIC系 列单片机等。单片机发展概况各种系列的单片机由于其内部功能、单元组成及指令系统的不 尽相同，形成了各具特色的系列产品。其中Intel公司生产的 MCS系列单片机目前仍占主导地位。 从1976年9月Intel公司推出MCS48系列单片机以来，世界上 的一些著名的器件公司都纷纷推出各自系列的单片机产品。n1976-1978 初级8位单片机 Intel MCS-48 系列n1978- 高档8位单片机 Intel MCS-51系列：n-51子系列：8031/8051/8751n-52子系列：8032/8052/8752n低功耗型80C31高性能型80
3、C252廉价型89C2051/1051Intel 单片机n1983- 16位单片机 Intel MCS-96 系列 8098/8096、80C198/80C196n32位单片机 8096051系列单片机分类51系列单片机源于Intel公司的MCS51系列，在Intel公司将MCS51 系列单片机实行技术开放政策之后，许多公司，如Philips、Dallas、 Siemens、Atmel、华邦、LG等都以MCS51中的基础结构8051为基 核推出了许多各具特色、具有优异性能的单片机。这样，把这些厂家 以8051为基核推出的各种型号的兼容型单片机统称为51系列单片机。 Intel公司MCS51系列
4、单片机中的8051是其中最基础的单片机型号。 MCS51系列 AT89系列 其它公司的51系列单片机MCS51单片机和8051、8031、89C51等的关系 MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称. 这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752 等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进 行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片 机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称 。 INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其
5、它公司，所以有很多公司在 做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需 求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公 司开发生产的。以后我们将用89C51来完成一系列的实验。 第二章 MCS-51单片机的组成及工作原理2-1 8051单片机基本组成 1中央处理器（CPU） 中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和控制功能， MCS-51单片机的CPU能处理8位二进制数或代码。 2、内部数据存贮器（内部RAM） 8051共有256个RAM，其中128个被占有寄存器占用，能作为寄存 器供用户使用的只有128个单元，简称内部RAM3、内部
6、程序存贮器（内部ROM） 8051共有4K掩膜ROM，用于存放程序，原始数据，表格。称程序 存贮器，简称内部ROM4、定时器/计数器 8051共有2个16位定时器/计数器，以实现定时或计数功能，并以定 时或计数结果对计算机进行控制。5、并行I/O口 8051共有8个I / O口P0 P1P2 P3以实现数据的并行输出，输入。6、串行I/O口 MCS-51的一个全双工的串行口，以实现单片机与其它设备之间 的串行数据传输。该 口功能较强，既可作为全双工异步通信收发 器使用，也可作为同步移位器使用。7、中断控制系统 8051共有5个中断源，外中断2个，定时器/计数中断2 个，串行中 断1 个。分为高
7、级和低级两个级别。8、时钟电路 MCS-51内部有时钟，但晶振和微调电容需外接。系统允许最高频 率为12MHZ2-2 8051的内部数据存储器 n普林斯顿结构：程序和数据共用一个 存储器逻辑空间，统一编址。n哈佛结构：程序与数据分为两个独立 存储器逻辑空间，分开编址。n物理上4个存储器地址空间：片内/片外程序存储器空间片内/片外数据存储器空间n逻辑上3个存储器地址空间：64KB 程序存储器256B 片内数据存储器64KB 片外数据存储器MCS-51程序存储器配置n (一)8051程序存储器n64KB 程序存储器空间nEA不同电平，选择片内 或片外低位存储单元n (二)8051数据存储器 164
8、KB片外数据存储器空间(与扩展I/O接口共用) 2. 256B片内数据存储器: 1) 片内RAM2) 特殊功能寄存器 SFR特殊存储单元： 复位入口: 0000H 中断入口:0003H0023H为什么称它为只读存储器呢？在特殊的条件下由外部设备对ROM进行写的操 作，在单片机正常工作条件下，只能从那面读，不能把数据写进去，所以我 们还是把它称为ROM。 一、存储器概述 我们来思考一个问题，当我们在编程器中把一条指令写进单片要内部， 然后取下单片机，单片机就可以执行这条指令，那么这条指令一定保存 在单片机的某个地方，并且这个地方在单片机掉电后依然可以保持这条 指令不会丢失，这是个什么地方呢？这个
9、地方就是单片机内部的只读存储器即ROM（READ ONLY MEMORY）。随机读/写存储器RAM可以进行多次信息写入和读出，每次写入后， 原来的信息将被新写入的信息所取代。另外，RAM在断电后再通电 时，原存的信息全部丢失。它主要用来存放临时的数据和程序。随机读/写存储器RAM (Random Access Memory) 只读存储器ROM (Read Only Memory) RAM按生产工艺分，又可以分为双极型RAM和MOS RAM，而MOS RAM 又分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）。 （1）双极型RAM：是以晶体管触发器作为基本存储电路，存取速度快， 但结构复杂、集
10、成度较低，比较适合用于小容量的高速暂存器。 （2）MOS RAM：是以MOS管作为基本集成元件，具有集成度高，功耗 低，位价格便宜等优点，现在微型机一般都采用MOS RAM。 只读存储器ROM的信息一旦写入后，便不能随机修改。在使用时，只能 读出信息，而不能写入，且在掉电后ROM中的信息仍然保留。它主要用 来存放固定不变的程序和数据。ROM按生产工艺分，又可以分为以下几种： （1）掩膜ROM：其存储的信息在制造过程中采用一道掩膜工艺生成，一旦出厂， 信息就不可改变。 （2）可编程只读存储器 PROM：其存储的信息可由用户通过特殊手段一次性写入 ，但只能写入一次。 （3）可擦除只读存储器：其存储
11、的信息用户可以多次擦除，并可用专用的编程器 重新写入新的信息。可擦除只读存储器又可分为紫外线擦除的EPROM、电擦除的 EEPROM和Flash ROM。二、内部数据存储器（一）低128个单元片内 RAM8051内部RAM有256个单元，通常在空间上分 为两个区；低128个单元（00H7FH）的内部数据 RAM块和高128个单元（80H0FFH）的专用寄存 器SFR块。1、工作寄存器（00H1FH） R0R7 (8位)暂存运算数据和中间结 果。4个工作寄存器区，工作寄存器0区3区。每个 区均含8个寄存器R0R7 。 用PSW中的两位PSW.4和PSW.3（RS1，RS0 位）来切换工作寄存器区
12、，选用一个工作寄存 器区进行读写操作。在任一时刻，CPU只能使用其中一组通用寄存器 共16个单元，计 168=128位，位地址为 00H7FH。位寻址区既 可作为一般的RAM区进 行字节操作，也可对单 元的每一位进行位操作 ，因此称为位寻址区， 是存储空间的一部分。 表21列出了位寻址区 的位地址：2、位寻址区（20H2FH）单单元地址MSB位地址LSB2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2BH5FH5EH5DH5C
13、H5BH5AH59H58H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H28H47H46H45H44H43H42H41H40H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H26H37H36H35H34H33H32H31H30H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H24H27H26H25H24H23H22H21H20H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H22H17H16H15H14H13H12H11H10H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H20H07H06H05H04H03
14、H02H01H00H3、用户RAM区（30H7FH）一般把堆栈放在这里 n专用寄存器：nA、B、PSW、DPTR、SPn P0、P1、P2、P3、SBUF、TMOD 、TCON、SCON （二）内部RAM高128单元专用寄存器区（也称为特殊功能寄存器 区（SFR）区） 占用字节地址：80HFFH共有22个专用寄存器 ，程序计数器PC在物 理上是独立的，没有地址不属于内部RAM 的SFR区 ；其余的21个专用寄存器都属于 内部RAM的SFR区 寄存器符号地 址寄存器名称ACCE0H累加器BF0HB寄存器PSWD0H程序状态态字SP81H堆栈栈指示器DPL82H数据指针针低八位DPH83H数据指针
15、针高八位 IEA8H中断允许许控制寄存器IPB8H中断优优先控制寄存器P080HI/O口0P190HI/O口1P2A0HI/O口2P3B0HI/O口3PCON87H电电源控制及波特率选择选择 寄存 器 SCON98H串行口控制寄存器SBUF99H串行口数据缓缓冲寄存器TCON88H定时时器控制寄存器TMOD89H定时时器方式选择选择 寄存器TL08AH定时时器0低8位TL18BH定时时器1低8位TH08CH定时时器0高8位TH18DH定时时器1高8位注：带“” 专用寄存器表示可以位操作。nCPU总是按PC的指示读取程 序。PC可自动加1。因此CPU执 行程序一般是顺序方式。当发生 转移、子程序
16、调用、中断和复位 等操作，PC被强制改写，程序 执行顺序也发生改变。n复位时，PC=0000H。(1)程序计数器PC(16位)(5)数据指针DPTR(16位)存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。可分成两个8位寄存器DPH、 DPL使用。位序D7D6D5D4D3D2D1D0 位标标 志CYACF0RS1RS0OVP(2)累加器Acc(8位)需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过A累加器。(3)寄存器B(8位) 与A累加器配合执行乘、除运算。也可用作通用寄存器。(4)程序状态字PSW(8位) 存放ALU运算过程的标志状态RS1RS0寄存器组组R0R7地址 00组组00007H01组组1080FH 10组组21017H 11组组3181FHCY进（借）位标志位 AC辅助进（借）位标志位 F0：用户标志位 RS1，RS0：寄存器组选择位 OV：溢出标志位 P：奇偶标志位 (6)堆栈指针SP(8位)堆栈是按“先进后出”原则存取数据的存储区。 MCS-51
