单片机基本结构及工作原理

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1、目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理工大学电气系1.1 51系列单片机概述1.2 MCS-51单片机内部结构及引脚定义 1.3 MCS-51MCS-51单片机程序存储器的配置单片机程序存储器的配置1.4 MCS-51 MCS-51单片机数据存储器的配置单片机数据存储器的配置1.5 振荡器与时钟电路振荡器与时钟电路1.6 CPUCPU的时序的时序1.7 8 8位并行输入输出端口位并行输入输出端口 第1章 MCS-51系列单片机的基本结构及工作原理目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理工大学电气系（1）MCS-51是Intel公司生产产的一个单单片机系列名称。 属于这这一系列

2、的单单片机有多种，如： 8051/8751/8031； 8052/8752/8032； 80C51/87C51/80C31； 80C52/87C52/80C32等 。 1.1 51系列单片机概述1.1.1 MCS-51系列 （2）该系列生产工艺有两种： 一是HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺） 二是CHMOS工艺（互补金属氧化物的HMOS工艺）CHMOS是CMOS和HMOS的结合，既保持了HMOS高 速度和高密度的特点，还具有CMOS的低功耗的特点。在产 品型号中凡带有字母“C”的即为CHMOS芯片，CHMOS芯片 的电平既与TTL电平兼容，又与CMOS电平兼容。目录单片机课程单片机课程大连

3、理工大学电气系大连理工大学电气系（3）在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两类：增强型： 8052/8752/803280C52/87C52/80C32基本型： 8051/8751/803180C51/87C51/80C311.1 51系列单片机概述1.1.1 MCS-51系列 （4）在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有三种形 式，即掩膜ROM、EPROM和ROMLess（无片内程序存储 器）。如： 80C51有4K字节的掩膜ROM； 87C51有4K字节的EPROM ； 80C31在芯片内无程序存储器。目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理工大学电气系1.1.2 80C51系

4、列 Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52 、87C52等； ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等； Philips、华华邦、Dallas、iemens(Infineon)等公司 的许许多产产品 。80C51是MCS-51系列中CHMOS工艺艺的一个典型品种 ；其它厂商以8051为为基核开发发出的CMOS工艺单艺单 片机产产品 统统称为为80C51系列。当前常用的80C51系列单单片机主要产产品有：1.1 51系列单片机概述目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理工大学电气系1.1.3 80C51系列典型产产品资资源配置1.1 51系

5、列单片机概述目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理工大学电气系时钟电路4KROM 程序存储器256BRAM 数据存储器2X16位 定时/计数器CPU 处理器64KB总线 扩展控制器可编程I/O 端口P0-3可编程 串行口中断控制在MCS-51单片机中，一般包含有CPU、程序存储器 ROM、数据存储器RAM、定时/计数器、并行I/O端口、串行 口、中断系统等；在高档单片机中还包含了通用机所设有的 一些特殊的电路模块（A/D、D/A、PWM等）。1.2.1 MCS-51单单片机内部结结构（以8051为为例）1.2 MCS-51单片机内部结构及引脚定义目录单片机课程单片机课程大连理工大学电

6、气系大连理工大学电气系1.2 MCS-51单片机内部结构及引脚定义1.2.2 MCS-51单单片机引脚定义义（以8051为为例）MCS-51单片机外型图（DIP封装） MCS-51单片机的逻辑符号图电源及 控制P3口P1 口P0 口P2 口87C51 EPROM型AT89C51ATMEL FLASH型VCCGNDRXD TXD /INT0 /INT1 T0 T1 /WR /RDXTAL1XTAL2RST/EA /PSEN ALE返回目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理工大学电气系1、并行输入输出端口引线（4*8=32个）P0.0 - P0.7：P0端口线（39-32脚） 输出能力最

7、强的端口，可带8个TTL负载（输出开路结构， 所以驱动拉电流负载时，应接一个10k左右的上拉电阻）； 当系统使用外接存储器时，P0口还作为低八位地址总线和数据总线（此时P0口不能作为通用的I/O端口）。 P1.0 - P1.7：P1端口线（18脚）：负载能力为4个TTL负载。 P2.0 P2.7：P2端口线（2128脚） 通用I/O端口，负载能力为4个TTL ； 当系统使用外接存储器时，该口还作为高八位地址总线（此时P2口不能作为通用的I/O端口）。引脚图MCS-51单片机有DIP和PLCC两种封装形式。1.2 MCS-51单片机内部结构及引脚定义目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连

8、理工大学电气系P3.0 P3.7 P3端口线 （10 17脚）： 通用I/O端口，负载能力为4个TTL ； 具有第二功能。口线定义说明口线定义说明P3.0RXD串行数据输输入口P3.4T0计计数器外部输输入信号P3.1TXD串行数据输输出口P3.5T1计计数器外部输输入信号P3.2INT0外部中断输输入口P3.6/WR外部数据存储储器写信号P3.3INT1外部中断输输入口P3.7/RD外部数据存储储器读读信号P3口第二功能表引脚图1.2 MCS-51单片机内部结构及引脚定义目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理工大学电气系2、电源线（2条）: Vcc（+5V, 40脚）和Vss（GN

9、D, 20脚）3、控制线（6条） （1） 外接晶体引脚：XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚）在两脚之间接入一个晶体振荡器，单片机就以此晶体 的频率开始工作。其频率范围一般为：024M。频率越高，单片机的工作速度就越快，但单片机的功耗就要增加。 （2）RST/Vpd（9脚）：复位信号输入，高电平有效。 在单片机上电开始工作时， 必须在此引脚上有一个两个机器周期的高电平使单片机复位（外复位电路）。 另外当单片机掉电时，此引脚可以接入备用电源向单片 机内部的RAM供电，以防止RAM中的数据丢失。 1.2 MCS-51单片机内部结构及引脚定义引脚图目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理

10、工大学电气系 在复位状态下：绝大多数SFR的内容全变为“0”，端口输出“1”。RAM内容不变。自动上电复位电路具有手动复位功能 的复位电路 为什么需要 复位？1.2 MCS-51单片机内部结构及引脚定义MCS-51RSTVcc51k 1k1mFMCS-51RSTVccR C 目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理工大学电气系（3）/EA / Vdd （31脚）：允许访问片外存储器/编程电 源线 程序存储器的选择控制端/EA=“1” 时：单片机使用内部的程序存储器； /EA=“0” 时：单片机使用外部的程序存储器。但要特别注意：如果EA=1即使用单片机内部的程序存储 器时，如果程序计数

11、器PC的值超过0FFFH时（对8051而言 ），单片机将自动转向外部程序存储器1000H开始的单元。 对于EPROM型的单片机，此脚还是用于写程序时，加 入21V的编程电压。1.2 MCS-51单片机内部结构及引脚定义引脚图目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理工大学电气系片内 ROM 4K(EA=1)/EA决定着对ROM的使用选择MCS-51 单片机片内 RAM 256B片外 RAM 64K片外 ROM 64KEA=0 或片内 溢出000HFFFH0000HFFFFH0FFFH1000H片外 ROM 64KEA=0 或片内 溢出片外 ROM 64KEA=0 或片内 溢出片内 ROM

12、 4K(EA=1)1.2 MCS-51单片机内部结构及引脚定义目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理工大学电气系（4）/PSEN（29脚）：片外ROM的选通输出信号当使用外部程序存储器时，此脚在一个机器周期内产生两次负脉冲（访问外部数据存储器时，此信号无效）。（5）ALE/PROG（30脚）：地址锁存允许/编程线 可作为外部存储器低八位地址的锁存信号；不访问片外数据存储器时以一个不变的频率（ fosc/6）周期性输出脉冲； 还是EPROM型单片机编程时编程输入脉冲。1.2 MCS-51单片机内部结构及引脚定义3、控制线（6条）（1）外接晶体引脚：XTAL1（19脚）、XTAL2（18

13、脚）（2）RST/Vpd（9脚）：复位信号输入，高电平有效。（3）/EA / Vdd （31脚）：允许访问片外存储器/编程电源线引脚图目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理工大学电气系1.3.0 MCS-51单片机的存储器的配置特点 内部集成了4K的程序存储器ROM； 内部具有256B的数据存储器RAM； 可以外接64K的程序存储器和数据存储器。 从物理结构的角度讲，51单片机的存储系统可以 分为四个存储空间：即片内ROM，RAM和片外 ROM、RAM。 从逻辑上讲（即用户编程的角度讲）51单片机的 存储系统又可分为三个存储空间。即片内RAM， 片外RAM, 片内外统一编址的程序存储

14、器ROM。1.3 MCS-51单片机程序存储器的配置目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理工大学电气系从物理结构上单片机系统的存储器结构图 （4个部分） MCS-51 单片机片内 ROM 4K (EA=1)片内 RAM 256B片外 RAM 64K片外 ROM 64K(EA=0 或片内 溢出）000HFFFH0000HFFFFH0FFFH1000H1.3 MCS-51单片机程序存储器的配置1.3.0 MCS-51单片机的存储器的配置特点 目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理工大学电气系1.3.1 关于程序存储器（片内与片外）（1）程序存储器（ROM）是存放程序、常数和表格

15、的。（2）在MCS-51单片机中： /EA=1时，系统执行片内的4KROM中的程序； /EA=0时，系统使用片外ROM中的程序。（3）无论是使用片内还是使用片外的ROM（即 EA=1或 EA=0），其起始地址都是从0000H单元开始。（4）尽管系统具备片内ROM和外部ROM，但是在一般正常 使用情况下，只能通过/EA的设定来选择其中之一。所 以，在物理上的两个存储空间在逻辑上却只是一个（或 者使用内部ROM；或者使用外部ROM）。1.3 MCS-51单片机程序存储器的配置目录单片机课程单片机课程大连理工大学电气系大连理工大学电气系（5）如果/EA=1（执行片内程序存储器中程序时）：0FFFH0000H0FFFH0000HFFFFH1000HEA=1时，ROM的使用片外程序存储器 （最大64K）单片机内部 程序存储器 （4K）1.3 MCS-51单片机程序存储器的配置若程序计数器的指针PC值超过0FFFH（4K）时，单片 机就要自动的转向片外的ROM（尽管EA=1），且从片外 ROM的1000H单元开始执行程序（此时：单片机是无法使用 片外ROM的0000H-0FFFH这4K单元）。目录单片机课程