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1、第2章 8051单片机的结构体系,*,1,,第1部分第2部分第3部分,*,,2,第1部分2.1 8051单片机的主要特性 2.2 8051单片机内部结构 2.3 8051单片机的封装和引脚 2.4 8051 的微处理器,*,,3,*,,微处理器(Microprocessor),Arithmetic Logic Unit,Register Arrays,Control Unit,GP- CPU,CLK,Reg,MPU,CPU,Microprocessor-based System,4,单片机（Microcontroller）,*,,5,基本部分,扩展部分,2.1 8051单片机的主要特性,针对控
2、制应用而优化的8位CPU 128字节的片上数据RAM 64KB的数据存储器寻址空间 64KB的程序存储器寻址空间 4KB的片上程序存储器(8031无) 2个16位定时器计数器 32根双向和单独可寻址的I/O线,*,,6,1个全双工的UART 2个优先级的5向量中断结构 211位可寻址空间 4s乘法/除法指令 片上时钟振荡器 工作电压4.05.5V,*,,7,*,,8,表2-1 8051系列单片机的比较,2.2 8051单片机内部结构,*,,9,图2-1 8051结构框图,1.CPU 8051单片机中有一个8位CPU，是单片机的核心，由运算器和控制器构成。运算器包括算术逻辑单元ALU、累加器AC
3、C、寄存器B、程序状态字PSW、十进制调整电路等部件，实现数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作。控制器包括定时控制逻辑(时钟电路、复位电路)、指令寄存器、指令译码器、程序计数器PC、堆栈指针SP、数据指针寄存器DPTR、以及信息传送控制等部件，其主要功能是对指令码进行译码，然后在时钟信号作用下，使单片机的内外电路能够按一定的时序协调有序的工作，执行译码后的指令。,*,,10,2.内部数据存储器(RAM) 8051系列单片机内部有128字节(8052子系列有256个字节)RAM，用来存放程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。 3.内部ROM/EPROM/F
4、lash/ISP Flash 8031无此部件；8051系列单片机片内有4KB的掩膜ROM；8751则为4KB的EPROM；89S52为ISP(In System Program)的免拔插电气可编程8KB Flash存储器，用来存放程序、原始数据或表格。如果片内只读存储器容量不够，则需扩展片外只读存储器。片外只读存储器最多可扩展至64KB。,*,,11,4.定时器/计数器 8051系列单片机内部有2个16位定时器/计数器T0、T1，有四种工作方式。89S52不仅有定时器T0和T1，还有定时器T2、看门狗定时器。通过编程，T0、T1还可用作13位或8位定时器。,*,,12,5.并行口 8051单
5、片机内部共有四个输入输出口，一般称为并行IO口，即P0、P1、P2、P3口，每个口都是8位。对于没有程序存储器的8031单片机，需用P0口作为低8位地址/数据线分时复用，即相当于计算机的AD0AD7，而P2口作为高8位地址A8A15。P3口各个管脚又有不同的第二功能，例如，读、写控制信号等。对8051单片机而言，P1口一般可作为通用I/O口使用；对于8052单片机，P1.0作为定时器T2的外部计数输入，P1.1是定时器/计数器T2捕捉/重装操作的控制信号；对于89SXX系列单片机P1.5、P1.6、P1.7还是Flash 串行编程操作的接口端。,*,,13,6.串行口 8051系列单片机有一个
6、全双工的串行I/O口，以完成单片机和其它计算机或通信设备之间的串行数据通信，单片机只用P3口的RXD和TXD两个管脚进行串行通信。7.中断系统 8051系列单片机内部有很强的中断功能，以满足控制应用的需要。它共有5个中断源，即外部中断源2个，定时器/计数器中断源2个，串行中断源1个。,*,,14,8.CPU内部总线和外部总线 CPU通过内部的8位总线与各个部件连接，并通过P0口和P2口形成内部16位地址总线连接到内部ROM区。从图2-2可看到外部三总线：它是由P0口组成的数据总线DB(与低8位地址总线分时复用)；由P0口和P2口组成的16位地址总线(AB)(P0口分时)；由 ， , ALE和P
7、3口部分管脚(读信号及写信号)组成的控制总线(CB)。,*,,15,9.布尔处理器 由片内RAM的20H2FH共16个单元的128位，11个SFR中的83位组成的211位布尔处理器，可完成位运算等任务。8052增加可寻址位SFR 1个，可寻址位增加8位。,*,,16,2.3 8051单片机的封装和引脚 2.3.1 封装,*,,17,PDIP,PLCC,TQFP,PDIP: Plastic Dual Inline Package PLCC: Plastic Leaded Chip Carrier TQFP: Thin Quad Flat Package,*,,18,*,,19,*,,20,*,,
8、21,2.3.2 引脚定义(非常重要!),VCC: PIN 40-电源正端, 为+5V。VSS: PIN 20 -电源地端。,*,,22,RESET: PIN9-复位引脚。当晶体振荡器运行时，只要在这个引脚出现两个机器周期的高电平， 就可以使单片机复位 。 PIN9引脚内部有下拉电阻，用户只要在VCC和该引脚之间接电容，就可实现上电复位。,*,,23,上电复位电路,上电和手动复位电路,XTAL1(PIN19)、XTAL2(PIN18):外接晶振引脚 XTAL1: 内部振荡电路反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，此引脚应接地。 XTAL2: 内部振荡电路反相放大器的输出端，采用外部振荡器时，
9、该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。,*,,24,*,,25,片内时钟方式 Using the On-Chip Oscillator,外部时钟方式 External Clock Drive,C1=C2=30pF,*,,26,PSEN(PIN29):外部程序存储器选通使能,低电平有效。在由外部程序存贮器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在此期间内，每当访 问外部数据存贮器时，这两次有效的PSEN 信号将不出现。,ALE/PROG(PIN30),当访问外部存贮器时，ALE(允许地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存贮器，ALE端仍
10、以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存贮器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LSTTL。,*,,27,EA/VPP(PIN31):当EA=1时，访问内部程序存贮器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH(对8051/8751/80C51)或1FFFH(对8052)时，将自动转向外部程序存贮器。当 EA=0时，则只访问外部程序存贮器，不管是否有内部程序存贮器。 对于8031来说，因其无内部程序存储器，所以该脚必须接地，这样只能选择外部程序存储器。 VPP为本引脚
11、的第二功能。在对EPROM型单片机8751片内EPROM固化编程时，用于施加较高编程电压（例如21V或12V）的输入端，对于89X51则VPP编程电压为12V或5V。,*,,28,8751/8051 最小系统,*,,29,*,,30,89S52 最小系统,P0.0(AD0)P0.7(AD7):PIN3932P0口为双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LSTTL负载。 如果不用作地址/数据总线使用， P0口可作为普通I/O口使用，此时，需要外接上拉电阻。,*,,31,P2.0(A8)-P2.7(A15)-(PIN21-PIN28) 8位准双向I/O口，要
12、么作为高8位地址总线，要么作为普通I/O口。可驱动4个LSTTL型负载。,*,,32,P1.0-P1.7(PIN1-PIN8)： 普通的I/O口 89S52 第2功能,*,,33,*,,34,P3口第二功能（Alternate Function） P3.0RXD(Serial Input Line) P3.1TXD(Serial Output Line) P3.2/INT0(External Interrupt 0) P3.3/INT1(External Interrupt 1) P3.4T0(Timer 0 External Input ) P3.5T1(Timer 1 External I
13、nput ) P3.6/WR(External Data Memory Write Strobe) P3.7/RD(External Data Memory READ Strobe),2.4 8051 的微处理器,8051的微处理器由运算器和控制器构成。运算器：主要用来对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。主要包括算术逻辑运算单元ALU、累加器A、寄存器B、位处理器、程序状态字寄存器PSW以及BCD码修正电路等。,*,,35,2.4.1 运算器,1.算术逻辑运算单元ALU ALU的功能十分强，它不仅可对8位变量进行逻辑与、或、异或、循环、求补和清零等基本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本算术运
14、算。ALU还具有一般微计算机ALU所不具备的功能，即位处理操作，它可对位变量进行处理，如置位、清零、求补、测试转移及逻辑与、或等操作。,*,,36,2.累加器A 8位累加器，是CPU中使用最频繁的一个寄存器，也可写为ACC。累加器的作用是：累加器A是ALU单元的输入之一，因而是数据处理源之一。但它又是ALU运算结果的存放单元；CPU中的数据传送大多都通过累加器A，故累加器A又相当于数据的中转站。由于数据传送大多都通过累加器A，故累加器容易产生“堵塞”现象，也即累加器结构具有的“瓶颈”现象。,*,,37,8051单片机增加了一部分可以不经过累加器的传送指令，这样，即可加快数据的传送速度，又减少了累加器的“瓶颈堵塞”现象。 累加器A的进位标志 Cy 是特殊的标志位，因为它同时又是位处理机的位累加器。,
