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1、MCS-51系列单片机的结构和原理,从工作原理上讲，单片机就是一种微型计算机，是一种“程序存储式”计算机。它是在一块硅片上集成了中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、程序存储器（ROM或EPROM）、定时/计数器以及各种I/O接口，也就是集成在一块芯片上的计算机。,一、什么是单片机？,二、MCS - 51系列单片机的基本结构,单片机是一个大规模集成电路芯片，其上集成有CPU、存储器、I/O口(串行口、并行口)、其它辅助电路(如中断系统，定时/计数器，振荡电路及时钟电路等)。其基本结构框图如下：,MCS - 51系列单片机的基本结构图,CPU,RAM,ROM,中断系统,串行口,并行口,定时
2、计数器,振荡电路,X1 X2 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1,T0 T1,MCS - 51系列单片机的基本结构图,X1 X2 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1,返回,CPU,RAM,ROM,中断系统,串行口,并行口,定时计数器,振荡电路,X1 X2 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1,T0 T1,1、RAM被称为随机读写存储器。 2、用于存放数据 。 3、具有易失性：芯片掉电后，其内的信息消失。,MCS - 51系列单片机的基本结构图,T0 T1,CPU,RAM,ROM,中断系统,串行口,并行口,定时计数器,振荡电路
3、,X1 X2 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1,T0 T1,1、 ROM被称为只读存储器。 2、用于存放程序。 3、具有非易失性：掉电后其内的信息依然存在。,返回,三、MCS-51外部引脚及功能、I/O接口电路,1、外部引脚 MCS-51共40个引脚，大致可分为四类，其管脚分布如图2-2所示。 1）电源引脚Vcc和Vss VCC：40脚，电源端，+5V VSS：20脚，接地端（GND） 2）时钟电路引脚 XTAL1：19脚，外接晶振输入引脚。 XTAL2：18脚，外接晶振输出引脚。 3）控制线引脚 共4根，其中3根为双功能 RST/VPD ：9脚，复位/备用电源。 R
4、ST-通过外接复位电路实现上电复位或按键复位。 VPD-可外接备用电源，在VCC掉电时向RAM供电。,MCS - 51单片机引脚及总线结构 (a) 管脚图； (b) 引脚功能分类,P2P0ALE PSEN EA RSTVCC GND,P1P3X1 X2,返回,单片机管脚图, /VPP ：31脚，内外ROM的选择/ EPROM编程电源。=0：访问外部ROM；=1：访问内部ROM； PC值超过0FFFH（4KB）时，自动转向外ROM。VPP -在8751片内EPROM编程期间，为21V编程电源输入端。ALE/ ：30脚，地址锁存允许/编程脉冲。 ALE-访问外ROM或RAM时，用来驱动地址锁存器锁
5、存P0口 分时送出的低8位地址（下降沿有效）。 不访问外存储器时，该端以1/6时钟频率输出正脉冲，可用作为外部时钟。带8个LS型TTL门电路。- 8751片内EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 ：29脚，读外部ROM选通信号，即该脚有效时（上升沿），外ROM允许输出。每个机器周期2次有效。从内部ROM取指时不产生。可带8个LS型TTL门电路。,4）I/O引脚P0口：P0.0P0.7，3932脚，外接存储器时作地址/数据分时 使用口线；不接外部存储器时，可用作为8位准双向I/O口。P1口：P1.0P1.7，18脚，8位准双向I/O口。P2口：P2.0P2.7，2128脚，8位准双向I/O口
6、。外接存储器 时作为高8位地址总线。P3口：P3.0P3.7，1017脚，8位准双向I/O口，出于芯片引 脚数的限制，P3口具有第二输出、输入功能。,89C51单片机的内部结构,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,P L A,ID,振 荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,ALU,习 题,89C51单片机的内部结构,返回,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,P L A,ID,振 荡,X1X2,PSEN RST ALE EA
7、,P0P1P2P3,ALU,算术逻辑运算部件主要用来完成数据的算术和逻辑运算。ALU有2个输入端和2个输出端，其中一端接至累加器，接收由累加器送来的一个操作数；另一端接收TMP中的第二个操作数。参加运算的操作数在ALU中进行规定的操作运算，运算结束后，一方面将结果送至累加器，同时将操作结果的特征状态送标志寄存器。,89C51单片机的内部结构,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,P L A,ID,振 荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,ALU,1、16位寄存器 2、存放下一条将要执行的指令地址.
8、程序中的指令是按照顺序存放在存储器中的某个连续区域.每条指令都有自己的地址,CPU根据PC中的指令地址从存储器中取出将要执行的指令. 3、具有自动加1功能,从而指向下一条将要执行的指令地址. 4、PC的值可以修改，一般程序是按顺序执行指令的.若改变了的PC的值,则程序将不再按顺序执行。,返回,89C51单片机的内部结构,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,P L A,ID,振 荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,IR：用来存放当前正在执行的指令代码 。 ID：用来对指令代码进行分析、译码，根据
9、指令译码的结果，输出相应的控制信号。 PLA：产生出各种操作电位、不同节拍的信号、时序脉冲等执行此条命令所需的全部控制信号 。,返回,89C51单片机的内部结构,X1X2,PSEN RST ALE EA,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,P L A,ID,振 荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,1、8位寄存器 2、累加器是一个特殊的寄存器，它的字长和微处理器的字长相同，累加器具有输入输出和移位功能，微处理器采用累加器结构可以简化某些逻辑运算。 3、由于所有运算的数据都要通过累加器，故累加器在
10、微处理器中占有很重要的位置。,ALU,返回,89C51单片机的内部结构,X1X2,PSEN RST ALE EA,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,P L A,ID,振 荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,ALU,1、8位寄存器 2、在进行乘除法运算时，存放参与运算的一个操作数 3、除此之外，作为一般REG使用,返回,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,P L A,ID,振 荡,X1X2,PSEN RST ALE EA
11、,P0P1P2P3,1、PSW称为程序状态字寄存器，是一个8位寄存器。2、D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Cy Ac F1 RS1 RS0 Ov - P,ALU,返回,89C51单片机的内部结构,X1X2,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,P L A,ID,振 荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,1、SP称为堆栈指针，8位寄存器 2、 SP用来存放堆栈栈顶的地址。,返回,89C51单片机的内部结构,PSEN RST ALE EA,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,
12、PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,P L A,ID,振 荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,1、数据指针DPTR是一个 16 位的专用寄存器, 其高位字节寄存器用DPH表示,低位字节寄存器用DPL表示。 2、既可作为一个 16 位寄存器DPTR来处理, 也可作为两个独立的 8 位寄存器DPH和DPL来处理。 3、 DPTR 主要用来存放 16位地址，当对 64 KB外部数据存储器空间寻址时, 作为间址寄存器用。在访问程序存储器时, 用作基址寄存器。,返回,演示,89C51单片机的内部结构,PSEN RST ALE EA,A,TMP,PSW
13、,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,P L A,ID,振 荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,89C51内有的4K的ROM；不够用时可以外扩ROM；内ROM+外ROM 64K,返回,7FH真正RAM区00H,MCS-51 单片机片内RAM的配置图,FFHSFR区80H,89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00HFFH，分为两大部分: 低 128 字节（00H7FH）为真正的RAM区; 高 128 字节（80HFFH）为特殊功能寄存器区SFR。,返回,7FH真正RAM区00H,MCS-51 单片机片内RAM的配置图,FFHSFR区80H,返回,89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00HFFH，分为两大部分: 低 128 字节（00H7FH）为真正的RAM区; 高 128 字节（80HFFH）为特殊功能寄存器区SFR。,
