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1、单片机原理及应用主讲：覃业梅中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51的硬件结构9/6/20241Email:中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构MCS-51单片机的基本组成v结结构构框框图图如如下下图图所所示示，可可以以看看出出，在在一一块块芯芯片片上上集集成成了了一一个个微型计算机的主要部件，它包括以下几部分：微型计算机的主要部件，它包括以下几部分：l1 1个个8 8位微处理器位微处理器(CPU)(CPU)。l1 1个时钟电路。个时钟电路。l4KB4KB程序存储器。程序存储器。l256B256B数据存储器。数据存储器。l2 2个个1616位定时位定时/ /计数器。
2、计数器。l64KB64KB扩展总线控制电路。扩展总线控制电路。l4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O接口接口P0P0P3P3。l1 1个全双工串行个全双工串行I/OI/O接口。接口。l5 5个中断源，其中包括个中断源，其中包括2 2个优先级嵌套中断。个优先级嵌套中断。 9/6/20242中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构MCS-51单片机的硬件结构CPUSFRRAMROM/EPROMP3P2P1P0串行口定时/计数中断9/6/20243中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构9/6/20244中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的
3、硬件结构单片机实验仿真系统9/6/20245中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构MCS-51的引脚P1.0 P1.7P3.0 P3.7P0.0 P0.7P2.7 P2.0MCS-51RSTGNDVCCXTAL2XTAL1EAALEPSENRXDTXDINT0INT1T0T1WRRDP3的第的第二功能二功能EA=1时时 片内片内输出输出fosc/6访问外部时锁存访问外部时锁存PSEN 时时 选选通外部存储器通外部存储器9/6/20246中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构CPU9/6/20247中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬
4、件结构CPU运算器v算术逻辑运算ALUv累加器AvPSW是一个8位的特殊功能寄存器，它用于存放程序运行的状态信息。9/6/20248中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构9/6/20249中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构CPU控制器v程序计数器PC是一个16位的计数器，它存放的内容是下一条要执行的指令的地址。它的寻址范围为64K（即0000HFFFFH）。v指令寄存器IR和指令译码器ID IR存放指令操作码PC只是CPU内部的一个跟踪指令地址的电路，所以PC是没有地址的，即不能对PC进行寻址。9/6/202410中南林业科技大学涉外学院第二章
5、MCS-51单片机的硬件结构时钟电路与时序9/6/202411中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构vv（1 1）时钟周期时钟周期振荡频率振荡频率vv（2 2）机器周期机器周期完成一个基本操作所需要的时间。完成一个基本操作所需要的时间。 MCS-51MCS-51每每1212个时钟周期为一个机器周期。个时钟周期为一个机器周期。 一个机器周期由一个机器周期由6 6个状态，即个状态，即S1S1S6S6，每个状态，每个状态分分2 2拍：拍：P1P1、P2P2。vv（3 3）指令周期指令周期执行一条指令所需的全部时间。执行一条指令所需的全部时间。MCS-51MCS-51单片机单片机
6、的指令周期通常由的指令周期通常由1 14 4个机器周期组成。个机器周期组成。9/6/202412中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构CPU时序思考计算思考计算当振荡频率为当振荡频率为12M12M时，一个机器周期是多少时间？时，一个机器周期是多少时间？因为：频率因为：频率1 1周期，周期周期，周期1 1频率频率所以：振荡周期所以：振荡周期1 11212（微秒）（微秒）又，又，1 1个机器周期是个机器周期是1212个振荡周期，个振荡周期，所以，所以，1 1个机器周期个机器周期1 1121212121 1（微秒）。（微秒）。当振荡频率为当振荡频率为6M6M时，一个机器周期是多
7、少时间？时，一个机器周期是多少时间？9/6/202413中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构9/6/202414中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构 S1P1 P2 S2P1 P2 S3P1 P2 S4P1 P2 S5P1 P2 S6P1 P2 S1P1 P2ALE振荡器振荡器ALE每有效每有效1次，次，对应对应1次读指令次读指令的操作的操作9/6/202415中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构9/6/202416中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构复位操作与复位电路vvRSTRST引脚加大于引脚
8、加大于2 2个机器周期的高电平个机器周期的高电平vv单片机复位后的工作状态单片机复位后的工作状态2-69/6/202417中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构程器序计数累加器寄存器B程序状态字堆栈指针数据指针数据锁存器中断优先控制寄存器中断允许控制寄存器9/6/202418中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构定时器方式选择寄存器定时器控制寄存器定时器0低8位定时器0高8位定时器1低8位定时器1高8位串行口控制寄存器串行口数据缓冲寄存器波特率选择寄存器9/6/202419中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构v复位电路 上电复
9、位上电复位 按钮复位按钮复位9/6/202420中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构存储器vv1 程序存储器程序存储器v程序存储器程序存储器ROMROM用来存放用来存放程序程序、常数常数或或表格表格等。等。v在在80518051中，片内外中，片内外ROMROM统一编址统一编址, ,其存储空间分布如下：其存储空间分布如下：l片内有片内有4KB4KB的的ROMROM存储单元，地址为存储单元，地址为0000H0000H0FFFH0FFFH。l片外最多可扩至片外最多可扩至64KB64KB的的ROMROM，地址为，地址为0000H0000HFFFFHFFFFH。l l/EA=1/
10、EA=1时读片内，时读片内，/EA=0/EA=0时读片外。时读片外。vv80518051单片机内部有单片机内部有4KB4KB的掩膜的掩膜ROMROM、87518751单片机单片机内部有内部有4KB4KB的的EPROMEPROM，而，而80318031内部没有程序存储内部没有程序存储器，必须外接程序存储器。器，必须外接程序存储器。 某些单元被固定用于各中断源的入口地址。某些单元被固定用于各中断源的入口地址。/INT0 0003HT0 000BH/INT1 0013HT1 001BH串口串口 0023H 9/6/202421中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构vv2 数据存
11、储器数据存储器 MCS-51系列单片机数据存储器分内部数据存储器（即片内RAM）、外部数据存储器 （ 即 片 外 RAM） 和 特 殊 功 能 寄 存 器（SFR）。9/6/202422中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构2-5a a、内部数据存储器、内部数据存储器、内部数据存储器、内部数据存储器由由PSW的的RS0、RS1决定决定16个单元个单元128个位个位9/6/202423中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构b b、特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR（又称专用寄存器）（又称专用寄存器）这这2121个特殊功能寄存器详情见表个特殊功能寄
12、存器详情见表2-22-2。堆栈及堆栈指针堆栈及堆栈指针SP（1）堆栈的概念堆栈的概念 v堆栈遵循“先进后出”的原则v堆栈就是在数据存储器中开辟一块区域（堆栈区），这块开辟的区域中一端是固定的，一端是活动的，数据进入堆栈区时只能从活动的一端进入，并且从活动的一端出来。我们把堆栈区活动端叫做栈顶，固定端叫栈底。注意：注意：P0-P3寄存寄存器是接口器是接口P0-P3的的锁存器锁存器堆栈有保护断电堆栈有保护断电及现场的作用及现场的作用9/6/202424中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构（2）堆栈指针堆栈指针SPvSP是一个8位的特殊功能寄存器，它里面存放的是栈顶的地址。v
13、将一个字节压入堆栈成为进栈，进栈前SP自动加1，使堆栈指针指向当前的栈顶位置，而进栈的字节就存放在栈顶的位置。v将一个字节从栈顶弹出称为出栈，出栈后SP自动减1。c c、位寻址空间、位寻址空间 内RAM中的20H2FH单元中128个位 SFR中可位寻址的有11个的88个位 见表2-3、2-4d d、外部数据存储器、外部数据存储器 外部数据存储器最多可扩至64KB。9/6/202425中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构9/6/202426中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构存储器结构9/6/202427中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构物理上分为两大区域：物理上分为两大区域：00H-7FH00H-7FH即低即低128128单元内单元内RAM;80H-FFHRAM;80H-FFH即即SFRSFR区。区。9/6/202428中南林业科技大学涉外学院第二章 MCS-51单片机的硬件结构并行I/O端口vP0并行数据输入/出；数据总线，低8位地址总线vP1并行数据输入/出vP2并行数据输入/出；高8位地址总线vP3并行数据输入/出；第二功能：控制vP0口只有在数据传送时芯片内外才接通，其余处于隔离状态vP1P3都有上拉电阻，作输入口使用时，要向其先写入1，使输出驱动电路的FET截止。9/6/202429
