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1、第二章 单片机的基本结构 与工作原理,主要内容MCS-51总体结构MCS-51时钟及CPU工作时序MCS-51存储器配置,MCS-51系列基本产品型号：8051、8031、8751称为 51子系列。不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。,MCS-51总体结构,硬件基本配置：,8位CPU片内ROM/EPROM、RAM 片内并行 I/O接口 片内16位定时器/计数器 片内中断处理系统 片内全双工串行I/O口,电源引脚Vcc和Vss 外接晶振引脚XTAL1,XTAL2I/O引脚P0、P1、P2和P3控制和复位引脚ALE、RST,MCS-51
2、单片机引脚,1I/O口线功能4个8位并行 I/O 接口引脚:P0.0P0.7（低8位地址、数据、I/O口）P1.0P1.7（准双向口）P2.0P2.7（高8位地址、I/O）P3.0P3.7（I/O口、第二功能）为多功能引脚，可自动切换用作数据总线、地址总线、控制总线和或I/O 接口外部引脚。,MCS-51单片机引脚,2控制线ALE：地址锁存允许信号端PSEN：外部程序存储器读选通信号端EA/VPP：程序存储器选择信号端和编程电源输入端RST/VPD：复位信号端和后备电源输入端。输入2个机器周期以上高电平脉冲，单片机复位。VPD使用后备电源，可实现掉电保护。,MCS-51单片机引脚,MCS-51
3、单片机内部结构(图),中央处理器 CPU,一、CPU内部结构1.算术逻辑运算单元ALU(8位)+、算术运算，与、或、非、异或 逻辑运算、循环移位、位处理。2.寄存器阵列(1)工作寄存器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来切换工作寄存器区，选用一个工作寄存器区进行读写操作。,(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。亦可作通用寄存器。(4)程序状态字PSW(8位)存放ALU运算过程的标志状态Cy AC
4、 F0 RS1 RS0 OV P进位/辅助进位/用户定/选工作寄/溢出标志/奇偶标志(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。,(6)堆栈指针SP(8位)按“先进后出、后进先出”的原则存取数据的存储区。MCS-51堆栈设在片内RAM区。数据入栈/出栈时，SP自动加1/减 1，其内容始终为栈顶地址。复位时：SP=07H。(7)程序计数器PC(16位)CPU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。复位时：PC=
5、0000H。,MCS-51单片机的片外总线结构,三总线结构：1.地址总线(Adress Bus)总线宽度为16位，可访问64K外部存储器。A0A7 P0口(经锁存器)A8A15P2口2.数据总线(Data Bus)总线宽度为8位(P0)3.控制总线(Control Bus)由P3口和4根独立控制线组成,微处理器CPU,ROM,RAM,I/O接口,外设,地址总线AB,数据总线DB,控制总线CB,单片机的片外总线,MCS-51时钟,时钟频率范围要求在1.2MHz12MHz之间。1内部时钟方式：内部一个高增益反相放大器与片外石英晶体或陶瓷谐振器构成了一个自激振荡器。晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时
6、钟频率。,2外部时钟方式：外部振荡器输入时钟信号。,振荡周期：为单片机提供定时信号的振荡源周期。时钟周期：又称状态周期或S周期。时钟周期是振 荡周期的两倍。机器周期：完成一个基本操作所需要的时间。一个机器周期由12个振荡周期组成。指令周期：一条指令的执行时间。以机器周期为单位可分为：单周期、双周期和四周期指令。若外接晶振为12MHz时，MCS-51单片机的四个周期的具体值为：振荡周期112 us；时钟周期16 us；机器周期1 us；指令周期14 us；,MCS-51工作时序,MCS-51单片机存储器空间结构图图（a）是程序存储器，图（b）是内部数据存储器，图（c）是外部数据存储器,一、五个独
7、立的存储空间164KB程序存储器空间(00FFFFH)2.256B片内数据存储器空间(00FFH)3.128B片内特殊功能寄存器空间(800FFH)4.位寻址空间(00H07FH)5.64KB外部数据存储器空间(00FFFFH),MCS-51存储器配置,程序存储器64KB 程序存储器空间EA不同电平，选择片内或片外低位存储单元,特殊存储单元：复位入口:0000H中断入口:0003HINT0 000BHT0 0013H INT1 001BHT1 0023H串行口,数据存储器,256B片内数据存储器：1)片内RAM工作寄存器区：字节地址：00H1FH位寻址区：字节地址：20H2FH位地址为：00H7FH数据缓冲区/堆栈区：字节地址：00H7FH一般使用30H 7FH,图 24 8051内部RAM位地址区,表 22 片内RAM位寻址区的位地址,数据存储器,2)特殊功能寄存器 SFR占用字节地址：80HFFH位寻址寄存器：其字节地址可被8整除。专用寄存器：A、B、PSW、DPTR、SP I/O接口寄存器：P0、P1、P2、P3、SBUF、TMOD、TCON、SCON,表2-5 特殊功能寄存器地址映象,*：可位寻址的特殊功能寄存器,2.2.2 内部数据存储器高128单元,表 23 MCS-51专用寄存器一览表,
