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1、第2章 MCS-51单片机结构,2.1 MCS-51单片机的外特性,2.2 MCS-51单片机的内部结构,2.1 单片机的外特性,一、电源：2个 Vcc（40）Vss（20）二、时钟：2个 XTAL1（19）XTAL2（18）三、控制信号：4个 RST/VPD ALE/PROG PSEN EA/Vpp四、输入输出（I/O）：32个 P0：8个 P1：8个 P2：8个 P3：8个,一、电源引脚 Vss 和VccVcc（40）：正常工作电压+5VVss（20）：电源地 GND 注意：把220V电源转换为5V的问题二、时钟电路引脚 XTAL1（19）XTAL2（18）8051芯片内部有一个高增益的反
2、相放大器，用于构成振荡器。XTAL1是反向放大器的输入端 XTAL2是输出端,1、两种方式,XTAL1,XTAL2,MCS-51,C1,C2,CYS,XTAL2,XTAL1,MCS-51,+5V,VSS,外部时钟源,图1 内部振荡方式,图2 外部振荡方式,时钟电路引脚连接两种方式,P1,P2,S1,P2,振荡周期,状态周期,机器周期,机器周期,指令周期,XTAL2(OSC),S2,S3,S4,S5,S6,S1,S2,S4,S5,S3,S6,P1,P1,P1,P1,P1,P1,P1,P1,P1,P1,P1,P2,P2,P2,P2,P2,P2,P2,P2,P2,P2,2、四个周期,1振荡周期：为单
3、片机提供时钟信号的振荡源的周期。2状态周期：是振荡源信号经二分频后形成的时钟脉冲信号。3机器周期：通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。6个状态周期 4指令周期：是指CPU执行一条指令所需要的时间。一个指令周期通常含有14个机器周期。,思考：若MCS-51单片机外接晶振为12MHz时，则单片机的四个周期的具体值为多少？,三、I/O引脚：32个,1、P0口可做输入输出口使用，也可做地址/数据总线使用；2、P1口可做输入输出口；3、P2口可做输入输出口使用，也可做地址总线高8位使用；4、P3口可做输入输出口使用,且具有第2功能。,四、控制信号引脚 1、RST/VPD（9）：复位/备用电源输
4、入端,单片机复位后特殊功能寄存器的状态,2、ALE/PROG（30）：（1）第一功能：地址锁存容许信号端（2）第二功能：编程脉冲输入端,当8051上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡频率的1/6。,3、PSEN：片外程序存储器读选通信号端,4、EA/VPP：（1）第一功能:内外程序存储器选择输出（2）第二功能：编程电压输入端,实例：片外程序存储器扩展,单片机,P0,ALE,PSEN,指令,A07,OE,程序存储器,Di Qi G,地址锁存器,P2,A8n,EA,实例：片外数据存储器扩展,单片机,P0,ALE,P3.6（WR）,D07,A07,OE,数据存储器,Di Q
5、i G,地址锁存器,P2,A8n,WE,P3.7（RD）,8051/8751最小应用系统,五、单片机最小系统,实例：用8051最小系统点亮发光二极管LED,8051/8751最小应用系统,ORG 0000H D1:JB P1.6,LOOP CLR P1.3 SJMP LOOP1 LOOP:SETB P1.0LOOP1:SJMP D1 END,8031单片机最小系统,实例：用8031最小系统点亮发光二极管LED,P,1.7,P,1.6,P,1.5,P,1.4,P,1.3,P,1.2,P,1.1,P,1.0,P,3.7,P,3.6,P,3.5,P,3.4,P,3.3,P,3.2,P,3.1,P,3
6、.0,PSEN,EA,ALE,RESET,8031,8051,8751,P,2.7,P,2.6,P,2.5,P,2.4,P,2.3,P,2.2,P,2.1,P,2.0,P,0.7,P,0.6,P,0.5,P,0.4,P,0.3,P,0.2,P,0.1,P,0.0,ALE,A,15,A,14,A,13,A,12,A,11,A,10,A,9,A,8,A,7,A,6,A,5,A,4,A,3,A,2,A,1,A,0,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,G,锁,存,器,数,据,总,线,(DB),地,址,总,线,(AB),控,制,总,线,(CB),频率基准源,计数脉冲,内部总线
7、,中断,中断,控制,并行,I/O,口,串行输入,输出,2.2 单片机的内部结构,振荡器及定,时电路,4K,程序存储器,128B,数据存储器,8051,CPU,64K,字节总,线扩展控制,可编程,I/O,口,可编程,串行口,2个16位定时器/计数器,1.一个 8位CPU2.片内ROM 掩模 4KB3.片内RAM 128B4.21个特殊功能寄存器5.4个片内并行 I/O接口6.两个片内16位定时器/计数器7.5个中断源 两级嵌套8.一个片内全双工串行口9.一个片内振荡器及时钟电路,单片机的内部结构,2.2.1 中央处理器 CPU,CPU=运算器+控制器,一、运算器1、功能：算术、逻辑、位处理2、组
8、成：算术逻辑运算单元ALU 累加器ACC 寄存器B 暂存器TMP 程序状态寄存器PSW,算术运算逻辑运算位操作,存放一个操作数存放运算结果传送数据,D0H,PSW.0,PSW.1,PSW.2,PSW.4,PSW.6,PSW.7,PSW.5,PSW.3,CY：进借位标志；AC：辅助进借位标志；F0：用户标志；RS1、RS0：工作寄存器组选择;OV：溢出位；P:奇偶位。,工作寄存器组选择控制表,二、控制器,2、组成：程序计数器PC PC加1寄存器 指令寄存器 指令译码器 数据指针DPTR 堆栈指针SP 缓冲器以及定时与控制电路,1、功能：识别指令，控制及协调单片机各功能部件工作。,单片机执行指令的
9、工作过程,程序计数器PC的工作过程,(PC),ROM,指令寄存器,指令译码器,定时控制电路,各功能部件,地址,指令,结果,定时信号,控制信号,（PC）,ROM,（PC）+1,PC的内容：下一条要执行的指令在程序存储器中的地址,2.2.2 存储器结构,普林斯顿结构：程序和数据共用一个存储器逻辑空间，统 一编址。,一、存储器配置方式,哈佛结构：程序和数据分开，独立编址,1、程序存储器2、数据存储器,二、存储器的分类,片内程序存储器,片外程序存储器,片内数据存储器,片外数据存储器,三、程序存储器1、作用：存储应用程序的机器码、表格常数2、如何选择片内片外的程序存储器？3、系统保留ROM地址（特殊存储
10、单元）,0000H：启动地址,0003H：外部中断0的中断服务入口地址000BH：定时/计数器0溢出中断入口地址0013H：外部中断1的中断服务入口地址001BH：定时/计数器1溢出中断入口地址0023H：串行口中断服务程序入口地址,四、数据存储器,1、作用：存放运算的中间结果、数据暂存、缓冲2、片外数据存储器：64K3、片内数据存储器：地址范围：00H7FH 80HFFH,字节地址,位 地 址,2FH,2EH,2DH,2CH,2BH,2AH,29H,28H,27H,26H,25H,24H,23H,22H,21H,20H,片内RAM位寻址区的位地址,特殊功能寄存器SFR,总结：位地址空间：21
11、1个 内部RAM：20H2FH 共128个 SFR：11个共有83位,问题：低128字节RAM单元地址范围是00H-7FH 位寻址区128位的位地址 是00H7FH 如何区分是字节地址还是位地址？,位地址表示方法,直接位地址 点操作符表示,一、P0口,P0口做输入输出口使用,2.2.3 输入/输出（I/O)端口,G1,G2,0,G1,G2,P0口做地址/数据总线使用,1,P0口特点：（1）P0口既可作一般I/O口使用，又可作地址数据总线使用（2）P0作输入口时，要先写入1。是一双向口。（3）P0口作输出口时，输出级属开漏电路，必须外接上拉电阻（4）可位寻址，也可按字节寻址（5）可驱动8个TTL
12、负载。,二、P1口,读锁存器,内部总线,读引脚,D,CL,Q,锁存器,P1.X,Vcc,P1口特点：（1）可按字节寻址，也可按位寻址（2）作I/O输入口时：是一准双向口，不是开漏输出。,三、P2口,D,C,L,Q,.,锁,存,器,M,U,X,P,2,.,X,引,脚,地,址,控,制,读锁存器,内部总线,读引脚,Vcc,P2口做输入输出口使用,D,C,L,Q,.,锁,存,器,M,U,X,P,2,.,X,引,脚,地,址,控,制,读锁存器,内部总线,读引脚,Vcc,P2口做地址线使用,P2口特点：（1）P2口作为通用I/O，为准双向口。（2）从P2口输入数据时，先向锁存器写“1”。（3)P2口作输出口
13、使用时，无需外加上拉电阻。（4）若外接ROM,由于访问片外ROM的取指操作，P2口 需要不断送出高位地址，此时P2口不宜再作I/O 口使用。,四、P3口,读,锁,存,器,内,部,总,线,读,引,脚,D,C,L,Q,锁,存,器,P,3,.,X,第,二,输,出,功,能,第,二,输,入,功,能,Vcc,P3口特点：（1）作通用I/O时，“第二输出功能”应保持高电平，（2）工作于第二功能时，该位锁存器应置1，（3）作输入口时，输出锁存器和选择输出功能端都应 置1（4）第二功能专用输入，取自输入通道第一缓冲器（G1）输出端，通用输入信号取自“读引脚”。,MCS51单片机取指、执行时序,2.2.4 时序,读操作码,读下一个操作码（丢弃）,（c）单字节双周期指令，如INC DPTR,读操作码,读下一个操作码（丢弃）,无取指，无ALE,无取指,读下一个操作码,读下一个操作码,访问外部存储器,地址,数据,（d）单字节双周期指令，如MOVX,EA,返回,EA,返回,EA,返回,返回,返回,
