[工学]第2章 mcs-51单片机的结构和原理

第 2章 MCS-51的结构和原理 教学目标2.1 MCS-51单片机的内部结构2.2 MCS-51单片机 外部引脚说明2.3 MCS-51单片机 存储器2.4 MCS-51单片机工作方式2.5 MCS-51时钟电路与时序本章小结思考题与习题单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束本章主要介绍 MCS-51单片机 的 内部结构 、 引脚功能 、 存储器结构 、 P0、 P1、P2、 P3四个 I/O口 的基本工作原理和操作特点。单片机的各种工作方式、单片机的时序等。 单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束教学目标1. 总体了解 MCS-51单片 机内部结构 。2. 熟悉 MCS-51单片机 40个 引脚及其功能 。3. 熟悉 MCS-51三个不同存储空间配置及地址 范围，了解不同存储空间的操作指令和控制信号。4. 熟悉 MCS-51片内 RAM低 128B分区结构和作用。5. 了解 特殊功能寄存器地址分布范围， 理解 ACC、B、 SP、 DPTR的作用和功能，重点掌握 PSW 结构组成和各位作用。通过本章教学，要求达到以下目标：单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束6. 理解 程序计数器 PC的功能。7. 了解 MCS-51 4个 I/O端口结构及工作原理。8. 理解 在扩展外存储器情况下， P0、 P2及P3口的功能作用。9. 了解 堆栈指针 SP及堆栈的作用；10. 掌握 堆栈的设置及使用方式；11. 熟悉 MCS-51复位条件、复位电路和复位后常用的 SFR的状态。 12. 理解 时钟电路组成、时钟和机器周期的概念。 单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束课前预习和复习检测1号题 2号题 3号题4号题 5号题 6号题7号题 8号题 9号题单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束温故知新 检测微机中常用的进制有哪些？ 各有何特点？1号题单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束温故知新 检测什么是 BCD码和 BCD数？BCD数的加减运算有何特点？2号题单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束温故知新检测什么是原码、反码和补码？3号题单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束温故知新 检测4号题1101101.1011B =？ H单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束温故知新 检测5号题MCS-51系列单片机内部包含哪些主要功能部件？ 单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束温故知新 检测程序计数器 PC的作用是什么？ 6号题单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束温故知新 检测MCS-51的 CPU主要由哪几部分组成 ? 7号题单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束温故知新 检测单片机 CPU运算器的核心部件是什么？其主要功能有哪些？8号题单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束温故知新 检测MCS-51单片机内部有多少字节的 RAM和FlashROM？9号题单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束2.1 MCS-51单片机的结构51子系列的配置如下：（ 1） 8位 CPU；（ 2）振荡频率 1.2 12MHZ；（ 3） 128个字节的片内数据存储器（片内 RAM）；（ 4） 21个专用寄存器 (包含特殊功能寄存器组 )；（ 5） 4KB的片内程序存储器（ 8031无）；（ 6） 8位并行 I/O口 P0， P1， P2， P3；（ 7）一个全双工串行 I/O口；（ 8） 2个 16位定时器 /计数器；（ 9） 5个中断源，分为 2个优先级单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束2.1 MCS-51单片机的结构时序和振荡电路程序存储器 ROM数据存储器RAM2个 16位定时 /计数器CPU 内部 8位数据总线中断系统并行I/O口串行 I/O口内部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD时钟源 外部事件图 2.1 MCS-51单片机内部结构框图单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束时序和振荡电路程序存储器 ROM数据存储器RAM2个 16位定时 /计数器CPU 内部 8位数据总线中断系统并行I/O口串行 I/O口内部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD时钟源 外部事件1) 中央处理器（ CPU）单片机的核心，完成运算和控制功能 。MCS-51的 CPU能处理 8位 二进制数或代码。单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束时序和振荡电路程序存储器 ROM数据存储器RAM2个 16位定时 /计数器CPU 内部 8位数据总线中断系统并行I/O口串行 I/O口内部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD时钟源 外部事件2) 内部数据存储器（内部 RAM）共有 256个 RAM单元，但其中 高 128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用 户使用的只是前 128单元 ，用于存放可读写的数据 。因此通常所说的内部数据存储器就是指低 128单元 ，简称 内部 RAM。单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束时序和振荡电路程序存储器 ROM数据存储器RAM2个 16位定时 /计数器CPU 内部 8位数据总线中断系统并行I/O口串行 I/O口内部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD时钟源 外部事件3) 内部程序存储器（内部 ROM）共有 4KB的 ROM，用于 存放程序、原始数据或表格 ，因此，称之为程序存储器，简称内部 ROM。单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束时序和振荡电路程序存储器 ROM数据存储器RAM2个 16位定时 /计数器CPU 内部 8位数据总线中断系统并行I/O口串行 I/O口内部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD时钟源 外部事件4) 定时 /计数器共有 两个 16位 的定时 /计数器，以 实现定时或计数 功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束时序和振荡电路程序存储器 ROM数据存储器RAM2个 16位定时 /计数器CPU 内部 8位数据总线中断系统并行I/O口串行 I/O口内部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD时钟源 外部事件5) 并行 I/O口共有 4个 8位的 I/O口（ P0、 P1、 P2、 P3），以实现 数据的并行输入 /输出 。单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束时序和振荡电路程序存储器 ROM数据存储器RAM2个 16位定时 /计数器CPU 内部 8位数据总线中断系统并行I/O口串行 I/O口内部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD时钟源 外部事件6) 串行口有 一个 全双工的串行口 ，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束时序和振荡电路程序存储器 ROM数据存储器RAM2个 16位定时 /计数器CPU 内部 8位数据总线中断系统并行I/O口串行 I/O口内部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD时钟源 外部事件7) 中断控制系统有 5个中断源 ，即 外中断两个，定时 /计数中断两个，串行中断一个 。全部中断分为高级和低级共 两个优先级 别。单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束时序和振荡电路程序存储器 ROM数据存储器RAM2个 16位定时 /计数器CPU 内部 8位数据总线中断系统并行I/O口串行 I/O口内部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD时钟源 外部事件8) 时钟电路内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率一般为 6 MHz和 12 MHz。单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束2.2 MCS-51单片机外部引脚说明MCS-51有 40条引脚 ，与其他 51系列单片机引脚是兼容的。这 40条引脚可分为 I/O端口线 (32)、电源线 (2) 、控制线 (6)、外接晶体线 (2)四部分。封装形式有两种： 双列直插封装 (DIP)形式和方形封装形式 ，如图 2.2所示。单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束图 2.2 MCS-51封装和引脚分配图(a) 双列直插式封装 (b) 方形封装2.2 MCS-51单片机引脚及其功能MCS-51MCS-51单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束2.2 MCS-51系列单片机外部引脚说明P0P1P3P2单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束1主电源引脚VCC(40脚 )：接 +5 V电源正端。VSS(20脚 )：接 +5 V电源地端。2.2 MCS-51系列单片机外部引脚说明单片机原理及其接口技术回目录 上一页 下一页 结 束2.2 MCS-51系列单片机外部引脚说明2外接晶体引脚XTAL1(19脚 )， XTAL2(18脚 )：接外部石英晶体的二端。在单片机内部，它们是一个反相放大器的输入 /输出端，与放大器构成了片内振荡器。时