第2章 mcs-51单片机硬件结构和道理1

单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录单片机原理与接口技术第 2章 MCS-51单片机硬件结构和原理谗革掷录胖侧伟萍前搪臂娩价撩痊诅咀恢坊犁舰却舅谍嘶升房词列睦冤饲第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 1单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录n 熟悉熟悉 MCS-51单片机单片机 CPU内部组成结构和各内部组成结构和各功能部件的作用。功能部件的作用。n 掌握掌握 MCS-51单片机引脚功能。单片机引脚功能。n 掌握存储器的组织结构。程序存储器、数掌握存储器的组织结构。程序存储器、数据存储器、内部特殊功能寄存器（据存储器、内部特殊功能寄存器（ SFR）的配置）的配置情况，熟悉程序状态寄存器（情况，熟悉程序状态寄存器（ PSW）各位的含）各位的含义。义。n 掌握掌握 P0 P3并行并行 I/O口结构及其特点，掌握口结构及其特点，掌握时钟电路、时钟电路、 CPU时序和复位电路。时序和复位电路。本章教学要求 渺媒赚妮销贱膳绘抚卓呕丰玄退赎义阜锅辊疵亭由陈服栗挽失酱入摸困注第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 2单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录本 章 目 录2.1 MCS-51系列单片机分类系列单片机分类2.2 MCS-51单片机引脚及硬件单片机引脚及硬件结构结构 2.3 MCS-51单片机单片机 CPU2.4 存储器存储器2.5 并行输入并行输入 /输出端口输出端口2.6 时钟电路和时序时钟电路和时序2.7 单片机的工作方式单片机的工作方式摔训惧攀掌惕兔纷唆胆仿瑚靳掀冠臂姆事拽老忽弥只搓醚臆翌丝霄尤债缚第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 3单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录2.1 MCS-51系列单片机的分类 自自 Intel公司推出公司推出 MCS-51系列单片机以系列单片机以后，所有的后，所有的 51系列单片机都是以系列单片机都是以 Intel公司最早公司最早的典型产品的典型产品 8051为核心，增加一定的功能部件为核心，增加一定的功能部件后构成的。本课程以后构成的。本课程以 8051为主阐述为主阐述 MCS-51系列系列单片机的系统结构、工作原理和应用中的一些单片机的系统结构、工作原理和应用中的一些技术问题。技术问题。MCS-51系列可分为两大系列：系列可分为两大系列： 51子系子系列列 和和 52子系列子系列 。池推盗慕遮认胯忍绣查拨伯鹰际拉粥豺鞠汝姚咳谣吗旭罚粪按症馁莫抱屿第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 4单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录表 2-1 MCS-51系列单片机的性能一览表 2.1 MCS-51系列单片机的分类 52系列系列51系列系列渗劣廓眩隐拒罚衰固古占蜀岳注昏笨纽酪篮俩钒孝芽邢运艺严伊鹤扫碉瞳第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 5单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录2.2 MCS-51单片机引脚及硬件结构2.2.1 单片机的引脚功能单片机的引脚功能不同型号不同型号 MCS-51单片机单片机 CPU处理能力和指处理能力和指令系统是完全兼容的，只是存储器和令系统是完全兼容的，只是存储器和 I/O接口的接口的 配置配置 有有所不同。基本配置如下：所不同。基本配置如下：1. 8位位 CPU 2. 片内片内 ROM、 RAM3. 片内并行片内并行 I/O接口接口 4. 片内片内 16位定时器位定时器 /计数器计数器5. 片内中断处理系统片内中断处理系统 6. 片内全双工串行片内全双工串行I/O口口 。 MCS-51系列单片机有系列单片机有 40个引脚，外形尺个引脚，外形尺寸有双列直插封装（寸有双列直插封装（ DIP）或）或 LCC/QFP封装，每个引封装，每个引脚有规定的序号和名称。脚有规定的序号和名称。 DIP封装的引脚排列和逻辑符封装的引脚排列和逻辑符号如图号如图 2-1所示。所示。呛槐育唇望阿盎津盟肆摸钎嘛颠唯夜酱泉耳斥独狗吉涟遁阉坷载烁胎阉胚第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 6单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录芯片引脚按功能分为芯片引脚按功能分为 3类类，即：，即： -51单片机的引脚功能数据总线地址总线控制总线2.2.1 单片机的引脚功能芝喘券牲隘戈棉白奈愁蕴模伐侯赡至泪标羔议畜培花役匹戚枉感浓罩禹捷第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 7单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录1. 电源引脚 Vcc和 VssVcc（ +5V）电电源输入源输入端端Vss（ GND）共共用接地用接地端端 2.2.1 单片机的引脚功能 -51单片机电源引脚敷眷榷卷瓤埃灶潍奋贺芯窍糜巩徒印契们胎袄绥比圆卿碱抗奇洋惑姬状步第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 8单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录2. 时钟振荡电路引脚 XTAL1和XTAL2 XTAL1和和XTAL2分别用做晶体分别用做晶体振荡电路的反相器输振荡电路的反相器输入端和输出端。在使入端和输出端。在使用内部振荡电路时，用内部振荡电路时，这两个引脚用来外接这两个引脚用来外接石英晶体；当使用外石英晶体；当使用外部振荡器时，部振荡器时， XTAL2接收振荡器信号，接收振荡器信号， XTAL1接地接地 。2.2.1 单片机的引脚功能 -51单片机时钟引脚时钟周期痢拢搅喇洒豫罕萍忠绪咱另操碉往酵随昨陶君蓝绍央泉迹赐刊款妻宙钢类第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 9单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录n 复位信号输入端 RSTRST端出现两个端出现两个机器周期以上的高电平时机器周期以上的高电平时，完成复位操作。，完成复位操作。VPD为内部为内部 RAM的备用电源输入端。当的备用电源输入端。当Vcc发生断电或电压降到发生断电或电压降到一定值时，可通过一定值时，可通过 VPD为为单片机内部单片机内部 RAM提供电源提供电源，以保护片内，以保护片内 RAM中的信中的信息不丢失。息不丢失。 2.2.1 单片机的引脚功能 -复位引脚3. 控制信号引脚巧坑忿瞧碉冕组赘埃赔洋骋景睛擒务喧逼困暂零颊殊焰殊筒变雁抉筏灰醒第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 10单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录访问外部访问外部 ROM时，在每个机器周期，时，在每个机器周期，PSEN有效时，程序存储有效时，程序存储器的内容出现在器的内容出现在 P0口。口。2.2.1 单片机的引脚功能 -ALE 与 PSEN引脚 地址锁存允许信号 ALE访问外部存储器时 ALE用来锁存 P0送出的低 8位地址信号。 PROG是对 8751内部 EPROM编程时的编程脉冲输入端。外部程序存储器读选通信号PSEN齿婴呜银掉含埔疫杰眶幼血蠢闭域诀禹谩须吱鸯箔洛讹紫踢调认嘘帐偶惫第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 11单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录n 外部程序存储器访问允许信号 EAEA=0：访问外部程序访问外部程序存储器。存储器。EA=1：访问片内与片访问片内与片外程序存储器。外程序存储器。VPP为为 8751 EPROM的的 21V编程编程电源输入端。电源输入端。 2.2.1 单片机的引脚功能 -内外程序存储器控制引脚爬规瘪延示暴拟赡反敲夺宵俘筏乙旁坞乾萌犀税组右脂嫡豪锑瘩殴纽熟水第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 12单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录-P0端口n P0端口（端口（ P0.0 P0.7）第一功能：是第一功能：是一个一个 8位位 漏极开路型漏极开路型准双向准双向 I/O口口 。访问。访问外部存储器时，分外部存储器时，分时时 作为低作为低 8位地址和位地址和8位双向数据总线。位双向数据总线。先送出地址再送出先送出地址再送出数据。数据。4. P0、 P1、 P2、 P3端口2.2.1 单片机的引脚功能衔煎骋予浪塔她赤哀越撼雪随欠渝麦民逼父摆市怨转墩厄辟幽迂识甭蛰俞第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 13单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录n P1口（口（ P1.0 P1.7）内部带上拉电阻的内部带上拉电阻的 8位准双位准双向向 I/O口。口。n P2口（口（ P2.0 P2.7）第一功能：内部带上拉电阻第一功能：内部带上拉电阻的的 8位准双向位准双向 I/O口。口。第二功能：在访问外部存储第二功能：在访问外部存储器时，输出高器时，输出高 8位地址。位地址。n P3口（口（ P3.0 P3.7）第一功能：内部带上拉电阻第一功能：内部带上拉电阻的的 8位准双向位准双向 I/O口。口。8个引脚都有各自的第二功个引脚都有各自的第二功能。能。2.2.1 单片机的引脚功能 -P1、P2和 P3 端口绊念这妈奔设褐簇脾病笋转兹忘高剩榷罕壤韧炕期同绩邓哮企爱哑研中拍第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 14单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录2.2.2 单片机的内部结构 -51单片机内部主要部件控制器翅其漏暗愿贤乖谁油道儡映聘仆随朗朽悼益锐衙褒态惕与灵惊乘忻刀庞疟第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 15单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录2.3 MCS-51单片机 CPU运算器运算器 包括算术逻辑单包括算术逻辑单元元 ALU、累加器、累加器ACC、寄存器、寄存器 B、暂存器、暂存器 TMP1和和 TMP2、程序、程序状态字状态字 PSW寄存寄存器。器。-运算器的组成荣丹鉴椎蕾绕济掘缔谚渔络公匠毛孽桶篆坠纬抡狞黑烟饼考赎捏杜谐顷图第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 16单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录1. 累加器累加器： 8位寄存器。是最常用、最繁忙的特殊功能寄存器，用来存放操作数、运算结果。在指令系统中采用 A作为累加器ACC的助记符。-累加器2.3 MCS-51单片机CPU层虱康玉虞伎肝蜜后缎投国诗渍伦揉卸哉帚愁匆愧貌蔬圆浙煞起裸禄辜拷第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 17单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录-算术 /逻辑部件作用作用 :在控在控制器的控制下制器的控制下进行算术运算进行算术运算和逻辑运算。和逻辑运算。进行运算的两进行运算的两个数据存入暂个数据存入暂存器存器 1和暂存和暂存器器 2等待等待 ALU接收。接收。2. 算术 /逻辑部件 ALU2.3 MCS-51单片机CPU避宁泅收侠来卸峦驴撕术弊师掣轨琼氮嘴诉楚拿曰崖狈哈仰痊虱区揭腥浸第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 18单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录-程序状态字寄存器 程序状态字寄存器 PSW是一个 8位寄存器，用来存放运算结果的一些特征。进位标志位 半进位标志位 用户自定义标志位 工作寄存器组选择位 溢出标志位 奇偶校验标志位3. 程序状态字寄存器 2.3 MCS-51单片机CPU拓层观详贯渭卒徒瘪胺邹浮吗虹秸珐兵欧痪鬃袱树久淀罚名扩唉喀浩渐逻第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 19单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录n Cy（ PSW.7）：进位标志位。在执行加、）：进位标志位。在执行加、减法指令时，若运算结果的最高位（减法指令时，若运算结果的最高位（ D7位）有位）有进位或借位，则进位或借位，则 Cy位被置位被置 1，否则清零。，否则清零。n AC（ PSW.6）：半进位标志位。在执行加）：半进位标志位。在执行加、减法指令时，如果其低半字节向高半字节有、减法指令时，如果其低半字节向高半字节有进位或借位（进位或借位（ D3位向位向 D4位），则位），则 AC位被置位被置 1，否则清零。否则清零。n F0（ PSW.5）：用户自定义标志位。用户）：用户自定义标志位。用户可用软件对可用软件对 F0赋以一定的含义，决定程序的执赋以一定的含义，决定程序的执行转向。行转向。 -程序状态字寄存器2.3 MCS-51单片机CPU存隧矢逃峻矾温兔利默蛊摇唬丽亥雁现醋磊啮战称惰芽睦审杖零余跑鸯痪第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 20单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录n OV（ PSW.2）：溢出标志位。）：溢出标志位。 当运当运算的结果超出范围（算的结果超出范围（ -128 127）时，产）时，产生溢出生溢出 OV= 1，否则无溢出，否则无溢出 OV=0。 PSW.1：未定义位。：未定义位。n P（ PSW.0）：奇偶校验标志位。单）：奇偶校验标志位。单片机在指令执行后，根据片机在指令执行后，根据 ACC中中 1的个数的个数的奇偶性，自动将该标志位置的奇偶性，自动将该标志位置 1或清零。或清零。若若 1的个数为奇数，则的个数为奇数，则 P=1，否则，否则 P=0。-程序状态字寄存器2.3 MCS-51单片机CPU滴境巩针沦辐继岩珐亏葵文登嚏瞅超瓣亨枯趁狂览剐狼选骆烂员听岔脸藤第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 21单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录RS1、 RS0与片内工作寄存器组的对应关系 -片内四组工作寄存器的选择RS1（ PSW.4）和 RS0（ PSW.3）：工作寄存器组选择位。2.3 MCS-51单片机CPU霓功寡般仪冰盎扫烫凭驳塌酝讯操函恰冷穿青瓣场波鲍辣唆铆然纸电孰屎第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 22单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录4. B寄存器 在进行在进行乘法、除法运乘法、除法运算时，算时， B寄存器寄存器作为作为 ALU的输的输入之一，与入之一，与ACC配合完成配合完成运算，并存放运算，并存放运算结果。在运算结果。在无乘除运算时无乘除运算时，它可作为内，它可作为内部部 RAM的一个的一个单元。单元。 -寄存器2.3 MCS-51单片机CPU刁尽银众音蓟瘁语铃畜阅仕凯晚诊暗碉冶踏合辅百芽痘澜鉴族鹃铬儒樊胜第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 23单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录定时控制定时控制逻辑逻辑指令寄存指令寄存器器数据指针数据指针（ DPTR）程序计数程序计数器（器（ PC）堆栈指针堆栈指针（ SP）地址寄存地址寄存器器地址缓冲地址缓冲器器-控制器的组成控制器 -CPU的大脑中枢，它包括：2.3 MCS-51单片机CPU萤导唁磁媒暑晶权痔儡魔嘎漏诸烈鸡例替敷箩幅箩从拉挥武亭捻译墟渭柱第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 24单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录1. 程序计数器 Program Counter， PC PC用来存放用来存放 下一下一条条 要执行指令的要执行指令的 地址地址 ; 当按照当按照 PC所指的所指的地址从存储器中取出地址从存储器中取出一条指令后，一条指令后， PC会自会自动加动加 l，即指向下一条，即指向下一条指令。指令。 PC的数值是随程的数值是随程序运行而改变的，序运行而改变的， 用用户不能修改户不能修改 。 PC没有地址没有地址 ，是，是不可寻址的，不属于不可寻址的，不属于专用寄存器。专用寄存器。-程序计数器2.3 MCS-51单片机CPU鬃滥爵莹板磷扔壶孙捧呜矫迈遗层挣孜讼搐掀舌挞蛆房鹏谗挺菲互运把凹第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 25单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录2. 堆栈指针（ Stack Pointer，SP）是是 8位特位特殊功能寄存器殊功能寄存器 ,可指可指向片内向片内 RAM空间中空间中开辟的堆栈区的栈开辟的堆栈区的栈顶地址，并随时跟顶地址，并随时跟踪栈顶地址而变化踪栈顶地址而变化。-堆栈指针2.3 MCS-51单片机CPU嫌仟谚休帛憨揖涎逃冶散恩郊抚纯楷嗜攻惊藐成邑楔披号屯署书窟握沛逆第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 26单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录3. 数据指针（ DPTR）由于由于 8051系列单片机可以外接系列单片机可以外接 64KB的数的数据存储器，故在单片机内设置了据存储器，故在单片机内设置了 l6位的数据指针位的数据指针寄存器（寄存器（ Data Pointer）。它可以对）。它可以对 64KB的的 外外部部 数据存储器进行寻址，数据存储器进行寻址， DPTR可分为高可分为高 8位数位数据指针寄存器（据指针寄存器（ DPH）和低）和低 8位数据指针寄存器位数据指针寄存器（ DPL）。）。 -数据指针2.3 MCS-51单片机CPUMOVX A， DPTR ；读外存储器MOVX DPTR， A ；写外存储器苇了冲囤钵炒吨锤胃绣契蚂翁梳谨估袁朽扫矣府镭问软判谢针厄瘦塑参划第2章MCS-51单片机硬件结构和原理1第2章MCS-51单片机硬件结构和原理Date 27单片机原理与接口技术 . 中北大学电子科学技术专业 返回目录在在 8051单片机系统中，与字节处理单片机系统中，与字节处理器相对应，还特别设置器相对应，还特别设置 布尔（位）处理器布尔（位）处理器。n Cy：进位标志位（位累加器）n 位寻址区n 位操作指令系统2.3 MCS-51单片机C