第2章 单片机硬件结构及基本原理

1、第第2章章 单片机硬件结构及基本原理单片机硬件结构及基本原理 教学目标教学目标 2.1 MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 2.2 MCS-51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能 2.3 MCS-51单片机存储器单片机存储器 2.4 MCS-51单片机工作方式单片机工作方式 2.5 MCS-51时钟电路与时序时钟电路与时序 2.6 MCS- 51单片机最小系统单片机最小系统 本章小结本章小结 思考题与习题思考题与习题 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 本章主要介绍本章主要介绍MCS-51单片机单片机的的内部内部 结构结构、

2、引脚功能引脚功能、存储器结构存储器结构、四个四个I/OI/O 口口的基本工作原理和操作特点。单片机的基本工作原理和操作特点。单片机 的各种的各种工作方式、单片机的时序工作方式、单片机的时序等。等。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 教学目标教学目标 1. 了解了解MCS-51单片机单片机内部结构内部结构。 2. 熟悉熟悉MCS-51单片机单片机40个引脚及其功能个引脚及其功能。 3. 熟悉熟悉MCS-51三个不同存储空间三个不同存储空间配置及地址配置及地址范范 围，了解不同存储空间的操作指令和控制信号。围，了解不同存储空间的操作指令和

3、控制信号。 4. 熟悉熟悉MCS-51片内片内RAM低低128B分区结构和作用。分区结构和作用。 5. 了解了解特殊功能寄存器特殊功能寄存器地址分布范围，地址分布范围，理解理解ACC、 B、SP、DPTR的作用和功能，重点掌握的作用和功能，重点掌握PSW结构结构 组成和各位作用。组成和各位作用。 通过本章教学，要求达到以下目标：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单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 6. 理解理解程序计数器程序计数器PC的功能。的功能。 7. 了解了解MCS-51 4个个I/O端口结构及工作原理。端口结构及工作原理。 8.

4、 了解了解堆栈指针堆栈指针SP及及堆栈堆栈的作用，的作用，掌握掌握堆栈的设置堆栈的设置及及 使用方式；使用方式； 9. 熟悉熟悉MCS-51复位条件、复位电路和复位后常用的复位条件、复位电路和复位后常用的 SFR的状态的状态。 10. 理解理解时钟电路组成、时钟和机器周期时钟电路组成、时钟和机器周期的概念。的概念。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 第第2章章 MCS-51单片机的结构和原理单片机的结构和原理 2.1 MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 2.2 MCS-51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能 2.3 MCS

5、-51单片机存储器单片机存储器 2.4 MCS-51单片机工作方式单片机工作方式 2.5 MCS-51时钟电路与时序时钟电路与时序 2.6 MCS- 51单片机最小系统单片机最小系统 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 2.1 MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 51子系列的配置如下：子系列的配置如下： （1 1）8 8位位CPUCPU； （2 2）振荡频率）振荡频率1.21.212MHZ12MHZ； （3 3）128128个字节的片内数据存储器（片内个字节的片内数据存储器（片内RAMRAM）；）； （4 4）2121个专用寄

6、存器个专用寄存器( (包含特殊功能寄存器组包含特殊功能寄存器组) )； （5 5）4KB4KB的片内程序存储器（的片内程序存储器（80318031无）；无）； （6 6）8 8位并行位并行I/OI/O口口P0P0，P1P1，P2P2，P3P3； （7 7）一个全双工串行）一个全双工串行I/OI/O口；口； （8 8）2 2个个1616位定时器位定时器/ /计数器；计数器； （9 9）5 5个中断源，分为个中断源，分为2 2个优先级个优先级 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 2.1 MCS-51单片机的结构单片机的结构 时序和振荡时序和

7、振荡 电路电路 程序存储程序存储 器器 ROM 数据存储器数据存储器 RAM 2个个16位定时位定时/ 计数器计数器 CPU 内部内部8位数据总线位数据总线 中断中断 系统系统 并行并行 I/OI/O口口 串行串行I/OI/O 口口 内部中断内部中断 外部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD 时钟源时钟源外部事件外部事件 图图2.1 MCS-51单片机内部结构框图单片机内部结构框图 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 时序和振荡时序和振荡 电路电路 程序存储器程序存储器 ROM 数据存储器数据存储器 RAM 2个个16位

8、定时位定时/ 计数器计数器 CPU 内部内部8位数据总线位数据总线 中断中断 系统系统 并行并行 I/OI/O口口 串行串行I/OI/O口口 内部中断内部中断 外部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD 时钟源时钟源外部事件外部事件 1) 1) 中央处理器（中央处理器（CPUCPU） 单片机的核心，完成运算和控制功能单片机的核心，完成运算和控制功能。 MCS-51MCS-51的的CPUCPU能处理能处理8 8位位二进制数或代码。二进制数或代码。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 时序和振荡时序和振荡 电路电路 程序存储器

9、程序存储器 ROM 数据存储器数据存储器 RAM 2个个16位定时位定时/ 计数器计数器 CPU 内部内部8位数据总线位数据总线 中断中断 系统系统 并行并行 I/OI/O口口 串行串行I/OI/O口口 内部中断内部中断 外部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD 时钟源时钟源外部事件外部事件 2) 2) 内部数据存储器（内部内部数据存储器（内部RAMRAM） 共有共有256256个个RAMRAM单元，但其中单元，但其中高高128128单元被专用寄存器单元被专用寄存器 占用，能作为寄存器供用占用，能作为寄存器供用户使用的只是前户使用的只是前128128单元单元，用于，用于 存放可

10、读写的数据存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是。因此通常所说的内部数据存储器就是 指低指低128128单元单元，简称，简称内部内部RAMRAM。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 时序和振荡时序和振荡 电路电路 程序存储器程序存储器 ROM 数据存储器数据存储器 RAM 2个个16位定时位定时/ 计数器计数器 CPU 内部内部8位数据总线位数据总线 中断中断 系统系统 并行并行 I/OI/O口口 串行串行I/OI/O口口 内部中断内部中断 外部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD 时钟源时钟源外部事件外部

11、事件 3) 3) 内部程序存储器（内部内部程序存储器（内部ROMROM） 共有共有4KB4KB的的ROMROM，用于，用于存放程序、原始数存放程序、原始数 据或表格据或表格，因此，称之为程序存储器，简，因此，称之为程序存储器，简 称内部称内部ROMROM。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 时序和振荡时序和振荡 电路电路 程序存储器程序存储器 ROM 数据存储器数据存储器 RAM 2个个16位定时位定时/ 计数器计数器 CPU 内部内部8位数据总线位数据总线 中断中断 系统系统 并行并行 I/OI/O口口 串行串行I/OI/O口口 内

12、部中断内部中断 外部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD 时钟源时钟源外部事件外部事件 4) 4) 定时定时/ /计数器计数器 共有共有两个两个1616位位的定时的定时/ /计数器，以计数器，以实现实现 定时或计数定时或计数功能，并以其定时或计数结果功能，并以其定时或计数结果 对计算机进行控制。对计算机进行控制。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 时序和振荡时序和振荡 电路电路 程序存储器程序存储器 ROM 数据存储器数据存储器 RAM 2个个16位定时位定时/ 计数器计数器 CPU 内部内部8位数据总线位数据总线 中

13、断中断 系统系统 并行并行 I/OI/O口口 串行串行I/OI/O口口 内部中断内部中断 外部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD 时钟源时钟源外部事件外部事件 5) 5) 并行并行I/OI/O口口 共有共有4 4个个8 8位的位的I/OI/O口（口（P0P0、P1P1、P2P2、P3P3），）， 以实现以实现数据的并行输入数据的并行输入/ /输出输出。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 时序和振荡时序和振荡 电路电路 程序存储器程序存储器 ROM 数据存储器数据存储器 RAM 2个个16位定时位定时/ 计数器计数器

14、CPU 内部内部8位数据总线位数据总线 中断中断 系统系统 并行并行 I/OI/O口口 串行串行I/OI/O口口 内部中断内部中断 外部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD 时钟源时钟源外部事件外部事件 6) 6) 串行口串行口 有有一个一个全双工的串行口全双工的串行口，以实现单片机，以实现单片机 和其它设备之间的串行数据传送。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单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 时序和振荡时序和振荡 电路电路 程序存储器程序存储器 ROM 数据存储器数据存储器 RAM 2个个16位定时位定时/ 计数器计数

15、器 CPU 内部内部8位数据总线位数据总线 中断中断 系统系统 并行并行 I/OI/O口口 串行串行I/OI/O口口 内部中断内部中断 外部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD 时钟源时钟源外部事件外部事件 7) 7) 中断控制系统中断控制系统 有有5 5个中断源个中断源，即，即外中断两个，定时外中断两个，定时/ /计计 数中断两个，串行中断一个数中断两个，串行中断一个。全部中断分为。全部中断分为 高级和低级共高级和低级共两个优先级两个优先级别。别。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 时序和振荡时序和振荡 电路电路 程

16、序存储器程序存储器 ROM 数据存储器数据存储器 RAM 2个个16位定时位定时/ 计数器计数器 CPU 内部内部8位数据总线位数据总线 中断中断 系统系统 并行并行 I/OI/O口口 串行串行I/OI/O口口 内部中断内部中断 外部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD 时钟源时钟源外部事件外部事件 8) 8) 时钟电路时钟电路 内部有时钟电路，但内部有时钟电路，但晶振（频率一般为晶振（频率一般为6 6 MHzMHz和和12 MHz12 MHz）和微调电容（一般采用）和微调电容（一般采用22p22p到到 33p33p）需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉需外接。时钟电路为单片机产

17、生时钟脉 冲序列。冲序列。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 第第2章章 MCS-51单片机的结构和原理单片机的结构和原理 2.1 MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 2.2 MCS-51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能 2.3 MCS-51单片机存储器单片机存储器 2.4 MCS-51单片机工作方式单片机工作方式 2.5 MCS-51时钟电路与时序时钟电路与时序 2.6 MCS- 51单片机最小系统单片机最小系统 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 2.2 MC

18、S-51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能 MCS-51有有40条引脚条引脚，与其他，与其他51系列单片机引系列单片机引 脚是兼容的。这脚是兼容的。这40条引脚可分为条引脚可分为I/O端口线端口线(32)、电、电 源线源线(2) 、控制线、控制线(6)、外接晶体线、外接晶体线(2)四部分。四部分。 封装形式有两种：封装形式有两种：双列直插封装双列直插封装(DIP)形式和方形式和方 形封装形式形封装形式，如图，如图2.2所示。所示。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 时序和振荡时序和振荡 电路电路 程序存储程序存储 器器 ROM 数据

19、存储器数据存储器 RAM 2个个16位定时位定时/ 计数器计数器 CPU 内部内部8位数据总线位数据总线 中断中断 系统系统 并行并行 I/OI/O口口 串行串行I/OI/O 口口 内部中断内部中断 外部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD 时钟源时钟源外部事件外部事件 图图2.1 MCS-51单片机内部结构框图单片机内部结构框图 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32

20、31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 (T 2)P1.0 (T 2EX)P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST (RXD)P3.0 (TXD)P3.1 (T0)P3.4 (T1)P3.5 XTAL2 XTAL1 GND (TNT0)P3.2 (TNT1)P3.3 (WR)P3.6 (RD)P3.7 V CC P0.0(AD0) P0.1(AD1) P0.2(AD2) P0.3(AD3) P0.4(AD4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P0.7(AD7) P2.7(A15) P2.6(A14) P2.5(A13) P2

21、.4(A12) P2.3(A11) P2.2(A10) P2.1(A9) P2.0(A8) EA/V PP ALE/PROG PSEN P1.5 P1.6 P1.7 RST (RXD)P3.0 NC (TXD)P3.1 (INT0)P3.2 (INT1)P3.3 (T0)P3.4 (T1)P3.5 P0.4(AD4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P0.7(AD7) EA/V PP NC ALE/PROG PSEN P2.7(A15) P2.6(A14) P2.5(A13) 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 39 38 37 36 35 34 33 32 3

22、1 30 29 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1(T 2EX) P1.0(T 2) NC VCC P0.0(AD0) P0.1(AD1) P0.2(AD2) P0.3(AD3) (WR)P3.6 (RD)P3.7 XTAL2 XTAL1 GND NC (A8)P2.0 (A9)P2.1 (A10)P2.2 (A11)P2.3 (A12)P2.4 6 5 4 3 2 1 44 43 42 41 40 (a)(b) 图图2.2 MCS-51封装和引脚分配图封装和引脚分配图 (a) 双列直插式封装双列直插式封装 (b) 方形封装

23、方形封装 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 这这40条引脚可分为：条引脚可分为： I/O端口线端口线(32) 控制线控制线(6) 电源线电源线(2) 外接晶体线外接晶体线(2) 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 1主电源引脚（主电源引脚（2） VCC(40脚脚)：接：接+5 V电源。电源。 VSS(20脚脚)：接地端。：接地端。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 2外接晶体引脚（外接晶体引脚（2） XTAL1(19脚

24、脚)， XTAL2(18 脚脚)：接外部石英晶体的二端。接外部石英晶体的二端。在单在单 片机内部，它们是一个反相放大器的输入片机内部，它们是一个反相放大器的输入/输输 出端，与放大器构成了片内振荡器。出端，与放大器构成了片内振荡器。 时钟频率越高，单片机控制器的时钟频率越高，单片机控制器的 控制节拍就越快，运算速度也就控制节拍就越快，运算速度也就 越快。越快。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 P0 P1 P3 P2 地 址 总 线 (AB) 8051 8751 8031 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P

25、1.1 P1.0 P3 .0 P3 .1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 PS EN EA ALE RST 用 户 I/O 控 制 总 线 (CB) 锁 存 器 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 ALE A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VCC VSS 数 据 总 线 (DB) (a) (b) P1.0 P1.1 P1.2

26、 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/V PD RXD、 P3 .0 TXD 、 P3 .1 INT0、 P3.2 INT1、 P3.3 T0 、 P3.4 T1 、 P3.5 WR 、 P3.6 RD 、 P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/V PP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 8051 8751 8031 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1

27、8 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 VCC VSS 3输入输入 / 输出引脚（输出引脚（32） 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 (1) P0口口(3932脚脚)：P0.0P0.7统称为统称为P0口。口。 P0口是一个口是一个 8位位双向双向I/O口口, 可作为可作为通用通用I/O接口接口, 也可作为也可作为地地 址址/数据数据分时复用口。分时复用口。输出级是漏极开路电路，输出级是漏极开路电路， 必须外接上拉电阻。必须外接上拉电阻。 3

28、输入输入 / 输出引脚（输出引脚（32） 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 (2) P1口口(18脚脚)： P1.0P1.7称为称为P1口口 P1口是一个口是一个带内部上拉电阻带内部上拉电阻的的8位位双向双向I/O口口, 可作为可作为通用通用I/O接口接口 。 3输入输入 / 输出引脚（输出引脚（32） 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 (3) P2口口(2128脚脚)： P2.0P2.7统称为统称为P2口口 P2口也是口也是一个带内部上拉电阻一个带内部上拉电阻的的8位位双向

29、双向I/O口口, 可作为可作为通用通用I/O接接 口口 ，还用于，还用于提供高提供高8位地址位地址。 3输入输入 / 输出引脚（输出引脚（32） 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 (4) P3口口(1017脚脚)：P3.0P3.7统称为统称为P3口。口。 P3口也是口也是一个带上拉电阻的一个带上拉电阻的8位位双向双向I/O口，可作为口，可作为通用通用I/O接口接口 ， 还具有还具有第第2功能。功能。 3输入输入 / 输出引脚（输出引脚（32） 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束

30、 表表2.3 P3口各位的第二功能口各位的第二功能 引脚引脚第二功能第二功能功功 能能 说说 明明 P3.0RXD串行数据输入端串行数据输入端 P3.1TXD串行数据输出端串行数据输出端 P3.2INT0外部中断外部中断0中断请求信号输入端中断请求信号输入端 P3.3INT1外部中断外部中断1中断请求信号输入端中断请求信号输入端 P3.4T0定时定时/计数器计数器0外部计数脉冲输入端外部计数脉冲输入端 P3.5T1定时定时/计数器计数器1外部计数脉冲输入端外部计数脉冲输入端 P3.6WR片外片外RAM写选通信号输出端写选通信号输出端 P3.7RD片外片外RAM读选通信号输出端读选通信号输出端

31、单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 在单片机中，口是一个集数据输入缓冲、在单片机中，口是一个集数据输入缓冲、 数据输出驱动及锁存等多项功能于一体的数据输出驱动及锁存等多项功能于一体的I/O 电路。电路。MCS-51的的4个口在电路结构上基本相同，个口在电路结构上基本相同， P0P3口都可作为普通口都可作为普通I/O口来使用口来使用。但又。但又各各 具特具特点，因此在功能和使用上各口之间有一定点，因此在功能和使用上各口之间有一定 的差异。的差异。 用作输入时，均须先写入用作输入时，均须先写入“1”； P0口用作输出时，应外接上拉电阻口用作

32、输出时，应外接上拉电阻。 I/O口的读写口的读写 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 地 址 总 线 (AB) 8051 8751 8031 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P3 .0 P3 .1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 PS EN EA ALE RST 用 户 I/O 控 制 总 线 (CB) 锁 存 器 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1

33、 P0.0 ALE A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VCC VSS 数 据 总 线 (DB) (a) (b) P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/V PD RXD、 P3 .0 TXD 、 P3 .1 INT0、 P3.2 INT1、 P3.3 T0 、 P3.4 T1 、 P3.5 WR 、 P3.6 RD 、 P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5

34、 P0.6 P0.7 EA/V PP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 8051 8751 8031 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 VCC VSS (1) ALE/PROG(30脚脚)： 地址锁存有效信号输出端。地址锁存有效信号输出端。 当访问外部存储器时，当访问外部存储器时，ALE信号信号 负跳变将负跳变将P0口上低口上低8位地址

35、送入锁存器位地址送入锁存器 非访问外部存储器期间，非访问外部存储器期间，ALE以以 1/6振荡频率输出振荡频率输出 4控制线（控制线（6） 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 地 址 总 线 (AB) 8051 8751 8031 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P3 .0 P3 .1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 PS EN EA ALE RST 用 户 I/O 控 制 总 线 (CB) 锁 存 器 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2

36、 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 ALE A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VCC VSS 数 据 总 线 (DB) (a) (b) P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/V PD RXD、 P3 .0 TXD 、 P3 .1 INT0、 P3.2 INT1、 P3.3 T0 、 P3.4 T1 、 P3.5 WR 、 P3.6 RD 、 P3.7 XTAL

37、2 XTAL1 VSS VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/V PP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 8051 8751 8031 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 VCC VSS (2) PSEN(29脚脚)： 访问外部程序存储器（访问外部程序存储器（ROM ）选）选 通信号

38、，低电平有效。通信号，低电平有效。 在访问片外在访问片外数据存储器数据存储器期间，期间， PSEN信号将信号将不出现不出现。 4控制线（控制线（6） 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 (3) RST/VPD(9脚脚)：复位端复位端。 持续两个机器周期的高电平持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片，就可实现复位操作，使单片 机回复到初始状态。机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间， 该引脚上高电平必须持续该引脚上高电平必须持续10 ms以上才能保证有效复位以上才能保证有效

39、复位。 第二章 单片机结构和时序 4控制线（控制线（6） 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 地 址 总 线 (AB) 8051 8751 8031 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P3 .0 P3 .1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 PS EN EA ALE RST 用 户 I/O 控 制 总 线 (CB) 锁 存 器 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2

40、P0.1 P0.0 ALE A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VCC VSS 数 据 总 线 (DB) (a) (b) P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/V PD RXD、 P3 .0 TXD 、 P3 .1 INT0、 P3.2 INT1、 P3.3 T0 、 P3.4 T1 、 P3.5 WR 、 P3.6 RD 、 P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4

41、P0.5 P0.6 P0.7 EA/V PP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 8051 8751 8031 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 VCC VSS (4) EA/VPP(31脚脚)：EA为为片外片外 程序存储器选用端程序存储器选用端。 4控制线（控制线（6） 为为高高电平时，默认电平时，默认使用内部使用内部 ROM，超过，超

42、过4K则使用片外则使用片外ROM 为为低低电平，则使用电平，则使用外外部部ROM。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 第第2章章 MCS-51单片机的结构和原理单片机的结构和原理 2.1 MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 2.2 MCS-51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能 2.3 MCS-51单片机存储器单片机存储器 2.4 MCS-51单片机工作方式单片机工作方式 2.5 MCS-51时钟电路与时序时钟电路与时序 2.6

43、MCS- 51单片机最小系统单片机最小系统 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 8051 8051单片机在结构上采用了单片机在结构上采用了哈佛型哈佛型, ,将将程序程序 和数据分别放和数据分别放在两个存储器内：在两个存储器内： 一个称为一个称为程序存储器程序存储器(ROM)(ROM)； 另外一个另外一个称为数据存储器称为数据存储器(RAM)(RAM)。 两个存储器共有四个物理上相互独立的存两个存储器共有四个物理上相互独立的存 储空间储空间: : 即：即： 片内片内ROMROM片外片外ROMROM 片内片内RAMRAM片外片外RAMRAM

44、 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 程序存储器程序存储器片内数据存储器片内数据存储器片外数据存储器片外数据存储器 0000H000H00H0000H 1000H FFFFH FFH FFFH FFFFH 外部外部 ROM 内部内部 ROM 外部外部 RAM 内部内部 RAM EA=1 EA=0 MCS-51单片机存贮器配置单片机存贮器配置 EA=1时，若时，若 地址大于地址大于4k, 则自动访问外则自动访问外 部部RAM 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 程序存储器程序存储器

45、 1、MCS-51程序存储器程序存储器有片内和片外之分有片内和片外之分。 2、控制引脚、控制引脚/EA决定使用片内外存储器。决定使用片内外存储器。 3、片内片内4 KB字节的程序存储器，地址范字节的程序存储器，地址范 围为围为0000H0FFFH。 4、片外程序存储器扩展的最大空间是片外程序存储器扩展的最大空间是64 KB，地址范围为地址范围为0000HFFFFH。 5、片内外的片内外的ROM是统一编址。是统一编址。 0000H0000H 1000H FFFFH 0FFFH 外部外部 ROM 内部内部 ROM EA=1 EA=0 0FFFH 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录

46、回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 MCS-51单片机片内程存储器单片机片内程存储器 4KB，地址范围为 0000H0FFFH 。 由于系统复位后的由于系统复位后的PCPC地址为地址为0000H0000H，故系统从，故系统从0000H0000H单元开单元开 始取指，执行程序。始取指，执行程序。 从从0003H0003H002DH002DH单元被保留用于单元被保留用于5 5个中断源的中断服务程序个中断源的中断服务程序 的入口地址。的入口地址。 1. 片内程序存储器片内程序存储器 MCS-51单片机可扩展片外单片机可扩展片外64 KB空间空间的程序的程序 存储器，地址范围为存储器，地址范围为

47、0000HFFFFH。 2片外程序存储器片外程序存储器 5 5个单元个单元具有特殊用途：具有特殊用途： 5 5种中断源的中断入口地址种中断源的中断入口地址 外中断外中断0 0 0003H 0003H 定时器定时器T0T0 000BH 000BH 外中断外中断1 1 0013H 0013H 定时器定时器T1T1 001BH 001BH 串行口串行口 0023H0023H 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 工作工作 寄存器区寄存器区 位寻位寻 址区址区 数据数据 缓冲区缓冲区 00H00H 20H20H 30H30H 80H80H 外部外

48、部 RAM 0000H0000H FFFFHFFFFH SFR 2FH2FH 7FH7FH FFHFFH 1FH1FH 内部内部 RAM 数据存储器数据存储器 1、MCS-51数据存储器也有数据存储器也有片内和片外片内和片外之分。之分。 2、片内有片内有256个字节个字节RAM，地址范围为，地址范围为: 00HFFH。 3、低低128字节为一般字节为一般RAM区（地址为区（地址为00H 7FH），），高高128字节（地址为字节（地址为80HFFH） 为特殊功能寄存器为特殊功能寄存器(SFR)区。区。 4、片外数据存储器可扩展片外数据存储器可扩展64 KB存储空间，存储空间， 地址范围为地址范围

49、为0000HFFFFH。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 MCS-51单片机片内数据存储器单片机片内数据存储器256字节可分为两字节可分为两 部分：部分： 00H7FH单元空间的单元空间的128字节为字节为RAM区区； 7FHFFH单元空间的单元空间的128字节为字节为专用寄存器专用寄存器 (SFR)区区。 1. 片内数据存储器片内数据存储器 MCS-51单片机可扩展片外单片机可扩展片外64 KB空间空间的数据的数据 存储器，地址范围为存储器，地址范围为0000HFFFFH。 2片外数据存储器片外数据存储器 单片机原理及其接口技术单

50、片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 片片 内内 R A M 高高128单元：单元：SFR (80H FFH) 低低128单元单元 (00H7FH) 堆栈和数据缓冲区堆栈和数据缓冲区 (30H7FH) 位寻址区位寻址区 (20H2FH) 通用寄存器区通用寄存器区 (00H1FH) 片内数据存储器框架分析片内数据存储器框架分析 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 1. 片内数据存储器片内数据存储器 (1) 片内片内RAM区：区：低低128单元单元 共共128字节，它又可划分为字节，它又可划分为 通用寄存器区

51、、位寻址区、普通通用寄存器区、位寻址区、普通 RAM区区。 工作工作 寄存器区寄存器区 位寻位寻 址区址区 数据数据 缓冲区缓冲区 00H00H 20H20H 30H30H 80H80H SFR 2FH2FH 7FH7FH FFHFFH 1FH1FH 内部内部 RAM 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 00H00H 20H20H 2FH2FH 7FH7FH 1FH1FH 30H30H 80H80H FFHFFH 52子系列才有子系列才有 的的RAM区区 普通普通RAM区区 位寻址区位寻址区 工作寄存器区工作寄存器区R0 R2 R1 R

52、3 R4 R5 R6 R707H 02H 01H 00H 06H 04H 05H 03H 08H 1FH 工作寄存器区工作寄存器区3 工作寄存器区工作寄存器区2 工作寄存器区工作寄存器区1 工作寄存器区工作寄存器区0 0FH 10H 17H 18H 片内片内RAMRAM前前3232个单元是工作寄存器区个单元是工作寄存器区 (00H(00H1FH)1FH) 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 工作寄存器工作寄存器区：区： 寄存器常用于存放操作数中间结果等。 00H1FH这这32个单元为个单元为工作寄存器区工作寄存器区，共 有4组寄存器，每

53、组8个寄存单元（各为8），各 组都以R0R7作寄存单元编号。 程序中每次只用程序中每次只用1组，组，到底是哪一组，由程序状 态字寄存器PSW中RS1、RS0位的状态组合来决定。 工作寄存器区工作寄存器区 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 00H R0 工作寄存器工作寄存器 0组组 01HR1 工工 07HR7 08HR0 工作寄存器工作寄存器 1组组 作作 09HR1 寄寄 0FHR7 10HR0 工作寄存器工作寄存器 2组组 存存 11HR1 器器 17HR7 18HR0 工作寄存器工作寄存器 3组组 区区 19HR1 1FHR7

54、工工 作作 寄寄 存存 器器 区区 每次只用每次只用1组！组！ 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 工作寄存器组的选择表工作寄存器组的选择表 PSW.4 (RS1) PSW.3 (RS0) 当前使用的工作当前使用的工作 寄存器组寄存器组R0R7 000组组(00H07H) 011组组(08H0FH) 102组组(10H17H) 113组组(18H1FH) 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 00H00H 20H20H 2FH2FH 7FH7FH 1FH1FH 30H30H 80H

55、80H FFHFFH 52子系列才有子系列才有 的的RAM区区 普通普通RAM区区 位寻址区位寻址区 工作寄存器区工作寄存器区 27H 22H 21H 20H 26H 24H 25H 23H 28H 2FH 单元地址单元地址 07 06 05 04 03 02 01 00 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 17 16 15 14 13 12 11 10 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 27 26 25 24 23 22 21 20 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 37 36 35 34 33 32 31 30 3F 3E 3D 3C 3B 3A 3

56、9 38 47 46 45 44 43 42 41 40 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78 位地址位地址 总共总共 128 个可个可 按位按位 寻址寻址 的位的位 位寻址区位寻址区分布在分布在:20H:20H 2FH2FH单元单元 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 位寻址区：位寻址区： 20H2FH这这16个单元为个单元为位寻址区位寻址区。它有双。它有双 重寻址功能，既可以按重寻址功能，既可以按位位寻址操作寻址操作，也可以普，也可以普 通通RAM单元那样按单元那样按字节字节寻址操作寻址操作。 位寻址区共有位寻址区共有16

57、个个RAM单元，计单元，计128位位，地，地 址为址为00H7FH。 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 50 片内片内RAM位寻址区的位地址位寻址区的位地址 单元地址单元地址位地址位地址 EH2 FH2 H20 H21 H77 FH7 H76 EH7 H75 DH7 H74 CH7 H73 BH7 H72 AH7 H71 H79 H70 H78 H07 FH0 H06 EH0 H05 DH0 H04 CH0 H03 BH0 H02 AH0 H01 H09 H00 H08 位操作：位操作： SETB 7FH SETB 2FH.7 单片机

58、原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 普通普通RAM区：区： 30H7FH这这80个单元为普通个单元为普通RAM区。用区。用 于于 存放用户数据，存放用户数据，只能按字节存取。只能按字节存取。 对用户对用户RAM区的使用区的使用没有任何规定或限制没有任何规定或限制， 但在一般应用中但在一般应用中常把堆栈开辟在此区中常把堆栈开辟在此区中。 数据数据 缓冲区缓冲区 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 堆栈区：堆栈区： 堆栈是片内堆栈是片内RAM中的特殊群体。中的特殊群体。 用来用来暂时存放暂

59、时存放诸如子程序端口地址诸如子程序端口地址 、中断端口地址以及其它、中断端口地址以及其它需要保护需要保护 的数据。的数据。 工作工作 寄存器区寄存器区 位寻位寻 址区址区 数据数据 缓冲区缓冲区 00H00H 20H20H 30H30H 80H80H SFR 2FH2FH 7FH7FH FFHFFH 1FH1FH 内部内部 RAM 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 (2) (2) 专用寄存器区：专用寄存器区：高高128单元单元 工作工作 寄存器区寄存器区 位寻位寻 址区址区 数据数据 缓冲区缓冲区 00H00H 20H20H 30H3

60、0H 80H80H SFR 2FH2FH 7FH7FH FFHFFH 1FH1FH 内部内部 RAM 片内片内80HFFH区间，区间，MCS-51集合集合 了一些了一些特殊用途的寄存器特殊用途的寄存器，专用于控制、专用于控制、 管理片内算术逻辑部件、并行管理片内算术逻辑部件、并行I/O口、串口、串 行行I/O口、定时器口、定时器/计数器、中断系统等功计数器、中断系统等功 能模块的工作能模块的工作。一般称之为一般称之为特殊功能寄特殊功能寄 存器存器SFR（Special Function Register）。 不同的不同的SFR管理不同的硬件模块，负责不同管理不同的硬件模块，负责不同 的功能的功