亚龙单片机第1章第2部分

1、 1.2 MCS-511.2 MCS-51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构1.2.1 1.2.1 微处理器结构微处理器结构1.2.2 1.2.2 振荡与时钟振荡与时钟1.2.3 1.2.3 时钟周期、状态周期和机器周期时钟周期、状态周期和机器周期1.2.4 1.2.4 复位和复位电路复位和复位电路1.2.5 MCS-511.2.5 MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能C P U存储器并行I/O接口定时器 / 计数器中断系统P0 P3TXDRXDTINT并行I/O接口 单片机内部结构示意图单片机内部结构示意图 1.2.1 1.2.1 微处理器结构微处理器结构 由单片机的内部结构可

2、知，由单片机的内部结构可知，MCS-51单片机主要由以下几单片机主要由以下几部分组成：部分组成： 中央处理器（中央处理器（CPU） 振荡电路振荡电路 内部总线内部总线 程序存储器和数据存储器程序存储器和数据存储器 定时器定时器/计数器计数器 I/O口口 串行口串行口 中断系统中断系统 中央处理器（中央处理器（CPUCPU）1)1)运算器运算器 包括算术逻辑运算部件包括算术逻辑运算部件ALUALU单元、暂存器单元、暂存器1 1、暂存器、暂存器2 2、累加器、累加器ACCACC、寄、寄存器存器B B和和BCDBCD码调整电路。码调整电路。v 主要功能主要功能：算术运算、加：算术运算、加1 1和减和

3、减1 1运算、十进制调整、逻辑操作、数据传运算、十进制调整、逻辑操作、数据传送。送。2)2)布尔处理器布尔处理器 它以它以PSWPSW中的进位标志位中的进位标志位C C为其累加器，专门用于处理位操作，有相应为其累加器，专门用于处理位操作，有相应的位寻址的位寻址RAMRAM和和I/OI/O空间。空间。3)3)控制器控制器 包括程序计数器包括程序计数器PCPC、数据指针、数据指针DPTRDPTR、堆栈指针、堆栈指针SPSP、程序状态字、指令、程序状态字、指令寄存器寄存器IRIR、指令译码器、指令译码器IDID、振荡器、定时电路和复位电路等。、振荡器、定时电路和复位电路等。v 主要功能主要功能：控制

4、各部分的协调工作；协调单片机和外围芯片的工作。：控制各部分的协调工作；协调单片机和外围芯片的工作。振荡电路振荡电路 单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。MCS-51MCS-51单片机内部单片机内部具有一个时钟振荡电路，只需要外接振荡器，即可为各部分提供时具有一个时钟振荡电路，只需要外接振荡器，即可为各部分提供时钟信号。钟信号。典型的时钟电路典型的时钟电路 在电路中，电容通常取在电路中，电容通常取3030pFpF，晶振的取值通常为：，晶振的取值通常为：1 1MHZ-33MHZMHZ-33MHZ（不同型号的单片机的上限频率可能有差别）。（不同型号的单片机的上

5、限频率可能有差别）。C130pFC230pFXTAL1XTAL2MCS-51GND常用单片机的最高时钟频率常用单片机的最高时钟频率单片机型号单片机型号最高时钟频率最高时钟频率803180311212MHzMHz805180511212MHzMHz875187511212MHzMHzAT89C2051AT89C205124MHz24MHzAT89C51AT89C5133MHz33MHzAT89C52AT89C5233MHz33MHzAT89S53AT89S5324MHz24MHz时钟周期、状态周期和机器周期时钟周期、状态周期和机器周期1.时钟周期时钟周期 单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外部

6、直接输入的送到单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外部直接输入的送到内部控制逻辑单元的时间信号的周期。其大小是时钟信号频率内部控制逻辑单元的时间信号的周期。其大小是时钟信号频率 （f foscosc）的倒数。）的倒数。 例如：时钟信号频率例如：时钟信号频率foscfosc为为6MHz6MHz，则时钟周期为，则时钟周期为1/61/6usus。2.状态周期状态周期 由由2 2个时钟周期组成（个时钟周期组成（1 1个状态周期个状态周期=2=2个时钟周期）个时钟周期）3.机器周期机器周期 由由1212个时钟周期或个时钟周期或6 6个状态周期组成（个状态周期组成（1 1个机器周期个机器周期=12=12个

7、时钟个时钟周期）。周期）。 例如：有一个单片机系统，它的例如：有一个单片机系统，它的f foscosc=12M=12MHzHz，则时钟周期为，则时钟周期为1/12us1/12us，状态周期为，状态周期为1/6us1/6us，机器周期为，机器周期为1 1us us 。 P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6机器周期机器周期状态周期状态周期时钟周期时钟周期单片机各种周期的关系图单片机各种周期的关系图v1 1个机器周期个机器周期=6=6个状态周期个状态周期=12=12个时钟周期个时钟周期1.2.4 1.2.4 复位和复位电路复位和复位电路 单片机在重新启动时都需要复

8、位，单片机在重新启动时都需要复位，MCS-51系列单系列单片机有一个复位引脚输入端片机有一个复位引脚输入端RST。1. MCS-51系列的单片机复位方法为：在系列的单片机复位方法为：在RST上加一个维上加一个维持两个机器周期以上的高电平，则单片机被复位。持两个机器周期以上的高电平，则单片机被复位。2.复位时单片机各部分将处于一个固定的状态复位时单片机各部分将处于一个固定的状态。3.常用的常用的MCS-51单片机复位电路单片机复位电路上电自动复位电路上电自动复位电路手动复位电路手动复位电路“看门狗看门狗”复位电路复位电路复位后单片机各单元的初始状态复位后单片机各单元的初始状态寄存器初始状态值寄存

9、器初始状态值PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP1、P2P3、P40FFHSCON00HIPXXX00000BPCON0XX00000BIE0XX00000BSBUF不定阻容上电自动复位电路阻容上电自动复位电路+C 12 2 u FR 11 KG N D+ 5 VVccRST/VPDVssMCS-51手动复位电路手动复位电路+C122uFR11KGND+5VVccRST/VPDVssMCS-51R2200“看门狗看门狗”复位电复位电路路RSTMCS-51R2R1MAX813LPF

10、IMRRESETWDOWDI未稳压电源P1.0MCS-51MCS-51单片机采用单片机采用4040脚双列直插式封装形式，主要包括以下脚双列直插式封装形式，主要包括以下几个部分：几个部分：电源引脚电源引脚Vcc和和Vss Vcc(40脚脚)：电源端，为十：电源端，为十5V； Vss(20脚脚)：接地端：接地端 。2.2. 时钟电路引脚时钟电路引脚XTAL1和和XTAL2XTAL1为内部振荡电路反相放大器的输入端为内部振荡电路反相放大器的输入端 。XTAL2为内部振荡电路反相放大器的输出端为内部振荡电路反相放大器的输出端 。3.3. 控制信号引脚控制信号引脚RST、ALE、PSEN和和EA 4.

11、IO(输入输出输入输出)端口端口P0、P1、P2和和P35.5. MCS-51MCS-51单片机单片机P3口的第二功能口的第二功能1.2.5 MCS-511.2.5 MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能MCS-51双列直插式（双列直插式（DIP）封装类型引脚图）封装类型引脚图P1P1口口P3P3口口P0P0口口P2P2口口 时钟端时钟端 复位端复位端控制信号控制信号 接接VCCVCC（+5V+5V） 接地端接地端MCS-51的的PLCC封装类型引脚图封装类型引脚图控制信号引脚控制信号引脚RST、ALE、PSEN和和EA1. RSTVp(9脚脚) ：RST是复位信号输入端，高电平有效。当

12、此输是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期入端保持两个机器周期(24(24个时钟振荡周期个时钟振荡周期) )的高电平时，就可以的高电平时，就可以完成复位操作。完成复位操作。RSTRST引脚的第二功能是引脚的第二功能是VpVp，即备用电源。，即备用电源。2.2. ALEPROG(30(30脚脚) )：地址锁存允许信号端。：地址锁存允许信号端。当当8051上电正常工上电正常工作后，作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fosc 的的l6 。此引脚的第二功能此引脚的第二功能PROG是对片内带有是对片内带有可编程的可编

13、程的ROM的的单片机单片机编程写入编程写入(固化程序固化程序)时，作为编程脉冲的输入端。时，作为编程脉冲的输入端。 3. PSEN(29脚脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。 CPU在在从外部从外部ROM取指期间，取指期间，PSEN信号在每个机器周期信号在每个机器周期(12个时钟周期个时钟周期)中两次有效。中两次有效。 4. EAVPP（3l脚脚)：外部程序存储器地址允许输入端：外部程序存储器地址允许输入端/ /固化编程电固化编程电压输

14、入端。当压输入端。当EA引脚接高电平时，引脚接高电平时，CPU先先访问片内访问片内程序存储器程序存储器并并执行内部程序存储器中的指令，然后再访问外部执行内部程序存储器中的指令，然后再访问外部ROMROM的内容。输入的内容。输入信号信号EA引脚接低电平引脚接低电平(接地接地)时，时，CPU只访问外部只访问外部外部外部ROM并执行并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。 MCS-51MCS-51单片机单片机P3口的第二功能口的第二功能RD(RD(片外数据存储器读选通控制输出片外数据存储器读选通控制输出) ) P3.7P3.7WR(WR(片外数据存储器写选通控制输出片外数据存储器写选通控制输出) ) P3.6P