第二章 单片机芯片的硬件结构

1、2单片机芯片的硬件结构2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚2.1.1 MCS-51单片机结构框图2.1.2 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构1.中央处理器(CPU)运算器 ：ALU(算术逻辑单元) 、ACC(累加器)、B寄存器、程序状态字、暂存寄存器控制器：PC(程序计数器) 、PC加1寄存器、指令寄存器 、指令译码器、定时与控制电路2.1.2 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构1.中央处理器(CPU)2. 内部数据寄存器RAM(128*8)、RAM地址寄存器3. 内部程序寄存器ROM(4K*8)、程序地址寄存器4. 定时器/计数器2个16位的定时器/计数器5. 并行I/O口4个8

2、位的I/O口（P0、P1、P2、P3)2.1.2 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构6.串行口7. 中断控制系统5个中断源：外中断2个、定时/计数中断2个、串行中断1个。8. 时钟电路9. 位处理器10. 总线2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚2.1.1 MCS-51单片机结构框图2.1.2 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构2.1.3 MCS-51的信号引脚40引脚双列直插式2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚2.1.1 MCS-51单片机结构框图2.1.2 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构2.1.3 MCS-51的信号引脚40引脚双列直插式1. 信号引脚介绍 输入/

3、输出口线P0.0P0.7P1.0P1.7P2.0P2.7P3.0P3.7P0口8位双向口线P1口8位双向口线P2口8位双向口线P3口8位双向口线 ALE地址锁存控制信号(1) P0口输出的低8位地址锁存控制信号(2) 作为外部时钟或外部定时脉冲2.1.3 MCS-51的信号引脚1. 信号引脚介绍 PSEN外部程序存储器读选通信号 EA访问程序存储器控制信号0：仅访问外部程序存储器1：从内部程序存储器开始访问，并可延续至外部程序存储器。复位信号：连续2个周期以上的高电平。 RST XTAL1、XTAL2外接晶体引线端 VSS VCC地线+5V电源2.1.3 MCS-51的信号引脚1. 信号引脚介

4、绍2. 信号引脚的第二功能 P3口线的第二功能口线第二功能信号名称P3.0RXD串行数据接受P3.1TXD串行数据发送P3.2INT0外部中断0申请P3.3INT1外部中断1申请P3.4T0定时器/计数器0计数输入P3.5T1定时器/计数器1计数输入P3.6WR外部RAM写选通P3.7RD外部RAM读选通2.1.3 MCS-51的信号引脚1. 信号引脚介绍2. 信号引脚的第二功能 P3口线的第二功能 EPROM存储器程序固化所需要的信号(1) 编程脉冲：30引脚(ALE/PROG)(2) 编程电压：31引脚(EA/VPP) 备用电源引入9 引脚(RST/VPD)2单片机芯片的硬件结构2.1 M

5、CS-51单片机的逻辑结构及信号引脚2.2 MCS-51单片机的内部存储器以80C51为例数据存储器低128单元(单元地址00H-7FH)高128单元(单元地址80H-FFH)程序存储器2.2.1 内部数据存储器低128单元1. 通用寄存器区 (00H-1FH)(1) 分成四组0,1,2,3，每组8个寄存器(R7-R0),每个寄存器为8位。(2) 任意时刻，CPU只能使用其中的一组寄存器。(3) 运用通用寄存器，可以简化程序设计，提高运行速度。2.2 MCS-51单片机的内部存储器2.2.1 内部数据存储器低128单元1. 通用寄存器区 (00H-1FH)2. 位寻址区(20H-2FH)3.

6、用户RAM区(30H-7FH)2.2.2 内部数据存储器高128单元专用寄存器(SFR)、特殊功能寄存器1. 专用寄存器简介：22个，可寻址21个。(1) 程序计数器(PC）：16位，不可寻址。(2) 累加器A(或ACC）：8位，寻址地址0E0H。(3) B寄存器：8位，寻址地址0F0H。(4) 程序状态字(PSW）：8位，寻址地址0D0H。2.2.2 内部数据存储器高128单元1. 专用寄存器简介(4) 程序状态字(PSW）：8位，寻址地址0D0H。CY: 进位标志位。F0: 用户标志位。AC: 辅助进位标志位。RS1和RS0 : 寄存器组选择位。OV: 溢出标志位。P: 奇偶标志位。(5)

7、 数据指针(DPTR）：16位，寻址地址82H(DPL)，83H(DPH)。位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志CYACF0RS1RS0OV/P2.2.2 内部数据存储器高128单元1. 专用寄存器简介2. 专用寄存器的字节寻址（21个）(1) 21个专用寄存器不连续分布在内部RAM的高128个单元， 空余单元不能使用。(2) 程序计数器(PC)不可寻址。(3) 对专用寄存器采用直接寻址方式，指令中使用寄存器符号或寄存器地址。3. 专用寄存器的位寻址(1) 11个专用寄存器可位寻址（83个寻址位）。(2) 与内部数据存储器低128单元中的位

8、寻址区(20H-2FH), 共同组成数据位存储区。2.2 MCS-51单片机的内部存储器2.2.1 内部数据存储器低128单元2.2.2 内部数据存储器高128单元2.2.3 MCS-51的堆栈操作术语：出栈、入栈、栈底、栈顶、1、堆栈的功能：保护断点、保护现场2、堆栈的开辟：内部数据存储器先出3、堆栈指示器：SP（复位后为07H, 初始化为30H）4、堆栈类型：向上生长型入栈(1)SPSP+130H或4AH或78HSP2.2 MCS-51单片机的内部存储器2.2.1 内部数据存储器低128单元2.2.2 内部数据存储器高128单元2.2.3 MCS-51的堆栈操作术语：出栈、入栈、栈底、栈顶

9、、1、堆栈的功能：保护断点、保护现场2、堆栈的开辟：内部数据存储器先出3、堆栈指示器：SP（复位后为07H, 初始化为30H）4、堆栈类型：向上生长型出栈(1) 读出数据(2) SPSP-130H或4AH或78H入栈(1) SPSP+1(2) 写入数据SP2.2 MCS-51单片机的内部存储器2.2.1 内部数据存储器低128单元2.2.2 内部数据存储器高128单元2.2.3 MCS-51的堆栈操作术语：出栈、入栈、栈底、栈顶、1、堆栈的功能：保护断点、保护现场2、堆栈的开辟：内部数据存储器先出3、堆栈指示器：SP（复位后为07H, 初始化为30H）4、堆栈类型：向上生长型、向下生长型 （8

10、086）出栈(1) 读出数据(2) SPSP-130H或4AH或78H入栈(1) SPSP+1(2) 写入数据SP2.2 MCS-51单片机的内部存储器2.2.1 内部数据存储器低128单元2.2.2 内部数据存储器高128单元2.2.3 MCS-51的堆栈操作术语：出栈、入栈、栈底、栈顶、1、堆栈的功能：保护断点、保护现场2、堆栈的开辟：内部数据存储器先出3、堆栈指示器：SP（复位后为07H, 初始化为30H）4、堆栈类型：向上生长型5、堆栈使用方式：自动方式指令方式、向下生长型 （8086）2.2 MCS-51单片机的内部存储器2.2.4内部程序存储器80C51：4K ROM程序存储器，地

11、址0000H-08F0FCF5H2：8K ROM程序存储器，地址00010FHFF-H启动单元：0000H-0002H中断地址区：0003H-002AH2.2.5MCS-51单片机系统的存储器结构特点数据存储器和程序存储器分开内部存储器和外部存储器分开存储器扩展16位地址线-寻址范围 64KB地址 0000H-FFFFH1.2.3.2单片机芯片的硬件结构2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚2.2 MCS-51单片机的内部存储器2.3 MCS-51单片机并行输入/输出口电路P0.0P0.7P1.0P1.7P2.0P2.7P3.0P3.7P0口8位双向口线P1口8位双向口线P2口8位双向

12、口线P3口8位双向口线2.3.1P0口字节地址：80H;1.双向I/0接口位地址：80H-87H.低8位地址接口双向数据接口2.输出(写)：加上拉电阻输入(读)传送指令都是读引脚I/O输出，控制外接上拉电阻V1V2地址/数据推拉式输出2.3 MCS-51单片机并行输入/输出口电路2.3.1 P0口MUX选择端：90H-97H.地址：0A0H-0A7H.2.3 MCS-51单片机并行输入/输出口电路2.3.1P0口2.3.2P1口字节地址：90H;位地址准双向I/0接口（无三态） 输出时不需上拉电阻输入时先写“1”1.2.3.2.3.3P2口字节地址：0A0H;高8位地址接口准双向I/O接口位1

13、.2.1口电路小结口为地址和数据总线址总线P1、P2、P3口准双向口。二功能2.3 MCS-51单片机并行输入/输出口电路2.3.1P0口2.3.2P1口2.3.3P2口2.3.4P3口字节地址：0B0H; 准双向I/0接口第二功能信号位地址：0B0H-0B7H.1.2.2.3.5 MCS-51.都是双向I/0接P0口可同时用P2口可用为地P0口三态门， P3口具有第2.3.2单片机芯片的硬件结构2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚2.2 MCS-51单片机的内部存储器2.3 MCS-51单片机并行输入/输出口电路2.4 MCS-51单片机时钟电路与时序2.4.1时钟信号1. 时钟信号的产生组成：晶体振荡器、电容（2个）XTAL1C1C21.2MHz-12MHz取6MXTAL取30pF2内部时钟电路2. 引入外部脉冲信号2.4 MCS-51单片机时钟电路与时序2.4.1时钟信号2.4.2时序定时单位振荡脉冲例:12M、6M时钟脉冲2分频3分频ALE6M、3M机器周期1M、0.5M6分频1.拍节与状态一个时钟脉冲一个拍节(S)