第2章 MCS-51单片机结构及原理

第2章 单片机的结构及原理

本章重点 单片机的结构特点 单片机的存储器特点 I/O端口的特点 CPU时序 课时安排：3个课时1

第2章 单片机的结构及原理

第二章 单片机芯片的硬件结构2.1 80C51单片机的结构2.2 单片机的工作原理

2.3 80C51的存储器2.4 I/O端口结构

2.5 CPU时序及时钟电路2.6 MCS-51单片机工作方式

思考题

第2章 单片机的结构及原理

2.1

80C51单片机的结构

2.1.1 MCS-51系列单片机的分类 2.1.2 MCS-51系列单片机的结构框图 2.1.3 80C51单片机的引脚及功能

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2.1.1 MCS-51系列单片机的分类MCS-51系列单片机是因特公司1980推出的高档8位机

存储器类型 单片机系列80318051 8751 8032 8052

掩膜MOS/4KB / / 8KB

EPROM// 4KB / /

MCS-51

51子系 列 52子系 列

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表2-1 MCS-51系列单片机配置一览表5

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2.1.2 MCS-51系列单片机的结构框图MCS-51系列单片机的内部结构框图如图2-3所示。 MCS-51系列单片机是由8大部分组成：(下面以80C51为例)

(1) 中央处理机CPU(8位字长)(2) 片内数据存储器RAM(256个单元) (3) 片内程序存储器ROM(4KB的ROM)

(4) 定时器/计数器(2个16位的)(5) 并行I/O口(4个8位的) (6) 串行口(1个全双工的) (7) 时钟电路 (8) 中断系统(5个中断源)6

第2章 单片机的结构及原理程序存储器 ROM 数据存储器 RAM

时钟OSC

定时器/计数器 CTC

中央处理器 (运算部件)XTAL1 XTAL2

内部总线

(控制部件)

并行接口PSEN ALE

串行接口

中断系统

EA RESET

P0 P1 P2 P3

TXD RXD

INT0 INT17

图2-2

单片机结构框图

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图2-3 MCS-51系列单片机内部结构框图

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2.1.3 80C51单片机的引脚及功能MCS-51系列单片机芯片为40个引脚， HMOS 工艺制造的芯片采用双列直插(DIP)方式封装， 其引脚示意及功能分类如图2-3所示。 CMOS工艺 制造的低功耗芯片也有采用方型封装的，但为44 个引脚，其中4个引脚是不使用的。9

第2章 单片机的结构及原理p 1.0

1

40 39

VCCp 0. 0

p 1.7

89

RSTp 3.0 / RXD p 3.1 / TXDp 3.2 / INT0

3231

p 0.7Vpp / EA

p 3.3 / INT1 p 3.4 / T0

p 3.5 / T1

p 3.6 / WR p 3.7 / RD XTAL2 XTAL1

VSS

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

8051

3029

ALE / PROG PSENp 2.7

28

21

p 2. 010

图2-4 MCS—51系列单片机引脚

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1. 主电源引脚Vcc和Vss (1)VCC(40脚):接+5 V电源正端； (2)VSS(20脚):接+5 V电源地端。 2. 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 (1)XTAL1(19脚):接外部石英晶体的一 端。在片内它是一个反相放大器的输入端，这个放 大器构成了片内振荡器。 ( 2 ) XTAL2 ( 18 脚

):接外部晶体的另一端。 在片内接至片内振荡器的反相放大器的输出端。11

第2章 单片机的结构及原理主电源引脚 Vss、Vcc

外接晶振引脚 XTAL1、XTAL2

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3. 控制信号及电源复用引脚(1) RST/VPD(9脚):RST即为RESET, VPD为备用电 源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。 当出现两个机器周期高电平时，单片机复位 。复位后， P0 ~ P3 输出高电平；SP寄存器为07H;其它寄存器全部清0; 不影响RAM状态。 (2) ALE/ PROG (30脚):当访问外部存储器时, ALE(允 许地址锁存信号)做锁存扩展地址低位字节的控制信号。P0 口先送出地址的低8位，通过ALE信号将低8位地址信号琐存 到外部地址专用琐存器中，再去传送数据信息。13

第2章 单片机的结构及原理(3) PSEN (29脚):当访问片外ROM时(即执行MOVC指 令时),此端输出负脉冲信号作为存储器读选通信号。

(4) EA/VPP (31脚):内\外ROM选择端 。 EA =1时，访问内部程序存储器，即内部ROM 。 EA =0时，只访问外部程序存储器，即外部ROM。

注：对于本身没有片内ROM的单片机，如8031单片机，设计电路时，必须使 EA =0。

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4. 输入/输出(I/O)引脚(1)P0口(39脚~32脚):P0.0~P0.7统称为P0口。在 访问片外存储器时，它分时输出低8位地址和数据，故这些 I/O线有地址线/数据线之称, 简写为AD0~AD7 (2)P1口(1脚~8脚):P1.0~P1.7统称为P1口，可作 为准双向I/O接口使用。 (3) P2口(21脚~28脚):P2.0~P2.7统称为P2口，一 般可作为准双向I/O接口。在访问片外存储器时，它输出高8 位地址。 (4) P3口(10脚~17脚):P3.0~P3.7统称为P3口。这 8个引脚还具有专门的第二功能。(表2-2)15

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表2-2 P3口各位的第二功能