单片机原理及应用no2

发布时间：2024-11-25

单片机硬件原理

第二章 MCS-51单片机芯片硬件结构单片机芯片硬件结构2.1 MCS-51系列单片机结构及组成系列单片机结构及组成 2 .1 .1 MCS-51系列单片机结构框图

MCS-51系列单片机属于总线结构系列单片机属于总线结构系列单片机属于

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频率基准源

计数器

振荡器及定时电路

4 K /8 K 字节程序存储器 ROM

128/256 字节数据存储器 RAM

2 个 16 位定时器 /计数器

内部总线 8051 CPU

64K 字节总线扩展控制中断中断控制

可编程 I/O 口 4× 8 位

可编程串行口

并行 I/O 口

串行输入 /输出

8 0 51 单片机结构框图2

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2 .1 .2 MCS-51系列单片机组成一个8位CPU包括运算器、控制器以及若干寄存器等部件组成。寄存器等部件组成包括运算器、控制器以及若干寄存器等部件组成。(1)运算器 ) 算术和逻辑运算，可对半字节(4位)和单字节数据进行操作；加、减、乘、除、加1、减1、比较等算术运算；与、或、异或、求补、循环等逻辑运算；布尔处理器。3

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(2)程序计数器 )程序计数器PC PC用来存放即将要执行的指令地址指令地址，共16位，可指令地址对64KROM直接寻址。PC低8位经P0口输出，高8 位经P2口输出。 (3)指令寄存器 ) 指令寄存器存放指令代码。 CPU执行指令过程：执行指令过程：执行指令过程由程序存储器(ROM)中读取指令代码送入指令寄存器，经译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。4

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(4)定时与控制部件 ) 时钟电路： MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为XTAL1,输出端为XTAL2。有两种时钟生成电路，内部方式，外部方式。

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4k/8k字节程序存储器(ROM) 51系列4k字节；52系列8k字节

128/256字节数据存储器(RAM) 51系列128字节；52系列256字节 2/3个16位定时/计数器 51系列2个16位定时/计数器；52系列3个6

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32条可编程I/O口线(4个8位并行I/O端口) 可寻址64k外部数据存储器(RAM)和64k 外部程序存储器(ROM) 一个可编程全双工串行口；五个中断源、两个优先级嵌套中断结构

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2 .1 .3 MCS-51系列单片机芯片引脚

p1.0

40 39

VCCp 0.0

p1.7RSTp 3.0 / RXD p 3.1 / TXD

89 10 1112

32 31

p 0.7Vpp / EA

p 3.2 / INT 0 p 3.3 / INT1 p 3. 4 / T 0p 3.5 / T1 p 3.6 / WR

13 14 15 16 17 18 19 20

8051

30 29 28

ALE / PROG PSEN

p 2.7

p 3.7 / RD XTAL 2 XTAL1

VSS

p 2.0

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引脚分布( 脚双列直插封装脚双列直插封装( 引脚分布(40脚双列直插封装(DIP)方式) )方式) 1)主电源引脚； )主电源引脚； 2)外接晶体或外部振荡器引脚；XTAL1、XTAL2 )外接晶体或外部振荡器引脚； 3)控制、选通或复用电源引脚： )控制、选通或复用电源引脚： ALE/ PROG

(30), ),ALE:允许地址锁存信号。 ), (数据线、地址线复用)当访问外部存储器时， ALE信号负跳变将P0口上低8位地址送入锁存器。ALE低电平时，P0口上的内容和锁存器输出一致低电平时，口上的内容和锁存器输出一致低电平时9

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非访问外部存储器期间，ALE以1/6振荡频率输出，访问外部存储器时以1/12振荡频率输出。

PROG为编程脉冲输入端，对片内程序存储器进行编程时，此脚输入编程脉冲。

RST(9脚):复位信号延续两个机器周期以上的高电平，复位有效。

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( 脚):访问外部程序存储器选通信号， PSEN 29脚): 低电平有效。 ( 脚):访问内部或外部ROM选择信号。 EA/Vpp(31脚): 高电平时( EA = 1) ,访问内部ROM(PC指针超过4K, 0FFFH时，自动转向外部ROM),保持低电平，则访问外部ROM。(对于8031, 接低电平) EA11

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4)I/O口引脚(32个引脚) ) 口引脚口引脚( 个引脚个引脚) 四个8位双向I/O端口(P0、P1、P2、P3); 每一条I/O线都能独立地作输入或输出。 P0口(32—39)低8位地址/数据线复用或I/O口。 P0 32—39 8 / I/O P1口(1—8)常用的I/O口。 P2口(21—28)常用I/O口或高8位地址线。 P3口(10—17)双功能口。12

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信号引脚的第二功能P3口第二功能口线 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7第二功能 TXD RXD INT 0 INT 1 T0 T1 WR RD 功能含义串行数据接收串行数据发送外部中断 0申请外部中断1申请定时器 / 计数器 0计数输入定时器 / 计数器1计数输入外部RAM写选通外部RAM读选通13

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MCS-51存储器 2-2 MCS-51存储器程序存储器(ROM) 程序存储器(ROM)--用来存放程序和始终要保留的数据。数据存储器(RAM)--用来存放程序运行中所需要的数据存储器(RAM) 常数和变量。当然，全局数据也可以放在RAM中。

特点：程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)分开，特点各有各的寻址系统、控制信号和功能。14

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从物理空间上看： MCS-51单片机有四个存储器地址空间。片内程序存储器片外程序存储器片内数据存储器片外数据存储器15

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8051存储器映象存储器映象0FFFFH (64K)

0FFFFH (64K)

外部ROM EA = 1

外部RAM (64K)

1000H / 0FFFH (4K)

00FFH / 0100H