第二章 MCS–51系列单片的基本结构

XTAL1：芯片内部振荡电路（单级反相放大器）输入端
XTAL2：芯片内部振荡电路（单级反相放大器）输出端
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3．外部振荡器的接法
＋Vcc
XTAL1
振荡
XTAL1
XTAL2
XTAL2
⑴外接石英晶体振荡器
⑵外接方波振荡信号
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2.1.2 逻辑控制及引脚
该部分的引脚主要有两大功能：确定单片机的工作状态 和对外部芯片进行操作。
P3.6 / WR 外部数据存储器写信号 P3.7 / RD 外部数据存储器读信号
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Hale Waihona Puke NEXTHOMEMCS-51单片机外型图（DIP封装）
MCS-51单片机的逻辑符号图
VCC RST XTAL1 P0口 XTAL2 /EA /PSEN ALE
AT89C51
ATMEL
FLASH型
87C51
EPROM型
位地址区：20～2FH共16个字节，CPU可按字节访问，也可按位寻址， 其位地址为00～7FH。 数据缓冲区：30～7FH共80个RAM单元，用于存放用户数据或做堆 栈操作使用
特殊功能寄存器SFR：MCS-51单片机有21/26个SFR，用来管理单 片机内部各个功能部件。它们离散地分布在80H～FFH地址范围内。 它们有些反映有关逻辑部件的工作状态，有些则是有关功能单元的控 制命令字，这些SFR均可由单片机按字节地址访问，而其中一部分 （凡是字节地址能被8整除）则可按位寻址。
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⒉ 控制器：控制器是CPU的大脑中枢，它以定时控制逻辑为中心， 还包括指令寄存器IR、译码器、数据指示器DPTR、程序计数器PC、 堆栈指针SP、以及RAM地址寄存器、16位地址缓冲器等。
PC：16位的地址指针，专门用来控制指令执行顺序的寄存器，其中 的内容总是下一条要执行的指令的地址。复位时，PC=0000H使程序 从0单元开始执行。通常单片机每取一个字节机器码，PC就自动加1， 从而保证了指令的顺序执行。转移指令可强行改变PC的内容。 DPTR：它是由DPH、DPL两个8位专用寄存器组成的16位的地址指 针，用于访问单片机外部数据存储器或扩展的I/O口。 SP：MCS-51单片机的堆栈建在内RAM区中，8位地址指针SP总是指 向栈顶的位置。复位时，（SP）=07H，可以通过MOV指令对SP赋值。 MCS-51单片机的堆栈是向上生成的：压栈时，使SP的内容增1后作压 入操作；出栈时，先把栈顶的数据弹出，然后使SP的内容减1。 指令寄存器IR用于存放从程序存储器中取出的指令码.
用户标志FO：是用户定义的一个状态标志。可通过软件对它置位、 清零；在编程时，也常测试其状态进行程序分支。 工作寄存器区选择位RS1、RS0 ：可借软件置位或清零，以选定4个 工作寄存器区中的一个区投入工作。
溢出标志OV：作有符号数加法、减法时由硬件置位或清除，以指示 运算结果是否溢出。
奇偶标志P:每执行一条指令，单片机都能根据A中1的个数的奇偶自 动令P置位或清零：奇为1，偶为0。此标志对串行通信的数据传输非 常有用，通过奇偶校验可检验数据传输的正确与否。
算术逻辑单元（ALU）：能完成带进位位加法、不带进位位加法、 带进位位减法、加1、减1、逻辑与、逻辑或、逻辑异或、循环移位 以及数据传送、程序转移等操作。 累加器（ACC）：累加器ACC是最常用的专用寄存器。进入ALU作 算术操作和逻辑操作的操作数很多来自ACC ，操作的结果也常送回 ACC。 程序状态字寄存器（PSW）：程序状态字寄存器PSW是一个8位 寄存器，它包含了许多程序状态信息，其各位的含义如图所示：
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⒉ 程序存贮器 程序存贮器用来存放程序，其地址指针PC是16位的寄存器，所以可 寻 址 的 空 间 有 64K 字 节 ， 但 片 内 的 容 量 比 较 有 限 ， 对 于 51 系 列 的 8051/8751片内只有4K字节ROM/EPROM，8031内部无程序存储器。 如果要让单片机执行片内ROM/EPROM中的程序（地址在0000～ 0FFFH之间），必须将单片机的EA引脚接高电平，否则当PC<1000H 时，单片机只会到片外程序存储器中取指。 单片机到片外程序存储器中取指时，以PC的内容作为地址，以 PSEN作为控制信号，读取相应单元的指令码，经数据总线传送到指令 寄存器。 注意：如果EA=1（使用片内的程序存储器时），程序从0000H开始执 行。在这种情况下，如果程序计数器的指针PC值超过0FFFH（4K） 时，单片机就要自动的转向片外的ROM存储器（尽管EA=1），且 从片外ROM的1000H单元开始执行程序。但单片机是无法使用片 外ROM的0000H-0FFFH这4K单元。
P1口 P3口 RXD TXD /INT0 /INT1 P2口 T0 T1 /WR /RD GND
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2.2 MCS–51单片机的内部结构
按照功能划分，单片机可分为微处理器（CPU）、存 储器、I/O端口、定时/记数器和中断系统等5大部分。 存储器 微处理器 CPU
I/O端口
定时/记数器
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⒋ EA / Vdd （31脚，输入）：程序存储器选择端 当此脚加入“1‖电平时，单片机首先使用内部程序存储器；当 EA加入“0‖电平时，系统只使用外部程序存储器。 但要特别注意：当在EA=1使用单片机内部的程序存储器时，如 果程序计数器PC的值超过内部程序存储器地址，单片机将自动转向 外部程序存储器开始的单元。 对于自带EPROM型的单片机，此脚还用于在写入程序时，外部 编程电压的输入端。
⒈ P0端口 (39-32脚，双向，P0.0～P0.7)：输出能力最强的端口，可以 带动8个TTL负载。驱动一个MOS负载时，应接一个10K左右的上拉 电阻。如果系统使用外接存储器时，该口还作为地址（低八位）总线 和数据总线，注意在这种情况下，P0口就不能作为通用的I/O端口使 用。 ⒉ P1端口 (1 – 8脚，双向，P1.0～P1.7)：任何情况下都通用的I/O端 口使用，负载能力为4个TTL负载。 ⒊ P2端口 (21 – 28脚，双向，P2.0～P2.7)：除了做通用I/O端口外， 当系统使用外接存储器时，该口还作为地址（高八位）总线，在这种 情况下，P0口就不能作为通用的I/O端口使用。负载能力为4个TTL。
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程序状态字
Cy
AC
FO
RS1
RS0
OV
P
进位标志Cy：加法（减法）时最高位D7有进（借）位，则Cy=1，否 则Cy=0；位处理时，它起着“位累加器”的作用。
辅助进位标志AC：加（减）法运算时，如果低半字节的最高位D3有 进（借）位，则AC=1，否则AC=0；AC在作BCD码运算而进行二～十 进制调整时有用。
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掉电数据保护功能：
掉电时内部RAM的备用电源输入端，但一般很少用。 ⒉ ALE/PROG（30脚，输入/出）：地址锁存允许/编程脉冲输入。 地址锁存允许： 以一个不变的频率（系统时钟 fosc/6 )周期性输出正脉冲。 当 单片机使用外部存储器时，此信号可作为低八位地址的锁存信号。 编程脉冲输入： 对于自带EPROM型的单片机,此脚用于写入程序时，编程脉冲 的输入端。 ⒊ PSEN（29脚，输出）：外部程序程序存储器的选通信号。当单 片机使用外部程序存储器时，此脚在一个机器周期内产生两次负脉 冲。注意，访问内部数据存储器时，此信号无效。
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P3端口 （10 – 17脚）：P3口除了做通用的I/O端口外，同时它还有第 二功能），负载能力为4个TTL。
P3口第二功能表 口线 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 定义 RXD TXD INT0 INT1 说明 串行数据输入端 串行数据输出端 外部中断０输入端 外部中断１输入端 口线 P3.4 P3.5 定义 T0 T1 说明 计数器０外部输入端 计数器１外部输入端
第二章 MCS–51系列单片机的 基本结构
1. MCS–51单片机的外部引脚及功能
2. MCS–51单片机的内部结构
3. MCS–51单片机的工作方式
4. MCS–51单片机的时钟电路
5. MCS–51单片机的工作时序
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本章问题
1、P0口是如何实现地址/数据双总线 复用的？作为I/0口使用时应注意什么？ 2、51系列单片机中，内部RAM可以 起到什么作用？ 3、在51系列单片机中，外部芯片的地 址是如何分配的，这样做有什么优点
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⒊内部数据RAM MCS-51单片机有128/256字节RAM存储器，地址从00～7FH/FFH， 可供CPU随机按字节读写操作，可作为数据缓冲区、堆栈区使用。
RAM空间分配示意图
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工作寄存器区：00～1FH共32个单元还作为工作寄存器区，划分为 四个小区，每个小区有8个工作寄存器R0～R7，某一时刻用户使用其 中的一个小区，可以通过设置程序状态字PSW中的RS0和RS1 的状态 确定使用哪一个小区。
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2.1.3 并行输入/输出引脚
以上介绍了MCS—51系列单片机的8位逻辑控制引脚， 除此之外，剩下的32位引脚组成了4个8位并行输入/出口， 称为P0～P3口。这4个并行口既可作为普通的输入/出口， 又可以作为单片机与外围芯片进行信息交换的控制、信号 端，下面将详细加以介绍：
⒈ RST/VPD（9脚，输入）：具有上电复位和掉电数据保护功能。
复位功能： 单片机接上工作电源后，该引脚上出现持续24个振荡周期（即两个 机器周期）以上的高电平，单片机就可完成复位操作 。