单片机第1章 8051单片机的基本结构PPT课件

存储器 程 数序 据存 存储 储 片 片 片 片器 器外 内 外 内 RRRRO O AAM M M M ((((内 内 外 外部 部 部 部 RRRRAO AOM M M )M )))
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FFFFH
外部 ROM
1000H
0FFFH 内部 ROM
0FFFH 外部 ROM
0000H (EA=1) 0000H (EA=0)
P1.0）。 （5）位操作指令系统：位操作指令可实现对位的置位、清0、
取反、位状态判跳、传送、位逻辑运算、位输入/输出等 操作。
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I/O端口结构
• 8051有四个8位并行接口P0~P3，共有32 根I/O线。
• 它们都具有双向I/O功能，均可以作为数 据输入/输出使用。
• 每个接口内部都有一个8位数据输出锁存 器、一个输出驱动器和一个数据输入缓冲 器，因此，CPU数据从并行I/O接口输出 时可以得到锁存，输入时可以得到缓冲。
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P2口结构
• P2口比P1口多了一个多路开关，多路开关的输入有两个：一 个是输出锁存器的输出端Q；一个是地址寄存器（PC或 DPTR）的高位输出端。多路开关的输出经反相器反相后去 控制输出FET的Q0。多路开关的切换由内部控制信号控制。
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P2口的功能
1、作I/O口使用。
2、作高8位地址输出：P2口可以输出程序存储器 或片外数据存储器的高8位地址，与P0输出的 低8位地址一起构成16位地址线，从而可分别 寻址64KB的程序存储器或片外数据存储器。地 址线是8位一起自动输出的。
P3口线的第二功能
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时钟电路及CPU时序
• 时钟电路：产生单片机工作所需要的时钟 信号。
• 时序所研究的是指令执行中各个信号的相 互关系。
• 单片机本身如同一个复杂的同步时序电路， 为了保证同步工作方式的实现，电路应在 唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行 工作。
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时钟信号的产生
• 内部结构：电阻和高增益反相放大器构成一个稳定的自激振 荡器。
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时钟源 时钟电路
RAM
ROM
T0
T1
定时/计数器
CPU
系统总线
并行端口
串行端口
中断系统
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1
单片机的基本组成 4
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
RST/VPD
RXD/ P3.0
TXD/ P3.1
INT0/ P3.2
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用户数据区（堆栈、数据缓冲）
SP（堆栈指针）的作用：入栈和出栈
数据入栈、出栈过程
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特殊功能寄存器SFR
• 21个特殊功能寄存器，又称为专用寄存器 （SFR)。 离散地分布在80H~0FFH RAM空间中。
• 21个特殊功能寄存器地址不连续，空闲地址无 意义，对用户来讲，这些单元是不存在的。
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36
6
35
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34
8
33
9
32
10 11
8051
31 30
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Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/Vpp ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
5
8051内部结构
6
• CPU
– 运算器：ALU,A,PSW,B,暂存器1、2 – 控制器：PC,PC增1，指令寄存器，指令译码器，定时
控制
• 存储器
– RAM – ROM
• 并行I/O口:P0~P3 • 中断控制 • 定时器/计数器 • 串行口 • 时钟电路
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8051存储器
• 8051的存储器：哈佛结构，即程序存储 器（ROM）和数据存储器（RAM）的寻 址空间是分开的。
• 位处理器系统包括以下几个功能部件： （1）位累加器：借用进位标志CY。在布尔运算中CY是数据
源之一，又是运算结果的存放处，位数据传送的中心。 （2）位寻址的RAM：内部RAM位寻址区中的0~127位
（20H~2FH); （3）位寻址的寄存器：特殊功能寄存器（SFR）中的可以位
寻址的位。 （4）位寻址的I/O口：并行I/O口中的可以位寻址的位（如
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回80顾5：1内部存储器、I/O端口的连接
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I/O端口功能
• P0口：一般I/O口+低8位地址总线/数据总 线分时复用
• P1口：一般I/O口 • P2口：一般I/O口+高8位地址总线 • P3口：一般I/O口+第二功能
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P1口结构
• P1口通常作为通用I/O口使用，准双向口。 • P1口与P0口的不同：不再需要MUX，有内部上拉电阻。 • P1口与P0口的相同：作输入口时，也需先向其锁存器写
(I/O口 地址)
0000H
片外数据存 储器(RAM)
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程序存储器ROM中的几个特殊地址
• 0000H 程序执行的起始地址(复位时PC的 值)
• 0003H 外部中断0（INT0）中断入口 • 000BH 定时器/计数器0（T0）中断入口 • 0013H 外部中断1（INT1）中断入口 • 001BH 定时器/计数器1（T1）中断入口 • 0023H 串行中断 中断入口
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内部数据存储器（RAM) MCS-51系列内部有128B RAM区（地址为00H～
7FH）和128B的特殊功能寄存器区SFR（地址为80H～ FFH）。
内部数据存储器单元
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片内RAM低128单元
低128单元分三个区域：工作寄存器、位寻址区和用户数据区
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位寻址区（20H~2FH）
表2-3 内部RAM 20H～2FH位寻址区位地址分布表
开关MUX组成。
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P0口作为一般I/O口使用
• 控制信号=0，T1截止，MUX接锁存器。双向口。 • P0口作输出口：输出锁存，漏极开路输出，需外接上
拉电阻。 • P0口作输入口：悬浮状态，一个高阻抗的输入口。 （1）读锁存器。适应“读-修改-写”指令，如指令ANL
P0，A （2）读引脚。先输出“1”，使T2截止，然后再读。
程序存储器 (ROM)
FFH
F0H
特 殊
E0H D0H B8H
特 殊 功 能
B0H 寄
功
A8H 存
能 寄 存
A0H 器 98H 地 90H 址
80H
器
88H 80H
7FH
通用 30H RAM区
2FH
位寻址区 20H
1FH 工作寄 存器区
00H
片内数据存 储器(RAM)
8051存储器
FFFFH
外部 RAM
第1章 8051单片机的基本结构
1 8051单片机的特点与基本结构 2 8051单片机的存储器结构 3 并行I/O口的结构 4 CPU 5 复位信号与复位电路
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MCS-51系列单片机分类表
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8051单片机结构和信号引脚
• 单片机是将三部分部件集成在一块芯片上， 即CPU+存储器+I/O接口。
• 8051内部结构包括：CPU、片内ROM、片内 RAM、并行I/O口P0~P3、异步串行口、定时器 /计数器、中断系统以及定时控制逻辑电路等。
• 对特殊功能寄存器只能使用直接寻址方式，书 写时既可使用寄存器符号，也可使用寄存器单 元地址。
• 其中11个SFR寄存器具有位寻址。
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21个特殊功能寄存器
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11个可位寻址的SFR寄存器
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程序状态字PSW
• CY进位：运算结果有进位或借位置“1”，否则清 “0”。
• AC辅助进位：运算结果D3位向D4位产生进位或借 位时置“1”，否则清“0”。
2、用作地址/数据复用总线。 作数据总线用时，输入/输出8位数据D0~D7； 作地址总线用时，输出低8位地址A0~A7。
3、当P0口用作地址/数据线后，就不能再作为 I/O口使用。
4、用作I/O口时与其他口的区别：输出时为漏极 开路输出，与NMOS电路接口必须用电阻上拉， 才能有高电平输出；输入时为悬浮状态，为一 个高阻抗的输入口。
入“1”。
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P1口特点
1、输出锁存，输出时没有条件。 2、输入缓冲，输入时有条件，即需要先将该口
设为输入状态，先输出1。 3、工作过程中无高阻悬浮状态，也就是该口不
是输入态就是输出态。
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P0口结构
• P0口某位由1个输出锁存器、2个三态输入缓冲器、1 个输出驱动电路和1个输出控制电路组成。
• 输出驱动电路由一对FET（场效应管）T1、T2组成。 • 输出控制电路由一个与门电路、1个反相器和1路多路
• 芯片外部：XTAL1和XTAL2之间接晶体振荡器和微调电容。 • 电容为20pF~50pF。 • 晶振频率为1.2MHz~12MHz。
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引入外部脉冲信号
• 许多单片机组成的系统中，为了各单片机之间 时钟信号的同步，应引入唯一的公用外部脉冲 信号作为各单片机的振荡脉冲。这时外部的脉 冲信号应从XTAL2引脚引入。
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时序说明
节拍P
fosc
状态S
机器周期
12/fosc
指令周期
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MCS-51指令时序
• MCS-51共有111条指令，全部指令按其长度可分为单 字节指令、双字节指令和三字节指令。
• ALE是地址锁存信号。该信号每有效一次就能对存储器 进行一次读指令操作。
• ALE信号以振荡脉冲1/6的频率出现。 • 因此，在一个机器周期中，ALE信号两次有效：第一次
作，也可以位操作。既可以读引脚，也可以读 锁存器，实现“读-修改-输出”操作。 3、可以使用第二功能进行输入、输出。
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8051单片机的引脚功能
• XTAL1输入，XTAL2输出 • ALE地址锁存，时钟振荡频率的1/6 • PSEN片外程序存储器读选通 • RST复位 • EA访问外部存储器
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P0作为地址/数据总线使用
1、控制信号=1，P0端口作为地址/数据总线使用。 2、输出：地址/数据，不需外接上拉电阻。 3、输入：数据，通过“读引脚”完成。 当8051片外扩展RAM、I/O口、ROM时，P0口必须作为地
址/数据总线使用。准双向口。
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P0口特点
1、用作I/0口，输出锁存、输入高阻抗缓冲（输 入时需先将口置1），每根口线可以独立定义 为输入或输出。
据存储器RAM 20H～2FH字节单元中； 另一块位地址范围为80H～FFH，分布在特殊
功能寄存器区中。 整个位地址空间地址为00H～FFH
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表2-5 特殊功能寄存器位地址映像
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布尔（位）处理器
• 实际上这是一个完整的一位微计算机，它具有自己的CPU、 寄存器、I/O、存储器和指令集。一位机在开关决策、逻 辑电路仿真和实时控制方面非常有效。
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回顾：
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
RST/VPD
RXD/ P3.0
TXD/ P3.1
INT0/ P3.2
INT1/ P3.3
T0/ P3.4
T1/ P3.5
WR/ P3.6
DIP封装（正面）
RD/ P3.7 XTAL2
XTAL1
Vss
1
40
2
39
3
38
4
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• F0用户标志位：由用户设置，软件标志。 • RS1和RS0：工作寄存器组选择位。 • OV溢出位：溢出时置“1”，否则置“0”。 • X：无效位。 • P奇偶位：ACC中1的个数的奇偶性。ACC中有奇数
个“1”，则P=1，否则P=0。
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位地址空间
位地址空间包括两块区域： 一块位地址范围为00H～7FH，分布于内部数
在S1P2和S2P1期间，第二次在S4P2和S5P1期间。有效 宽度为一个状态周期。
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MCS-51单片机初始化复位
• 复位是单片机的初始化操作，复位后，PC初始化为0000H, 使单片机从0000H开始执行程序。
• 复位不影响片内RAM存放的内容，而ALE和 PSEN 在复位期间输出高电平。
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P3口结构
• P3口的主要特点在于增加了第二功能控制逻辑。 • 结构上与非门有两个输入端：一个为口输出锁存器的Q端，
另一个为第二功能的控制输出。 • 引脚上有两个输入缓冲器，第二输入功能取自第一个缓冲器
的输出端；I/O的通用信号取自第二个缓冲器的输出端。
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P3口特点
1、P3口是一个多功能口。 2、可作I/O口使用，为准双向口。既可以字节操
INT1/ P3.3
T0/ P3.4
T1/ P3.5
WR/ P3.6
DIP封装（正面）
RD/ P3.7 XTAL2
XTAL1
Vss
1
40
2
39
3
38
4
37
5
36
6
35
7
34
8
33
9
32
10 11
8051
31 30
12
29
13
28
14
27
15
26
16
25
17
24
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23
19
22
20
21
Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/Vpp ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0