单片机的硬件结构
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以1/6振荡频率（即1/2机器周期）周期性输出
②PROG：在对8751片内EPROM编程时，编程 脉冲由此输入。
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3、EA/VDD：访外允许/编程电压输入
①、8031中EA必须接地。 8051/8751中 EA＝1，单片机使用片内ROM/EPROM （由PC值决定）； EA＝0，单片机片内程序存储器失效，而 使用片外程序存储器。
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27
• MCS－51单片机的振荡器有内部和外部两种 方式。
1、接石英晶体和微调电容 2、接外部时钟
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28
• 时序：时间的先后顺序，控制器按照指令功能发出一系列 在时间上有一定次序的信号，控制和启动一部分逻辑电路， 完成某种操作。
• 机器周期＝12个时钟周期（振荡周期） 有6个状态（S1~S6），一个状态为2个振荡周期，分为P1和P2
电话铃响 中断信号如INT=0 中断请求
暂停看书 暂停执行主程序 中断响应
书中作记号 当前PC入栈 保护断点
电话谈话 执行中断程序
中断服务
继续看书 返回主程序 中断返回
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中 断 服 务 程 序
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八、布尔处理器
MCS－51单片机内含有一个布尔处理器，是单片机 CPU中运算器的一个重要组成部分。
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六、串行口 完成单片机和其他计算机或通讯设备之
间的串行数据通讯。
MCS－51系列P3口的RXD(P3.0)和 TXD(P3.1)构成
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七、中断系统
日
常
中断系统是计算机的重要指标之一。
事
务
程
日常生活中的中断与计算机中断的比较：
序
某人看书 执行主程序 日常事务
• VSS：接地端
一般VDD 和VSS之间 应接高频和低频滤 波电容。
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二、外接晶体振荡器引脚
• 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
振荡频率为晶振频率 （1.2～12MHz），另外需 两个30pF左右的电容以微 调频率
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一、并行I/O口的功能结构
1、接口结构
（一）P1口
图2.15
接口结构中锁存器起输出锁存作用，8位锁存器组成 特殊功能寄存器P1。
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一、并行I/O口的功能结构
（一）P1口
2、接口功能 P1口只有一种功能——通用输入输出接口。
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一、并行I/O口的功能结构
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一、并行I/O口的功能结构
（三）P3口
2、接口功能 （2）第二功能 当P3口作为第二功能使用时，各位定义如下
P3.0 RXD（串行输入通道） P3.1 TXD（串行输出通道） P3.2 INT0（外中断0输入端） P3.3 INT1（外中断1输入端）
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一、并行I/O口的功能结构
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MCS-51复位后内部寄存器状态
特殊功能寄存器 初始状态 特殊功能寄存器 初始状态
ACC
00H
TCON
00H
B
00H
TH0
00H
PSW
00H
TL0
00H
SP
07H
TH1
00H
DPL
00H
TL1
00H
DPH
00H
SCON
00H
P0～P3
0FFH
SBUP
不定
IP
XXX00000B
PCON
0XXXXXXXB
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三、控制信号
1、RST/VPD：复位/掉电时内部RAM的备用电源输入端 • 复位端RST ：
启动时，需要复位，使CPU各部件处于确定的初始 状态。
正常工作状态（振荡器稳定），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， 单片机就可完成系统复位操作 。
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1、运算器
进行算术和逻辑运算 ，8位。
主要包括算术逻辑单元ALU、累加器ACC、暂 存器、程序状态字PSW、B寄存器。
主要任务： • 算术运算 • 逻辑运算 • 位操作 • 数据处理 • 利用程序状态寄存器PSW表述当前运行状态
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1）算术逻辑单元ALU
即加法器，是核心部件，进行算术逻辑运算， 其中乘（MUL）、除（DIV）运算是执行时 间最长的指令。
包括指令寄存器IR、指令译码器ID、数据指针DPTR、 程序计数器（指针）PC、堆栈指针SP、以及控制电 路（时序电路、中断控制部件、微操作控制部件）。
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1）程序计数器PC（程序指针）
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。 可以对64K字节的程序存储器直接寻址。
②、VDD 对8751片内EPROM编程时，此脚接编 程电压。（+21V～+25V）
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4、 PSEN：外部程序存储器读选通信号
它与ALE配合，使P0口完成地址线和数据线 的功能。
当访问片内ROM、RAM时无效。
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5、四个8位并行I/O口
MCS-51单片机有4个8位并行I/O口，共占了32 根I/O引脚，单片机扩展时，这些I/O引脚又 作为扩展总线用。其中P0口作为地址/数据总 线，分时输出低8位地址和传送8位数据；P2 口作为高8位地址总线；P3口也具有第二功能。 这是由接口的特殊结构所决定的。每一个口 都包含一个锁存器，一个输出驱动器和两个 （P3口为3个）输入缓冲器。各口的结构也有 些差异，下面分别介绍。
P3口一位的结构如下图所示，与P1口相比多了一个 与非门和一个输入缓冲器，所以它除了可作为一般I/O
口外，还具有第二功能。
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一、并行I/O口的功能结构
2、接口功能
（三）P3口
（1）通用I/O接口
作为通用I/O接口时，“第二功能输出”线为“1”，接 口的电路结构与P1口相同，所以功能和用法均与P1相同。
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第二章 单片机的硬件结构
2.1 单片机整体结构
2.2 外部引脚功能
2.3 存储器组织
2.4 定时/计数器
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第二章 单片机的硬件结构
2.1 单片机整体结构
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2.1 MCS-51单片机整体结构
不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令 系统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置 有所不同。
它实际上是一个完整的1位微处理器，这个1位机 有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。可提供 17条位操作指令，硬件有自己的“累加器”（进位 位C）和自己的位寻址RAM和I/O空间，所以是一个 独立的位处理机。
MCS－51单片机把8位机和1位机复合在一起，发挥 各自的长处，这是它的一大优点。
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3）指令寄存器IR
ID是8位寄存器，用于存放从ROM中取出的指令码。 而且每条指令的第一个字节一定是操作码，其后的 指令码可以是操作数或操作码。
指令译码器ID
ID可以对指令码进行译码，即判断出存放的是操 作命令（操作码）还是操作数（操作数可以是操作 地址或立即操作数），以进行下面的工作。这些工 作是自动完成的。
数据缓冲区：（80B）
字节地址：00H～7FH
一般使用30H～7FH
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三、片内ROM ROM用于存放程序、原始数据及表格。
8051：片内4K掩膜ROM 8031：片内ROM 8751：片内4K EPROM
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四、定时器/计数器
MCS-51系列单片机典型产品8051等单片机内部 有2个可编程的16位定时器/计数器T0、T1 最大计数脉冲个数：1～65536
高128B地址空间的RAM 称为特殊功能寄存器 SFR。但SFR18个寄存器只占用了21B供用户使 用。其他的107B系统保留。
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1)片内RAM（00～7FH） 工作寄存器区：（32B） 字节地址：00H～1FH
位寻址区：（16B） 字节地址：20H～2FH 位地址为：00H～7FH
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4）微操作控制部件
逻辑门电路，将ID信号和时序向片内各部件送高低 电平。
中断控制部件
自动完成“中断申请”、“中断相应”、“恢复断 点”等工作。
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二、内部RAM
单片机内部数据RAM共256字节。分为低128B和 高128B地址空间。
低128B地址空间的RAM常称为片内RAM；
节拍，一般算术和逻辑指令发生在P1期间，寄存器之间的 传输发生在P2期间。
设单片机工作在12M晶振，则时钟周期为1/12微秒，一个机器 周期＝12×1/12＝1微秒
一些指令完成较快用一个机器周期；一些较慢，用2个机器周 期；有两个指令（MUL、DIV）用4个机器周期。
指令周期：执行一条指令的时间。（单周期指令，双周期指令 等）
IE
0XX00000B
TMOD
00H
PC
0000H
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• 备用电源输入端VPD：
当无VCC时使用，使内部RAM供电以实现掉 电保护。
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2、ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲输入。
① ALE：地址锁存允许信号
片外存储器作数据存取时，ALE为低8位地址 锁存允许输出信号，在其下降沿将从P0口输 出的低8位地址锁存到地址锁存器。
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一、并行I/O口的功能结构
2、接口功能
（二）P2口
（2）通用I/O接口
作为通用I/O口时，“控制”信号使 MUX 打向左 边，这时P2口电路结构与P1口相同，其功能和用法亦与 P1口相同，负载能力也相同。
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一、并行I/O口的功能结构
1、接口结构
（三）P3口
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。
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2）时序
指按照指令功能发出一系列在时间上有一定次序的信 号，控制和启动一部分逻辑电路完成某种操作。
CPU需要一个时钟，在XTAL1和XTAL2上接石英晶体 和微调电容构成振荡器。频率为4～12MHz
2）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。
3）B寄存器
是ACC的辅助寄存器，在乘除时，ACC不够用
便使用B寄存器。
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ห้องสมุดไป่ตู้
2、控制器
控制器是CPU的大脑中枢，它以定时控制逻辑为中心， 按照人们预先给定的计算步骤，即预先编写好的已 经输入到计算机存储器中的程序发出一系列控制信 号，控制计算机各个部件的工作，如运算、存储等。
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五、并行I/O口
MCS－51系列单片机有4个8位并行I/O口: P0、P1、P2、P3共占了32根I/O引脚 单片机扩展时，这些I/O引脚又作为扩展总线用。
P0口作为地址/数据总线，分时输出低8位地址和 传送8位数据； P2口作为高8位地址总线； P3口也具有第二功能。这是由接口的特殊结构所 决定的。
1、接口结构
（二）P2口
P2口一位结构如下图所示，与P1相比，多了一个多 路开关MUX，因此P2具有双重功能：通用I/O口和高8 位地址总线口。
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一、并行I/O口的功能结构
2、接口功能
（二）P2口
（1）地址总线
单片机扩展时，“控制”信号使 MUX 打向右边，内 部的地址线经反相器与输出驱动器相连，于是内部“地 址”信号可以由P2口引脚输出，此地址信号为高8位地 址。
硬件配置基本配置： 1. 8位CPU 2. 片内ROM/EPROM、RAM 3. 片内并行 I/O接口 4. 片内16位定时器/计数器 5. 片内中断处理系统 6. 片内全双工串行I/O口
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MCS-51单片机内部结构
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一、中央处理器CPU
主要指运算器、控制器
决定单片机的主要性能指标：字长、运行速度、 数据处理能力，中断和实时控制能力。
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第二章 单片机的硬件结构
2.2 外部引脚功能
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MCS－51系列单片机采 用40个引脚的双列直 插式塑料封装的芯片。
共可分为四个部分： 1、电源2个 2、外接晶体振荡器2个 3、控制信号引脚4个 4、I/O引脚32个
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一、主电源引脚
• VDD：接＋5V电源
（三）P3口
2、接口功能
P3.4 T0（定时器0外部输入） P3.5 T1（定时器1外部输入） P3.6 WR（外部数据存贮器写选通） P3.7 RD（外部数据存贮器读选通）
②PROG：在对8751片内EPROM编程时，编程 脉冲由此输入。
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3、EA/VDD：访外允许/编程电压输入
①、8031中EA必须接地。 8051/8751中 EA＝1，单片机使用片内ROM/EPROM （由PC值决定）； EA＝0，单片机片内程序存储器失效，而 使用片外程序存储器。
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• MCS－51单片机的振荡器有内部和外部两种 方式。
1、接石英晶体和微调电容 2、接外部时钟
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• 时序：时间的先后顺序，控制器按照指令功能发出一系列 在时间上有一定次序的信号，控制和启动一部分逻辑电路， 完成某种操作。
• 机器周期＝12个时钟周期（振荡周期） 有6个状态（S1~S6），一个状态为2个振荡周期，分为P1和P2
电话铃响 中断信号如INT=0 中断请求
暂停看书 暂停执行主程序 中断响应
书中作记号 当前PC入栈 保护断点
电话谈话 执行中断程序
中断服务
继续看书 返回主程序 中断返回
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中 断 服 务 程 序
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八、布尔处理器
MCS－51单片机内含有一个布尔处理器，是单片机 CPU中运算器的一个重要组成部分。
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六、串行口 完成单片机和其他计算机或通讯设备之
间的串行数据通讯。
MCS－51系列P3口的RXD(P3.0)和 TXD(P3.1)构成
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七、中断系统
日
常
中断系统是计算机的重要指标之一。
事
务
程
日常生活中的中断与计算机中断的比较：
序
某人看书 执行主程序 日常事务
• VSS：接地端
一般VDD 和VSS之间 应接高频和低频滤 波电容。
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二、外接晶体振荡器引脚
• 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
振荡频率为晶振频率 （1.2～12MHz），另外需 两个30pF左右的电容以微 调频率
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一、并行I/O口的功能结构
1、接口结构
（一）P1口
图2.15
接口结构中锁存器起输出锁存作用，8位锁存器组成 特殊功能寄存器P1。
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一、并行I/O口的功能结构
（一）P1口
2、接口功能 P1口只有一种功能——通用输入输出接口。
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一、并行I/O口的功能结构
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一、并行I/O口的功能结构
（三）P3口
2、接口功能 （2）第二功能 当P3口作为第二功能使用时，各位定义如下
P3.0 RXD（串行输入通道） P3.1 TXD（串行输出通道） P3.2 INT0（外中断0输入端） P3.3 INT1（外中断1输入端）
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一、并行I/O口的功能结构
30
MCS-51复位后内部寄存器状态
特殊功能寄存器 初始状态 特殊功能寄存器 初始状态
ACC
00H
TCON
00H
B
00H
TH0
00H
PSW
00H
TL0
00H
SP
07H
TH1
00H
DPL
00H
TL1
00H
DPH
00H
SCON
00H
P0～P3
0FFH
SBUP
不定
IP
XXX00000B
PCON
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三、控制信号
1、RST/VPD：复位/掉电时内部RAM的备用电源输入端 • 复位端RST ：
启动时，需要复位，使CPU各部件处于确定的初始 状态。
正常工作状态（振荡器稳定），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， 单片机就可完成系统复位操作 。
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1、运算器
进行算术和逻辑运算 ，8位。
主要包括算术逻辑单元ALU、累加器ACC、暂 存器、程序状态字PSW、B寄存器。
主要任务： • 算术运算 • 逻辑运算 • 位操作 • 数据处理 • 利用程序状态寄存器PSW表述当前运行状态
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1）算术逻辑单元ALU
即加法器，是核心部件，进行算术逻辑运算， 其中乘（MUL）、除（DIV）运算是执行时 间最长的指令。
包括指令寄存器IR、指令译码器ID、数据指针DPTR、 程序计数器（指针）PC、堆栈指针SP、以及控制电 路（时序电路、中断控制部件、微操作控制部件）。
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1）程序计数器PC（程序指针）
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。 可以对64K字节的程序存储器直接寻址。
②、VDD 对8751片内EPROM编程时，此脚接编 程电压。（+21V～+25V）
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4、 PSEN：外部程序存储器读选通信号
它与ALE配合，使P0口完成地址线和数据线 的功能。
当访问片内ROM、RAM时无效。
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5、四个8位并行I/O口
MCS-51单片机有4个8位并行I/O口，共占了32 根I/O引脚，单片机扩展时，这些I/O引脚又 作为扩展总线用。其中P0口作为地址/数据总 线，分时输出低8位地址和传送8位数据；P2 口作为高8位地址总线；P3口也具有第二功能。 这是由接口的特殊结构所决定的。每一个口 都包含一个锁存器，一个输出驱动器和两个 （P3口为3个）输入缓冲器。各口的结构也有 些差异，下面分别介绍。
P3口一位的结构如下图所示，与P1口相比多了一个 与非门和一个输入缓冲器，所以它除了可作为一般I/O
口外，还具有第二功能。
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一、并行I/O口的功能结构
2、接口功能
（三）P3口
（1）通用I/O接口
作为通用I/O接口时，“第二功能输出”线为“1”，接 口的电路结构与P1口相同，所以功能和用法均与P1相同。
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第二章 单片机的硬件结构
2.1 单片机整体结构
2.2 外部引脚功能
2.3 存储器组织
2.4 定时/计数器
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第二章 单片机的硬件结构
2.1 单片机整体结构
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2.1 MCS-51单片机整体结构
不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令 系统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置 有所不同。
它实际上是一个完整的1位微处理器，这个1位机 有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。可提供 17条位操作指令，硬件有自己的“累加器”（进位 位C）和自己的位寻址RAM和I/O空间，所以是一个 独立的位处理机。
MCS－51单片机把8位机和1位机复合在一起，发挥 各自的长处，这是它的一大优点。
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3）指令寄存器IR
ID是8位寄存器，用于存放从ROM中取出的指令码。 而且每条指令的第一个字节一定是操作码，其后的 指令码可以是操作数或操作码。
指令译码器ID
ID可以对指令码进行译码，即判断出存放的是操 作命令（操作码）还是操作数（操作数可以是操作 地址或立即操作数），以进行下面的工作。这些工 作是自动完成的。
数据缓冲区：（80B）
字节地址：00H～7FH
一般使用30H～7FH
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三、片内ROM ROM用于存放程序、原始数据及表格。
8051：片内4K掩膜ROM 8031：片内ROM 8751：片内4K EPROM
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四、定时器/计数器
MCS-51系列单片机典型产品8051等单片机内部 有2个可编程的16位定时器/计数器T0、T1 最大计数脉冲个数：1～65536
高128B地址空间的RAM 称为特殊功能寄存器 SFR。但SFR18个寄存器只占用了21B供用户使 用。其他的107B系统保留。
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1)片内RAM（00～7FH） 工作寄存器区：（32B） 字节地址：00H～1FH
位寻址区：（16B） 字节地址：20H～2FH 位地址为：00H～7FH
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4）微操作控制部件
逻辑门电路，将ID信号和时序向片内各部件送高低 电平。
中断控制部件
自动完成“中断申请”、“中断相应”、“恢复断 点”等工作。
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二、内部RAM
单片机内部数据RAM共256字节。分为低128B和 高128B地址空间。
低128B地址空间的RAM常称为片内RAM；
节拍，一般算术和逻辑指令发生在P1期间，寄存器之间的 传输发生在P2期间。
设单片机工作在12M晶振，则时钟周期为1/12微秒，一个机器 周期＝12×1/12＝1微秒
一些指令完成较快用一个机器周期；一些较慢，用2个机器周 期；有两个指令（MUL、DIV）用4个机器周期。
指令周期：执行一条指令的时间。（单周期指令，双周期指令 等）
IE
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00H
PC
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• 备用电源输入端VPD：
当无VCC时使用，使内部RAM供电以实现掉 电保护。
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2、ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲输入。
① ALE：地址锁存允许信号
片外存储器作数据存取时，ALE为低8位地址 锁存允许输出信号，在其下降沿将从P0口输 出的低8位地址锁存到地址锁存器。
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一、并行I/O口的功能结构
2、接口功能
（二）P2口
（2）通用I/O接口
作为通用I/O口时，“控制”信号使 MUX 打向左 边，这时P2口电路结构与P1口相同，其功能和用法亦与 P1口相同，负载能力也相同。
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一、并行I/O口的功能结构
1、接口结构
（三）P3口
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。
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2）时序
指按照指令功能发出一系列在时间上有一定次序的信 号，控制和启动一部分逻辑电路完成某种操作。
CPU需要一个时钟，在XTAL1和XTAL2上接石英晶体 和微调电容构成振荡器。频率为4～12MHz
2）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。
3）B寄存器
是ACC的辅助寄存器，在乘除时，ACC不够用
便使用B寄存器。
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2、控制器
控制器是CPU的大脑中枢，它以定时控制逻辑为中心， 按照人们预先给定的计算步骤，即预先编写好的已 经输入到计算机存储器中的程序发出一系列控制信 号，控制计算机各个部件的工作，如运算、存储等。
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五、并行I/O口
MCS－51系列单片机有4个8位并行I/O口: P0、P1、P2、P3共占了32根I/O引脚 单片机扩展时，这些I/O引脚又作为扩展总线用。
P0口作为地址/数据总线，分时输出低8位地址和 传送8位数据； P2口作为高8位地址总线； P3口也具有第二功能。这是由接口的特殊结构所 决定的。
1、接口结构
（二）P2口
P2口一位结构如下图所示，与P1相比，多了一个多 路开关MUX，因此P2具有双重功能：通用I/O口和高8 位地址总线口。
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一、并行I/O口的功能结构
2、接口功能
（二）P2口
（1）地址总线
单片机扩展时，“控制”信号使 MUX 打向右边，内 部的地址线经反相器与输出驱动器相连，于是内部“地 址”信号可以由P2口引脚输出，此地址信号为高8位地 址。
硬件配置基本配置： 1. 8位CPU 2. 片内ROM/EPROM、RAM 3. 片内并行 I/O接口 4. 片内16位定时器/计数器 5. 片内中断处理系统 6. 片内全双工串行I/O口
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MCS-51单片机内部结构
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一、中央处理器CPU
主要指运算器、控制器
决定单片机的主要性能指标：字长、运行速度、 数据处理能力，中断和实时控制能力。
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第二章 单片机的硬件结构
2.2 外部引脚功能
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MCS－51系列单片机采 用40个引脚的双列直 插式塑料封装的芯片。
共可分为四个部分： 1、电源2个 2、外接晶体振荡器2个 3、控制信号引脚4个 4、I/O引脚32个
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一、主电源引脚
• VDD：接＋5V电源
（三）P3口
2、接口功能
P3.4 T0（定时器0外部输入） P3.5 T1（定时器1外部输入） P3.6 WR（外部数据存贮器写选通） P3.7 RD（外部数据存贮器读选通）