单片微型计算机原理2

XTAL2 18
XTAL1 19
Vss 20
8031 8051 8751
40 Vcc 39 P0.0 38 P0.1 37 P0.2 36 P0.3 35 P0.4 34 P0.5 33 P0.6 32 P0.7 31 EA/ Vpp 30 ALE/ PROG 29 PSEN 28 P2.7 27 P2.6 26 P2.5 25 P2.4 24 P2.3 23 P2.2 22 P2.1 21 P2.0
Vcc Vss RST/ VPD XTAL1
XTAL2 EA/ Vpp
PSEN ALE/ PROG
第
二
P3
功
口
能
8031 8051 8751
地
址
P0 口
数 据 总
线
P1 口
地
P2
址
口
总
线
1. 芯片的封装-DIP
1. 芯片的封装- PQFP/TQFP
1. 芯片的封装- PLCC/LCC
2. 引脚信号
MCS-51单片机芯片内部结构框图
P0.0～P0.7
P2.0～P2.7
Vcc （＋5V）
Vss
端口0驱动器
端口2驱动器
RAM地址 寄存器
RAM （128×8）
端口0锁存器
端口2锁存器
ROM （4K×8）
程序地址寄存器
PSEANL E
EA RST
ACC
堆栈指示器SP
B寄存器
定时 指令 与 寄存
控制 器
3. 存储器
MCS－51系列单片机的存储器包括数据存 储器和程序存储器，其主要特点是程序存储器 和数据存储器的寻址空间是相互独立的，物理 结构也不相同。
4. 并行I/O口
MCS－51单片机共有4个8位的I/O口 （P0、P1、P2和P3），每一条I/O线都能独 立地用作输入或输出。P0口为三态双向口， 能带8个TTL门电路，P1、P2和P3口为准双 向口，负载能力为4个TTL门电路。
8. 总线
以上所有组成部分都是通过总线连接起来，从而 构成一个完整的单片机。系统的地址信号、数据信号 和控制信号都是通过总线传送的，总线结构减少了单 片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。
2.2 MCS-51的引脚及片外总线结构
图为MCS-51系列单片机引脚图及逻辑符号， 它们为标准的40脚DIP封装。
P2口(P2.0～P2.7)：它为一个内部带上拉电阻的8位准 双向I/O口，P2口的驱动能力也为4个LSTTL负载。在访问 外部程序存储器时，它作存储器的高8位地址线。
6) 复位信号RST
该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平 后，就可以完成复位操作。
7) 输入/输出口引脚P0、P1、P2和P3
P0口(P0.0～P0.7)：该端口为漏极开路的8位准双向口， 负载能力位8高LSTTL负载，它为8位地址线和8位数据线的 复用端口。
P1口(P1.0～P1.7)：它是一个内部带上拉电阻的8位准 双向I/O口，P1口的驱动能力为4个LSTTL负载。
控制器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、 指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指 针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成 指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。
2. 定时器/计数器
MCS－51单片机片内有两个16位的定时/ 计数器，即定时器0和定时器1。它们可以用 于定时控制、延时以及对外部事件的计数和 检测等。
P1.0 1
P1.1 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱP1.2 3
P1.3 4
P1.4 5
P1.5 6
P1.6 7
P1.7 8
RST/ VPD
9
RXD/ P3.0 10
TXD/ P3.1 11
INT0/ P3.2 12
INT1/ P3.3 13
T0/ P3.4 14
T1/ P3.5 15
WR/ P3.6 16
RD/ P3.7 17
3) 地址锁存允许ALE/PROG
系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低 8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。
4) 外部程序存储器读选通信号PSEN
是读外部程序存储器的选通信号，低电平有效。
5) 程序存储器地址允许输入端 EA/VPP
当为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC 中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令。 当为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。
1) 电源引脚Vcc和Vss Vcc：电源端，接＋5V。 Vss：接地端。
2) 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片
内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部TTL 时钟时，该引脚必须接地。
XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在 片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部 TTL时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。
暂存器2
暂存器1
ALU 状态寄存器
PCO SCO TM TCO N N OD N TH0 TL0 TH1 TL1
SBUF SBUF （TX）（RX） IE
中断、串行口和定时器
端口1锁存器
端口3锁存器
端口1驱动器
端口3驱动器
XTA L1
XTA L2
P1.0～P1.7
P3.0～P3.7
缓冲器 PC加1寄存器 程序计数器PC 数据指针DPTR
5. 串行I/O口
MCS－51单片机具有一个采用通用异步工 作方式的全双工串行通信接口，可以同时发送 和接收数据。
6. 中断控制系统
8051共有5个中断源，即外中断2个，定 时/计数中断2个，串行中断1个。
7. 时钟电路
MCS－51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器 和微调电容必须外接。时钟电路为单片机产生时钟 脉冲序列，振荡器的频率范围为1.2MHz～12MHz， 典型取值为6MHz。
单片微型计算机原理2
MCS-51的逻辑结构
由图可以看出，单片机内部主要包含下列几个 部件：
– 一个8位CPU； – 一个时钟电路； – 4Kbyte程序存储器； – 128byte数据存储器； – 两个16位定时/计数器； – 64Kbyte扩展总线控制电路； – 四个8-bit并行I/O端口； – 一个可编程串行接口； – 五个中断源，其中包括两个优先级嵌套中断
1. CPU
CPU即中央处理器的简称，是单片机的核心部件， 它完成各种运算和控制操作，CPU由运算器和控制器 两部分电路组成。 （1）运算器电路
运算器电路包括ALU（算术逻辑单元）、ACC （累加器）、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存 器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运 算。 （2）控制器电路