51单片机的原理和结构

第 2 章 MC2-51系列单片机的结构和原理
二、MCS - 51系列单片机的基本结构
单片机是一个大规模集成电路芯片，其上集成有CPU、 存储器、I/O口(串行口、并行口)、其它辅助电路(如中断 系统，定时/计数器，振荡电路及时钟电路等)。
其基本结构框图如下：
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P2
P2
P3
P3
X1 X2
振P 荡 L IDIR
A
串口 中断
定时
PSEN RST ALE EA
89C51单片机的内部结构
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第 2 章 MC2-51系列单片机的结构和原理
DPTR RAM PC ROM
P0
SP
A TMP B
P1
P2
1、8位寄存器
PSW ALU
P3
2、累加器是一个特殊的寄存器，它
XX12的加微字器处长具理振荡和有器微输采ALP处入用I理／累D I器输加R的出器字和结串长移构口相位可同功以，能简中累，化断 某些逻辑运算。
② EA /VPP ：31脚，内外ROM的选择/ EPROM编程电源。 EA =0：访问外部ROM； EA =1：访问内部ROM；
PC值超过0FFFH（4KB）时，自动转向外ROM。
VPP ---在8751片内EPROM编程期间，为21V编程电源输入端。
③ALE/
：30脚，地址锁存允许/编程脉冲。
ALE---访PR问O外G ROM或RAM时，用来驱动地址锁存器锁存P0口
RS1
RS0
寄存器组 片内PAM地址 通用寄存器名称
0
0
0组
00H~07H
R0~R7
0
1
1组
08H~0FH
R0~R7
1
0
2组
10H~17H
R0~R7
0
1
3组
18H~1FH
R0~R7
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第 2 章 MC2-51系列单片机的结构和原理 工作寄存器和RAM地址对照表
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SP
A TMP B
PSW ALU
P0
P0
P1 P1
P2
P2
P3
P3
XX算 辑 端12接术运至逻 算累辑 。振荡加运AL器算U，部有ALP接件2个I收主D输由要I入R累用端加来和器完串2送成个口来数输的据出一的端个算中，操术其断作和中数逻一； 定时
另一端接收TMP中的第二个操作数。参加运算的
操 后作，数 一在 方面APL将SUE结N中R果进ST送行A至规LE累定E加的A8器操9，作C同运5时算1单将，操运片作算结结机果束的内部结构
Cy Ac F1 RS1 RS0 Ov -
P
PSEN RST ALE EA
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DPTR RAM PC ROM
P0
SP
A TMP B
P1
P2
PSW
P3
1、SP称为堆栈指针，8位寄存器
2、 SP用来存放堆栈栈顶的地址。
X1 X2
振P 荡 L IDIR
A
串口
FFH
SFR区
80H 7FH
真正RAM区 00H
MCS-51 单片机片内RAM的配置图
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89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00H—FFH，分为 两大部分: 低 128 字节（00H~7FH）7为F真H 正的RAM区;
高 128 字节（80H~FFH）为特殊功能寄存器区SFR。
址寄存器。
演示
P0 P1 P2 P3
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DPTR RAM PC ROM
SP
A TMP B
89C51内有的4K的ROM；
不内够RO用M时+可外以RO外PM扩S≤WR6O4KM；
P0
P0
P1 P1
P2
P2
P3
P3
X1 X2
振P 荡 L IDIR
A
串口 中断
中断
定时
3、除此之外，作为一般REG
使用
PSEN RST ALE EA
89C51单片机的内部结构
P0 P1 P2 P3
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DPTR RAM PC ROM
SP
A TMP B
PSW ALU
P0
P0
P1 P1
P2
P2
P3
P3
XX211、、DP7S振荡W称D为ALP6程ID序IR状D5态字串寄口D存4 器中，D断是3 一个D8定2位时寄存D器1 。 D0
RAM ROM 3定、时具计有数非器易失性： 掉电后其内的信息
CPU
依然存在。
振荡电路 并行口 串行口 中断系统
X1 X2
P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1
MCS - 51系列单片机的基本结构图
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三、MCS-51外部引脚及功能、I/O接口电路
T0 T1
CPU
RAM ROM 定时计数器
振荡电路 并行口 串行口 中断系统
X1 X2
P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1
MCS - 51系列单片机的基本结构图
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1、RAM被称为随机 读写存储器。
2、用于存放数据 。 3、具有易失性：芯 片掉电后，其内的
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P1 P2
P0 P3
ALE PSEN
EA RST
X1 VCC X2 GND
MCS - 51单片机引脚及总线结构
(a) 管脚图；
(b) 引脚功能分类
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单片机管脚图
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信息消失。 CPU
T0 T1
RAM ROM 定时计数器
振荡电路 并行口 串行口 中断系统
X1 X2
P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1
MCS - 51系列单片机的基本结构图
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1T、0 ROT1M被称为只 读T存0 储器T1。
2、用于存放程序。
的特征状态送标志寄存器。
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DPTR RAM PC ROM
P0
SP
A TMP B
P1
1、16位寄存器
2址、.程存序放中下的一指条令将是要按执照行P顺的S序W指存令放地ALU
P2 P3
在存储器中的某个连续区域.每条
指令都有自己的地址,CPU根据PC
X1 X2
定时
3加、器由，于故PS所E累N有加R运ST器A算L在E的微E数A8处据9理C都器5要1中通单占过片有累机的内部结构
很重要的位置。
P0 P1 P2 P3
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DPTR RAM PC ROM
P0
SP
A TMP B
P1
P2
PSW ALU
P3
XX122放1、、参在8与位振荡进运寄行算存乘ALP的器除I一D法个IR运操算作时串数，口存
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DPTR RAM PC ROM
SP
A TMP B
PSW ALU
P0
P0
P1 P1
P2
P2
P3
P3
X1 X2
振P 荡 L IDIR
A
串口
中断
定时
PSEN RST ALE EA
89C51单片机的内部结构
习题
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DPTR RAM PC ROM
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第 2 章 MC2-51系列单片机的结构和原理 IR：用来存放当前正在执行的指令
代码 。 ID：用来对指D令P代TR码进R行A分M析、译PC ROM
码，根据指令译码的结果，输出相 应PL的A：控产制生信出号各。种S操P作电位A、不同TMP B
P0
P0
P1 P1
节拍的信号、时序脉冲等执行此条 命令所需的全部控制P信SW号 。
1、外部引脚 MCS-51共40个引脚，大致可分为四类，其管脚分布
如图2-2所示。 1）电源引脚Vcc和Vss VCC：40脚，电源端，+5V VSS：20脚，接地端（GND） 2）时钟电路引脚 XTAL1：19脚，外接晶振输入引脚。 XTAL2：18脚，外接晶振输出引脚。 3）控制线引脚 共4根，其中3根为双功能 ①RST/VPD ：9脚，复位/备用电源。 RST---通过外接复位电路实现上电复位或按键复位。 VPD---可外接备用电源，在VCC掉电时向RAM供电。
ROM取指时不产生。可带8个LS型TTL门电路。
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4）I/O引脚 P0口：P0.0~P0.7，39~32脚，外接存储器时作地址/数据分时 使用口线；不接外部存储器时，可用作为8位准双向I/O口。 P1口：P1.0~P1.7，1~8脚，8位准双向I/O口。 P2口：P2.0~P2.7，21~28脚，8位准双向I/O口。外接存储器 时作为高8位地址总线。 P3口：P3.0~P3.7，10~17脚，8位准双向I/O口，出于芯片引 脚数的限制，P3口具有第二输出、输入功能。
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MCS-51系列单片机的结构和原理
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一、什么是单片机？
从工作原理上讲，单片机就是一种微型计 算机，是一种“程序存储式”计算机。它是在一 块硅片上集成了中央处理器（CPU）、随机存 储器（RAM）、程序存储器（ROM或 EPROM）、定时/计数器以及各种I/O接口，也 就是集成在一块芯片上的计算机。
元, 共32个内部RAM单元。
普通RAM区
18H
2、每次F只FH能有1组作为工作寄 30H 存器使用, 其它各S组FR可区以作为一 2FH
17H 2组
般的数据缓冲区使用。
3、作为8工0H作寄存器使用的8个 单元，又7F称H为R0—R7 4、程序状态字PSW中的PSW.3
（RS0）和PS真W正.4（RARMS1区）两位 来选择哪一组作为工作寄存器
分时送出的低8位地址（下降沿有效）。
不访问外存储器时，该端以1/6时钟频率输出正脉冲，可用作为 外部时钟。带8个LS型TTL门电路。--- 8751片内EPROM编程 期间，此引脚输入编程脉冲。
④
：29脚，读外部ROM选通信号，即该脚有效时（上升
沿P）RO，G 外ROM允许输出。每个机器周期2次有效。从内部
位寻址区 20H 1FH
工作寄存器区
10H 0FH
1组
08H 07H
0组
Leabharlann Baidu
使用。C00PHU通过软件修改PSW
00H
中 任R选S一0M和个CR工SS作-15两寄1位单存的器片状工机态作片, 。就内可RAM00的H 配置图
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RS1、 RS0与片内工作寄存器组的对应关系
中断
定时
PSEN RST ALE EA
89C51单片机的内部结构
P0 P1 P2 P3
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DPTR RAM PC ROM
P0
SP
A TMP B
P1
1、数据指针DPTR是一个 16 位的专用寄存
P2
器, 其高位字节寄存器用DPPSHW表示,低位字节
P3
寄存器用DPL表示。
定时
PSEN RST ALE EA
89C51单片机的内部结构
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第 2 章 MC2-51系列单片机的结构和原理
89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00H—FFH，分为 两大部分: 低 128 字节（00H~7FH）为真正的RAM区;
高 128 字节（80H~FFH）为特殊功能寄存器区SFR。
2、既可作为一个 16 位寄存器DPTR来处理,
XX也D312、P可LD来作P处为T振荡R理两主。个要独ALP用立I来D的存I8R放位1寄6位存串地器口址DP，H当和中对断
定时
64 KB外部P数SE据N R存ST储A器LE空E间A 寻址时, 作为间
址寄存器用。在访问程序存8储9C器时51, 用单作片基 机的内部结构
FFH
普通RAM区 30H
SFR区
2FH
位寻址区
80H 20H
7FH 1FH
真正RAM区 00H
工作寄存器区
MCS-51 单片机片内RAM的0配0H置图
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1、工作89寄C存51器内区有2是56指B的00RHA～M单元，其地址范围为00H—FFH，1F分H为 1FH两区大,部共分分:高4低个11组2288, 字每字节组节（有（8800个0HH单~~F7FF7HHF））H为为特真殊正功的能RA寄M存区器; 区SFR。 3组
1、位M寻C址S-区51是单指片20机H～片内RAM的配置下图 所示： 2FH
2FH单元，共16个单元。
7FH
2、位F寻FH址区的每1位都可
中要3一、的 执 条具指 行 将振荡有令 的 要自地 指 执动址令行ALP加从的. I1D存指功I储令能R器地,从中 址而取.串指出向口将下
中断
定时
4、PC的PS值EN可R以ST修A改LE，E一A 般程序是
按的顺 值序 ,则执程行序指将令不的再.按若顺改变序89了执C的行5。P1C单片机的内部结构
P0 P1 P2 P3