51单片机原理及基本结构

P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST (RXD) P3.0 (TXD) P3.1 (INT0) P3.2 (INT1) P3.3 (T0) P3.4 (T1) P3.5 (WR) P3.6 (RD) P3.7 XTAL2 XTAL1 GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
地址 总线AB
D0~D7数据 总线DB
8031最小系统
CPU时序－外部程序存储器读
EXTERNAL PROGRAM READ CYCLE
TLHLL
ALE PSEN
TLHPL TAVLL
TPLPH TLLIV TPLIV TPXIZ
TLLAX
TPXIX
PORT 0
A0~A7
TAVIV
INSTR IN
寄存器3区 寄存器2区
程序状态字PSW
07
R7 R0
寄存器1区
－ P PSW.0
CY PSW.7
AC
FO RS1 RS0 OV
寄存器0区
00
字节地址：
7FH
MSB
7F
77 6F
LSB
78 70 68 60 58 50 48 40 38 30 28 20 18 10 08
通用RAM区
内部RAM
67
5F 57 4F 47 3F 37 2F 27 1F 17 0F
TWHLH
TRLAZTRLDV
A0~A7 From R1 OR DPL TAVWL TAVDW
P2.0~P2.7 OR A8~A15 FROM DPH
A8~A15 FROM PCH
CPU时序－外部数据存储器写
EXTERNAL DATA MEMORY WRITE CYCLE
ALE PSEN WR P0 P2
TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 8E 8D 8C 8B 8A 89
I/O口
XTAL1 XTAL2 P1口 P3.0 P2口 P3.1 P3.2 ALE P3.3 P0口 P3.4 P3.5 8031 P3.6 P3.7 PSEN EA RST VCC VSS
A8~A15 G 373 E A0~A7
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
VCC P0.0(AD0) P0.1(AD1) P0.2(AD2) P0.3(AD3) P0.4(AD4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P0.7(AD7) EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7(A15) P2.6(A14) P2.5(A13) P2.4(A12) P2.3(A11) P2.2(A10) P2.1(A9) P2.0(A8)
P0端口结构：
读锁存器 输入缓冲器 地址/数据 控制
● ●
VCC & T1
● ●
1
内部总线
●
D
P0.X 锁存器
P0.x 引脚
Q
T2
Q
CL
MUX
写锁存器
读引脚
输入缓冲器
Pห้องสมุดไป่ตู้端口的一位结构
P1端口结构：
读锁存器 输入缓冲器 Vcc
R
内部总线
●
D P1.X Q
锁存器
CL Q
●
●
P1.x 引脚
写锁存器
读引脚
内部 中断信号
存储器 扩展控制
并行端口
串行端口
外部 中断信号
控制信号
地址/数据总线 端口I/O总线
串行 串行 输入 输出
主要性能： 128字节片内数据RAM 32根可编程I/0口线 5个中断源（1个串口、2个定时器、2个外部中断） 1个可编程串行接口 2个独立的16位可编程定时/计数器 64K外部程序存储器空间 64K外部数据存储器空间
0000 0000
程序存储器 程序存储器
内部数据存储器 内部数据存储器
外部数据存 外部数据存 储器 储器
内部RAM组织
RS1 RS0 0 0 0 1 1 0 1 1 R0~R7 00~07H 08~0FH 10~17H 18~1FH 0区 1区 2区 3区
7F
一般缓冲区
30 2F
位寻址区
20 1F 18
位地址
F4 E4 F3 E3 F2 E2
LSB
F1 E1 F0 E0 P
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
SFR中 的位地址
A PSW IP P3 IE P2 SCON P1 TCON P0
CY AC F0 RS1 RS0 OV P3.7 EA P2.7 -
WR(external data memory write strobe) RD(external data memory read strobe)
P3端口结构：
读锁存器 第二输出功能 Vcc 内部上拉电阻
R
内部总线
●
D P3.X Q
● ● ●
锁存器
CL Q
&
P3.x 引脚
写锁存器
●
读引脚
替代输入功能
*通用寄存器 F0H 00H *累加器 E0H 00H *程序状态寄存器 D0H 00H *中断优先寄存器 B8H 00H *P3口数据寄存器 B0H FFH *中断允许寄存器 A8H 00H *P2口数据寄存器 A0H FFH 串行口发送/接收缓冲器 99H 不定 *串行口控制寄存器 98H 00H *P1口数据寄存器 90H FFH
二、MCS-51单片机的结构 1、内部结构和主要功能 2、引脚功能说明 3、时钟、复位电路 4、I/O端口 5、存储器配置 6、最小系统 7、CPU时序
8031内部结构示意图
时钟源 计数信号
振荡与定时 电路
21字节 特殊功能 寄存器
128字节数据存 储器
2个16位 定时器/ 计数器
CPU
内部总线
高级中断 请求
1
rr0
IE0
8031引脚功能介绍
VCC GND ALE /PSEN EA/VPP RST +5V 地 地址锁存允许 程序存储器允许
为0－访问外部程序存储器 为1－访问内部程序存储器
复位信号输入
19
20
XTAL1、XTAL2 P0.0~P0.7 P1.0~P1.7 P2.0~P2.7 P3.0~P3.7
外部晶振 I/O端口（P0口） I/O端口（P1口） I/O端口（P2口） I/O端口（P3口）
电子系统设计（一） －－单片机原理及设计基础
朱为 tel: 83792841 zw@seu.edu.cn
第一讲
51单片机原理及基本结构
主要内容： 一、概述 二、MCS-51单片机的结构 三、MCS-51单片机的功能单元介绍
一、单片机概述
单片微型计算机简称单片机,它是把组成微型计算 机的各个部件:中央处理器，储存器,输入/输出接 口电路,定时器/计数器等,制作在一块集成电路中, 构成一个完整的微型计算机. 8位单片机占整个单片机市场的60%以上,8位单片 机的旧的机种正在被淘汰,新的机型不断涌现.8位 单片机以其功能强,品种多,正广泛应用于各个领域, 是单片机的主流机种.随着集成电路工艺的不断改 进,8位单片机的价格也在不断降低.
8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H 87H 83H 82H 81H 80H
00H 00H 00H 00H 00H 00H 00H 00H 00H 07H FFH
寄存器符号 字节地址
B F0H E0H D0H B8H B0H A8H A0H 98H 90H 88H 80H
MSB
F7 E7 F6 E6 F5 E5
A0~A7
PORT 2
A8~A15
A8~A15
CPU时序－外部数据存储器读
EXTERNAL DATA MEMORY READ CYCLE
ALE PSEN RD P0 P2
TLLDV TLLWL TAVLL TLLAX TRLRH TRHDZ TRHDX DATA IN
A0~A7 From PCL INSTR. IN
8031引脚图
时钟、复位电路
XTAL2
NC
External Oscillator Signal
XTAL2
XTAL1 VSS
时钟电路：
XTAL1
VSS
复位电路：
+5V RST
I/O端口－P0口
1．P0端口 总线I／O端口，双向，三态，数据地址分 时复用，该端口除用于数据的输入／输出 外，在8031单片机外接程序存储器时，还 分时地输出／输入地址／指令。由于P0端 口输出的信号无锁存，输入的信息有读端 口引脚和读端口锁存器之分
TLLWL TAVLL TLLAX
TQVWX
TWHLH TWLWH
A0~A7 From R1 OR DPL TAVWL
TWHQX DATA OUT
A0~A7 From PCL INSTR. IN
P2.0~P2.7 OR A8~A15 FROM DPH
A8~A15 FROM PCH
三、MCS-51单片机的功能单元介绍
位 地 址
位地址区
18H~1FH 10H~17H 08H~0FH 00H~07H
07 06 05 04 03 02 01 00
寄存器3组 寄存器2组 寄存器1组 寄存器0组
寄存器区
SFR寄存器（1）
特殊功能 寄存器 功能名称 地址 复位后 的状态
B A PSW IP P3 IE P2 SBUF SCON P1
单片机的应用领域
工业方面: 电机控制,工业机器人,过程控制,数 字控制 仪器仪表方面: 智能仪器,医疗器械,色谱仪,示 波器 民用方面: 电子玩具,高级电视游戏机,录像机, 激光盘驱动 电讯方面: 调制解调器,智能线路运行控制. 导航与控制: 导弹控制,智能武器装置 数据处理: 图形终端,磁带机,打印机 汽车方面: 点火控制,变速器控制,排气控制
存储器组织
FFFF FFFF
FFFF FFFF
外部 外部
1000 1000 0FFF 0FFF
0FFF 0FFF
内部 内部 （ /EA= （ /EA= 1) 1)
0000 0000 0000 0000
外部 外部 （ /EA （ /EA =0) =0)
FF FF 80 80 7F 7F 00 00
专用寄存 专用寄存 器 器 内部 内部 RAM RAM
输入缓冲器
P2端口结构：
读锁存器 地址 控制
Vcc
内部上拉电阻
R
内部总线
●
D
P2.x
锁存器
MUX
Q
● ● ●
P2.x 引脚
CL
Q
1
写锁存器
读引脚
I/O端口－P3口（双功能口）
P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
－RXD －TXD －/INT0 －/INT1 －T0 －T1 －/WR －/RD
1、中断系统 2、定时/计数器 3、串行接口
1、中断系统 1)、中断结构图 2)、中断控制寄存器 3)、中断响应条件 4)、中断响应过程 5)、中断响应示意图
1)、中断结构图
中断充许寄存器
中断源 中断选择 中断标志 中断源允许 全局 中断允许 EA
●
查询电路 中断优先级 寄存器 Px 1
●
EX0 INT0 0
SFR寄存器（2）
特殊功能 寄存器 功能名称 地址 复位后 的状态
TH1 TH0 TL1 TL0 TMOD TCON PCON DPH DPL SP P0
T1计数器高8位 T0计数器高8位 T1计数器低8位 T0 计数器低8位 定时/计数器方式字寄存器 定时控制寄存器 波特率选择寄存器 地址寄存器高8位 地址寄存器低8位 堆栈指示器 P0口数据寄存器
串行接口 外部中断输入 定时/计数器输入
外部数据读、写
I/O端口－P3口（双功能口）
Port Pin P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 Alternate Functions RXD(serial input port) TXD(serial input port) INT0(external interruput0) INT1(external interruput1) T0(timmer 0 external input) T1(timmer 1 external input)
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PS PT1 PX1 PT0 PX0 P3.0 ES ET1 EX1 ET0 EX0 P2.0 RI 98 P1.0 96 95 94 93 92 91 90 88 P0.0 86 85 84 83 82 81 80 BF BE BD BC BB BA B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 AF AE AD AC AB AA A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 SM0 SM1SM2REN TB8 RB8 TI 9F P1.7 97 8F P0.7 87 9E 9D 9C 9B 9A 99