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1、在此输入您的封面副标题第二章第二章MCS-51系列单片机的组成系列单片机的组成MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成2.1 MCS-51系列单片机外部结构系列单片机外部结构1234567891011121314151617181920P1. 0P1. 1P1. 2P1. 3P1. 4P1. 5P1. 6P1. 7RST( RXD) P3. 0( TXD) P3. 1(INT0)P3. 2P3. 3(INT1)( T0) P3. 4( T1) P3. 5(WR)P3. 6(RD)P3. 7XTAL2XTAL1GND212223
2、2425262728293031323334353637383940VCCP0. 0( AD0)P0. 1( AD1)P0. 2( AD2)P0. 3( AD3)P0. 4( AD4)P0. 5( AD5)P0. 6( AD6)P0. 7( AD7)PPEA /VALE / PROGPSENP2. 7( A15)P2. 6( A14)P2. 5( A13)P2. 4( A12)P2. 3( A11)P2. 2( A10)P2. 1( A9)P2. 0( A8)78910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414
3、24344123456P1. 4P1. 3P1. 2P1. 1P1. 0NCVCCP0. 0( AD0)P0. 1( AD1)P0. 2( AD2)P0. 3( AD3)P1. 5P1. 6P1. 7RST( RXD) P3. 0( TXD) P3. 1(INT0)P3. 2P3. 3(INT1)( T0) P3. 4( T1) P3. 5NCP0. 4( AD4)P0. 5( AD5)P0. 6( AD6)P0. 7( AD7)PPEA /VNCALE / PROGPSENP2. 7( A15)P2. 6( A14)P2. 5( A13)( W R) P3. 6( RD) P3. 7XTAL
4、2XTAL1GNDNCP2. 0( A8)P2. 1( A9)P2. 2( A10)P2. 3( A11)P2. 3( A12)（a）塑料双列直插式封装（）塑料双列直插式封装（PDIP） （b）塑料方形扁平封装（）塑料方形扁平封装（PQFP）MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成1引脚说明以AT89C51为例，其PDIP封装有40个引脚。 MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成1引脚说明以AT89C51为例，其PDIP封装有40个引脚。 MCS-51系列单
5、片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成2MCS-51系列单片机的最小系统系列单片机的最小系统 单片机最小系统是指单片机能正常工作的最少配置电路，主要包括单片机、复位电路和振荡电路。下图为最常见的通电复位式单片机最小系统典型电路原理图。MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成（1）时钟电路）时钟电路 单片机片内有一个高增益反相放电器，其输入端（XTAL1和XTAL2）用于外接石英晶振和微调电容器，构成振荡器，电容器C1、C2对频率有微调作用，电容器容量的选择范围一般为（3010
6、）pF。石英晶振振荡频率的选择范围为1.212 MHz。石英晶振和电容器的安装应尽可能靠近单片机芯片，以减少寄生电容，更好地保证时钟电路稳定可靠地工作。MCS-51系列单片机时钟电路结构如图所示。MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成（2）复位电路）复位电路 为了保证CPU在需要时重新开始工作，单片机安排了复位电路。复位电路有多种，常见的有通电复位、手动复位和自动复位3种电路，如图所示。MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成（3）单片机最小应用系统）单片机
7、最小应用系统 单片机最小应用系统是指单片机最小系统外加接口输出和接口指示的电路，它包含了单片机、通电复位电路、振荡电路、P0P1口输出、P0P1口上拉电阻器和P0P1口发光二极管指示等5部分电路，原理图如图所示。MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成2.2 MCS-51系列单片机内部结构系列单片机内部结构1MCS-51系列单片机内部结构简介系列单片机内部结构简介 MCS-51系列单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O端口等电路，对应的内部简化结构框图如图所示。MCS-51系列单片机及汇编
8、编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成 将内部简化结构进一步细化，MCS-51系列单片机包含了1个8位CPU、1个片内振荡器及时钟电路、4KB程序存储器、128B数据存储器、可寻址外部数据存储器和外部程序存储空间的控制电路，32条可编程的线、2个16位的定时器/计数器，1个可编程全双工串行口、5个中断源、2个优先级嵌套中断结构，相对应的结构图如图所示。MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成2中央处理单元（中央处理单元（CPU） 运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算，它还包含一个布尔处
9、理器，用来处理位的操作。运算器模块包括算术和逻辑运算部件ALU、布尔处理器、累加器ACC（简称累加器A）、B寄存器、暂存器TMP1和TMP2、程序状态字寄存器PSW和十进制数调整电路等。（2）控制器 CPU是单片机的核心部件。如图2-8所示，各方框表示功能部件，可以看出MCS-51系列单片机是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调工作，完成各种运算，实现对单片机各功能部件的指挥和控制，它由运算器和控制器等部件组成。各功能部件实际上是CPU的有机组成部分，它们通过运行程序相联系，很难用语言描述其工作过程。注意，各部分通过内部总线相联系，各部件的联系
10、用箭头表示。（1）运算器 控制器件是由指令寄存器、程序计数器（PC）、定时与控制电路等组成的。MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成3存储器存储器 存储器是单片机的重要硬件，MCS-51系列单片机采用哈佛结构，其程序存储器和数据存储器分开编址，各自有自己的寻址方式和控制系统。（1）程序存储器）程序存储器 程序程序存储器存储器内部外部0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)中断5中断4中断3中断2中断10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中断0
11、定时器0中断外部中断1定时器1中断串行口中断8位位0FFFH0FFEHEA=1 EA=0EA=1 EA=0程序程序存储器资源分布存储器资源分布中断入口地址MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成0000H0000HFFFFHFFFFH(64K)(64K)内部内部外部外部数据数据存储器存储器0000H HFFHFFH7F7FH H8080H HRAM专用专用寄存器寄存器0000H H07H07H0808H H0FH0FH1010H H17H17H1818H H1FH1FH0区区R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R7R0
12、R0R7R71区区2区区3区区工作寄存器区工作寄存器区可位寻址区可位寻址区20H2FH7F 7807 0030H7FH数据缓冲区数据缓冲区/堆栈区堆栈区内部内部RAMRAM存储器存储器 MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成（3）特殊功能寄存器）特殊功能寄存器 特殊功能寄存器（SFR）又称专用寄存器，特殊功能寄存器反映了MCS-51系列单片机的运行状态。很多功能也通过特殊功能寄存器来定义和控制程序的执行。 MCS-51系列单片机有21个特殊功能寄存器，它们被离散地分布在内部RAM的80HFFH地址中，这些寄存的功能已进行了专
13、门的规定，用户不能修改其结构。MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成 数据指针DPTR。数据指针为16位寄存器。在编程时，既可以按16位寄存器来使用，也可以按两个8位寄存器来使用，即高位字节寄存器DPH和低位字节寄存器DPL。 堆栈指针SP。堆栈是一种数据结构，它是一个8位寄存器，它指示堆栈顶部在内部RAM中的位置。系统复位后，SP的初始值为07H，使得堆栈实际地址上是从08H开始。下图为堆栈结构示意图，从RAM的结构分布中可知，08H1FH隶属第13组通用寄存器区，若编程时需要用到这些数据单元，必须对SP进行初始化，原则上
14、设在任何一个区域均可，但一般设在30H1FH之间较为适宜。 数据写入堆栈称为入栈（PUSH，有些文献又称插入运算或压入），从堆栈中取出数据称为出栈（POP，有些文献又称删除运算或弹出），堆栈的最主要特征是“后进先出”，即最先入栈的数据放在堆栈的最底部，而最后入栈的数据放在堆栈的顶部，因此，最后入栈的数据最先出栈。这和往一个箱子里存放书本一样，需要将最先放入箱底部的书取出，必须先取走最上层的书。堆栈的设立是为了执行中断操作和子程序的调用而保存数据的，即常说的断点保护和现场保护。微处理器无论是在转入子程序和中断服务程序的执行，执行完后，还是要回到主程序中来，在转入子程序和中断服务程序前，必须先将现
15、场的数据保存起来，否则返回时，CPU并不知道原来的程序执行到哪一步，原来的中间结果如何。所以，在转入执行其他子程序前，先将需要保存的数据压入堆栈中保存。以备返回时，再复原当时的数据，供主程序继续执行。MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成4并行输出并行输出/输入口输入口（1）I/O端口的特点 4个并行I/O端口都是双向的。P0口为漏极开路驱动，可驱动8个LSTTL门电路输入端。P1、P2、P3口均具有内部上拉电阻器驱动，可驱动4个LSTTL门电路输入端。原则上P1、P2、P3不需要再外接上拉电阻器，但实际应用上最好外接10
16、k电阻器，这样可以增大带负载的能力。 所有32条并行I/O线都能独立地用作输入或输出，还可以进行位操作。 当并行I/O端口作为输入时，该口的锁存器必须先写入“1”；否则，读入的数据出现错误。（2）各端口说明 P0口。P0口是三态双向I/O端口，可作为通用I/O端口使用，也可以作为系统扩展时的低8位地址 /8位数据总线使用。当单片机系统需要扩展片外存储器或者需要扩展具有数据/地址线的芯片时，P0口只能作为低8位地址/数据总线使用，不能再作为通用I/O端口使用。MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成 P1口。P1口是一个准双向I
17、/O端口，它只能作为通用I/O端口使用，没有第二功能。MCS-51系列单片机的P1口每位内部结构图如图所示，从图中可看出，同P0口一样，当作输入时，必须先向对应的锁存器写“1”，使场效应管截止。 P2口。P2口是一个准双向I/O端口，MCS-51系列单片机的P2口每位内部结构如图所示，从图中可看出，其位结构也与P0口相似。MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成 P3口。P3口是一个准双向I/O端口，除作为通用I/O端口使用外，还具有第二功能，如表所示。P3口作为I/O端口时，其使用方法与P1口相同。P3口的第二功能可以单独使
18、用，即不用的第二功能的引脚仍可以作为通用I/O端口使用。INT0INT1MCS-51系列单片机及汇编编程系列单片机及汇编编程第二章第二章MCS-51系列单片机系列单片机的组成的组成2.3 MCS-51系列单片机的时序和工作方式系列单片机的时序和工作方式 单片机实现指令功能的各种数字电路的工作秩序有先有后，在什么时刻发出什么控制信号，去启动何种电路工作，这就是单片机的时序。1时序 MCS-51系列单片机的时序是利用分频技术将主频进行分频而建立起来的。时钟周期：若石英晶振频率为 ，则时钟周期=1/fosc。如 =6 MHz，则时钟周期= 1/6 s。机器周期：单片机完成一个基本操作的时间称为一个机器周期，一个机器周期包含12个时钟周期。若石英晶振频率为 =6 MHz，则机器周期=（121/6）s=2 s。指令周期：单片机完成指令操作的周期称为指令周期。在MCS-51系列单片机指令系统中，有单字节指令、双字节指令和三字节指令。每条指令的执行时间要占一个或几个机器周期。单字节指令和双字节指令都可能是单周期和双周期，而三字节指令都是双周期，只有乘法指令占四周期。 oscToscT2工作方式 AT89C51单片机有两种工作方式：待机方式和掉电方式。这两种工作方式都是省电工作方式，电源保持与VCC和GND两端相接。相关控制寄存器是电源控制寄存器PCON。