mcs-51单片机的结构与原理

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1、第2章MCS-51单片机的结构与原理【本章内容】本章主要介绍单片机的外部引脚、内部结构、CPU工作原理、存储器配置、特殊功能寄存器及I/O口的结构等。【项目驱动的学习要点】应用项目中的硬件电路原理。应用项目中的单片机资源规划。1第2章MCS-51单片机的结构与原理2.1MCS-51单片机的外部引脚与内部结构2.2MCS-51单片机的CPU结构2.3MCS-51单片机的存储器结构2.4MCS-51单片机的并行口结构练习题END22.1MCS-51单片机的外部引脚与内部结构2.1.1MCS-51的外部引脚2

2、.1.2MCS-51的内部结构32.1.1MCS-51的外部引脚采用DIP封装的MCS-51系列单片机共有40条引脚，如图2-1所示。各条引脚的名称、功能如下。图2-1MCS-51的外部引脚41．电源引脚VCC：+5V电源。Vss：地线。图2-1MCS-51的外部引脚52．外接晶振引脚XTAL1、XTAL2：用于连接晶体振荡器和微调电容，以便与单片机内部的振荡器构成内部时钟电路，当采用外部时钟时，作为外部振荡信号的输入端。图2-1MCS-51的外部引脚63．I/O口引脚P0.7～P0.0：P0口引脚，用于传

3、送输入/输出数据或低8位地址。P1.7～P1.0：P1口引脚，用于传送输入/输出数据。P2.7～P2.0：P2口引脚，用于传送输入/输出数据或高8位地址。P3.7～P3.0：P3口引脚，用于传送输入/输出数据，或作为第二功能引脚，各条引脚的第二功能如表2-1所列。图2-1MCS-51的外部引脚7表2-1P3口各条引脚的第二功能片外RAM读选通输出P3.7片外RAM写选通输出P3.6定时器/计数器1外部计数输入T1P3.5定时器/计数器0外部计数输入T0P3.4外部中断1输入P3.3外部中断0输入P3.2串行

4、口输出TXDP3.1串行口输入RXDP3.0功能名称P3口引脚84．控制引脚RST：复位信号输入引脚。该引脚输入高电平时，可使单片机复位。PSEN：片外ROM读选通输出引脚。用于扩展外部ROM时，与外部ROM芯片的读选通引脚连接。ALE/PROG：地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚。它有3种功能：（1）在单片机访问片外存储器时，可用作低8位地址的锁存控制信号。（2）不访问片外RAM时，该脚输出的脉冲序列（频率为晶振频率的1/6）可作为脉冲信号源使用。（3）在对片内EPROM进行编程（写EPROM）时

5、，用于输入编程脉冲。图2-1MCS-51的外部引脚9图2-1MCS-51的外部引脚/VPP：片外ROM访问允许信号输出引脚/片内EPROM编程电压输入引脚。它的功能是：（1）当=0时，允许单片机访问片外ROM（不允许使用片内ROM）。所以，对于无片内ROM的单片机（如8031）此引脚应接地。（2）当=1时，允许单片机使用片内ROM。对于具有片内ROM的单片机，若该引脚为高电平，则CPU在访问片内ROM时，当访问地址超过所配置容量的最大值时，会自动转向访问片外ROM。（3）在对片内EPROM进行编程时，用于输入编

6、程电压。4．控制引脚10【项目应用】应用项目的硬件电路图，如图2-2所示，请读者根据上述介绍，逐个理解其中所使用的单片机引脚，指出其名称和功能。初步理解为何使用这些引脚，哪些引线用的是P3口的第二功能？图2-2应用项目的硬件电路图11解：所用到的单片机引脚名称和功能如下：（外部中断0输入）（外部中断1输入）（片外RAM读选通）（片外RAM写选通）（片外ROM访问允许脚，由于所用的单片机为无片内ROM的8031，因此，将该引脚接地）ALE（地址锁存）RST（复位）P0.7～P0.0（P0口引脚）P1.0和P1.4（

7、P1口引脚）P2.7（P2口引脚）、、和用的是P3口的第二功能，分别对应P3.2、P3.3、P3.6和P3.7引脚。122.1.2MCS-51的内部结构图2-3MCS-51单片机内部结构框图13MCS-51的内部结构说明图2-3是具有片内ROM的MCS-51单片机内部结构：片内ROM的类型为掩膜ROM时，对应8051；为EPROM时，对应8751；将片内ROM去掉，便是8031。图中带阴影的方框为用户可以通过指令进行访问的具有特殊功能的单元，称为特殊功能寄存器（SFR）；ROM为程序存储器；RAM为数据存储器；P

8、0～P3口锁存器与驱动器构成I/O接口；OSC为振荡器，用于为CPU提供时钟信号；其余各部件均属于CPU的组成部件。142.2MCS-51单片机的CPU结构2.2.1CPU的基本结构2.2.2CPU的工作原理2.2.3CPU的时钟和时序152.2.1CPU的基本结构图2-4MCS-51单片机的CPU基本结构框图161．算术/逻辑运算单元ALUALU是一个功能极强的运算器