第2章单片机芯片的硬件结构

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1、第2章单片机芯片的硬件结构§2.1单片机的逻辑结构及信号引脚§2.2单片机的内部存储器§2.3单片机的并行输入/输出口电路§2.4单片机时钟电路与时序§2.5单片机工作方式内容提要:2.1MCS—51单片机的逻辑结构及信号引脚2.1.1MCS-51单片机结构框图冯.诺依曼结构单片机以精巧的设计，克服芯片尺寸的制约。MCS-51单片机的系统逻辑结构如图2.1所示。输入设备运算器输出设备控制器存储器振荡器及定时电路4KB程序存储器128B数据存储器2个16位定时器/计数器CPU64KB总线扩展控制可编程串行口

2、可编程I/O中断中断频率基准源计数器串行输入串行输出并行I/O口控制图2.1MCS-51单片机系统结构框图由图2.1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；4KB程序存储器；128B数据存储器；两个16位定时/计数器；64K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2.1.2MCS－51单片机芯片内部逻辑结构MCS－51单片机芯片内部的逻辑结构如图2.2所示。端口0驱动器端口2驱动器RAM（128×8）端口0锁

3、存器端口2锁存器ROM（4K×8）程序地址寄存器缓冲器PC加1寄存器程序计数器PC数据指针DPTR堆栈指示器SPPCONSCONTMODTCONTH0TL0TH1TL1SBUF（TX）SBUF（RX）IE中断、串行口和定时器RAM地址寄存器ACCB寄存器ALU状态寄存器暂存器2暂存器1定时与控制指令寄存器端口1锁存器端口3锁存器端口1驱动器端口3驱动器XTAL1XTAL2P0.0～P0.7P2.0～P2.7P1.0～P1.7P3.0～P3.7ALERSTPSENEAVccVss（＋5V）图2.2MCS－5

4、1单片机芯片内部逻辑结构图通道0驱动器通道2驱动器RAM地址寄存器RAM通道0锁存器通道2锁存器ROM/EPROMB寄存器程序地址寄存器缓冲器PC递增器程序计数器PCDPTR指针VCCGNDP1.0～P1.7堆栈指针SPACCTMP2PSW通道3锁存器通道1锁存器通道1驱动器通道3驱动器TMP1SCONTMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中断、串行口和定时器逻辑振荡器P3.0～P3.7RSTALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指令寄存器定时和控制逻辑

5、指令译码器P0.0～P0.7P2.0～P2.7EA1.CPUCPU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

6、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。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(输出非三

7、态)，负载能力为4个TTL门电路。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。分为高级和低级两个优先级别。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。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

8、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。2.1.3MCS-51的信号引脚图2.3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(双列直插)封装。图2.3MCS－51系列单片机引脚图及逻辑符号电源引脚Vcc和VssVcc：电源端，接＋5V。Vss：接地端。时钟电路引脚XTAL1和XTAL2XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒