单片微型计算机原理及应用 教学课件 作者 赵广复 第2章　MCS—51单片机的基本硬件结构.ppt

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1、单片微型计算机原理及应用第2章　MCS—51单片机的基本硬件结构第2章　MCS—51单片机的基本硬件结构2.1　MCS—51单片机内部总体结构2.2　MCS—51单片机的引脚及片外总线结构2.3　中央处理器CPU2.4　MCS—51单片机的存储器2.5　MCS—51单片机的复位2.1　MCS—51单片机内部总体结构图2-1　MCS—51单片机内部结构框图2.2　MCS—51单片机的引脚及片外总线结构2.2.1　MCS—51单片机的引脚功能MCS—51系列单片机的引脚图如图2⁃2所示，其中图2⁃2a是引脚排列图，图2⁃2b是输

2、入输出逻辑示意图。图2-2　MCS—51单片机引脚图a)引脚排列图　b)输入输出逻辑示意图2.2　MCS—51单片机的引脚及片外总线结构(1)VCC(21脚)　接+5V电源。(2)GND(20脚)　接地端。(3)RST/VPD(9脚)　复位信号输入端/备用电源输入端。(4)/VPP(5)XTAL1(19脚)　芯片内部振荡电路的输入端。(6)(32脚)　读片外程序存储器选通信号输出端。(7)ALE/(31脚)　低8位地址锁存允许信号输出端/编程脉冲输入引脚。(8)并行双向I/O口引脚　8051单片机有4个8位双向输入/输出端口

3、，每个端口既可以按字节输入输出，也可以按位进行输入输出。2.2　MCS—51单片机的引脚及片外总线结构1)P0口的P0.0～P0.7引脚(22～29脚)，既可以作为输入/输出端口使用，又可以在访问外部存储器和I/O设备时作为地址/数据总线使用。2)P1口的P1.0～P1.7引脚(1～8脚)，唯一的一个单功能口，只能作为通用的数据输入/输出口。3)P2口的P2.0～P2.7引脚(40～33脚)，既可以作为通用输入/输出口使用，又可以在访问外部存储器和I/O设备时作为高8位地址线，与P0口的低8位地址线一起构成16位的地址总线。

4、4)P3口的P3.0～P3.7引脚(10～17脚)，具有两种功能的端口，第一功能是通用的输入/输出口，作为第二功能使用时，各引脚定义如下：2.2　MCS—51单片机的引脚及片外总线结构图2-3　系统总线构造结构图2.2.2　MCS—51单片机的片外三总线结构2.2　MCS—51单片机的引脚及片外总线结构(1)地址总线AB(AddressBus)　共有16位地址线A0～A15，其中高8位地址线A8～A15由P2口提供，低8位地址线A0～A7由P0口经地址锁存器提供。(2)数据总线DB(DataBus)　共有8位数据线D0～D7

5、，全由P0口提供。(3)控制总线(ControlBus)　控制总线由P3口的第二功能、和3根独立的控制总线、ALE、组成。2.3　中央处理器CPU2.3.1　CPU的组成CPU由运算器、控制器、若干特殊功能寄存器和时钟电路组成。2.3.2　指令的执行过程单片机的工作过程实质上是执行程序的过程，而执行程序的过程又可归纳为执行一有序指令集的过程，执行指令集的过程又是取指令和执行指令的周而复始的过程。1)程序计数器PC是一个16位专用寄存器，用来存放CPU要执行的下一条指令的地址，且具有自动加1功能。2)程序状态字寄存器PSW是一

6、个8位的专用寄存器，用来存放指令执行及指令执行结果的状态，详见本章2.4.5节。2.3　中央处理器CPU2.3.3　时钟电路同计算机一样，CPU执行指令的一系列动作都是在时钟电路的控制下一拍一拍地进行的，如从程序存储器中取一条指令代码，然后执行此指令所规定的操作，完成后再取下一条指令代码等，因此CPU的工作需要精确定时。2.3　中央处理器CPU图2-4　MCS—51的振荡电路2.3　中央处理器CPU图2-5　MCS—51外部时钟源的接法2.3　中央处理器CPU1)以上外部时钟源的接法是针对HMOS型的单片机，对CHMOS型的

7、单片机，因内部时钟发生器的信号取自放大器的输入端，故采用外部时钟源时，接线方法与HMOS型有所不同，其外部振荡信号应接至XTAL1，XTAL2悬空不用。2)振荡电路产生的振荡脉冲并不直接使用，而是经片内的一个时钟发生器二分频后才作为系统的时钟信号，请注意振荡脉冲和时钟脉冲之间的二分频关系。2.3.4　CPU时序2.3　中央处理器CPU所谓时序，是指在指令执行过程中，CPU的控制器所发出的一系列特定的控制信号在时间上的相互关系。(1)振荡周期　振荡周期是指单片机提供定时信号的振荡脉冲的周期，又称为拍节，用“P”表示。(2)时钟

8、周期　时钟周期是振荡周期的两倍。(3)机器周期　规定一个机器周期为6个状态，相当于12个拍节，即12个振荡脉冲的周期，可分别用S1～S6来表示状态，用“S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P2”来表示拍节。(4)指令周期　指令周期是指执行完成一条指令所占用的全部时间，通常为1～