单片机原理与应用系统设计第02章节

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1、第2章MCS-51单片机系统结构2.1MCS-51单片机概述2.2MCS-51的总体结构2.3MCS-51的中央处理器2.4MCS-51的存储器组织2.5MCS-51的端口结构与功能2.1MCS-51系列单片机概述MCS-51单片机是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，是在我国使用最广泛的单片机之一。该系列有很多品种，如8031、8051、8751、8032、8052、8752、89C51、89C52、89C2051等，其中8051是最典型的产品。该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增减、改变而来的。INTEL公司将MCS-51的核心技术

2、授权给了很多公司，因此他们也生产以8051为核心的单片机。有时将所有支持MCS-51指令系统的单片机统称为51单片机。MCS-51单片机的内部结构基本相同，下面分别给出了MCS-51单片机的内部结构框图、功能结构图和引脚分布示意图。本节还介绍MCS-51的硬件资源。2.2MCS-51单片机的总体结构2.2MCS-51单片机的总体结构：内部结构图MCS-51的功能结构图2.2MCS-51单片机的总体结构2.2MCS-51单片机的总体结构MCS-51引脚分布示意图2.2MCS-51单片机的总体结构MCS-51硬件资源：（1）CPU：MCS-51采用8位处理器，时钟频

3、率一般为0.5～24MHz。（2）内部RAM：一般为128或256字节（8位），用于存放程序执行过程中的临时数据。（3）特殊功能寄存器：简称SFR，通常为128字节，用于配置单片机和控制单片机行为。（4）双向IO端口：MCS-51有4个8位端口，每一位可单独配置为数字量输入或输出。（5）UART：全双工通用异步串口，用于串行数据通信。2.2MCS-51单片机的总体结构MCS-51硬件资源（续）：（6）定时器/计数器：两个16位定时器/计数器，用于定时或对外部事件计数。（7）中断源：5个中断源，响应内部或外部事件的中断请求。（8）时钟发生器：MCS-51内部有时钟

4、发生器电路，外部连接一个晶体振荡器即可。（9）存储器空间：MCS-51可以寻址64KB程序存储器和64KB外部数据存储器空间。2.3.1中央处理器概述2.3.2时钟电路2.3.3复位电路2.3.4指令长度与指令周期2.3MCS-51单片机中央处理器MCS-51单片机的中央处理器由运算部件和控制部件组成。运算部件实现的主要功能有数据的算术运算、逻辑运算、位变量处理以及数据传送等；控制部件由定时控制逻辑、指令寄存器、指令译码器、程序计数器PC、数据指针DPTR等组成。中央处理器的功能最终将通过指令集和时序来体现。2.3.1中央处理器概述运算部件的主要组成及功能如下：

5、（1）算术逻辑部件：完成二进制数的四则运算、逻辑运算以及位操作运算。（2）布尔处理器：实现单片机的位操作。（3）累加器ACC：8位寄存器，用来暂存操作数和保存运算结果。（4）寄存器B：在乘法指令中用于存放一个乘数，在除法指令中用于存放除数，运算后寄存器B中存放部分运算结果。（5）程序状态字PSW：8位的寄存器，包含了当前程序执行的各种状态信息。2.3.1中央处理器概述控制部件的主要组成和功能如下：（1）定时控制逻辑：协调寄存器之间的数据传送与运算等操作。（2）指令寄存器：8位的寄存器，存放当前正在执行的指令。（3）指令译码器：对指令寄存器中的操作码部分进行译码产

6、生执行该指令所需要的各种控制信号。（4）程序计数器PC：16位的地址指针，存放下一条待执行指令的地址。（5）数据指针DPTR：16位的地址寄存器，用于寻址片外数据存储器或寻址片外程序存储器中的表格数据。2.3.1中央处理器概述时钟电路的作用是控制单片机的工作节奏。它有内部振荡方式和外部振荡两种方式：（1）内部振荡方式：MCS-51内部自带振荡器，引脚XTAL1和XTAL2分别为反相器的输入端和输出端，通常在外部并联由石英晶振和电容即可；如果振荡器已起振，则在XTAL2引脚上输出幅值3V左右的正弦波，振荡频率主要由石英晶振的频率确定，可选的频率范围一般为0.5～2

7、4MHz。（2）外部振荡方式：MCS-51的工作时钟也可以由外部振荡器提供，它对外部时钟的占空比要求不高，但要有一定的幅度.2.3.2时钟电路内部振荡方式外部振荡方式2.3.2时钟电路所有单片机在启动运行时都需要复位，以使CPU和系统中的其它部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51单片机有一个复位引脚RST，当振荡器起振后，该引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，就可以使器件复位。只要RST保持高电平，MCS-51就保持复位状态。RST变为低电平后，MCS-51退出复位，CPU从初始状态开始工作。复位以后内部寄存器的初始状态见表2-1。2.

8、3.3复位电路表2-1复