单片机原理与应用系统设计 第02章 MCS-51单片机系统结构

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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

2、。INTEL公司将MCS-51的核心技术授权给了很多公司，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

3、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

4、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

5、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：（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

6、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-

7、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0.5～24MHz。（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

8、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。2.3.3复位电路表2-1复