单片机原理及应用设计 教学课件 作者 白林峰 李国厚 主编 孔晓红 副主编第2章 MCS-51系列单片机的组成.ppt

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1、第2章MCS-51系列单片机的组成与工作原理实际应用中的单片机有很多种类型，不同公司生产的单片机在组成、特性和指令系统等方面各不相同，甚至同一公司生产的不同系列的单片机产品也互不兼容。在众多的单片机产品中，以最初由Intel开发的MCS-51系列单片机最广为人知。本章就结合MCS-51系列单片机来介绍单片机的一般结构及其工作原理。熟悉单片机系统的硬件结构对于设计者是非常重要的，它是设计单片机应用系统的基础。只有对单片机的硬件组成有一个全面的了解，才能更好地去应用单片机系统所提供的硬件资源，设计出性价比较高的实际应用系统。一、MCS-51单片机的硬件结构及端子功能MCS-51系列单片机共有111

2、条指令，其中包括乘除指令和位操作指令。中断源有5个（8032/8052为6个），分为2个优先级，每个中断源的优先级是可编程的，在MCS-51系列单片机的片内RAM区中开辟了4个通用工作寄存区，共有32个通用寄存器，可以适用于多种中断或子程序嵌套的情况。另外还在片内RAM中开辟了1个位寻址区，利用位操作指令可以对其中各个单元的每一个位直接进行操作，特别适合于解决各种控制和逻辑问题。在单芯片应用方式下，MCS-51系列单片机的4个并行I/O口（P0～P3）都可以作为输入/输出之用，在扩展应用方式下则需要采用P0和P2口作为片外扩展地址总线之用。MCS-51系列单片机内部集成了一个全双工的异步串行接

3、口，可进行数据的发送和接收，为单片机之间的相互通信或与上位机通信带来极大的方便。（一）MCS-51系列单片机的内部结构图2-1图2-1是MCS-51系列单片机的片内结构，根据功能一般可以划分为CPU、RAM、ROM/EPROM、并行口、串行口、定时/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）8个主要组成部分。它们都是通过片内的单一总线相连，采用CPU加外围芯片的结构模式。各个功能单元都采用特殊功能寄存器集中控制的方式。下面简要介绍一下各个部件的主要功能。（1）中央处理器（CPU）中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。MCS-51系列单片机的CPU字长是8位，能处理8位二进制数或代码，也

4、可处理一位二进制数据。（2）内部数据存储器（片内RAM）8051单片机芯片中共有256个字节的RAM单元，但其中128个字节被专用寄存器占用，能作为存储单元供用户使用的只是前128字节，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称片内RAM。如果不够用，可根据实际需要在片外扩展，最多可扩展64K字节。（3）内部程序存储器（内部ROM）8051单片机共有4KB的掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称内部ROM。89C51和89S51为4K字节的PEROM，8031没有程序存储器，可根据实际需要在片外扩展，最多可扩展64K字节。（4）定

5、时器/计数器8051单片机共有两个16位的定时/计数器，具有4种工作方式，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对系统进行控制。（5）并行I/O口MCS-51系列单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出。（6）串行口MCS-51系列单片机有一个全双工的串行口，具有4种工作方式，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。（7）中断系统MCS-51系列单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051单片机共有5个中断源，即外部中断两个，定时/计数中断两个，串行口中断一个。全

6、部中断分为高级和低级两个优先级别。（8）时钟电路MCS-51系列单片机芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统常用的晶振频率一般为6MHz或12MHz。（9）特殊功能寄存器MCS-51系列单片机共有21个特殊功能寄存器（SpecialFunctionRegister，SFR），用于对片内各功能模块进行监控和管理，实际上是片内RAM中的一部分，是一些控制寄存器和状态寄存器，与片内RAM单元统一编址。（二）MCS-51系列单片机的引脚分布图2-2MCS-51系列单片机一般采用40脚的双列直插式封装（DualIn-linePackage，DIP）方式，

7、图2-2即为相应的引脚的分布图。1.电源引脚，用于接入单片机的工作电源。Vcc（40脚）：接＋5V电源；Vss（20脚）：接地。2.时钟引脚XTAL1（19）和XTAL2（18），用于提供单片机的工作时钟信号。在使用单片机内部振荡电路时，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容。在使用外部时钟时，则用来输入时钟脉冲。3.控制信号引脚RST/VPD（9脚）：复位/备用电源引脚。此引脚上外加两个机器周期的