第章 MCS 单片机内部结构和原理.ppt

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1、第2章MCS-51单片机内部结构和原理MCS-51单片机是高性能8位单片机，其代表是8051。该系列其他单片机以8051为核心，再增加一定的功能部件后构成的。在单片机中除了有CPU、存储器和输入/输出接口外，还有定时器/计数器、串行I/O接口和中断系统等逻辑部件。本章主要介绍MCS-51单片机的基本结构和功能、存储器、I/O口以及单片机的引脚功能等。2.1MCS-51单片机内部结构与封装2.1.1MCS-51单片机基本结构及功能MCS-51单片机是由8位CPU、程序存储器（EPROM/ROM）、数据存储器（RAM）、并行I

2、/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断系统、振荡器和时钟电路等部分组成，各部分通过内部总线相连。MCS-51单片机系统结构如下图所示。P3P1P2可编程串行I/O口P0外部中断基准频率源控制128B数据存储器4KB程序存储器2个16位定时/计数器振荡器及定时电路CPU64KB总线扩展控制可编程并行I/O口内部中断计数脉冲串行输出串行输入中央处理器是MCS-51单片机的核心，完成运算和控制操作。故CPU由运算器和控制器两大部分组成。1．中央处理器（CPU）（1）运算器。用来完成算术运算、逻辑运算和位操作。它由算术/逻辑单

3、元（ALU）、累加器A、寄存器B、暂存寄存器、程序状态字寄存器PSW等组成。算术/逻辑单元（ALU）由加法器和相应的控制器逻辑电路组成，可实现8位数据的加减乘除算术运算和与、或等逻辑运算，又具有位处理功能。累加器A是一个非常常用的寄存器。运算时将一个操作数经暂存寄存器送至ALU，与另一个来自暂存寄存器的操作数在ALU中运算，结果又送入累加器A中。寄存器B在乘、除运算时用来存放一个操作数，也用来存放结果的一部分。暂存寄存器用来暂时存放数据总线和其他寄存器送来的操作数。程序状态字寄存器PSW是状态标志寄存器，用来保存ALU运算

4、结果的特征和处理状态。（2）控制器。用来统一控制和协调单片机进行工作的部件。由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID和定时及控制逻辑电路等部分组成。程序计数器PC是16位计数器，总是存放下一条要读取指令所在存储单元的16位地址。每取完一个字节后PC自动加1。单片机复位时PC自动清0，即装入地址0000H。指令寄存器IR用来保存当前正在执行的一条指令。指令译码器ID用来翻译操作码，确定所要执行的操作。定时与控制逻辑是CPU的核心部件，它控制读指令、执行指令、存取操作数或运算结果等操作，向其他部件发出各种操作控制信号，

5、协调各部件工作。2.存储器MCS-51的储存器结构与常见的微型计算机的配置方法不同,它将程序存储器和数据存储器分开,各有自己的寻址方式、控制信号和功能。程序存储器用来存放程序和始终要保留的常数。数据存储器存放程序运行中所需要的常数和变量。从物理空间看,MCS-51有四个存储器地址空间：片内数据存储器、片外数据存储器片内程序存储器、片外程序存储器MCS-51存储器物理结构见下图所示：外部数据存储器(RAM)外部程序存储器(ROM)内部程序存储器内部数据存储器8XX51从逻辑上看,MCS-51有三个存储器空间：片内数据存储器、

6、片外数据存储器片内、片外统一编址的程序存储器MCS－51的存储器逻辑结构如图1-2所示。MCS-51存储器物理结构3．定时器/计数器MCS-51单片机有2个16位定时器/计数器，实现定时和计数功能。4．并行I/O口MCS-51单片机有4个8位I/O口，即P0、P1、P2和P3，实现数据并行输入输出。5．串行口MCS-51单片机有一个全双工串行口（UART），利用P3.0（RXD）和P3.1（TXD）实现单片机与外设的数据传送。6．中断控制系统MCS-51单片机有5个中断源，包括2个外部中断，2个定时/计数中断，1个串行中断

7、。有高级和低级两个优先级。7．时钟电路主要为单片机产生时钟脉冲序列，石英晶体和微调电容需要外接，典型晶振频率为11.0592MHz、12MHz和24MHz，微调电容容量为20pF～30pF。8．总线为了减少单片机的连线和引脚，提高集成度和可靠性，系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的，因此有三种总线，即地址总线、数据总线和控制总线。2.1.2MCS-51单片机引脚分布及功能图2-2是89C51的引脚结构图，有双列直插封装（DIP）方式和方形封装方式。下面分别叙述这些引脚的功能。图2-289C51的引脚结构1．

8、电源引脚VCC和VSSVCC（40脚）：电源端，接+5V。VSS（20脚）：接地端，有时标为GND。2．时钟信号引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19脚）：接外部晶振和微调电容的一端，也是外部时钟源的输入端。XTAL2（18脚）：接外部晶振和微调电容的另一端，采用外部时钟源时该脚悬空。判断单片机的振