上海第二工业大学：《单片机原理及应用》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 MCS-51单片机组成与工作原理

第二章McS-51单片机 组成与工作原理 §2-1MCS-51单片机结构及组成 §2-2MCS-51单片机存储器组织

第二章 MCS-51单片机 组成与工作原理 §2-1 MCS-51单片机结构及组成 §2-2 MCS-51单片机存储器组织

§2-1MCS-51单片机结构及组成 系统资源及主要性能特点 1、系统瓷源 MCS-51单片机是Inte公司1980推出的高档8位单片机,采 用40脚双列直插封装或44脚方形封装,51、52系列功能兼容。 8031内包括: 1个8位CPU 128个字节RAM; 21个特殊功能寄存器; 4个8位并行IO口; 1个全双工串行口(二根线) 2个16位定时计数器器; 1个片内振荡器和时钟电路; 5个中断源2个中断优先级;

§2-1 MCS-51单片机结构及组成 一、系统资源及主要性能特点 1、系统资源 MCS-51单片机是Intel公司1980推出的高档8位单片机，采 用40脚双列直插封装或44脚方形封装，51、52系列功能兼容。 8031内包括： 1个8位CPU； 128个字节RAM； 21个特殊功能寄存器； 4个8位并行I/O口； 1个全双工串行口（二根线）； 2个16位定时计数器器； 1个片内振荡器和时钟电路； 5个中断源2个中断优先级；

8051/8751:带有4 KB ROMEPROM 52子系列的 RAM/RON容量为:256B/8KB 2、性能特点 单片机为哈佛结构的计算机,除上述基本资源外,还具 有如下特点: 外部程序存储器:可扩展到64KB; 外部数据存储器:可扩展到64KB 堆 栈:最深128B/256B; 输入/输出口线:32根; 寄存器区:划出RAM中32B作为通用寄存器 具有位寻址功能; 单一“+5V电源; 系统时钟1~12MHz,常用12MHz、11.0592MHz和6MHz

8051/8751：带有4KB ROM/EPROM 52子系列的RAM/ROM容量为：256B/8KB 2、性能特点 单片机为哈佛结构的计算机，除上述基本资源外，还具 有如下特点： 外部程序存储器：可扩展到64KB； 外部数据存储器：可扩展到64KB； 堆 栈：最深128B/256B； 输入 / 输出口线：32根； 寄 存 器 区：划出RAM中32B作为通用寄存器； 具有位寻址功能； 单一“+5V”电源； 系统时钟1~12 MHz，常用12MHz、11.0592MHz 和 6MHz

二、MCS-51单片机基本结构 1、内部结构框图 结构简图如图2-所示 外时钟源 外部事件计 时钟电路 2×16位定时 4KB ROM 256B RAM 计数器 8051 CPU 64K总 中断控制 线控制器 并行接口 串行接口 内中断 一一十十 工RTo工RT1 控制 并行口 串行通讯 包括:CPU、存储器(ROM、RAM)、IO接口等计算机 的基本组成

二、MCS-51单片机基本结构 1、内部结构框图 结构简图如图2-1所示 包括：CPU、存储器（ROM、RAM）、I/O接口等计算机 的基本组成

正Tph1 土也 t止 正TP之 据 口1 Rs士1 之 FI EA/TP PSE 囗1 EPROG号 EHI T五工 T 1 工卫r0P 土也 Pz址 國z-2ⅠC-51片逻辑符号

2、外部引脚 共40个引脚,大致可分为四类,其逻辑符号如图2-2所示 )电源引脚Vc和Ⅴs Vr:40脚,电源端,+5V Vs:20脚,接地端(GND) 2)时钟电路引脚 XALl:19脚,外接晶振输入引脚。 XAL2:18脚,外接晶振输出引脚。 3)控制线引脚 共4根,其中3根为双功能 ①RST/:9脚,复位/备用电源 RST-通过外接复位电路实现上电复位或按键复位。 PD 可外接备用电源,在Ⅴ(掉电时向RAM供电

2、外部引脚 共40个引脚，大致可分为四类，其逻辑符号如图2-2所示。 1）电源引脚VCC和VSS VCC：40脚，电源端，+5V VSS：20脚，接地端（GND） 2）时钟电路引脚 XTAL1：19脚，外接晶振输入引脚。 XTAL2：18脚，外接晶振输出引脚。 3）控制线引脚 共4根，其中3根为双功能 ①RST/VPD ：9脚，复位/备用电源。 RST---通过外接复位电路实现上电复位或按键复位。 VPD---可外接备用电源，在VCC掉电时向RAM供电

②EAVn:31脚,内外ROM的选择/ EPROM编程电源。 EA=0:访问外部ROM; EA=1:访问内部ROM; PC值超过 OFFFH(4KB)时,自动转向外ROM Ⅴp-在8751片内 EPROM编程期间,为2ⅣV编程电源输入端 ③ALE/PROG:30脚,地址锁存允许/编程脉冲。 ALE-访问外ROM或RAM时,用来驱动地址锁存器锁存PO口 分时送出的低8位地址(下降沿有效) 不访问外存储器时,该端以1/6时钟频率输出正脉冲, 可用作为外部时钟。带8个LS型T门电路 PROG-8751片内 EPROM编程期间,此引脚输入编程脉冲 ④PSEN:29脚,读外部ROM选通信号,即该脚有效时(上升 沿),外ROM允许输出。每个机器周期2次有效。从内部 ROM取指时不产生。可带8个LS型TTL门电路

② /VPP：31脚，内外ROM的选择/ EPROM编程电源。 =0：访问外部ROM； =1：访问内部ROM； PC值超过0FFFH（4KB）时，自动转向外ROM。 VPP ---在8751片内EPROM编程期间，为21V编程电源输入端。 ③ALE/ ：30脚，地址锁存允许/编程脉冲。 ALE---访问外ROM或RAM时，用来驱动地址锁存器锁存P0口 分时送出的低8位地址（下降沿有效）。 不访问外存储器时，该端以1/6时钟频率输出正脉冲， 可用作为外部时钟。带8个LS型TTL门电路。 --- 8751片内EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 ④ ：29脚，读外部ROM选通信号，即该脚有效时（上升 沿），外ROM允许输出。每个机器周期2次有效。从内部 ROM取指时不产生。可带8个LS型TTL门电路。 EA EAEA PROG PROGPSEN

4)IO引脚 P0口:P0.0~P0.7,39~32脚,外接存储器时作地址/数据分时 使用口线;不接外部存储器时,可用作为8位准双向 I/O口。 P1口:P10~P1.7,1~8脚,8位准双向I/O口 P2口:P20~P2.7,21~28脚,8位准双向IO口。外接存储器时 作为高8位地址总线 P3口:P3.0~P3.7,10~17脚,8位准双向IO口,出于芯片引脚 数的限制,P3口具有第二输出、输入功能。 、微处理器(CPU) (一)运算器 组成:ALU、TMP1、TMP2、A、B、PSW、DAA和布尔处 理机等

4）I/O引脚 P0口：P0.0~P0.7，39~32脚，外接存储器时作地址/数据分时 使用口线；不接外部存储器时，可用作为8位准双向 I/O口。 P1口：P1.0~P1.7，1~8脚，8位准双向I/O口。 P2口：P2.0~P2.7，21~28脚，8位准双向I/O口。外接存储器时 作为高8位地址总线。 P3口：P3.0~P3.7，10~17脚，8位准双向I/O口，出于芯片引脚 数的限制，P3口具有第二输出、输入功能。 三、微处理器（CPU） （一）运算器 组成：ALU、TMP1、TMP2、A、B、PSW、DA A和布尔处 理机等

DAA:BCD码十进制修正,由专用电路实现。 布尔处理机:进位位Cy,被称作“位累加器”,可 在 任何可寻址的位与C间进行逻辑运算操作。 与通用CPU相比,增加了暂存寄存器和B寄存器 (二)控制器 组成:PC、SP、DPTR、IR、ID、PLA等 1、时钟电路 (1)振荡源( oscillation) MCS-51的HMOS芯片内部时钟电路的振荡源有两 种方式提供,即内部自激振荡方式、外部振荡脉冲源 方式

DA A：BCD码十进制修正，由专用电路实现。 布尔处理机：进位位CY，被称作“位累加器”，可 在 任何可寻址的位与CY间进行逻辑运算操作。 与通用CPU相比，增加了暂存寄存器和B寄存器 （二）控制器 组成：PC、SP、DPTR、IR、ID、PLA等 1、时钟电路 （1）振荡源（oscillation） MCS-51的HMOS芯片内部时钟电路的振荡源有两 种方式提供，即内部自激振荡方式、外部振荡脉冲源 方式

(1)振荡源( oscillation) 内部方式在ⅹTAL1、XTAL2跨接定时元件和两个电 容就构成了自激振荡器。如图2-3.1所示 C1、C2取5~30PF,起微调和稳定作用。 晶振频率:fosc=12~12MHZ 常用频率为6、12、11.0592MHz 外部方式外部振荡脉冲信号直接由XTAL2端输入, 此时, XTALI应接地,而片内振荡电路不 起作用,如图2-3.2所示。 常用于多块8051同时工作,以便同步,要 求信号频率低于12MHz

（1）振荡源（oscillation） 内部方式 在XTAL1、XTAL2跨接定时元件和两个电 容就构成了自激振荡器。如图2-3.1所示。 C1、C2取5~30PF，起微调和稳定作用。 晶振频率：fosc=1.2~12MHZ 常用频率为6、12、11.0592 MHz。 外部方式 外部振荡脉冲信号直接由XTAL2端输入， 此时，XTAL1应接地，而片内振荡电路不 起作用，如图2-3.2所示。 常用于多块8051同时工作，以便同步，要 求信号频率低于12MHz