单片机原理及应用第二章MCS-51系列单片机的硬件结构主讲：闫晓东
单片机原理及应用 第二章 MCS-51系列单片机的硬件结构 主讲：闫晓东
教学目的掌握51单片机硬件结构的基本原理与编程方法章节设置2.1总体概况2.2微处理器2.3存储器2.4并行输入/输出接口2.5定时/计数器2.6串行输入/输出接口2.7中断系统2.8特殊工作方式
教学目的 ▪ 掌握51单片机硬件结构的基本原理与编程方法。 章节设置 ▪ 2.1 总体概况 ▪ 2.2 微处理器 ▪ 2.3 存储器 ▪ 2.4 并行输入/输出接口 ▪ 2.5 定时/计数器 ▪ 2.6 串行输入/输出接口 ▪ 2.7 中断系统 ▪ 2.8 特殊工作方式
2.1总体概况一、主要功能MCS-51是美国Intel公司的8位高档单片机系列，也是我国目前应用最为广泛的一种单片机系列。8051/80C51是整个MCS-51系列单片机的核心，该系列其他型号的单片机都是在这一内核的基础上发展起来的。MCS-51单片机系列分为51和52子系列，并以芯片型号的未位数字加以标识。其中，51子系列是基本型，而52子系列是增强型。单片机型号带有字母“C”的，表示该单片机采用的是CHMOS工艺，具有低功耗的特点。8051的功耗为630mW，而80C51的功耗只有120mW
2.1 总体概况 ▪ 一、主要功能 MCS-51是美国Intel公司的8位高档单片机系列，也 是 我 国 目 前 应 用 最 为 广 泛 的 一 种 单 片 机 系 列 。 8051/80C51是整个MCS-51系列单片机的核心，该系列其 他型号的单片机都是在这一内核的基础上发展起来的。 MCS-51单片机系列分为51和52子系列，并以芯片型 号的末位数字加以标识。其中，51子系列是基本型，而 52子系列是增强型。 单片机型号带有字母“C”的，表示该单片机采用的 是CHMOS工艺，具有低功耗的特点。 8051的功耗为630mW，而80C51的功耗只有120mW
MCS-51系列单片机技术参数表片内ROM形式VO特性中断源片内片内寻址子系列范围ROMRAM并行无定时器串行口ROMEPROM口4KB2×164X85803180518751128B2×64KB151 子系列580C3180C5187C514KB128B2×64KB2×164X818032805287528KB256B2X64KB3×164X81652子系列180C5287C528KB256B3×164X8680C322X64KB
MCS-51系列单片机技术参数表 子系列 片内ROM形式 片内 ROM 片内 RAM 寻址 范围 I/O特性 中 断 无 ROM EPROM 定时器 源 并行 口 串行口 51 子 系列 8031 8051 8751 4KB 128B 2×64KB 2×16 4×8 1 5 80C31 80C51 87C51 4KB 128B 2×64KB 2×16 4×8 1 5 52 子 系列 8032 8052 8752 8KB 256B 2×64KB 3×16 4×8 1 6 80C32 80C52 87C52 8KB 256B 2×64KB 3×16 4×8 1 6
8051单片机具有以下特点1个8位微处理器（CPU）。1个时钟电路。震荡频率范围1.2~12MHz4KB程序存储器。程序存储器寻址范围为64KB128B数据存储器。21个字节的专用寄存器2个16位定时/计数器。64KB扩展总线控制电路。4个8位并行1/0接口P0~P3。1个全双工串行1/0接口。5个中断源，其中包括2个优先级嵌套中断。111条指令，含乘法和除法指令。有较强的位处理和位操作能力。片内采用单总线结构。用单一+5V电源供电
▪ 8051单片机具有以下特点： ⚫ 1个8位微处理器(CPU)。 ⚫ 1个时钟电路。震荡频率范围1.2~12MHz ⚫ 4KB程序存储器。程序存储器寻址范围为64KB。 ⚫ 128B数据存储器。21个字节的专用寄存器。 ⚫ 2个16位定时/计数器。 ⚫ 64KB扩展总线控制电路。 ⚫ 4个8位并行I/O接口P0～P3。 ⚫ 1个全双工串行I/O接口。 ⚫ 5个中断源，其中包括2个优先级嵌套中断。 ⚫ 111条指令，含乘法和除法指令。 ⚫ 有较强的位处理和位操作能力。 ⚫ 片内采用单总线结构。 ⚫ 用单一+5V电源供电
8051单片机结构框图外部时钟外部事件计数定时/计数器程序存储器数据存储器振荡器和4KBROM256BRAM2个16位时序OSC8051内部总线CPUT串行I/O64KB总线并行 I/O内中断接口1个接口4个扩展控制器2777F外中断控制PO P1 P2P3串行输入串行输出
8051单片机结构框图 振荡器和 时序 OSC 程序存储器 4KB ROM 数据存储器 256B RAM 定时/计数器 2 个 16 位 8051 CPU 64KB 总线 扩展控制器 并行 I/O 接口 4 个 串行 I/O 接口 1 个 内 部 总 线 内中断 外中断 控制 P 0 P 1 P 2 P 3 串行输入 串行输出 外部时钟 源 外部事件计数
P0.0LPO7P2.0P2P2驱动器PO驱动器Vcc个RAMRAM128BXVss地址寄存器4KBROMPO锁存器P2锁存器8051单片机内部结构图程序地址11T寄存器SPACC暂存器2k暂存器1B寄存器缓冲器PC增1PSWPC中断、串行口及定时器定时指令寄存器指令译PSEN金个ALEDPTR控EA1T码器司RSTP1锁存器P3锁存器T1P1驱动器P3驱动器OSCJXTAL2XTALI正
RAM 地址寄存器 寄存器 RAM 128B RAM 程序地址 寄存器 P0 驱动器 P2 锁存器 P2 驱动器 P1 锁存器 B 寄存器 暂存器 2 4KB ROM 暂存器 1 ACC SP P0 锁存器 PC PC 增 1 缓冲器 P3 锁存器 OSC PSW 中断、串行口及定时器 ALU DPTR P1 驱动器 P3 驱动器 XTAL1 XTAL2 P0.0～P0.7 P2.0～P2.7 P1.0～P1.7 P3.0～P3.7 RST ALE VCC VSS 定 时 控 制 指 令 译 码 器 指 令 寄 存 器 PSEN EA 二、 8051 单 片 机 内 部 结 构 图
三、8051单片机的引脚及功能MCS-51单片机的封装形式有两种，一种是双列直插式（DIP)封装，另一种是方形封装8051的40个引脚可分为：电源引脚2根Vcc，Vss时钟引脚2根 XTAL1.XTAL2控制引脚4根ALE./PSEN.RST./EA1/0引脚32根P0,P1,P2,P3由于8051单片机是高性能的单片机，同时受到引脚数目的限制，所以有部分引脚具有第二功能
三、8051单片机的引脚及功能 ▪ MCS-51单片机的封装形式有两种，一种是双列直插 式(DIP)封装，另一种是方形封装。 ▪ 8051的40个引脚可分为： ⚫ 电源引脚2根 Vcc，Vss ⚫ 时钟引脚2根 XTAL1,XTAL2 ⚫ 控制引脚4根 ALE,/PSEN,RST,/EA ⚫ I/O引脚32根 P0,P1,P2,P3 ▪ 由于8051单片机是高性能的单片机，同时受到引脚 数目的限制，所以有部分引脚具有第二功能
8051单片机引脚图VssVccRST/VpD40XTALIP1.0Vcc93332PO.0P1.1口94口7P1.2P0.1XTAL2PO口PO.2P1.3服7P0.3P1.4福334PO.4P1.5 PO.5P1.6 EA/Vpp33P1.7PO.6PSENRST/VPD9PO.780518051332P1口RXD/P3.010EA/VpPALE/PROG11TXD/P3.1CALE/PROG12INTO/P3.2PSEN822INT1/P3.313P2.714T0/P3.4口P2.65T1/P3.5P2.516WR/P3.654322P2.4福三77898RD/P3.7P2.3P3 口P2口中P2.2XTAL21二P2.1XTALIC20福P2.0Vss一
8051单片机引脚图 图 2-3 8051 单片机引脚图 P1.0 XTAL2 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 XTAL1 RST/VPD VSS P2.0 P1.1 P0.0 1 3 4 5 6 7 8 2 10 9 8051 11 13 14 15 16 17 18 12 19 20 40 38 37 36 35 34 33 39 31 32 30 28 27 26 25 24 23 29 22 21 RXD/P3.0 TXD/P3.1 T0/P3.4 T1/P3.5 VCC PSEN ALE/PROG EA/VPP INT0/P3.2 INT1/P3.3 WR/P3.6 RD/P3.7 17 8051 VSS VCC RST/VPD XTAL1 XTAL2 EA/VPP PSEN ALE/PROG P3 口 P2 口 P1 口 P0 口
8051引脚的功能描述（一）电源引脚（2根）接+5V电源。Vcc（40脚）：电源端，Vss(20脚)：接地端。时钟引脚(2根)XTAL1（19脚）：接外部晶振和微调电容的一端。采用外部时钟电路时，对HMOS型工艺的单片机，此引脚应接地；对CHMOS型而言，此引脚应接外部时钟的输入端。XTAL2（18脚）：接外部晶振和微调电容的另一端。使用外部时钟时，对HMOS型工艺的单片机，此引脚应接外部时钟的输入端：对CHMOS型而言，此引脚悬空
8051引脚的功能描述（一） ▪ 电源引脚(2根) ⚫ VCC(40脚)：电源端，接+5V电源。 ⚫ VSS(20脚)：接地端。 ▪ 时钟引脚(2根) ⚫ XTAL1(19脚)：接外部晶振和微调电容的一端。采用外 部时钟电路时，对HMOS型工艺的单片机，此引脚应接地； 对CHMOS型而言，此引脚应接外部时钟的输入端。 ⚫ XTAL2(18脚)：接外部晶振和微调电容的另一端。使用 外部时钟时，对HMOS型工艺的单片机，此引脚应接外部 时钟的输入端；对CHMOS型而言，此引脚悬空