第2章MCS-51单片机的硬件结构 本章要点： ■ 单片机的内部结构 ◆ 单片机引脚的电气性能及功用 ■辅助电路及CPU时序
本章要点： ◼ 单片机的内部结构 ◼ 单片机引脚的电气性能及功用 ◼ 辅助电路及CPU时序 第2章 MCS-51单片机的硬件结构
2.1MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚 21.1MCS-51单片机内部结构 MCS-51单片机的系统框图如图2-1所示。 TO 时钟电路 ROM RAM 定时/计数器 CPU 并行接口 串行接口 中断系统 KD RXD INTO INTI 单片机的各功能部件由内部总线连接在一起，其中主要有CPU、存储器 定时器/计数器、I/0口等。图2-2是MCS-51系列单片机内部的逻辑结构 框图
2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚 2.1.1 MCS-51单片机内部结构 MCS-51单片机的系统框图如图2-1所示。 CPU 时钟电路 P 0 P 1 P 2 P 3 TXD RXD INT0 INT1 并行接口 串行接口 中断系统 ROM RAM 定时/计数器 T 0 T 1 单片机的各功能部件由内部总线连接在一起，其中主要有CPU、存储器、 定时器/计数器、I/O口等。图2-2是MCS-51系列单片机内部的逻辑结构 框图
DUFFER 戏棉的辆本云智 PC DPTR 品
以8051为例，它包含下列部件： 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。由运算器和 控制器组成。运算器是计算机的运算部件，用于实现算术和逻辑运算。 计算机的数据运算和处理都在这里进行。控制器是计算机的指挥控制部 件，它控制计算机各部分自动、协调地工作。运算器和控制器是计算机 的核心部分，常把它们合在一起称之为中央处理器，简称CPU。MCS-51 的CPU能处理8位二进制数或代码。 2.内部数据存储器（内部RAM) 8051芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占 用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，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，简称内部RAM
以8051为例，它包含下列部件： 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。由运算器和 控制器组成。运算器是计算机的运算部件，用于实现算术和逻辑运算。 计算机的数据运算和处理都在这里进行。控制器是计算机的指挥控制部 件，它控制计算机各部分自动、协调地工作。运算器和控制器是计算机 的核心部分，常把它们合在一起称之为中央处理器，简称CPU。MCS-51 的CPU能处理8位二进制数或代码。 2.内部数据存储器（内部RAM） 8051芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占 用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，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，简称内部RAM
3.内部程序存储器（内部ROM) 8051共有4KB掩膜ROM,用于存放程序、原始数据或表格，因此，称 为程序存储器，简称内部ROM。 4时/计数器 8051共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定 时或计数结果对计算机进行控制。 5.并行1/0▣ MCS-51共有4个8位的1/0口(P0、P1、P2、P3),以实现数据的并行 输入/输出。 6.串行口 MCS-51单片机有一个全双工的串行口，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
3.内部程序存储器（内部ROM） 8051共有4 KB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。 4.定时/计数器 8051共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定 时或计数结果对计算机进行控制。 5.并行I/O口 MCS-51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单片机有一个全双工的串行口，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
中断控制系统 TMCS-51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051共 有5个中断源，即外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。 全部中断分为高级和低级共两个优先级别。 8时钟电路 MCS-51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。系统允许的晶振频率一般为6Mz 和12MHz
7.中断控制系统 MCS-51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051共 有5个中断源， 即外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。 全部中断分为高级和低级共两个优先级别。 8.时钟电路 MCS-51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。系统允许的晶振频率一般为6 MHz 和12 MHz
2.1.2MCS-51的信号引脚 8pC51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列参见图2-3。 O线 P0.0~P0.7P0▣8位双向I/0▣线。 P1.0~P1.7P1口8位双向I/0口线。 P2.0~P2.7P2口8位双向I/0口线。 P3.0~P3.7P3口8位双向I/0口线。而且，P3口线有第二功能，如表2-2所 示，使用时首先按需要优先选用它的第二功能，剩下不用的口线才作为I/0 口线使用。 2.ALE/PROG地址锁存控制信号 在系统扩展时，ALE用于控制把PO输出的低8位地址送入锁存器锁存起来， 以实现低位地址和数据的分时传送。此外由于ALE是以六分之一晶振频率的 固定频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用，但是 当访问外部数据存储器时会丢失一个脉冲。 在8751单片机EPROM编程期间，此引脚接编程脉冲(PROG功能)
2.1.2 MCS-51的信号引脚 80C51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列参见图2-3。 1．I/O线 PO.0～PO.7 PO口8位双向I/O口线。 P1.0～P1.7 P1口8位双向I/O口线。 P2.0～P2.7 P2口8位双向I/O口线。 P3.0～P3.7 P3口8位双向I/O口线。而且，P3口线有第二功能，如表2-2所 示，使用时首先按需要优先选用它的第二功能，剩下不用的口线才作为I/O 口线使用。 2．ALE/PROG地址锁存控制信号 在系统扩展时，ALE用于控制把P0输出的低8位地址送入锁存器锁存起来， 以实现低位地址和数据的分时传送。此外由于ALE是以六分之一晶振频率的 固定频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用，但是 当访问外部数据存储器时会丢失一个脉冲。 在8751单片机EPROM编程期间，此引脚接编程脉冲（ PROG功能）
口线 第二功 能 信号名称 VCC P3.0 RXD 串行数据接收 38 1 P3.1 TXD 串行数据发送 P3.2 /INTO 外部中断0申请 RSTNPD P0.7 32 0 RXD P3.0 31 30 P3.3 /INTI 外部中断1申请 TXD P3.1 12 PSEN 29 d NT1P3.3 P2.7 28 P3.4 TO 定时器/计数器0计数输入 T0P3.4 P2.6 27 6 T1P3.5 P2.5 P3.5 定时器/计数器1计数输入 WP3.6 平股 24 P3.6 外部RAM写选通 20 XTALI /WR VSS P2.0 P3.7 /RD 外部RAM读选通
P 1.0 1 P 1.1 2 P 1.2 3 P 1.3 4 P 1.4 5 P 1.5 6 P 1.6 7 P 1.7 8 R S T/V P D 9 R X D P 3.0 10 TX D P 3.1 11 IN T0 P 3.2 12 IN T1 P 3.3 13 T0 P 3.4 14 T1 P 3.5 15 W R P 3.6 16 R D P 3.7 17 X TA L2 18 X TA L1 19 V S S 20 P 2.0 21 P 2.1 22 P 2.2 23 P 2.3 24 P 2.4 25 P 2.5 26 P 2.6 27 P 2.7 28 P S E N 29 A LE /P R O G 30 E A /V P P 31 P 0.7 32 P 0.6 33 P 0.5 34 P 0.4 35 P 0.3 36 P 0.2 37 P 0.1 38 P 0.0 39 V C C 40 8031 8051 8751 口线 第二功 能 信号名称 P3.0 RXD 串行数据接收 P3.1 TXD 串行数据发送 P3.2 /INT0 外部中断0申请 P3.3 /INT1 外部中断1申请 P3.4 T0 定时器/计数器0计数输入 P3.5 T1 定时器/计数器1计数输入 P3.6 /WR 外部RAM写选通 P3.7 /RD 外部RAM读选通
PSEN外部程序存储器读选通信号 CPU在访问外部程序存储器时信号在每个机器周期 两次有效（低电平），以实现外部ROM单元的读操作。 但在此期间，当访问外部数据存储器时， PSEN信号不 出现。 4.EAV外部访问允许/编程电源输入端 当EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部 程序存储器；而当EA信号为高电平时，则对ROM的读操 作从内部程序存储器(0000H~0FFFH)开始，并可自动 延续至外部程序存储器。8031单片机内部无程序存储器， 所以EA端应始终为低电平。 在8751单片机内部EPROM编程期间，此引脚接21V编 程电压
3．PSEN外部程序存储器读选通信号 CPU在访问外部程序存储器时信号在每个机器周期 中两次有效（低电平），以实现外部ROM单元的读操作。 但在此期间，当访问外部数据存储器时， PSEN信号不 出现。 4．EA/VPP外部访问允许/编程电源输入端 当EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部 程序存储器；而当EA信号为高电平时，则对ROM的读操 作从内部程序存储器（0000H～0FFFH）开始，并可自动 延续至外部程序存储器。8031单片机内部无程序存储器, 所以EA端应始终为低电平。 在8751单片机内部EPROM编程期间，此引脚接21V编 程电压
5 RST/VPD复位信号 当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完 成重片机的复位操作。此引脚还可以接上备用电源。在VCc掉电期间，由 向内部RAM提供电压，以保持内部RAM的数据。 6.XTAL1和XTAL2外接晶体引线端 当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容： 当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。在单片机内部，XTL1是 反相放大器的输入端，该放大器构成片内振荡器；XTAL2接至反相放大器 的输出端。采用外部时钟时，对于MOS单片机，XTAL1引脚必须接地， XTAL2输入外部时钟脉冲；对于CHMOS.单片机，XTAL1作为驱动端，XTAL2引 脚应悬空。 7.Vss地线。 8.Vcc+5v电源
5．RST/VPD 复位信号 当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完 成单片机的复位操作。此引脚还可以接上备用电源。在Vcc掉电期间，由 VPD向内部RAM提供电压，以保持内部RAM的数据。 6．XTAL1和XTAL2 外接晶体引线端 当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容； 当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。在单片机内部，XTAL1是 反相放大器的输入端，该放大器构成片内振荡器；XTAL2接至反相放大器 的输出端。采用外部时钟时，对于HMOS单片机，XTAL1引脚必须接地， XTAL2输入外部时钟脉冲；对于CHMOS单片机，XTAL1作为驱动端，XTAL2引 脚应悬空。 7．Vss 地线。 8．Vcc +5v电源