第1讲 MCS-51单片机结构与原理

1、51单片机讲座,第1讲 51单片机结构,目录 1.1 结构 1.2 引脚 1.3 时钟 1.4 复位 1.5 存储器 重点1 1.6 P口的功能 重点2,图1.1 功能结构图,1.1.1 结构图,51单片机内部主要包括9个部分： 一个8位的微处理器CPU 4KB的片内程序存储器Flash ROM 256B的片内数据存储器RAM、其中128B特殊功能寄存器（SFR） 2个16位的定时器/计数器 有一个管理5个中断源的中断控制器 4个8位并行I/O端 一个全双工的串行接口（UART） 片内振荡电路和时钟发生器 可扩展64KB程序、64KB数据存储器的三总线控制电路,1.1.2 结构说明,1.2 引脚,图1.3完整结构,图1.2简约结构,典型芯片： at89c51 at89c52 at89c2051 stc89c51,1.3.1 时钟电路,时钟电路51单片机内部有产生振荡信号的放大电路，外接晶振等器件构成的振荡电路。晶振频率范围1.2MHZ-12MHZ,常用的是6MHZ、12MHZ，C1=C2= 30p,图1.9 时钟电路,单片机,1个机器周期包含12个振荡周期,晶振频率为12MHz的单片机

2、， 1个机器周期为1s,晶振频率为6MHz，则机器周期为2s,1.3.2 时钟信号,时钟信号,ALE,S1 P1 P2,S2 P1 P2,S3 P1 P2,S4 P1 P2,S5 P1 P2,S6 P1 P2,1个机器周期,图1.10 时钟信号,1.4 复位,复位: 让单片机重新开始运行。 复位条件:引脚RST上保持2个机器周期的高电位就复位。,复位状态: PC=0000H ALE、PSEN均为高电平 P0P3： FFH SP： 07H SBUF:不确定 其余：00H,图1.11 按键复位电路,1.5.1 程序存储器结构,图1-4 程序存储空间,片 外 ROM,片 内 ROM EA=1,片 外 ROM EA=0,0000H,0FFFH,FFFFH,片 内 ROM EA=1,0000H,0FFFH,要充分利用片内这4KROM只读存储空间，一般的应用系统可能已经够用。,图1.5 片内4K程序存储空间,1000H,片 外 RAM,0000H,FFFFH,1.5.2 片外数据存储器结构,图1-6 片外数据存储器结构总线结构,一般不用扩展片外RAM空间； 外部并行扩展设备的端口地址和片外RAM

3、空间统一编址，同时占用片外RAM空间。,1.5.3 片内数据存储器结构,片内数据存储器按照寻址方式，可以分为两个部分：低128字节数据区，特殊功能寄存器区。,低128B RAM,特殊功能 寄存器（SFR),80H,FFH,00H,7FH,图1.7 片内RAM,1.5.4 特殊功能寄存器（SFR） 也称为专用寄存器，是单片机中最重要的部分。地址范围：80HFFH，128字节。 功能作用：控制单片机各个部件的运行，反映各部件的运行状态。 地址编码能被8整除的单元不仅能字节操作也能位操作。如80H、90H、A8H等。,TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0,TCON(88H)：,字节操作：TCON=0X7B; 位操作：TR0=1;,特 殊 功 能 寄 存 器,(SFR),表1.1,SFR的数量：有意义的只有21个，有11个可以按位操作。 （1）与CPU相关的（7个） PWS*：程序状态寄存器 A*：累加器 B*：辅助运算寄存器 SP：堆栈指针 PCON：电源控制寄存器 DPL、DPH：数据指针的低字节、高字节,（2）与定时器相关的（12个） TMOD：模式寄存器 TC

4、ON*：控制寄存器 TL0、TH0：T0低8位、高8位计数器 TL1、TH1：T1低8位、高8位计数器 T2MOD：T2模式寄存器 T2CON*：T2控制寄存器 TL2、TH2：T2低8位、高8位计数器 RCAP2L、RCAP2H：T2捕获寄存器,（3）与中断相关的（2个） IE*：中断允许（控制）寄存器 IP*：中断优先级寄存器 （4）与串行口相关的（2个） SCON*：串行口控制寄存器 SBUF：串行口数据缓冲寄存器，2个 （5）与I/O口相关的（4个） P0*、P1*、P2*、P3* 4个并行口映射寄存器,1.6.1 P口的功能,P0口、P1口、P2口、P3口是51单片机外部扩展最重要的端口。可用作并行和串行扩展，并行扩展又可用作总线扩展和非总线扩展。 任何一个P口都可以作为非总线一般I/O口。 在总线扩展中P口的常用功能是： P0提供低8位地址和8位数据，由ALE信号协调； P2提供低8位地址； P1作外部扩展，实现I/O检测与控制； P3体现第二功能（定时中断串行通信）。,1.6.2 总线结构,图1-8 总线结构,地址锁存器 74LS573,A15 : : : : : : A

5、8 A7 : : : : : : A0 D7 : : : D0,数据总线(DB),I/O口,控制总线（CB）,地址总线(AB),P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6/WR P3.7/RD ALE PSEN EA RST,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0,1.6.3 非总线结构,图1-8非总线结构,P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0,每个口每根线都可以作为独立的输出输入用，以实现对片外设备的检测和控制。,片外设备可以是数码管、按键、开关、发光管、灯、电机等,作为一般的输出输入测控线,表1-2 P3口各引脚第二功能,

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