第二章MCS-51单片机的硬件结构.doc

第二章MCS-51单片机的硬件结构
(一)学习要求
(1) 掌握单片机的主要功能、核心电路。
(2) MCS-51系列单片机的主要功能、引脚含义;
(二)内容提要
概述
MCS-51系列单片机的主要功能
MCS-51系列单片机是美国Intel公司1980年推出的高性能8位单片微型计算机,较原来的MCS-48系列结构更为先进,功能增强,它包括51和52两个子系列。
在51系列中,主要有8031、8051、8751三种机型,它们的指令系统与芯片引脚完全兼容,仅片内ROM有所不同(详细内容见教科书第三章)。51子系列的主要功能为:
8位CPU。
片内带振荡器,-12MHz;可有时钟输出。
128个字节的片内数据存储器。
4K字节的片内程序存储器(8031无)。
程序存储器的寻址范围为64K字节。
片外数据存储器的寻址范围为64K字节。
21个字节专用寄存器。
4个8位并行I/O接口: P0、P1、P2、P3。
1个全双工串行I/O接口,可多机通信。
3个16位定时器/计数器。
中断系统有5个中断源,可编程为两个优先级。
111条指令,含乘法指令和除法指令。
有强的位寻址、位处理能力。
片内采用总线结构。
用单一+5V电源。
52子系列主要有8032、8052两种机型。与51子系列不同在于:片内数据存储器增至256个字节;片内程序存储器增至8KB(8032)无;有3个16位定时器/计数器;有6个中断源。其他性能均与51子系列相同。
内部结构框图
MCS-51系列单片机的内部结构框图见参考书图2-1。(p41)
由图2-1可大致看到:它含运算器、控制器、片内存储器、4个I/O接口、串行接口、定时器/计数器、中断系统、振荡器等功能部件。图中SP是堆栈指针寄存器,栈区占用了片内RAM的部分单元;未见通用寄存器(工作寄存器),因单片机片内有存储器,与访问工作寄存器一样方便,所以就把一定数量的片内RAM字节理作工作寄存器区;PSW是和谐状态字寄存器,简称程序状态字,相当于其他计算机的标志寄存器;DPTR是数据指针寄存器,在访问片外ROM、片外RAM、甚至扩展I/O接口特别有用;B寄存器又称乘法寄存器,它与累加器协同工作,可进行乘法操作和除法操作。乘法指令的两个操作数分别取自A和B,其结果存放在BA寄存器中。B存积的高8位,A存积的低8位。除法指令中被除数取自A,除数取自B,结果商存放在A中,余数存放在B中。在其他指令中,B可以作为RAM中的一个单元来使用。
外部引却说明
MCS-51系列单片机芯片有40个引脚。用HMOS工艺制造的芯片采用双列直插式封装,见图2-2。低功耗的、采用
CHMOS制造的机型(在型号中间加“C”字作识别,如80C31、80C51、87C51)也有用方型封装结构的。
现将各引脚分别说明如下:
主电源引脚
:接+5V电源正端。
Vss :接+5V电源地端。

XTAL1:片内反相放大器输入端。
XTAL2:片内反相放大器输出端。外接晶体时,XTAL1和 XTAL2各接晶体的一端,借外接晶体与片内反相放大器构杨成振荡器。
输入/输出引脚
-:P0口的8个引脚。在不接片外存储器与不扩展I/O接口时,可作为准双向输入/输出接口。在接有片外存储器或扩展I/O接口时,P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。
-:P1口的8个引脚。可作为准双向I/O接口使用。对于52子系列,P1。0 与 P1。1还有第二种功能:P1。0 可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2。P1。1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。
P2。0-:P2口的8个引脚。可作为准双向I/O接口;有接有片外存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时,P2口用作高8位地址总线。
-:P3口的8个引脚。除作为准双向I/O接口使用外,还具有第二种功能,详见表2-1。
控制线
ALE/PROG:地址锁存有效信号输出端。在访问片外程序存储器期间,每机器周期该信号出现两次,其下降沿用于控制锁存P0口输出的低8位地址。
对于片内含EPROM的机型,在编程期间,此引脚用作编程脉冲PROG的输入端。
PSEN:片外程序存储器读选通信号输出端,或称片外取指信号输出端。在向片外程序存储器读取指令或常数期间,每个机器周期该信号两次有效(低电平),以通过数据总线P0口读回指令或常数。
在访问片外数据存储器期间,PSEN信号将不出现。
RST/V :(RST 是 RETET 简略写法。)是复位端。单片机的振荡器工作时,该引脚上出现持续两个机器周期的高电平就可实现复位操作,使