第3章MCS-51单片机的硬件结构

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1、课程主讲：訾学博1第第1 1章章: :微机原理微机原理概述概述第第2 2章章: :单片机概单片机概述述第第3 3章章: MCS-: MCS-5151单片机的硬单片机的硬件结构件结构( (* *) )第第4 4章章: MCS-: MCS-5151单片机指令单片机指令系统系统( (* *) )第第5 5章章: MCS-: MCS-5151单片机程序单片机程序设计设计( (* *) )第第7 7章章: MCS-: MCS-5151的定时器的定时器/ /计计数器数器( (* *) )第第6 6章章: MCS-: MCS-5151的中断系统的中断系统( (* *) )第第8 8章章: MCS-: MCS

2、-5151的串行口的串行口( (* *) )第第9 9章章: : 系统扩系统扩展技术展技术第第1010章章: : 模拟模拟接接口口第第1111章章: : 人机交人机交互接口互接口课程内容233.1MCS-51的基本结构与应用模式3.2MCS-51的资源配置与引脚封装3.3MCS-51单片机的CPU3.4MCS-51的存储器组织3.5MCS-51的并行口结构与操作3.6MCS-51的时钟电路与复位电路本章主要内容CPUROMRAM定时器/计数器并行接口串行接口中断系统T0T1时钟电路内部总线P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1图 3 1 MCS-51单片机的基本结构41. 主电源引脚：V

3、CC、VSS 2. 外接晶体引脚：XTAL1和XTAL2 XTAL1 接外部晶体的一个引脚。当采用外部时钟时，对于 HMOS单片机，该引脚接地；对CHMOS单片机，该引脚接外部时钟输入 。 XTAL2 接外部晶体的另一引脚。当采用外部时钟时，对于 HMOS单片机，该引脚接外部时钟输入 ；对CHMOS单片机，该引脚应悬浮 。3. RST/VPD：复位和备用电源引脚 振荡器运行时，该引脚出现两个机器周期的高电平将使单片机复位 。VCC掉电期间，该引脚可接上备用电源，以保持内部RAM的数据。65. PSEN：外部程序存储器读选通信号 6. EA/VPP：外部程序存储器使能/编程电源 当EA保持高电平

4、时，访问内部程序存储器，但在PC值超过0FFFH（或其它内部程序存储器最高地址）时，将自动转向外部程序存储器 执行程序。 对于EPROM型单片机，在编程期间，该引脚用于施加编程电源。7. P0.0 - P0.7：P0口引脚 漏极开路双向I/O口。在访问外部存储器时，是分时复用的低8位地址和数据总线。负载能力：8个LS型TTL。4. ALE/PROG：地址锁存/编程脉冲引脚 访问外部存储器时，ALE的输出用于锁存地址的低字节；对于EPROM型单片机，在编程期间，该引脚用于输入编程脉冲。78. P1.0 P1.7：P1口引脚带内部上拉电阻的双向I/O口。负载能力：4个LS型TTL。9. P2.0

5、P2.7：P2口引脚 带内部上拉电阻的双向I/O口。在访问外部存储器时，提供高8位地址总线。负载能力：4个LS型TTL。10. P3.0 P3.7：P3口引脚 带内部上拉电阻的双向I/O口。具有第二功能。负载能力：4个LS型TTL。8CPUCPU的功能单元的功能单元运算器累加器ACC 寄存器BPSW 控制器程序计数器PC 指令寄存器IR 定时与控制逻辑其他寄存器数据指针DPTR堆栈指针SP工作寄存器R0R7存储器分类程序存储器内部数据存储器特殊功能寄存器位地址空间外部数据存储器11EA=1内部ROMEA=0外部ROM0000H1000H0FFFH0FFFFH程序存储器内部RAM特殊功能寄存器外

6、部RAM(64K)0000H007FH0080H00FFH0000H0FFFFH数据存储器MCS-51单片机的存储器结构物理上分为：4个空间，即片内ROM、片外ROM 片内RAM、片外RAM逻辑上分为: 3个空间， 即程序内存（片内、外）统一编址 MOVC 数据存储器（片内） MOV 数据存储器（片外） MOVX133.4.1 程序存储器 作用：存放用户程序和表格常数 特殊单元 0000H：复位后从0000H开始执行程序， 一般在该地址存放一条绝对转移指令。 中断矢量单元：五个特殊单元用于存放五个 中断源的中断矢量。14中断入口地址表 每个中断源有8字节的中断服务程序空间，如果中断程序不大于8

7、字节，可在中断矢量处开始存放。若中断程序大于8字节，则可在此空间内安排一条跳转指令。中断源中断源入口地址入口地址外中断外中断0（INT0）0003H定时器定时器0（T0）000BH外中断外中断1（INT1）0013H定时器定时器1（T1）001BH串行口（串行口（UART）0023H15程序存储器低端的几个特殊单元 3.4.2内部数据存储器通用寄存器工作组位地址空间（直接或间接寻址） 高128个字节（只能间接寻址） 特殊功能寄存器（只能直接寻址）17q 通用工作寄存器 内部数据存储器 001FH共32个单元是4组通用工作寄存器区。用户可通过改变PSW（程序状态字）中的RS1（PSW.4)和RS

8、0 （PSW.3)来切换寄存器区，可实现快速现场保护。 0区：R0-00H，R1-01H； 1区 R0-08H，R1-09H 0 00 区区0007HRS1 RS0寄存器区寄存器区内存地址内存地址 0 11 区区080FH 1 02 区区1017H 1 13 区区181FH18q 通用工作寄存器【例1】RS1 RS0 = 01时，R7的RAM地址为？ 0 00 区区0007HRS1 RS0寄存器区寄存器区内存地址内存地址 0 11 区区080FH 1 02 区区1017H 1 13 区区181FH【例2】当单片机复位时PSW H，这时当前的工作寄存器区是 区，R4所对应的存储单元地址为 H。1

9、9q 位地址空间 MCS-51有功能强大的布尔处理机，适用于开关决策、逻辑仿真、实时控制。 其中位地址00H7FH 共128个处于内部RAM（20H2FH）中，其余83个分布于SFR中。q 外部数据存储器空间 MCS-51可以外扩64KB RAM或I/O口。外部RAM和I/O口统一编址20q 特殊功能寄存器（SFR）SFR：具有特殊功能的RAM单元（状态和控制）地址范围：80HFFH 共21个，离散分布，有11个可以位寻址。注意：不应访问未定义的RAM单元。21q 特殊功能寄存器介绍1. 累加器ACC：存放操作数、运算结果2. B寄存器：乘除法指令中使用，亦可作为通用RAM单元。3. 程序状态

10、字（PSW）：D7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS1RS0OV-PCY（PSW.7）：进位标志，可被硬件、软件清零或置位。AC（PSW.6）：辅助进位标志，低4位有进位或借位时置位。F0（PSW.5）：用户定义的状态标志，用软件清零或置位。RS1 RS0（PSW.4 PSW.3）：寄存器区控制位。OV（PSW.2）：溢出标志，执行加减指令产生溢出时置位。P（PSW.0）：奇偶标志，ACC中值为1的位数为奇数时置位。22q 特殊功能寄存器介绍4. 堆栈指针SP：指示栈顶在内部RAM中的位置。 系统复位后SP被初始化为07H，堆栈 实际从08H开始（注意寄存器区的位置）5. 数据指针D

11、PTR：存放16位数据地址（访问外部RAM或P） 可分为DPH和DPL单独操作，可作通用RAM单元6. 端口P0P3：I/O端口锁存器7. 其它SFR：在有关章节介绍 SBUF、SCON、TH0、TL0、TH1、TL1 IP、IE、TMOD、TCON、PCON23片内RAM详图 寄存器及其存储器映射如下图： MCS-51单片机有4个双向8位I/O口，每个口都包含一个输出锁存器（即专用寄存器P0P3）、一个输出驱动器和一个输入缓冲器。 访问外部存储器时，地址由P0和P2口送出，数据通过P0口传送，此时P0口是分时复用的双向总线。不使用外部存储器时，可作为准双向口使用。263.5.1 P0口P0P