单片机结构和时序共51页文档

第一章MCS-51单片机结构与时序总学时8学时教学目的：通过本章的学习，使学生了解MCS－51系列单片机的结构和工作原理，包括硬件和软件的构成以及相互配合。

初步建立采用单片机和中小规模集成电路来构建一个单片机应用（控制）系统的概念（思路）。

教学重点：1、单片机组成部件及作用2、引脚功能和工作方式；单片机最小系统。

3、单片机工作时序教学难点：1、PC.PSC.SP控制作用2、ALE/PROG RD WR HE PSED的控制作用教学方法：讲授法教学过程：第一章MCS-51单片机结构与时序第一节绪论单片机（single chip microcomputer ）又称单片微型计算机。

其实质仍然是计算机，主要用于工业控制而不是像通用计算机主要用于海量数据计算。

故在内部结构和功能上，它还与通用计算机有一定的区别。

如功能简单，存储容量小，自身不能进行的开发，要借助开发机进行硬件测试和软件修正以及程序的固化。

一、计算机的经典结构在设计计算机时匈牙利籍数学家冯.诺依曼提出的“程序存储”和“二进制运算”的思想。

1、二进制运算决定了计算机的硬件结构。

二进制运算包括二进制算术运算和逻辑运算（逻辑运算的基础是逻辑代数，又称布尔代数）。

逻辑量只表示两种不同的状态，可以对应电子线路中的电阻高低、二极管、三极管的通断等。

因此，二进制运算决定了计算机可以由电子元器件，特别是集成电路组成。

2、程序存储决定了软件控制硬件工作。

因此，计算机的基本结构包括硬件和软件两部分。

计算机的工作原理：由输入设备将软件送入存储器，然后由控制器逐条取出存储器中的控制软件，并运行，再将运行结果送到输出设备。

3、计算机的经典结构根据以上思路，计算机由运算器、控制器、存储器和输入设备、输出设备组成。

图1.1.1 计算机经典结构图对经典结构中各部分有机组合，就构成了微型计算机。

由于各部分的具体电路（元器件及元器件的组合方式）不同，又形成了各种应用形态。

二、微型计算机（Microcomputer）组成及应用形态1、微型计算机组成将经典结构中的运算器、控制器组合在一起，再增加一些寄存器等，集成为一个芯片，这个芯片称为微处理器（Microcontroller），即CPU(Center Processing Unit )。

※ 1 ※MCS-51系列单片机的内部结构与时序 内容提要：本文先对MCS-51单片机的外部引脚及内部硬件结构作了简要介绍，再对单片机的工作方式与工作时序作了详细的介绍。

通过本文的学习，可以使读者对MCS-51单片机的硬件结构以及工作原理有较为深刻的了解。

关键字：单片机结构、工作方式、工作时序引言：尽管单片机的型号千差万别，但都无疑或多或少具有部分相同的特征。

了解它们的原理及分析方法对学习和使用其他系列的单片机都有极大的帮助，充分掌握它能使自己设计的单片机系统处于最优的工作方式。

正文：1 MCS-51单片机结构1.1 MCS-51单片机的外部引脚及功能制造工艺为HMOS 的MCS-51都采用40引脚的双列直插式封装（DIP ），其外部引脚配置如图l 所示。

图1 MCS-51单片机外部引脚图CHMOS 制造工艺的80C51/80C31除采用DIP 封装外，还采用方形封装（如PLCC44、QFP44）。

MCS-51单片机的40条引脚按功能来分，可分为三部分。

1. 主电源及时钟引脚包括主电源引脚Vcc 、Vss 、时钟引脚XTAL1、XTAL2。

Vcc （40脚）：正常运行、对EPROM 编程和验证时接+5V 电源。

Vss （20脚）：接地。

XTAL1（19脚）：在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，该放大器构成了片内的振荡器，可提供单片机的时钟控制信号。

该时钟引脚也可接外部晶体振荡器的一个引脚，如果采用外部振荡器时，对HMOS 单片机，此引脚应接地；而对CHMOS 单片机，此引脚作为驱动端。

XTAL2（18脚）：在单片机内部，接至上述振荡器的反向输出端。

当采用外部振荡器时，对HMOS 该引脚接收振荡器的信号，即把该信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对CHMOS 工艺的，此引脚应悬浮。

2. 控制或与其他电源复用引脚 包括RESET （即RST/VPD ）、ALE/PROG 、PSEN 、EA /Vpp ，这类引脚提供控制信号，有些有复用的功能。

单片机IO口结构及上拉电阻MCS-51有4组8位I/O口：P0、P1、P2和P3口，P1、P2和P3为准双向口，P0口则为双向三态输入输出口，下面我们分别介绍这几个口线。

一、P0口和P2口图1和图2为P0口和P2口其中一位的电路图。

由图可见，电路中包含一个数据输出锁存器（D触发器）和两个三态数据输入缓冲器，另外还有一个数据输出的驱动（T1和T2）和控制电路。

这两组口线用来作为CPU与外部数据存储器、外部程序存储器和I/O扩展口，而不能象P1、P3直接用作输出口。

它们一起可以作为外部地址总线，P0口身兼两职，既可作为地址总线，也可作为数据总线。

图1 单片机P0口内部一位结构图图2 单片机P2口内部一位结构图P2口作为外部数据存储器或程序存储器的地址总线的高8位输出口AB8-AB15，P0口由ALE选通作为地址总线的低8位输出口AB0-AB7。

外部的程序存储器由PSEN信号选通，数据存储器则由WR和RD读写信号选通，因为2^16=64k，所以MCS-51最大可外接64kB的程序存储器和数据存储器。

二、P1口图3为P1口其中一位的电路图，P1口为8位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口，当作为输入口时，1写入锁存器，Q(非)=0，T2截止，内上拉电阻将电位拉至"1"，此时该口输出为1，当0写入锁存器，Q(非)=1,T2导通，输出则为0。

图3 单片机P2口内部一位结构图作为输入口时，锁存器置1，Q(非)=0，T2截止，此时该位既可以把外部电路拉成低电平，也可由内部上拉电阻拉成高电平，正因为这个原因，所以P1口常称为准双向口。

需要说明的是，作为输入口使用时，有两种情况:1.首先是读锁存器的内容，进行处理后再写到锁存器中，这种操作即读—修改—写操作，象JBC(逻辑判断)、CPL(取反)、INC(递增)、DEC(递减)、ANL(与逻辑)和ORL(逻辑或)指令均属于这类操作。

2.读P1口线状态时，打开三态门G2,将外部状态读入CPU。