MCS-51单片机的组成
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3.2.2 MCS-51系列单片机的结构与原理1.51系列单片机总体基本结构51系列单片机主要由8个基本部件组成,即微处理器(CPU )、数据存储器(RAM )、程序存储器(ROM/EPROM )、I/O 口(P0口、P1口、P2口、P3口)、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器(SFR )。
它们都是通过片内单一总线连接而成。
MCS-51是Intel 公司的较早推出的51系列单片机,其代表产品主要有8051和8052系列,其中以8051系列单片机最为经典。
因此,以后所有兼容8051的单片机一般简称为51系列单片机。
51系列单片机总体基本结构如图3-1所示:CPU微处理器ROM RAM定时/计数器并行接口串行接口中断系统SFR特殊功能寄存器P0P1P2P3TXD RXDINT0INT1T0T1内部总线图3-1 51系列单片机总体基本结构MCS-51系列单片机主要功能部件8051/8052系列单片机主要包括以下功能部件: ● 8位CPU ;● 4K/8K 片内程序存储器(ROM/EPROM); ● 128/256字节的片内RAM ;● 32条双向I/O 口(4个8位口);● 可寻址外部程序存储器和数据存储器各64K ; ● 2/3个16位定时器/计数器 ● 1个全双工异步串行口;● 5/6个中断源,2个中断优先级; ● 具有位寻址能力;● 片内振荡器和时钟电路;以ATMEL 公司的AT89C51为例对8051单片机的引脚功能加以说明,AT89C51与Intel 公司的8051的唯一区别是AT89C51程序存储器为可擦写的FLASH ,而Intel 公司的8051为ROM 或EPROM ,其它如引脚及功能都完全一致。
AT89C51有PDIP 、PQFP 、TQFP 、 PLCC 、LCC 等多种封装形式,图3-3 为AT89C51双列直插式封装PDIP 的引脚图。
RST P3.1P3.2P3.3P3.5P3.4P3.6P3.7P3.0XTAL1GNDXTAL223465781911121315141617101819203938373536343340323029282627252431232221P1.1P1.2P1.3P1.5P1.4P1.6P1.7P1.0P0.1P0.2P0.3P0.5P0.4P0.6P0.7P0.0P2.6P2.5P2.4P2.2P2.3P2.1P2.0P2.7VCCALE/PROG PSENEA/VPP (TXD)(INT0)(INT1)(T1)(T0)(WR)(RD)(RXD)(AD1)(AD2)(AD3)(AD5)(AD4)(AD6)(AD7)(AD0)(A14)(A13)(A12)(A10)(A11)(A9)(A8)(A15)P0口P2口P1口P3口8051图3-2 AT89C51双列直插式封装PDIP 的引脚图● GND (20):接地。
MCS51单片机的结构MCS-51单片机是Intel公司设计开发的一种高度集成的8位微控制器(microcontroller),主要应用于嵌入式系统中。
它采用了Harvard 架构,包含一个CPU核心、片内存储器、外围接口和定时器/计数器等功能模块。
在本文中,我将详细介绍MCS-51单片机的结构。
MCS-51单片机的结构主要分为以下几个部分:1.中央处理器(CPU)核心:MCS-51单片机的CPU核心采用了8位的数据总线和地址总线,以及一组功能强大的指令集。
该CPU支持多种指令,包括数据传送指令、算术逻辑指令、位操作指令和条件跳转指令等。
它还包括一个累加寄存器和标志寄存器,用于存储操作数和标志位信息。
2.存储器部分:MCS-51单片机包含片内存储器和片外存储器。
片内存储器主要用于存储程序代码和数据,包括ROM(只读存储器)和RAM(随机存储器)。
ROM用于存储程序代码,RAM用于存储数据和临时变量。
片外存储器通过地址线和数据线与单片机连接,可以扩展存储器容量。
3.输入输出(I/O)接口:MCS-51单片机通过多个I/O口与外部世界进行数据交互。
每个I/O 口包含一组引脚,可以用作输入或输出。
这些引脚可以通过配置寄存器来选择其功能。
MCS-51单片机还支持中断输入,可以用于实现外部设备的中断功能。
4.定时器/计数器(Timer/Counter):MCS-51单片机内置了多个定时器/计数器模块,用于生成精确的时间延迟或测量外部事件的时间间隔。
定时器可以产生周期性的中断信号,用于实现定时任务。
计数器可以计数外部事件的脉冲数量,用于测量时间间隔。
5.串行通信接口:MCS-51单片机内置了一个串行通信接口,可以用于与其他设备进行数据传输。
该接口支持异步串行通信协议,如UART(通用异步收发器)或SPI(串行外围接口)等。
它可以通过配置寄存器来设置通信参数,如波特率和数据格式等。
6.时钟电路:MCS-51单片机需要一个精确的时钟源来驱动内部运算和外设操作。
mcs-51单片机是由哪些部分组成的
学习的内部结构之前,我们先了解下我们现在正在使用的计算机的几大组
成部份:
计算机的五个组成部份:
运算器:用于实现算术和逻辑运算。
计算机的运算和处理都在这里进行;
控制器:是计算机的控制指挥部件,使计算机各部份能自动协调的工作;
存储器:用于存放程序和数据;(又分为内存储器和外存储器,内存储器就如
我们电脑的硬盘,外存储器就如我们的U 盘)
输入设备:用于将程序和数据输入到计算机(例如我们电脑的键盘、扫描仪);
输出设备:输出设备用于把计算机数据计算或加工的结果以用户需要的形式
显示或保存(例如我们的打印机)。
注:1、通常把运算器和控制器合在一起称为中央处理器(Central Processing Unit),简称CPU。
2、通常把外存储器、输入设备和输出设备合在一起称之为计算机的外部设
备。
51 单片机的内部又有些什么部件组成呢?
下图就是我们要研究学习的对象,51 单片机结构图了。
大家看看图,中间的
一条双横线就是51 单片机的内部总线了。
其它的部件都是通过内部的总线与CPU 相联接的,在第一节课时我们已跟大家讲述过,8051 单片机是总线结构的。
下面我们就51 单片机内部的单个部件与大家进行讲解。
图片1
中央处理器(CPU):
刚跟大家讲过,需要提醒的是的CPU 能处理8 位二进制数或代码。
CPU 是。
MCS-51单⽚机资料⼀、概述MCS-51单⽚机是把那些作为控制应⽤所必需的基本内容都集成在⼀个尺⼨有限的集成电路芯⽚上。
如果按功能划分,它由如下功能部件组成,即微处理器(CPU)、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM/EPROM)、并⾏I/O⼝、串⾏⼝、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器(SFR)。
它们都是通过⽚内单⼀总线连接⽽成,其基本结构依旧是CPU加上外围芯⽚的传统结构模式。
但对各种功能部件的控制是采⽤特殊功能寄存器(SFR)的集中控制⽅式。
(⼀)控制器控制器是单⽚机的指挥控制部件,控制器的主要任务是识别指令,并根据指令的性质控制单⽚机各功能部件,从⽽保证单⽚机各部分能⾃动⽽协调地⼯作。
单⽚机执⾏指令是在控制器的控制下进⾏的。
⾸先从程序存储器中读出指令,送指令寄存器保存,然后送⾄指令译码器进⾏译码,译码结果送定时控制逻辑电路,由定时控制逻辑产⽣各种定时信号和控制信号,再送到单⽚机的各个部件去进⾏相应的操作。
这就是执⾏⼀条指令的全过程,执⾏程序就是不断重复这⼀过程。
控制器主要包括程序计数器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令译码器、条件转移逻辑电路及时序控制逻辑电路。
(⼆)存储器的结构MCS-51单⽚机存储器采⽤的是哈佛结构,即程序存储器空间和数据存储器空间截然分开,程序存储器和数据存储器各有⾃⼰的寻址⽅式,寻址空间和控制系统。
这种结构对于单⽚机⾯向控制的实际应⽤极为⽅便,有利。
在8051/8751弹⽚击中,不仅在⽚内集成了⼀定容量的程序存储器和数据存储器及众多的特殊功能寄存器,⽽且还具有极强的外存储器的扩展能⼒,寻址能⼒分别可达64KB,寻址和操作简单⽅便.MCS-51的存储器空间可划分为如下⼏类:1.程序存储器单⽚机系统之所以能够按照⼀定的次序进⾏⼯作,主要是程序存储器中存放了经调试正确的应⽤程序和表格之类的固定常数。
程序实际上是⼀串⼆进制码,程序存储器可以分为⽚内和⽚外两部分。
51单片机的内部结构MCS-51单片机内部结构8051是MCS-51系列单片机的典型产品,我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。
8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明:·中央处理器:中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。
·数据存储器(RAM):8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。
·程序存储器(ROM):8051共有4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。
·定时/计数器(ROM):8051有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
·并行输入输出(I/O)口:8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。
·全双工串行口:8051内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。
·中断系统:8051具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。
·时钟电路:8051内置最高频率达12MHz的时钟电路,用于产生整个单片机运行的脉冲时序,但8051单片机需外置振荡电容。
单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式,即哈佛(Harvard)结构,另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构,即普林斯顿(Princeton)结构。
MCS-51单⽚机的硬件结构MCS-51单⽚机的基本组成MCS-51是Intel公司⽣产的⼀个单⽚机系列的总称.在功能上,该系列单⽚机有基本型和增强型两⼤类,通常以芯⽚型号的末位数字来区别。
末位数字位“1”的型号是基本型,为“2”的信号是增强型。
MCS-51单⽚机的内部结构如图所⽰,基本结构包括:⼀个8位的CPU及⽚内振荡器;4KB掩膜ROM(8051),4KB EPROM(8751),⽆ROM(8031);128B RAM,21个特殊功能寄存器SFK;4个(P0~P3)8位并⾏I/O接⼝,⼀个可编程全双⼯通⽤异步串⾏接⼝(UART);具有5个中断源,2个优先级;可寻址64KB 的⽚外ROM和64KB的⽚外RAM;两个16位的定时/计数器;具有位操作功能的布尔处理机及位寻址功能。
MCS-51单⽚机的引脚及其功能MCS-51单⽚机的引脚封装MCS-51单⽚机有普通的HMOS芯⽚和CMOS低功耗芯⽚。
HMOS芯⽚采⽤双列直插封装⽅式,⽽CMOS芯⽚采⽤的封装⽅式有双列直插也有⽅形封装的。
尽管封装的⽅式不同,但是它们的结构完全⼀样。
输⼊/输出接⼝MCS-51单⽚机有4个双向8位I/O接⼝,它们是P0、P1、P2、P3。
在⽆外接存储器时,这4个I/O接⼝均可以作为通⽤I/O接⼝使⽤,CPU既可以对它们进⾏字节操作也可以进⾏位操作。
当外接程序存储器或数据存储器时,P0⼝和P2⼝不再作为通⽤I/O⼝使⽤。
此时,P0⼝传送存储器地址的低8位以及双向的8位数据,P2⼝传送存储器地址的⾼8位。
P0⼝和P2共同组成MCS-51单⽚机的16位地址总线,⽽低8位地址总线与8位双向数据总线分时复⽤。
P0⼝P0⼝有8位,每⼀位由⼀个锁存器、两个三态输⼊缓冲器、控制电路和驱动电路组成。
P0⼝有两种功能,⼀是作为通⽤I/O⼝;⼆是当外接存储器时,作为低8位地址总线和8位双向数据总线。
P0 ⼝作为通⽤I/O ⼝作为通⽤I/O ⼝时,P0 ⼝既可以做输⼊⼝,也可以做输出⼝,并且每⼀位都可以设定为输⼊或输出。
MCS51系列单片机芯片结构MCS51系列单片机是Intel〔英特尔〕于1980年推出的一种8位微控制器,由Intel公司设计并于1981年开始生产。
MCS51系列单片机由几个根本局部组成,包括CPU、内存、IO口、时钟和定时器等,这些组件相互协作来完成微控制器的各种功能。
1. CPU〔中央处理单元〕MCS51系列单片机的CPU是其核心局部,负责整个系统的指令执行和数据处理。
CPU采用哈佛结构,由指令存储器和数据存储器独立组成。
MCS51单片机采用8位体系结构,支持指令级别的并行处理。
CPU在工作时,可以通过片内总线与其他部件进行数据和指令的传输。
2. 内存MCS51系列单片机的内存包括RAM〔随机存取存储器〕和ROM〔只读存储器〕。
2.1. RAMMCS51单片机的RAM主要用于临时存储数据和变量,其容量从几十字节到几百字节不等,取决于具体型号。
RAM通常被分为多个片段,例如通用存放器、特殊功能存放器和堆栈等。
2.2. ROMMCS51单片机的ROM主要用于存储程序和常量数据。
ROM可以是内部ROM或外部ROM。
内部ROM通常具有较小的存储容量,例如2KB或4KB,而外部ROM可以扩展到几十KB或更大。
3. IO口MCS51系列单片机的IO口用于与外部设备进行通信,包括输入和输出操作。
常见的IO口类型包括GPIO〔通用输入/输出口〕、UART 〔通用异步收发器〕和SPI〔串行外设接口〕等。
通过配置相关存放器,可以设置IO口的工作模式和功能。
4. 时钟和定时器MCS51系列单片机需要一个时钟源来同时其操作。
时钟通常由外部晶体振荡器提供,也可以通过内部RC振荡器或外部时钟信号源。
通过配置定时器存放器,可以实现精确的计时和定时功能。
MCS51系列单片机通常有多个定时器,如定时器0和定时器1,用于生成时序信号、延时操作和计数等功能。
这些定时器可以用于测量时间、触发中断和产生PWM〔脉宽调制〕信号。
总结MCS51系列单片机芯片结构由CPU、内存、IO口、时钟和定时器等根本局部组成。
MCS-51 单片机内部包含哪些主要逻辑功能部件?
MCS-51 单片机内部包含哪些主要逻辑功能部件有:
(1)1 个8 位的微处理器CPU。
(2)8KB 的片内程序存储器Flash ROM(51 子系列的Flash ROM 为4KB),用于烧录运行的程序、常数数据。
(3)256B 的片内数据存储器RAM(51 子系列的RAM 为128B),在程序运行时可以随时写入数据和读出,用于存放函数相互传递的数据、接收的外部数据、中间结果、最后结果以及显示的数据等。
(4)3 个16 位的定时器/计数器(51 子系列仅有2 个定时器),每个定时器/计
数器可以设置为计数方式,用于对外部事件信号进行计数,也可以设置为定
时方式,满足各种定时要求。
(5)有一个管理6 个中断源(51 子系列1 是5 个中断源)、两个优先级的中断控制器。
(6)4 个8 位并行I/O 端,每个端口既可以用作输入,也可以用于输出。
(7)一个全双工的UART(通用异步接收发送器)串行I/O 口,用于单片机之
间的串行通信,或者单片机与PC 机、其它设备、其它芯片之间的串行通。