单片机的硬件结构
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单片机第二章MCS-51系列单片机硬件结构
3. P1口（P1.0~P1.7，1脚~8脚）
P1口仅用作I/O使用，它也是自带上拉电阻的8 位准双向I/O接口，每一位可驱动4个LSTTL负载。 当P1口作为输入接口时，应先向口锁存器写“1”。 4. P3口（P3.0~P3.7，10脚~17脚）
除了和P1口的功能一样外， P3口的每一引脚还具有第二功能。
第二章 单片机的硬件结构
2.1 MCS-51单片机的总体结构
2.2 微处理器 2.3 MCS-51存储器 2.4 MCS-51基本电路及引脚电路 2.5 实例演练
2.1MCS-51单片机的总体结构
一，8031芯片实照
二，MCS-51单片机外形是一个40脚的双列直插式集成块：
P10 P1.1 P12 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD RXD/P3.0 TXD/P3.1 INT0/P3.2 INT1/P3.3 T0/P3.4 T1/P3.5 WR/P3.6 RD/P3.7 XTAL2 XTAL1 Vss 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
ALE地址锁存使能信号输出端。存取 片外存储器时，用于锁存低8位地址。 PROG是对于EPROM型单片机，在 EPROM编程期间，此引脚用于输入编 程脉冲。
ALE/ PROG (30脚)
控制 引脚
单片机的硬件结构和原理
单片机的市场和研究现状
随着物联网、人工智能等行业的不断发展，单片机市场需求呈现爆发式增长，各国学者和工程师也在不断探索 单片机的新技术、新应用。
晶体管
单片机内部开关，用于控制电路 和提供时钟信号。
电容器
用于存储电荷和调节电压，保证 单片机稳定运行。
电阻器
用于控制电流和电压大小，保护 单片机内部电路。
单片机的存储系统
1 ROM
只读存储器，用于存储程 序代码和固定数据。
2 RAM
随机存储器，用于临时存 储程序数据和运行状态。
3 Flash
闪存存储器，可擦写多次， 用于存储程序、数据和升 级信息。
中断优先级
设备优先级高的中断请求将 先得到处理。
单片机的定时器和计数器
定时器
在单片机内部生成一个基准信号，用于控制程序执 行时间。
计数器
用于记录和计算单片机产生的信号脉冲数目，可用 于计量和统计。
单片机的应用案例
1
电子钟
通过单片机控制时钟芯片，实现秒、分、时的精确显示。
2
温度计
通过单片机采集温度传感器的信号，实现温度的测量和显示。
3
遥控器
通过单片机处理按键输入信号，实现对电器设备的遥控操作。
单片机的不足和发展趋势
单片机虽然功能强大，但其成本、功耗和性能限制着应用场景。未来单片机 将会更小、更省电，集成更多功能和计算能力。
单片机的编程语言和调试工具
汇编语言
C语言
调试工具
直接操作机器指令，编写效率高， 但学习难度较大。
高级编程语言，易于学习和掌握， 编写效率高。
单片机的硬件结构和原理
单片机是现代电子技术中常用的控制器件，本次演讲将介绍单片机的基本原 理、硬件结构和应用领域。
单片机原理及应用第2章AT89s51单片机的 硬件结构
P0W
AD0 控制 地址/数据
BUF2
D
Q
锁存器
C
Q
1 0
多路开关
读引脚
P0R2
BUF1
图1、P0口内部结构
Vcc
P00
说明： 1、当控制信号为0时，P0口做双 输向出I/锁O口存，器为漏极开路（三态） 2、两控个制输信入号缓为冲1时器，(BUPF01口和为BU地F2)址/ 推数拉据式复I/用O驱总线动器
2.2.3 I/O口引脚 P0：双向8位三态口，A7~A0/D7~D0，开漏输出，
作为输出口时，须外加上拉电阻，可驱动8个 TTL负载。
P1，P2,P3：
8位准双向口，片内有上拉电阻，作输入口 时，须先写入“1”，可驱动4个TTL负载。
P1：通用I/O
P2：I/O口/A15~A8
P3：I/O口/第二功能
多路开关
1) 功能：用于控制选通I/O方式
3、还P是0R地1为址读/数锁据存输器出信方号式， 2) 方执式行控“制AN：L由P内0,部#0控FH制”信时号
产该生信号有效
4、P0R2为读引脚信号，执行 “MOV A,P0”时该信号有效
6、读引脚（端口）时，输出 锁存器应为“1”
P0口：
作输出口时，外须接上拉电阻，才能输出“1” P0~P3作为输入口使用时，必须先向其锁存器写入
2.4.3 特殊功能寄存器（SFR）
26个:80H~FFH, 有些SFR可以进行位寻址
这里简单介绍一些SFR 1．堆栈指针SP
①SP:8位, 指示栈顶
7FH 片内RAM
SP
XX
②向上生长型
PUSH后，(SP)+1SP POP后，(SP)-1SP
堆栈
AD0 控制 地址/数据
BUF2
D
Q
锁存器
C
Q
1 0
多路开关
读引脚
P0R2
BUF1
图1、P0口内部结构
Vcc
P00
说明： 1、当控制信号为0时，P0口做双 输向出I/锁O口存，器为漏极开路（三态） 2、两控个制输信入号缓为冲1时器，(BUPF01口和为BU地F2)址/ 推数拉据式复I/用O驱总线动器
2.2.3 I/O口引脚 P0：双向8位三态口，A7~A0/D7~D0，开漏输出，
作为输出口时，须外加上拉电阻，可驱动8个 TTL负载。
P1，P2,P3：
8位准双向口，片内有上拉电阻，作输入口 时，须先写入“1”，可驱动4个TTL负载。
P1：通用I/O
P2：I/O口/A15~A8
P3：I/O口/第二功能
多路开关
1) 功能：用于控制选通I/O方式
3、还P是0R地1为址读/数锁据存输器出信方号式， 2) 方执式行控“制AN：L由P内0,部#0控FH制”信时号
产该生信号有效
4、P0R2为读引脚信号，执行 “MOV A,P0”时该信号有效
6、读引脚（端口）时，输出 锁存器应为“1”
P0口：
作输出口时，外须接上拉电阻，才能输出“1” P0~P3作为输入口使用时，必须先向其锁存器写入
2.4.3 特殊功能寄存器（SFR）
26个:80H~FFH, 有些SFR可以进行位寻址
这里简单介绍一些SFR 1．堆栈指针SP
①SP:8位, 指示栈顶
7FH 片内RAM
SP
XX
②向上生长型
PUSH后，(SP)+1SP POP后，(SP)-1SP
堆栈
单片机的硬件结构及原理
三、单片机的应用
1．单片机应用的特点 软硬件结合、多学科交叉； 应用现场环境恶劣（电磁干扰、电源波动、 冲击振动、高低温湿度等）； 应用领域广泛且意义重大（硬件软化--微控 制技术）。
00H~07H
R0~R7
0
1
1组
08H~0FH
R0~R7
1
0
2组
10H~17H
R0~R7
0
1
3组
18H~1FH
R0~R7
单片机复位时，RS1=RS2=00，默认为第0组
2.3.2 控制器
1. 时钟电路
图 2.2 单片机时钟电路（a） 内部时钟电路； （b） 外部振荡源一般地，取C1=C2=30pF, 晶振为6MHz或12MHz
6. 数据指针寄存器DPTR 数据指针DPTR是一个 16 位的专用寄存器, 其高位字节寄存器用DPH表示,低位字节寄存器用DPL表示。既可作为一个 16 位寄存器DPTR来处理, 也可作为两个独立的 8 位寄存器DPH和DPL来处理。 DPTR 主要用来存放 16 位地址, 当对 64 KB外部数据存储器空间寻址时, 作为间址寄存器用。在访问程序存储器时, 用作基址寄存器。
(2) PSEN(29脚)：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。当从外部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，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。 (3) RST/VPD(9脚)：RST即为RESET，VPD为备用电源。该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，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，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10 ms以上才能保证有效复位。 当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD(+5 V)为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。
1．单片机应用的特点 软硬件结合、多学科交叉； 应用现场环境恶劣（电磁干扰、电源波动、 冲击振动、高低温湿度等）； 应用领域广泛且意义重大（硬件软化--微控 制技术）。
00H~07H
R0~R7
0
1
1组
08H~0FH
R0~R7
1
0
2组
10H~17H
R0~R7
0
1
3组
18H~1FH
R0~R7
单片机复位时，RS1=RS2=00，默认为第0组
2.3.2 控制器
1. 时钟电路
图 2.2 单片机时钟电路（a） 内部时钟电路； （b） 外部振荡源一般地，取C1=C2=30pF, 晶振为6MHz或12MHz
6. 数据指针寄存器DPTR 数据指针DPTR是一个 16 位的专用寄存器, 其高位字节寄存器用DPH表示,低位字节寄存器用DPL表示。既可作为一个 16 位寄存器DPTR来处理, 也可作为两个独立的 8 位寄存器DPH和DPL来处理。 DPTR 主要用来存放 16 位地址, 当对 64 KB外部数据存储器空间寻址时, 作为间址寄存器用。在访问程序存储器时, 用作基址寄存器。
(2) PSEN(29脚)：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。当从外部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，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。 (3) RST/VPD(9脚)：RST即为RESET，VPD为备用电源。该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，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，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10 ms以上才能保证有效复位。 当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD(+5 V)为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。
单片机的硬件结构
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第二章 单片机的硬件结构
2.2 外部引脚功能
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MCS－51系列单片机 采用40个引脚的双列 直插式塑料封装的芯 片。
共可分为四个部分：
1、电源2个
2、外接晶体振荡器2个
3、控制信号引脚4个
4、I/O引脚32个
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一、主电源引脚
• VDD：接＋5V电源
• VSS：接地端
其中乘（MUL）、除（DIV）运算是执行时 间最长的指令。
2）累加器ACC
累加器ACC是最常用的专用寄存器。进入 ALU作算术操作和逻辑操作的操作数很多来 自ACC，操作的结果也常送回ACC。
3）B寄存器
是ACC的辅助寄存器，在乘除时，ACC不够
用便使用B寄存器。
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2、控制器
控制器是CPU的大脑中枢，它以定时控制逻辑为中 心，按照人们预先给定的计算步骤，即预先编写好 的已经输入到计算机存储器中的程序发出一系列控 制信号，控制计算机各个部件的工作，如运算、存 储等。
高128B地址空间的RAM 称为特殊功能寄存器SFR。 但SFR18个寄存器只占用了21B供用户使用。其 他的107B系统保留。
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1)片内RAM（00～ 7FH）
工作寄存器区：（32B）
字节地址：00H～1FH
位寻址区：（16B） 字节地址：20H～2FH 位地址为：00H～7FH
它实际上是一个完整的1位微处理器，这个1位 机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。可 提供17条位操作指令，硬件有自己的“累加器” （进位位C）和自己的位寻址RAM和I/O空间，所 以是一个独立的位处理机。
单片机的结构及原理
单片机的结构及原理单片机（Microcontroller Unit，简称MCU）是一种小型、低成本且功能强大的微处理器。
它集成了中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入/输出端口（I/O）、时钟电路以及各种外设接口等组成部分，可广泛应用于各个领域，如家用电器、工业自动化、汽车电子等。
一、单片机的结构单片机的基本结构包括如下组成部分：1. 中央处理器（CPU）：负责处理各种指令和数据，是单片机的核心部件。
它通常由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元用于控制指令的执行，算术逻辑单元用于执行各种算术和逻辑运算。
2. 存储器（Memory）：包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于存储临时数据和程序运行时的变量，ROM用于存储固定的程序指令和常量数据。
3. 输入/输出端口（I/O）：用于与外部设备进行数据交互，包括输入口和输出口。
输入口用于接收来自外部设备的信号或数据，输出口则用于向外部设备输出信号或数据。
4. 时钟电路（Clock）：提供单片机运行所需的时钟信号，控制程序的执行速度和数据的处理。
5. 外设接口（Peripheral Interface）：用于连接各种外部设备，如显示器、键盘、传感器等。
通过外设接口，单片机可以与外部设备进行数据交换和控制操作。
二、单片机的工作原理单片机的工作原理如下：1. 程序存储：单片机内部ROM存储了一段程序代码，也称为固化程序。
当单片机上电或复位时，程序从ROM中开始执行。
2. 取指令：控制单元从ROM中读取指令，并将其送入指令寄存器。
3. 指令译码：指令寄存器将读取的指令传递给控制单元，控制单元根据指令的类型和操作码进行译码，确定指令需要执行的操作。
4. 指令执行：控制单元执行译码后的指令，包括算术逻辑运算、数据传输、输入输出等操作。
5. 中断处理：单片机可响应外部中断信号，当发生中断时，单片机会中止当前的程序执行，转而处理中断请求。
单片机的硬件结构和原理
仿真器
硬件仿真器
硬件仿真器是一种基于硬件的仿真工具，通过模拟单片机的各种硬件特性，可以实现单片机的仿真和调试。
软件仿真器
软件仿真器是一种基于软件的仿真工具，通过模拟单片机的软件运行环境，可以实现单片机的仿真和调试。
06 单片机发展趋势与展望
低功耗设计
节能环保需求
降低散热需求
随着全球能源危机和环保意识的提高， 低功耗设计成为电子设备发展的必然 趋势。
寻址方式
寻址方式是指令中用于指定操作数所在位置的方式，包括 直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等。不同的寻址方式会 影响单片机的执行效率和代码大小。
执行过程
取指 取指是指单片机从内存中取出指 令的过程。取指后，单片机将指 令解码并执行相应的操作。
回写 回写是指单片机的执行结果写回 到内存或寄存器中的过程。回写 过程中可能需要更新内存或寄存 器中的数据。
医疗设备
单片机可以用于实现各种医疗 设备的控制和数据采集，如监
护仪、医用分析仪等。
单片机的发展历程
01
02
03
初代单片机
早期的单片机采用8位处 理器，功能较为简单，主 要用于控制领域。
8051单片机
8051单片机是当前应用最 广泛的8位单片机之一， 具有简单易用、可靠性高 的特点。
ARM单片机
ARM单片机采用32位处 理器，具有高性能、低功 耗的特点，主要用于高端 应用领域。
集成开发环境（IDE）
Keil uVision
Keil uVision是一款流行的单片机集成开发环境，支持多种单片机 型号，提供代码编辑、编译、调试等功能。
IAR Embedded Workbench
IAR Embedded Workbench是一款专业的单片机开发工具，支持 多种单片机型号，提供丰富的库函数和中间件。
8051单片机硬件结构
8051单片机硬件结构
8051单片机是一款广泛应用于嵌入式系统设计中的微控制器。
它由英特尔公司于1980年推出，是目前应用最广泛的8位单片机之一、8051单片机的硬件结构包括中央处理器、存储器、输入/输出接口和定时器/计数器等模块。
1.中央处理器（CPU）：
8051单片机使用的是Harvard结构的CPU，包括一个8位的ALU（算术逻辑单元）、一个8位的累加器（Accumulator）和一个8位的程序计数器（PC）。
该CPU还包括4个通用寄存器（R0-R3）和1个存储器指针寄存器（DPTR）。
它还具有处理器状态字寄存器（PSW）和堆栈指针（SP），用于管理程序的执行状态和堆栈操作。
2.存储器：
3.输入/输出接口：
8051单片机提供了大量的输入/输出引脚，用于连接外部设备。
它支持多种输入/输出方式，包括双向I/O口、专用I/O口、串行口和中断端口等。
每个I/O口都可以配置为输入或输出，并且可以通过寄存器编程来控制。
4.定时器/计数器：
8051单片机内置了2个独立的定时器/计数器模块，用于生成精确的时间延迟和测量外部事件。
定时器模块可以配置为定时器或计数器，并具有可编程的预分频器和计数器。
它还可以通过中断机制触发中断请求，用于实现实时操作和时序控制。
5.中断控制器：
6.时钟源：
总之，8051单片机的硬件结构包括中央处理器、存储器、输入/输出接口、定时器/计数器、中断控制器和时钟源等模块。
这些硬件模块相互配合，实现了单片机的功能扩展和系统控制能力。
它广泛应用于各种嵌入式系统设计中，如家电控制、工业自动化、汽车电子等。
MCS-51单片机的硬件结构
XTAL1 19
VSS
20
8031 8051 8751
40 VCC 39 P0.0 38 P0.1 37 P0.2 36 P0.3 35 P0.4 34 P0.5 33 P0.6 32 P0.7 31 EA/Vpp 30 ALE/PROG 29 PSEN 28 P2.7
27 P2.6 26 P2.5 25 P2.4 24 P2.3
P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4
P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST/VPD 9
RXD/P3.0
10
TXD/P3.1
11
INT0/P3.2
12
INT1/P3.3
13
T0/P3.4
14
T1/P3.5
15
WR/P3.6
16
RD/P3.7
17
XTAL2 18
17
RD（外部数据存储器读脉
P3.7
冲）
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2.2 MCS-51单片机的引脚及片外总线结构
2.2.1 MCS-51单片机芯片引脚描述 2.2.2 MCS-51单片机的片外总线结构
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2.2.1 MCS-51单片机芯片引脚描述
图2-7为MCS-51单片机的引脚配置图。 1．主电源引脚VCC和VSS 2．外接晶振引脚XTAL1和XTAL2 3．控制或其他电源复用引脚RST/ VPD、ALE/、 和/VPP 4．输入/输出引脚P0、P1、P2、P3（共32根）
VCC
P2.7 PP22..56 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 PPP000...756
P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
ALE
单片机的硬件结构基本框架
单片机的硬件结构基本框架概述单片机是集成在一个芯片上的微型计算机系统，具有独立的处理器、内存、输入输出接口等，常用于各种嵌入式系统中。
单片机的硬件结构是实现其功能的基本框架，本文将介绍单片机的硬件结构基本框架。
基本组成单片机的硬件结构基本包括以下几个组成部分：1.中央处理器（CPU）：中央处理器是单片机的核心部分，负责执行指令和控制系统的各种操作。
CPU通常由运算器、控制器和寄存器组成。
2.存储器（Memory）：存储器用于存放程序代码和数据，其中程序代码存放在只读存储器（ROM）中，数据可以存放在随机存储器（RAM）、输入输出接口中的寄存器等地方。
3.输入输出接口（IO）：输入输出接口用于与外部设备进行数据交换，常见的接口有通用输入输出口（GPIO）、串口、并口、定时器等。
4.时钟（Clock）：时钟提供给CPU和其他模块进行同步操作，单片机的运行速度以时钟频率为单位。
5.复位电路（Reset Circuit）：复位电路用于在单片机上电或复位时将其状态恢复到初始状态，确保系统正常启动。
6.电源（Power）：电源提供给单片机所需的电压和电流，保证其正常工作。
具体说明中央处理器（CPU）中央处理器是单片机的核心，负责执行指令和控制系统的各种操作。
CPU通常由运算器、控制器和寄存器组成。
•运算器：运算器负责进行数据的加减乘除和逻辑运算等操作。
•控制器：控制器负责对指令进行解码执行，并控制系统的各种操作。
•寄存器：寄存器用于存放数据和指令，如程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、累加器（ACC）等。
存储器（Memory）存储器用于存放程序代码和数据，包括只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）等。
•只读存储器（ROM）：只读存储器用于存放程序代码，其中的内容在制造时就被固定下来，无法被修改。
•随机存储器（RAM）：随机存储器用于存放数据，可以读写操作。
RAM中的数据会在断电时丢失，因此需要外部电源供电来保持其中的数据。
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19
运算部件：PSW
• 工作寄存器的选择：
RS1 RS0
软件写入 0 0 1 1
0 区0（选择内部RAM寄存器地址00H～07H） 1 区1（选择内部RAM寄存器地址08H~0FH） 0 区2（选择内部RAM寄存器地址10H～17H） 1 区3（选择内部RAM寄存器地址18H～1FH）
20
控制部件
• 电源引脚： Vcc（40）+5V、 Vss（20）GND
• 时钟引脚： XTAL1、XTAL2. 采用片内振荡器时，这两个引脚接
晶振；采用外部振荡器时， XTAL1ห้องสมุดไป่ตู้地， XTAL2接外部振荡器的输出端。
12
2 控制引脚
• RST／VPD（9脚）：当振荡器启振后， 在此引脚加上两个机器周期以上的高电 平将使单片机复位。在单片机正常工作 时，此脚应为<0.5V低电平。 另外，此引脚可接上备用电源，系统掉 电时向内部RAM供电，使其保持数据。
• 时序图
每2个振荡周期作为1个状态周期，每个状态周期分 为2个时相P1、P2，每6个状态周期作为1个机器周期。
21
51的存储器结构
• 程序存储器 • 内部数据存储器 • 特殊功能寄存器（SFR） • 位地址空间 • 外部数据存储器
8．微处理器（CPU）：为8位的CPU，且 内含一个1位的位处理器，不仅可处理字 节数据，还可以进行位变量的处理。
6
51片内结构
7
资源的特点
MCS-51单片机的硬件结构具有功能 部件种类全，功能强等特点。
特别指出：MCS-51 除具有8位数据 处理运算能力外，还具有1位处理功能， 这使得51在逻辑电路仿真、过程控制方 面是非常有效。
16
51的中央处理器（CPU）
• 运算部件：运算部件包括算术逻辑部件ALU、 位处理器、累加器A、寄存器B、暂存器以及 程序状态字PSW寄存器等。该模块的功能是实 现数据的算术、逻辑运算、位变量处理和数据 传送等操作。
• 控制部件：控制部件是单片机的神经中枢，以 主振频率为基准（每个主振周期称为振荡周 期），控制器控制CPU的时序，对指令进行译 码，然后发出各种控制信号，它将各个硬件环 节组织在一起。
14
• PSEN（29脚）：是访问外部程序存储器的读 选通信号。
• EA（31脚）：当EA端保持高电平时，51先访 问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值 超过0FFFH时（对于8051、8751来说），将自 动转向执行外部程序存储器内的程序。 当EA保持低电平时，不管是否有内部程序存储 器，只访问外部程序存储器。
同时具有串行通讯、定时器/计数器、中断系 统及特殊功能寄存器（SFR）。
3
资源的简单说明
1 ．数据存储器（RAM）：51片内为128个字 节，52为256字节。片外最多可外扩至64k。
2．程序存储器（ROM/EPROM）： 8031不含； 8051为4k ROM，但用户不可改写。 8751则为4k EPROM。 片外最多可外扩至64k
4
资源的简单说明
3．中断系统：具有5个中断源，分为2个中 断优先级。
4．定时器/计数器：2个16位定时器/计数器， 具有四种工作方式。
5．串行口：1个全双工的串行口，具有四种 工作方式。
6．P0~P3口：为4个并行8位I/O口。
5
资源的简单说明
7．特殊功能寄存器（SFR）：共有21个， 用于对片内各功能模块进行管理、控制、 监视。实际上是一些控制寄存器和状态 寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。
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51的外观及引脚
9
引脚的分类
（1）电源及时钟引脚：Vcc、Vss、XTAL1、 XTAL2.
（2）控制引脚：PSEN、ALE、EA、RESET （3）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3。
MCS-51属于三总线结构：数据总线（DB） 地址总线（AB）、控制总线（CB）。
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引脚功能分类
11
1 电源及时钟引脚
什么是机器周期？
13
• ALE／PROG（30脚）：当访问单片机外 部存储器时，ALE（地址锁存允许）输 出脉冲的下降沿用于16位地址的低8位的 锁存信号。
即使不访问外部锁存器，ALE端仍有正脉 冲信号输出，此频率约为时钟振荡器频率的 1／6。但在执行某些指令时会不发出ALE信号， 因而用户不能用做时钟源或定时。
17
运算部件:ALU、A、B
• ALU：功能强大，它不仅可对8位变量进行逻 辑“与、或、异或”、循环、求补和清零等基 本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本运 算，ALU还具有位处理操作，如置位、清零、 求补、测试。转移及逻辑“与、或”等操作。
• 累加器A：ALU中的主要寄存器，大部分指令 都用到它。
• 寄存器B：是为执行乘法和除法操作设置的， 在不执行乘、除法操作的一般情况下可把它当 作一个普通寄存器使用。
18
程序状态寄存器：PSW
• PSW.1是保留位，未用。 • Cy（PSW.7）进位标志位，在执行算术和逻辑指令时，可
以被硬件或软件置位或清除，在位处理器中，它是位累加 器。 • Ac（PSW.6）辅助进位标志位。 • F0（PSW.5）标志位，它是由用户使用的一个状态标志位。 • RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：寄存器区选择控制位 • OV（PSW.2）：溢出标志位。 • P（PSW.0）奇偶标志位。每个指令周期都由硬件来置位 或清除，以表示累加器A中值为1的位数的奇偶数。
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3 I/O口引脚
• P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址 总线（低8位）及数据总线分时复用口可 带8个LSTTL负载。
• P1口：8位准双向I/O口，可带4个LSTTL 负载。
• P2口：8位准双向I/O口，与地址总线 （高8位）复用，可带4个LSTTL负载。
• P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口。
51单片机的硬件结构
1
MCS-51 单 片 机 的 硬 件 结 构
本讲课程主要内容
（1）51的资源 （2）51的外观及引脚简介 （3）51的CPU （4）51的存储器结构 （5）51的I/O端口 （6）复位电路 （7）时钟电路
2
51的资源
包括：微处理器 （8位CPU） 数据存储器（RAM） 程序存储器（ROM/EPROM） I／O口 （P0口、Pl口、P2口、P3口）
运算部件：PSW
• 工作寄存器的选择：
RS1 RS0
软件写入 0 0 1 1
0 区0（选择内部RAM寄存器地址00H～07H） 1 区1（选择内部RAM寄存器地址08H~0FH） 0 区2（选择内部RAM寄存器地址10H～17H） 1 区3（选择内部RAM寄存器地址18H～1FH）
20
控制部件
• 电源引脚： Vcc（40）+5V、 Vss（20）GND
• 时钟引脚： XTAL1、XTAL2. 采用片内振荡器时，这两个引脚接
晶振；采用外部振荡器时， XTAL1ห้องสมุดไป่ตู้地， XTAL2接外部振荡器的输出端。
12
2 控制引脚
• RST／VPD（9脚）：当振荡器启振后， 在此引脚加上两个机器周期以上的高电 平将使单片机复位。在单片机正常工作 时，此脚应为<0.5V低电平。 另外，此引脚可接上备用电源，系统掉 电时向内部RAM供电，使其保持数据。
• 时序图
每2个振荡周期作为1个状态周期，每个状态周期分 为2个时相P1、P2，每6个状态周期作为1个机器周期。
21
51的存储器结构
• 程序存储器 • 内部数据存储器 • 特殊功能寄存器（SFR） • 位地址空间 • 外部数据存储器
8．微处理器（CPU）：为8位的CPU，且 内含一个1位的位处理器，不仅可处理字 节数据，还可以进行位变量的处理。
6
51片内结构
7
资源的特点
MCS-51单片机的硬件结构具有功能 部件种类全，功能强等特点。
特别指出：MCS-51 除具有8位数据 处理运算能力外，还具有1位处理功能， 这使得51在逻辑电路仿真、过程控制方 面是非常有效。
16
51的中央处理器（CPU）
• 运算部件：运算部件包括算术逻辑部件ALU、 位处理器、累加器A、寄存器B、暂存器以及 程序状态字PSW寄存器等。该模块的功能是实 现数据的算术、逻辑运算、位变量处理和数据 传送等操作。
• 控制部件：控制部件是单片机的神经中枢，以 主振频率为基准（每个主振周期称为振荡周 期），控制器控制CPU的时序，对指令进行译 码，然后发出各种控制信号，它将各个硬件环 节组织在一起。
14
• PSEN（29脚）：是访问外部程序存储器的读 选通信号。
• EA（31脚）：当EA端保持高电平时，51先访 问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值 超过0FFFH时（对于8051、8751来说），将自 动转向执行外部程序存储器内的程序。 当EA保持低电平时，不管是否有内部程序存储 器，只访问外部程序存储器。
同时具有串行通讯、定时器/计数器、中断系 统及特殊功能寄存器（SFR）。
3
资源的简单说明
1 ．数据存储器（RAM）：51片内为128个字 节，52为256字节。片外最多可外扩至64k。
2．程序存储器（ROM/EPROM）： 8031不含； 8051为4k ROM，但用户不可改写。 8751则为4k EPROM。 片外最多可外扩至64k
4
资源的简单说明
3．中断系统：具有5个中断源，分为2个中 断优先级。
4．定时器/计数器：2个16位定时器/计数器， 具有四种工作方式。
5．串行口：1个全双工的串行口，具有四种 工作方式。
6．P0~P3口：为4个并行8位I/O口。
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资源的简单说明
7．特殊功能寄存器（SFR）：共有21个， 用于对片内各功能模块进行管理、控制、 监视。实际上是一些控制寄存器和状态 寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。
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51的外观及引脚
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引脚的分类
（1）电源及时钟引脚：Vcc、Vss、XTAL1、 XTAL2.
（2）控制引脚：PSEN、ALE、EA、RESET （3）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3。
MCS-51属于三总线结构：数据总线（DB） 地址总线（AB）、控制总线（CB）。
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引脚功能分类
11
1 电源及时钟引脚
什么是机器周期？
13
• ALE／PROG（30脚）：当访问单片机外 部存储器时，ALE（地址锁存允许）输 出脉冲的下降沿用于16位地址的低8位的 锁存信号。
即使不访问外部锁存器，ALE端仍有正脉 冲信号输出，此频率约为时钟振荡器频率的 1／6。但在执行某些指令时会不发出ALE信号， 因而用户不能用做时钟源或定时。
17
运算部件:ALU、A、B
• ALU：功能强大，它不仅可对8位变量进行逻 辑“与、或、异或”、循环、求补和清零等基 本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本运 算，ALU还具有位处理操作，如置位、清零、 求补、测试。转移及逻辑“与、或”等操作。
• 累加器A：ALU中的主要寄存器，大部分指令 都用到它。
• 寄存器B：是为执行乘法和除法操作设置的， 在不执行乘、除法操作的一般情况下可把它当 作一个普通寄存器使用。
18
程序状态寄存器：PSW
• PSW.1是保留位，未用。 • Cy（PSW.7）进位标志位，在执行算术和逻辑指令时，可
以被硬件或软件置位或清除，在位处理器中，它是位累加 器。 • Ac（PSW.6）辅助进位标志位。 • F0（PSW.5）标志位，它是由用户使用的一个状态标志位。 • RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：寄存器区选择控制位 • OV（PSW.2）：溢出标志位。 • P（PSW.0）奇偶标志位。每个指令周期都由硬件来置位 或清除，以表示累加器A中值为1的位数的奇偶数。
15
3 I/O口引脚
• P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址 总线（低8位）及数据总线分时复用口可 带8个LSTTL负载。
• P1口：8位准双向I/O口，可带4个LSTTL 负载。
• P2口：8位准双向I/O口，与地址总线 （高8位）复用，可带4个LSTTL负载。
• P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口。
51单片机的硬件结构
1
MCS-51 单 片 机 的 硬 件 结 构
本讲课程主要内容
（1）51的资源 （2）51的外观及引脚简介 （3）51的CPU （4）51的存储器结构 （5）51的I/O端口 （6）复位电路 （7）时钟电路
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51的资源
包括：微处理器 （8位CPU） 数据存储器（RAM） 程序存储器（ROM/EPROM） I／O口 （P0口、Pl口、P2口、P3口）