[CH02]MCS-51单片机的硬件结构及工作原理精品PPT课件
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MCS-51系列单片机的结构与原理.ppt
8031（无ROM）
5个中断源
51子系列 8051 （掩模ROM，RAM128B，4KBROM） 2个定时器
8751 （EPROM ，RAM128B，8KBROM ）
MCS-51单片机
8032（无ROM）
6个中断源
52子系列 8052 （掩模ROM，RAM256B，2KBROM） 3个定时器
8752 （EPROM ，RAM256B，2KBROM ）
位处理器（布尔处理器）
CPU的功能: 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
1. 运算器
（1）运算器的组成
算数逻辑单元ALU 累加器A 寄存器B 暂存器(TEMP) 程序状态寄存器PSW
（2）功能：是进行算术运算和逻辑运算,也可以对单 字节、半字节（4位）等数据进行操作。
控制引脚
ALE/P R O G (30脚)
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。
控制引脚
/PSEN（29脚）
程序存储器输出使能输出端。它是外部程 序存储器的读选通信号，低电平有效。
E A /Vpp（31脚） 片内程序存储器屏蔽控制端 （1），低电平有效。
特殊功能寄存器区(80H-FFH) 直接寻址
通用区(80H-FFH)：
间接寻址
仅52子系 列有
位寻址区位地址分配表
2.片外数据存储器
片外数据存储器可寻址空间是指MCS-51单片机对片外扩 展数据存储器的最大寻址能力。51单片机是64KB。
定时器/计数
器等。不能
程序存储器ROM,4KB/8KB(8051/52)
MCS-51系列单片机硬件结构.ppt
这些部件通过内部总线连接起来，基本结构仍然是通用 CPU加上外围芯片的结构模式，但功能单元上的控制与 先前相比有重大变化，采用了特殊功能寄存器(SFR) 进 行集中控制的方法。
1.中央处理器
单片微机中的中央处理器（CPU）是单片微机的核心， 主要完成运算和控制功能，又增设了“面向控制”的处 理功能，增强了实时性。
一些条件转移指令就是根据PSW中的相关标志位 的 状 态 ， 来实现程序的条件转移。它是一个程序可访问的寄存器， 而且可以按位访问。
运算器主要包括算术逻辑运算单元ALU、累加器ACC （A）、暂存寄存器、B寄存器、程序状态标志寄存器PSW以及 BCD码运算修正电路等。
ALU有两个输出: ⑴ 数据经过运算后，其结果又通过内部总线
送回到累加器中；
⑵ 数据运算后产生的标志位输出至程序状态 字 PSW。
2. 累加器A
累加器A是CPU中使用最频繁的一个八位专用 寄存器，简称ACC或A寄存器。主要功能：累加器A 存放操作数，是ALU单元的输入之一，也是ALU运 算结果的暂存单元。
对于80C52，P1.0——T2，是定时器2的计数输入端； P1.1——T2EX，是定时器2的外部输入端。
读两个特殊引脚的输出锁存器时应由程序置1。
·P2——8位、准双向I/O口。 当使用片外存储器（ROM及RAM）时，输出高8位
地址。
在编程/校验期间，接收高位字节地址。 P2口可以驱动4个LSTTL负载。 ·P3——8位、准双向I/O口，具有内部上拉电路。 P3提供各种替代功能。在提供这些功能时，其输出锁 存器应由程序置 1。P3口可以输入/输出4个LSTTL负载。 ·串行口： P3．0——RXD 串行输入口。 P3．1——TXD 串行输出口。
第二章MCS51单片机的硬件结构.ppt
第二章 MCS-51单片机的硬件结构
内容提要
§2.1 单片机内部结构 §2.2 芯片引脚 §2.3 中央处理器 §2.4 存储器结构 §2.5 并行I/O端口 §2.6 时钟电路 §2.7 复位电路
学习目的和要求
• 熟悉Intel MCS-51系列单片机内部结构及工作原理 • 掌握MCS-51的存储器配置及特点 • 熟悉掌握21个特殊功能寄存器(SFR)的功能 • 了解并行I/O端口内部结构 • 掌握各个引脚的功能 • 了解CPU的时序及单片机的工作过程 • 熟悉单片机的复位电路及复位功能 • 熟悉掌握堆栈的概念
§2.2 芯片引脚
PSEN（29脚）：外部程序存储器的读选通信号 每个机器周期两次有效。 可以驱动8个LS型TTL负载。
说明：一个信号引脚有两种功能， 但两种信号功能是在不同工作方式下的信号， 因此不会发生使用上的冲突。
§2.2 芯片引脚
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，可驱动8个LS型TTL负载。
复位后，SP中的内容为07H。 堆栈向上生长
§2.4 存储器结构
2)数据指针DPTR
高位字节寄存器用DPH表示，低位字节寄存器用DPL表示。
3) I/O端口P0 ～ P3
P0～P3分别为I/O端口P0～P3的锁存器。
4) 寄存器B
为执行乘法和除法操作设置的。 在不执行乘、除的情况下，可当作一个普通寄存器来使 用。
P3 .1
P0.4
P3.2
P0.3
P3.3
P0.2
P3.4
P0.1
P3.5
P0.0
控
P3.6
ALE
制
P3.7
内容提要
§2.1 单片机内部结构 §2.2 芯片引脚 §2.3 中央处理器 §2.4 存储器结构 §2.5 并行I/O端口 §2.6 时钟电路 §2.7 复位电路
学习目的和要求
• 熟悉Intel MCS-51系列单片机内部结构及工作原理 • 掌握MCS-51的存储器配置及特点 • 熟悉掌握21个特殊功能寄存器(SFR)的功能 • 了解并行I/O端口内部结构 • 掌握各个引脚的功能 • 了解CPU的时序及单片机的工作过程 • 熟悉单片机的复位电路及复位功能 • 熟悉掌握堆栈的概念
§2.2 芯片引脚
PSEN（29脚）：外部程序存储器的读选通信号 每个机器周期两次有效。 可以驱动8个LS型TTL负载。
说明：一个信号引脚有两种功能， 但两种信号功能是在不同工作方式下的信号， 因此不会发生使用上的冲突。
§2.2 芯片引脚
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，可驱动8个LS型TTL负载。
复位后，SP中的内容为07H。 堆栈向上生长
§2.4 存储器结构
2)数据指针DPTR
高位字节寄存器用DPH表示，低位字节寄存器用DPL表示。
3) I/O端口P0 ～ P3
P0～P3分别为I/O端口P0～P3的锁存器。
4) 寄存器B
为执行乘法和除法操作设置的。 在不执行乘、除的情况下，可当作一个普通寄存器来使 用。
P3 .1
P0.4
P3.2
P0.3
P3.3
P0.2
P3.4
P0.1
P3.5
P0.0
控
P3.6
ALE
制
P3.7
[CH02]MCS-51单片机的硬件结构及工作原理205页PPT
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23.05.2020
7
单片机原理与接口技术教程
单片机的基本组成
(8) 中断控制系统
51单片机内部有5个中断源； 这些中断源可分为2个中断优先级；
(9) 时钟电路
51单片机内部振荡电路配合外部晶振或外部输入 的时钟信号，可产生时钟脉冲序列，控制CPU内 部逻辑电路运行。
23.05.2020
8
单片机原理与接口技术教程
P1.5 7 P1.6 8 P1.7 9 RST 10 (RxD)P3.0 11 NC 12 (TxD)P3.1 13 (INT0)P3.2 14 (INT1)P3.3 15 (T0)P3.4 16 (T1)P3.5 17
单片机原理与接口技术教程 部分单片机实物
23.05.2020
1
单片机原理与接口技术教程
单片机内部结构框图
P0.0~P0.7
P2.0~P2.7
VCC GND
PSEN ALE EA
RESET
RAM地址 寄存器
128/256B RAM
P0驱动器 P0锁存器
B寄存器
暂存器1
暂存器2
ALU
时
指
指
序
令
令
及
译
寄
40 VCC 39 P0.0(AD0) 38 P0.1(AD1) 37 P0.2(AD2) 36 P0.3(AD3) 35 P0.4(AD4) 34 P0.5(AD5) 33 P0.6(AD6) 32 P0.7(AD7) 31 EA/VPP 30 ALE/PROG 29 PSEN 28 P2.7(A15) 27 P2.6(A14) 26 P2.5(A13) 25 P2.4(A12) 24 P2.3(A11) 23 P2.2(A10) 22 P2.1(A9) 21 P2.0(A8)
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单片机主要有DIP、PLCC和TQFP三种封装形式
6 P1.4 5 P1.3 4 P1.2 3 P1.1 2 P1.0 1 NC 44 VCC 43 P0.0(AD0) 42 P0.1(AD1) 41 P0.2(AD2) 40 P0.3(AD3)
44 P1.4 43 P1.3 42 P1.2 41 P1.1 40 P1.0 39 NC 38 VCC 37 P0.0(AD0) 36 P0.1(AD1) 35 P0.2(AD2) 34 P0.3(AD3)
➢PC（程序计数器） ➢PC+1计数器 ➢指令寄存器 ➢指令译码器 ➢时序及控制电路
*
5
单片机原理与接口技术教程
单片机的基本组成
(3) 内部数据存储器
内部128字节的RAM(针对MCS-51单片机)； 内部256字节的RAM(针对MCS-52单片机)；
(4) 内部程序存储器
早期版本的MCS-51无内部程序存储器； 扩展型MCS-51片内包含容量不等(1K~64K)的程
单片机的基本组成
(8) 中断控制系统
51单片机内部有5个中断源； 这些中断源可分为2个中断优先级；
(9) 时钟电路
51单片机内部振荡电路配合外部晶振或外部输入 的时钟信号，可产生时钟脉冲序列，控制CPU内 部逻辑电路运行。
*
9
单片机原理与接口技术教程
单片机的基本组成
除了8位CPU外，MCS-51内部还具备一个很强的 位处理器，它实际上是一个完整的1位字长的计算 机；
GND 16 NC 17
(A8)P2.0 18 (A9)P2.1 19 (A10)P2.2 20 (A11)P2.3 21 (A12)P2.4 22
PQFP/TQFP封装
33 P0.4(AD4) 32 P0.5(AD5) 31 P0.6(AD6) 30 P0.7(AD7) 29 EA/VPP 28 NC 27 ALE/PROG 26 PSEN 25 P2.7(A15) 24 P2.6(A14) 23 P2.5(A13)
DIP封装
P1.5 1 P1.6 2 P1.7 3 RST 4 (RxD)P3.0 5 NC 6 (TxD)P3.1 7 (INT0)P3.2 8 (INT1)P3.3 9 (T0)P3.4 10 (T1)P3.5 11
(WR)P3.6 12 (RD)P3.7 13
XTAL2 14 XTAL1 15
P1.5 7 P1.6 8 P1.7 9 RST 10 (RxD)P3.0 11 NC 12 (TxD)P3.1 13 (INT0)P3.2 14 (INT1)P3.3 15 (T0)P3.4 16 (T1)P3.5 17
(WR)P3.6 18 (RD)P3.7 19
XTAL2 20 XTAL1 21
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 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 XTAL1 19 GND 20
GND 22 NC 23
B寄存器
暂存器1
暂存器2
ALU
时
指
指序令ຫໍສະໝຸດ 令及译寄
控
码
存
制
器
器
PSW P1锁存器
P2驱动器
P2锁存器
ROM EPROM
Flash
ACC
SP
程序地址 寄存器
缓冲器
中断、串行口及 定时器模块
PC+1 PC
DPTR
P3锁存器
OSC
P1驱动器
P3驱动器
XTAL1
XTAL2
P1.0~P1.7
P3.0~P3.7
*
40 VCC 39 P0.0(AD0) 38 P0.1(AD1) 37 P0.2(AD2) 36 P0.3(AD3) 35 P0.4(AD4) 34 P0.5(AD5) 33 P0.6(AD6) 32 P0.7(AD7) 31 EA/VPP 30 ALE/PROG 29 PSEN 28 P2.7(A15) 27 P2.6(A14) 26 P2.5(A13) 25 P2.4(A12) 24 P2.3(A11) 23 P2.2(A10) 22 P2.1(A9) 21 P2.0(A8)
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单片机原理与接口技术教程
单片机的基本组成
(1) 运算器
用于实现算术和逻辑运算，包括：
➢ALU（算术和逻辑单元） ➢ACC（累加器） ➢PSW（程序状态字） ➢寄存器B ➢暂存器1 ➢暂存器2
*
4
单片机原理与接口技术教程
单片机的基本组成
(2) 控制器
用于控制单片机程序运行和协调各部件正常工作 的“指挥中心”，包括:
序存储器； 内部程序存储器种类包括ROM、EPROM、Flash
等。
*
6
单片机原理与接口技术教程
单片机的基本组成
(5) 并行I/O端口
MCS-51单片机有四个8位并行I/O端口P0~P3； 这些端口既可按字节操作也可按位操作； P0口可复用为数据总线和低8位地址总线； P2口可作为地址总线的高8位； P3口为多功能口，可作为串行口、中断输入及计
数器的外部输入/输出。
*
7
单片机原理与接口技术教程
单片机的基本组成
(6) 定时器/计数器
51单片机内部有2个16位定时器/计数器T0和T1； 52单片机内部增加了一个16为定时器/计数器T2；
(7) 串行通信接口
51单片机内部有1个全双工的UART(通用串行收发 器)，可设置为多种工作模式；
*
8
单片机原理与接口技术教程
该位处理器包含完整的1位CPU，位RAM、位寻 址寄存器、I/O端口控制和指令集；
从严格的意义上说，51是由8位CPU和1位CPU构 成的双CPU单片机。
*
10
第二章 MCS-51单片机的 硬件结构及工作原理
2.2 单片机的封装及 引脚功能说明
*
11
单片机原理与接口技术教程
2.2.1 单片机的封装
第二章 MCS-51单片机的 硬件结构及工作原理
2.1 单片机的内部结构
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单片机原理与接口技术教程 部分单片机实物
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单片机原理与接口技术教程
单片机内部结构框图
P0.0~P0.7
P2.0~P2.7
VCC GND
PSEN ALE EA
RESET
RAM地址 寄存器
128/256B RAM
P0驱动器 P0锁存器
6 P1.4 5 P1.3 4 P1.2 3 P1.1 2 P1.0 1 NC 44 VCC 43 P0.0(AD0) 42 P0.1(AD1) 41 P0.2(AD2) 40 P0.3(AD3)
44 P1.4 43 P1.3 42 P1.2 41 P1.1 40 P1.0 39 NC 38 VCC 37 P0.0(AD0) 36 P0.1(AD1) 35 P0.2(AD2) 34 P0.3(AD3)
➢PC（程序计数器） ➢PC+1计数器 ➢指令寄存器 ➢指令译码器 ➢时序及控制电路
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单片机原理与接口技术教程
单片机的基本组成
(3) 内部数据存储器
内部128字节的RAM(针对MCS-51单片机)； 内部256字节的RAM(针对MCS-52单片机)；
(4) 内部程序存储器
早期版本的MCS-51无内部程序存储器； 扩展型MCS-51片内包含容量不等(1K~64K)的程
单片机的基本组成
(8) 中断控制系统
51单片机内部有5个中断源； 这些中断源可分为2个中断优先级；
(9) 时钟电路
51单片机内部振荡电路配合外部晶振或外部输入 的时钟信号，可产生时钟脉冲序列，控制CPU内 部逻辑电路运行。
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单片机原理与接口技术教程
单片机的基本组成
除了8位CPU外，MCS-51内部还具备一个很强的 位处理器，它实际上是一个完整的1位字长的计算 机；
GND 16 NC 17
(A8)P2.0 18 (A9)P2.1 19 (A10)P2.2 20 (A11)P2.3 21 (A12)P2.4 22
PQFP/TQFP封装
33 P0.4(AD4) 32 P0.5(AD5) 31 P0.6(AD6) 30 P0.7(AD7) 29 EA/VPP 28 NC 27 ALE/PROG 26 PSEN 25 P2.7(A15) 24 P2.6(A14) 23 P2.5(A13)
DIP封装
P1.5 1 P1.6 2 P1.7 3 RST 4 (RxD)P3.0 5 NC 6 (TxD)P3.1 7 (INT0)P3.2 8 (INT1)P3.3 9 (T0)P3.4 10 (T1)P3.5 11
(WR)P3.6 12 (RD)P3.7 13
XTAL2 14 XTAL1 15
P1.5 7 P1.6 8 P1.7 9 RST 10 (RxD)P3.0 11 NC 12 (TxD)P3.1 13 (INT0)P3.2 14 (INT1)P3.3 15 (T0)P3.4 16 (T1)P3.5 17
(WR)P3.6 18 (RD)P3.7 19
XTAL2 20 XTAL1 21
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 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 XTAL1 19 GND 20
GND 22 NC 23
B寄存器
暂存器1
暂存器2
ALU
时
指
指序令ຫໍສະໝຸດ 令及译寄
控
码
存
制
器
器
PSW P1锁存器
P2驱动器
P2锁存器
ROM EPROM
Flash
ACC
SP
程序地址 寄存器
缓冲器
中断、串行口及 定时器模块
PC+1 PC
DPTR
P3锁存器
OSC
P1驱动器
P3驱动器
XTAL1
XTAL2
P1.0~P1.7
P3.0~P3.7
*
40 VCC 39 P0.0(AD0) 38 P0.1(AD1) 37 P0.2(AD2) 36 P0.3(AD3) 35 P0.4(AD4) 34 P0.5(AD5) 33 P0.6(AD6) 32 P0.7(AD7) 31 EA/VPP 30 ALE/PROG 29 PSEN 28 P2.7(A15) 27 P2.6(A14) 26 P2.5(A13) 25 P2.4(A12) 24 P2.3(A11) 23 P2.2(A10) 22 P2.1(A9) 21 P2.0(A8)
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单片机原理与接口技术教程
单片机的基本组成
(1) 运算器
用于实现算术和逻辑运算，包括：
➢ALU（算术和逻辑单元） ➢ACC（累加器） ➢PSW（程序状态字） ➢寄存器B ➢暂存器1 ➢暂存器2
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单片机原理与接口技术教程
单片机的基本组成
(2) 控制器
用于控制单片机程序运行和协调各部件正常工作 的“指挥中心”，包括:
序存储器； 内部程序存储器种类包括ROM、EPROM、Flash
等。
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单片机原理与接口技术教程
单片机的基本组成
(5) 并行I/O端口
MCS-51单片机有四个8位并行I/O端口P0~P3； 这些端口既可按字节操作也可按位操作； P0口可复用为数据总线和低8位地址总线； P2口可作为地址总线的高8位； P3口为多功能口，可作为串行口、中断输入及计
数器的外部输入/输出。
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单片机原理与接口技术教程
单片机的基本组成
(6) 定时器/计数器
51单片机内部有2个16位定时器/计数器T0和T1； 52单片机内部增加了一个16为定时器/计数器T2；
(7) 串行通信接口
51单片机内部有1个全双工的UART(通用串行收发 器)，可设置为多种工作模式；
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单片机原理与接口技术教程
该位处理器包含完整的1位CPU，位RAM、位寻 址寄存器、I/O端口控制和指令集；
从严格的意义上说，51是由8位CPU和1位CPU构 成的双CPU单片机。
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第二章 MCS-51单片机的 硬件结构及工作原理
2.2 单片机的封装及 引脚功能说明
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单片机原理与接口技术教程
2.2.1 单片机的封装
第二章 MCS-51单片机的 硬件结构及工作原理
2.1 单片机的内部结构
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单片机原理与接口技术教程 部分单片机实物
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单片机原理与接口技术教程
单片机内部结构框图
P0.0~P0.7
P2.0~P2.7
VCC GND
PSEN ALE EA
RESET
RAM地址 寄存器
128/256B RAM
P0驱动器 P0锁存器