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1、一、单片机的基本组成一、单片机的基本组成二、单片机的引脚功能二、单片机的引脚功能三、单片机的工作方式三、单片机的工作方式四、单片机的时钟时序四、单片机的时钟时序内容提要内容提要: :一、一、8051单片机的基本组成单片机的基本组成中央处理器中央处理器CPU：8位，运算和控制功能位，运算和控制功能内部内部RAM：共共256个个RAM单元，用户使用前单元，用户使用前128个单元，用于存个单元，用于存放可读写数据，后放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。个单元被专用寄存器占用。内部内部ROM：4KB掩膜掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。，用于存放程序、原始数据和表格。定时定时/计数器
2、：计数器：两个两个16位的定时位的定时/计数器，实现定时或计数功能。计数器，实现定时或计数功能。并行并行I/O口：口：4个个8位的位的I/O口口P0、P1、P2、P3。串行口：串行口：一个全双工串行口。一个全双工串行口。中断控制系统：中断控制系统：5个中断源（外中断个中断源（外中断2个，定时个，定时/计数中断计数中断2 个，个，串行中断串行中断1个）个）时钟电路：时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和和12MHZ 组成组成：运算器、控制器运算器、控制器。80518051的的CPUCPU包含以下功能部件包含以下功能部件： （1 1）8 8位位CPUC
3、PU。（2 2）布尔代数处理器，具有位寻址能力。）布尔代数处理器，具有位寻址能力。（3 3）128B128B内部内部RAMRAM数据存储器，数据存储器，2121个专用寄存器。个专用寄存器。（4 4）4KB4KB内部掩膜内部掩膜ROMROM程序存储器。程序存储器。（5 5）2 2个个1616位可编程定时器位可编程定时器/ /计数器。计数器。（6 6）3232个（个（4 48 8位）双向可独立寻址的位）双向可独立寻址的I/OI/O口。口。（7 7）1 1个全双工个全双工UARTUART（异步串行通信口）。（异步串行通信口）。（8 8）5 5个中断源、两级中断优先级的中断控制器。个中断源、两级中断优
4、先级的中断控制器。（9 9）时钟电路，外接晶振和电容可产生）时钟电路，外接晶振和电容可产生1.2MHz1.2MHz12 MHz12 MHz的时钟频率。的时钟频率。（1010）外部程序）外部程序/ /数据存储器寻址空间均为数据存储器寻址空间均为64KB64KB。（1111）111111条指令，大部分为单字节指令。条指令，大部分为单字节指令。（1212）单一）单一+5V+5V电源供电，双列直插电源供电，双列直插4040引脚引脚DIPDIP封装。封装。 1. 1. 中央处理器（中央处理器（CPUCPU）（1 1）运算器）运算器组成：组成：8位算术逻辑运算单元位算术逻辑运算单元ALU（Arithmet
5、ic Logic Unit）、）、8位累加器位累加器A（Accumulator）、）、8位寄存器位寄存器B、程序状态字、程序状态字寄存器寄存器PSW（Program Status Word）、）、8位暂存寄存器位暂存寄存器TMP1和和TMP2等。等。功能：功能：完成算术运算和逻辑运算。完成算术运算和逻辑运算。（2 2）控制器）控制器组成：组成：程序计数器程序计数器PC（Program Counter）、指令寄存器）、指令寄存器IR（Instruction Register）、指令译码器）、指令译码器ID（Instruction Decoder）、堆栈指针）、堆栈指针SP、数据指针、数据指针DP
6、TR、定时控制逻辑、定时控制逻辑和振荡器和振荡器OSC等电路。等电路。功能：功能：CPU根据根据PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出，存放在中取出，存放在IR中，中，ID对对IR中的指令码进行译码，定时中的指令码进行译码，定时控制逻辑在控制逻辑在OSC配合下对配合下对ID译码后的信号进行分时，以产译码后的信号进行分时，以产生执行本条指令所需的全部信号。生执行本条指令所需的全部信号。 2. 2. 存储器存储器 MCS-51的存储器可分为程序存储器和数据存储器的存储器可分为程序存储器和数据存储器,又有片内和片外又有片内和片外之分。之分。（1 1）程序存
7、储器）程序存储器 一般将只读存储器（一般将只读存储器（ROM）用做程序存储器。可寻址空间为）用做程序存储器。可寻址空间为64KB，用于存放用户程序、数据，用于存放用户程序、数据和表格等信息。和表格等信息。 MCS-51单片机按程序单片机按程序存储器可分为内部无存储器可分为内部无ROM型（如型（如8031）和内部有）和内部有ROM型（如型（如8051）两种，）两种，连接时连接时 引脚有区别。程序存引脚有区别。程序存储器结构如右图所示：储器结构如右图所示：EA（2 2）数据存储器）数据存储器 一般将随机存储器（一般将随机存储器（RAM）用做数据存储器。可寻址空）用做数据存储器。可寻址空间为间为64
8、KB。MCS-51数据存储器可分为片内和片外两部分。数据存储器可分为片内和片外两部分。片外片外RAM： 最大范围：最大范围：0000HFFFFH，64KB；用指令；用指令MOVX访问。访问。片内片内RAM： 最大范围：最大范围：00HFFH，256B；用指令；用指令MOV访问。又分访问。又分为两部分：低为两部分：低128B（007FH）为真正的为真正的RAM区，高区，高128B（80FFH）为特殊功能寄存器）为特殊功能寄存器（SFR）区。如右图所示。）区。如右图所示。3 3特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR） MCS-51有有21个特殊功个特殊功能寄存器（也称为专用寄存能寄存器（也称
9、为专用寄存器），包括算术运算寄存器、器），包括算术运算寄存器、指针寄存器、指针寄存器、I/O口锁存器、口锁存器、定时器定时器/计数器、串行口、中计数器、串行口、中断、状态、控制寄存器等，断、状态、控制寄存器等，它们被离散地分布在内部它们被离散地分布在内部RAM的的80HFFH地址单元地址单元中（不包括中（不包括PC） ，共占据，共占据了了128个存储单元，构成了个存储单元，构成了SFR存储块。其字节地址可存储块。其字节地址可被被8整除的整除的SFR可位寻址。可位寻址。SFR反映了反映了MCS-51单片机单片机的运行状态。特殊功能寄存的运行状态。特殊功能寄存器分布如右表所示。器分布如右表所示。
10、I/O接口是接口是MCS-51单片机对外部实现控制和信息交换的单片机对外部实现控制和信息交换的必经之路，用于信息传送过程中的速度匹配和增加它的负载能必经之路，用于信息传送过程中的速度匹配和增加它的负载能力。力。 8051内部有内部有4个个8位并行接口位并行接口P0, P1, P2, P3，有，有1个全双个全双工的可编程串行工的可编程串行I/O接口。接口。 5 5定时器定时器/ /计数器计数器 8051内部有两个内部有两个16位可编程序的定时器位可编程序的定时器/计数器，均为计数器，均为二进制加二进制加1计数器，分别命名为计数器，分别命名为T0和和T1。 T0和和T1均有定时器和计数器两种工作模
11、式。在定时器均有定时器和计数器两种工作模式。在定时器模式下，模式下，T0和和T1的计数脉冲可以由单片机时钟脉冲经的计数脉冲可以由单片机时钟脉冲经12分频分频后提供。在计数器模式下，后提供。在计数器模式下，T0和和T1的计数脉冲可以从的计数脉冲可以从P3.4和和P3.5引脚上输入。对引脚上输入。对T0和和T1的控制由定时器方式选择寄存器的控制由定时器方式选择寄存器TMOD和定时器控制寄存器和定时器控制寄存器TCON完成。完成。 4 4I/OI/O接口接口6 6中断系统中断系统 中断：中断：指指CPU暂停原程序执行，转而为外部设备服务（执行暂停原程序执行，转而为外部设备服务（执行中断服务程序），并
12、在服务完后返回到原程序执行的过程。中断服务程序），并在服务完后返回到原程序执行的过程。 中断系统：中断系统：指能够处理上述中断过程所需要的硬件电路。指能够处理上述中断过程所需要的硬件电路。 中断源：中断源：指能产生中断请求信号的源泉。指能产生中断请求信号的源泉。 8051可处理可处理5个中断源（个中断源（2个外部，个外部，3个内部）发出的中断个内部）发出的中断请求，并可对其进行优先权处理。外部中断的请求信号可以从请求，并可对其进行优先权处理。外部中断的请求信号可以从P3.2, P3.3（即（即 和和 ）引脚上输入，有电平或边沿两种触）引脚上输入，有电平或边沿两种触发方式；内部中断源有发方式；内
13、部中断源有3个，个，2个定时器个定时器/计数器中断源和计数器中断源和1个串行个串行口中断源。口中断源。 8051的中断系统主要由中断允许控制器的中断系统主要由中断允许控制器IE和中断优先级控和中断优先级控制器制器IP等电路组成。等电路组成。0INT1INTVCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0. 0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1. 0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0ALEP3. 0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6
14、P3.7EAPSENRXD/TXD/INT0/ INT1/ T0/ T1/WR/ RD/1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C51二、二、MCS-51单片机外部引脚单片机外部引脚 1 1电源线电源线 GNDGND：接地引脚。接地引脚。 V VCCCC：正电源引脚。接正电源引脚。接5V5V电源。电源。 MCS-51MCS-51系列单片机中，各类单片机都是相互兼容的，系列单片机中，各类单片机都是相互兼容的，只是引脚功能略有差异。只是引脚功能略有差异。8051805
15、1单片机有单片机有4040个引脚，分为端个引脚，分为端口线、电源线和控制线三类。口线、电源线和控制线三类。2 2I/OI/O口线口线 P0P0P3P3口：口：4 48=328=32条。条。3 3控制线控制线 （1 1）RST/VRST/VPDPD RST/VPD引脚是复位信号引脚是复位信号/备用电源线引脚。当备用电源线引脚。当8051通通电时，在电时，在RST引脚上出现引脚上出现2个机器周期以上的高电平，系统个机器周期以上的高电平，系统即初始复位。即初始复位。 （2）ALE/ 地址锁存允许地址锁存允许/编程引脚。当访问外部程序存储器时，编程引脚。当访问外部程序存储器时，ALE的输出用的输出用于
16、锁存地址的低位字节，以便于锁存地址的低位字节，以便P0口实现地址口实现地址/数据复用。当不访问外部程序存数据复用。当不访问外部程序存储器时，储器时，ALE端将输出一个端将输出一个1/6时钟频率的正脉冲信号。时钟频率的正脉冲信号。 ALE/ 是复用引脚，其第二功能是对是复用引脚，其第二功能是对EPROM型芯片（如型芯片（如8751）进行编程和校验时，此引脚传送进行编程和校验时，此引脚传送52ms宽的负脉冲选通信号，程序计数器宽的负脉冲选通信号，程序计数器PC的的16位地址数据将出现在位地址数据将出现在P0和和P2口上，外部程序存储器则把指令码放到口上，外部程序存储器则把指令码放到P0口上，口上，由由CPU读入并执行。读入并执行。 （3 3） /V/VPPPP 允许访问片外程序存储器允许访问片外程序存储器/ /编程电源引脚。对于片内无程序存储器的编程电源引脚。对于片内无程序存储器的MCS-51MCS-51单片机（如单片机（如80318031），）， 必须接地。片内有程序存储器的必须接地。片内有程序存储器的MCS-51MCS-51单片机单片机（如（如80518051），）， 接高电平。接高电
