1、单片机应用技术 （C语言版） 第2章 MCS-51单片机基本结构,2018/10/6,1,第2章 MCS-51单片机基本结构,目 录2.1 MCS-51单片机基本结构与类型 2.2 MCS-51单片机引脚及封装 2.3 MCS-51单片机存储器组织 2.4 复位电路,2018/10/6,2,2.1 MCS-51单片机基本结构及类型,主要内容2.1.1 MCS-51单片机的基本结构 2.1.2 MCS-51单片机的基本类型,2018/10/6,3,2.1.1 MCS-51单片机的基本结构（基本型）,2018/10/6,4,MCS-51单片机内部主要包括9个部分： 一个8位的微处理器CPU 4KB
2、的片内程序存储器Flash ROM 128B的片内数据存储器RAM、128B特殊功能寄存器（SFR，21个） 2个16位的定时器/计数器 有一个管理5个中断源的中断控制器 4个8位并行I/O端 一个全双工的串行接口（UART） 片内振荡电路和时钟发生器可扩展64KB程序、64KB数据存储器的三总线控制电路,2018/10/6,5,2.1.2 MCS-51单片机的基本类型（P14）,1、基本型：8031、8051、89C51等。 2、增强型： 8032、8052、89C52等。ROM、RAM容量比基本型大一倍，定时器/计数器多一个（3个），中断源多一个（6个），特殊功能寄存器多5个（26个）。
3、3、特殊型,2018/10/6,6,2.2 MCS-51单片机引脚及封装,主要内容2.2.1 MCS-51单片机引脚 2.2.2 MCS-51单片机封装,2018/10/6,7,2.2 引脚及封装,DIP封装,2018/10/6,8,2.2.1 MCS-51单片机引脚信号及功能,封装：40DIP, 常用40DIP40个引脚分为4类：电源引脚晶振引脚控制信号输入/输出引脚,P15 图2.2(a),2018/10/6,9,一、电源引脚 Vcc（40脚）：接5V电源正端 Vss（20脚）：接5V电源地端二、晶振引脚 XTAL1（19脚） XTAL2（18脚）,2018/10/6,10,三、控制信号引
4、脚1、RST/VPD（9脚）RST：复位信号输入端，高电平有效。 VPD：备用电源输入端，以保持内部RAM中的数据不丢失。当Vcc的电压降低到低电平规定的值或掉电时，接入电源。,2018/10/6,11,2、ALE/PROG（30引脚）ALE：地址锁存信号（访问外部RAM时），每个机器周期输出两个正脉冲，下降沿或低电平用于控制外接的地址锁存器，锁存从P0口输出的低8位地址。PROG：片内程序存储器(片内ROM)的编程脉冲输入端，低电平有效。,2018/10/6,12,3、PSEN（29引脚）片外程序存储器(片外ROM)读选通信号输出端，低电平有效。4、EA/Vpp（31引脚） EA：程序存储器
5、（ROM）选择输入端。低电平时，使用片外程序存储器；高电平时，使用片内程序存储器。对于有内部ROM的单片机，在正常运行时，应使EA =1。Vpp：片内程序存储器编程电压输入端。,2018/10/6,13,四、输入/输出引脚1、P0口，P0.0P0.7（3239引脚）P0口作为一般I/O口：此时P0口为准双向口（必须加上拉电阻）。,2018/10/6,14,2、P1口，P1.0P1.7（18引脚）P1口是一个8位准双向I/O口3、P2口，P2.0P2.7（2128引脚）作为一般I/O口使用时，为准双向口。4、P3口，P3.0P3.7（1017引脚）P3口是一个8位I/O口，还是一个双功能口作为一
6、般I/O口使用时，为准双向口。各引脚第二功能如下页表2-2所示。,2018/10/6,15,表2-2 P3口各引脚第二功能定义（P16）,2018/10/6,16,2018/10/6,17,2018/10/6,18,2018/10/6,19,补充-单片机最小系统,定义：是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:电源、单片机、晶振电路、复位电路。,2018/10/6,20,2018/10/6,21,2018/10/6,22,2018/10/6,23,1、封装的定义：芯片的外形和引脚的有关外形尺寸，是安装和焊接的依据。2、常见的51单片机封装：,2.2
7、.2 MCS-51单片机封装,2018/10/6,24,2018/10/6,25,2018/10/6,26,2018/10/6,27,2.3 MCS-51单片机的存储器组织,主要内容2.3.1 存储器组织 2.3.2 程序存储器地址空间 2.3.3 内部数据存储器空间 2.3.4 特殊功能寄存器(SFR) 2.3.5 片外数据存储器空间,2018/10/6,28,MCS-51单片机存储器概述,冯诺依曼（普林斯顿结构）：计算机只有一个地址空间，ROM和RAM被安排在这一地址的不同区域。 哈佛结构：计算机的ROM和RAM被安排在两个不同的地址空间，ROM和RAM可以有相同的地址。 MCS-51系列
8、采用哈佛结构,2018/10/6,29,2.3.1 存储器组织,MCS-51单片机有4个存储空间： 片内程序存储器、片内数据存储器，片外程序存储器、片外数据存储器。,2018/10/6,30,4个存储空间可以分成三类： （1）片内数据存储空间（片内RAM）（128B的RAM和128B的特殊功能寄存器）、 （2）片外数据存储空间(片外RAM)（64KB）、 （3）片内和片外统一编址的程序存储空间(ROM)（64KB）不同类型的存储空间，有各自的寻址方式和访问指令。,2018/10/6,31,2.3.2 程序存储器（ROM）地址空间,一、程序存储器（ROM）结构51基本型片内有4KB的Flash
9、ROM，地址为0000H0FFFH，片外最多可以扩展60KB，地址为1000HFFFFH。（片外用MOVC访问）增强型片内有8KB的Flash ROM，地址为0000H1FFFH，片外最多可以扩展56KB，地址为2000HFFFFH，片内外是统一编址的。程序存储器空间的配置如图所示,2018/10/6,32,片 外 ROM,片 内 ROMEA=1,片 外 ROMEA=0,0000H,0FFFH,1000H,FFFFH,（a）片内有4KB的ROM,2018/10/6,33,二、程序存储器的专用区域用作复位和中断入口,2018/10/6,34,中断向量：即中断入口地址。如下表,2018/10/6,
10、35,C语言编程所考虑的问题如果用C语言编写程序，不用考虑以上问题，这些问题均由编译系统安排好。main( )函数起到引导程序的作用。对于中断处理，只要按照格式编写中断处理函数即可（见第6章）。,2018/10/6,36,2.3.3 片内数据存储器(RAM)空间（P19）,片内数据存储器按照寻址方式，可以分为三个部分：低128字节数据区，高128字节数据区，特殊功能寄存器区。,低128B RAM data区,特殊功能寄存器,80H,FFH,00H,7FH,（a）89C51片内RAM,低128B RAM data区,高128B RAMidata区,特殊功能寄存器,00H,7FH,80H,FFH,
11、80H,FFH,（b）增强型单片机片内RAM,2018/10/6,37,一、低128字节RAM地址范围：00H7FH，128字节应用特点：有多种用途、且使用最频繁功能作用：分为三个区域，即工作寄存器区、位寻址区、用户RAM区。寻址方式：直接、间接、位寻址低128字节RAM的配置如图2-9所示。,2018/10/6,38,图2-9 低128字节RAM区,2018/10/6,39,1、工作寄存器区（用于保存操作数及中间结果）范围：地址从00H到1FH，共32字节。分4个组：第0组、第1组、第2组、第3组工作寄存器名：R0、R1R7。工作寄存器组的选择：决定于程序状态字PSW的RS1和RS0位。见表
12、2.4（P22）开机复位后，CPU使用第0组工作寄存器。,2018/10/6,40,41,程序状态字寄存器PSW,2018/10/6,41,P22,2、位寻址区范围：字节地址从20H到2FH，16字节。位地址：00H到7FH ，128位。用途：既可以做位操作，也可以字节操作。C语言编程：用关键字“bit”定义的位变量在该区域；用关键字“bdata”将一般变量定义在该区域，并且定义的变量还可以进行位寻址。,2018/10/6,42,3、用户RAM区范围：地址从30H到7FH，共80字节。用途：用于堆栈、存放数据、存放程序运行时的中间结果等。,2018/10/6,43,二、高128字节RAM（增强
13、型）地址范围：80HFFH，128字节用途：与低128字节中的30H到7FH完全一样，用于堆栈、存放程序运行时的数据和中间结果等。寻址方式：间接访问。C语言编程：使用关键字“idata”将一般变量定义在该区域,2018/10/6,44,三、特殊功能寄存器（SFR）也称为专用寄存器，是单片机中最重要的部分。SRF作用：（1）控制单片机各个部件的运行（2）反映各部件的运行状态（3）存放数据或地址,2018/10/6,45,地址范围：80HFFH，128字节寻址方式：直接访问,2018/10/6,46,2.3.4 特殊功能寄存器(P21表2.2)SFR的数量：基本型只有21个，增强型有27个；分别有
14、11个、12个可以按位操作。（1）与CPU相关的（7个）PSW*：程序状态寄存器A*：累加器B*：辅助运算寄存器SP：堆栈指针PCON：电源控制寄存器DPL、DPH：数据指针的低字节、高字节,2018/10/6,47,（2）与定时器相关的（12个）TMOD：模式寄存器TCON*：控制寄存器TL0、TH0：T0低8位、高8位计数器TL1、TH1：T1低8位、高8位计数器T2MOD：T2模式寄存器T2CON*：T2控制寄存器TL2、TH2：T2低8位、高8位计数器RCAP2L、RCAP2H：T2捕获寄存器,2018/10/6,48,（3）与中断相关的（2个）IE*：中断允许（控制）寄存器IP*：中
15、断优先级寄存器（4）与串行口相关的（2个）SCON*：串行口控制寄存器SBUF：串行口数据缓冲寄存器，2个（5）与I/O口相关的（4个）P0*、P1*、P2*、P3*4个并行口映射寄存器,2018/10/6,49,一些最重要的寄存器在表2.2中有格式的特殊功能寄存器最重要，它们是（7个）：PSW*、IE*、IP*、TCON*、TMOD PCON、SCON*应用单片机，主要就是掌握这7个有格式的特殊功能寄存器。,2018/10/6,50,2.3.5 片外数据存储器（RAM）地址空间,地址范围：0000HFFFFH容量：共64KB访问指令：“MOVX”（片内用MOV）,（外部RAM）需要外接,00
16、00H,FFFFH,2018/10/6,51,片外RAM的用途：（1）没有特别的用途，不像片内RAM，不划分区域。（2）片外RAM做通用RAM使用，主要存放大量采集的或接收的数据、运算的中间数据、最后结果、用作堆栈等。 C语言编程：使用关键字“xdata”或“pdata”将变量、数组、堆栈定义到片外RAM区。,2018/10/6,52,89C51存储器组织,2.4 复位电路,RST：保持2个机器周期以上高电平脉冲，单片机复位。,（a）上电自动复位：上电瞬间，RC电路充电，RST引脚端出现正脉冲。 （b）上电加按钮复位： （c）专用芯片复位电路：,（c）专用芯片复位,2018/10/6,54,2
17、018/10/6,55,二、复位状态引脚信号状态：ALE、PSEN均为高电平寄存器状态（如表2-8所示）,2018/10/6,56,2018/10/6,57,2.4.3 晶振电路,MCS-51单片机内部有产生振荡信号的放大电路，可以两种方式产生时钟信号，一种是内部方式，另一种是外部方式。,1、内部方式（主要）就是利用单片机内部的高增益反向放大器，外接晶振等器件构成的振荡电路。,2018/10/6,58,2、外部方式就是把外部的时钟信号接到XTAL1或XTAL2引脚上，给单片机提供基本的时钟信号。主要用于多电路时钟同步。,2018/10/6,59,2.4.4 时序单位1、时钟周期（振荡周期）：为
18、单片机提供定时信号的振荡源的周期。2、状态周期S：2个振荡周期为1个状态周期，用S表示。2个节拍（P1，P2）。,2018/10/6,60,3、机器周期机器周期：指CPU访问一次存储器所需要的时间。机器周期是量度时间的基本单位机器周期与振荡周期的关系： 1个机器周期包含12个振荡周期（或6个状态周期）举例：机器周期计算：设单片机的振荡频率fosc为12MHz，则机器周期为？若振荡频率为6MHz，则机器周期为？,2018/10/6,61,4、指令周期指令周期：指CPU执行一条指令所需要的时间。不同的指令有不同的指令周期，有单机器周期、双机器周期、4机器周期三种。,2018/10/6,62,补充： 指令字节：单字节、双字节、三字节 P266 附录C,2018/10/6,63,练习： 1、51单片机的机器周期等于（）个时钟振荡周期； 2、内部RAM中，位地址为40H、88H的位，该位所在字节的字节地址分别为（）、（）； 3、片内字节地址为2AH单元最低位的位地址是（）； 4、内部RAM中，可作为工作寄存器区的单元地址为（）H （）H。,2018/10/6,64,
