单片机(全部) - (3)

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第二章 MCS-51单片机的结构和原理

§2-1 MCS-51系列单片机简介

表2-1 MCS-51系列型号 器件 8051AH 80C51 8751H 87C51 8052 89C51 89C52 89S52 89C2052 8031AH 80C31 8032 制造技术 H MOSⅡ CH MOS H MOSⅠ CH MOS H MOSⅡ CH MOS CH MOS CH MOS CH MOS H MOSⅡ CH MOS H MOSⅡ 片内程序存储器 4K-ROM 4K-ROM 4K-EPROM 4K-EPROM 8K-ROM 4K-FlashROM 8K-FlashROM 8K-FlashROM 8K-FlashROM 无 无 无 片内数据存储器 128字节 128字节 128字节 128字节 256字节 128字节 256字节 256字节 256字节 128字节 128字节 256字节 16位C/T 2 2 2 2 3 2 3 3 3 2 2 3 中断源 5 5 5 5 6 5 6 6 6 5 5 6

MCS-51的主要特点：

● 单+5V供电，40脚封装 ● 片内有振荡电路、时钟电路 ● 8位CPU ● 32（4*8）根I/O线 ● 64KB外部数据存储器地址空间 ● 64KB外部程序存储器地址空间

● 2（3）个16位C/T

● 5（6）个中断源（具有2种优先等级） ● 1个可编程的全双工的串行通信口 ● 独立的布尔（位）处理器 ● 128个可位寻址单元

§2-2 MCS-51系列单片机的结构原理

一． MCS-51系列单片机的基本组成

T0 T1 时钟电路 ROM RAM 定时/计数器 CPU 并行接口 串行接口 中断系统 P0 P1 P2P3

TXD RXD INT0 INT1 图2-1 MCS-51单片机的基本结构

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二． MCS-51系列单片机的内部结构

DPTR 外部RAM 外部ROM PC B 工作寄 存器 ACC TMP 控制中断 、定时、串行口的特殊功能寄存器 ALU PSW PSEN ALE EA RST SP 指定时 令与 寄控制 存器内部总线 I/O口锁存/驱动器 P0 P1 P2 P3 图2-2 8051内部结构 1． 存储器的组织形式

由3个彼此独立的地址空间： FFFFH 外部 FFFFH FFH RAM SFR ● 256B的片内数据存储器地址空间 80H ● 64KB的片外数据存储器地址空间 1000H ROM 外部 RAM ● 64KB的片外程序存储器地址空间 30H

RAM 位寻

址区 MCS-51系列存储器组织结构 20H

0FFFH 见图2-3 工作 内部 外部 ROM ROM 寄存器 EA=1 EA=0 0-3组 0000H 0000H 00H

程序存储器 片外RAM 片内RAM

图2-3 8051（2）存储器的组织

结构 （1） 程序存储器地址空间

EA 片外ROM（低4KB）的使能信号，是指向片内/外ROM（低4KB）的控制信号。

EA=1 0000H~0FFFH（4KB）片内ROM，1000H~FFFFH片外ROM信号； EA=0 0000H~0FFFH（4KB）片外ROM，1000H~FFFFH片外ROM信号； 0000H~0002H 3个字节是系统复位的入口地址

0003H、000B、0013H、001BH、0023H是5个中断源的中断服务程序的入口地址 故 0000H~0023H （0000H~002AH）在用户程序中应避开这一区域。

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（2） 数据存储器地址空间

FFH RAM SFR 80H a． 片内RAM （256个字节） RAM ● 工作寄存器组（00H~1FH） 30H 位寻址区 共分4组： 0组——00H~07H（R0~R7） 20H 1组——08H~0FH（R0~R7） 工作寄存器组3 2组——10H~17H（R0~R7） 18H 工作寄存器3组——18H~1FH（R0~R7） 组2 10H ● 位寻址区 （20H~2FH） 工作寄存器组1 ● 普通RAM区 （30H~7FH） 08H 工作寄存器 组0 00H

片内RAM

字节地址 位 地 址

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78 2F

77 76 75 74 73 72 71 70 2E

6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68 2D

67 66 65 64 63 62 61 60 2C

5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58 2B

57 56 55 54 53 52 51 50 2A

4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48 29

47 46 45 44 43 42 41 40 28

3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 27

37 36 35 34 33 32 31 30 26

2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 25

27 26 25 24 23 22 21 20 24

23 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 22 17 16 15 14 13 12 11 10 21 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 20 07 06 05 04 03 02 01 00

● 特殊功能寄存器（SFR） （80H~FFH）

共有21个SFR

表2-2 8051特殊功能寄存器一览表 符号 *ACC *B *PSW SP DP0L DP0H DP1L 单元地址 E0H F0H D0H 81H 82H 83H 84H 名 称 累加器 乘法寄存器 程序状态字 堆栈指针 数据存储器指针(低8位) 数据存储器指针(高8位) 数据存储器指针(低8位) 位 地 址 符 号 地 址 ACC.7-ACC.0 E7H-E0H B.7-B.0 F7H-F0H PSW.7-PSW.0 D7H-D0H 8 DP1H *IE *IP *P0 *P1 *P2 *P3 PCON *SCON SBUF *TCON TMOD TL0 TL1 TH0 TH1 85H A8H B8H 80H 90H A0H B0H 87H 98H 99H 88H 89H 8AH 8BH 8CH 8DH 数据存储器指针(高8位) 中断允许控制器 中断优先控制器 通道0 通道1 通道2 通道3 电源控制及波特率选择 串行口控制器 串行数据缓冲器 定时器控制 定时器方式选择 定时器0低8位 定时器1低8位 定时器0高8位 定时器1高8位 IE.7-IE.0 IP.7-IP.0 P0.7-P0.0 P1.7-P1.0 P027-P2.0 P3.7-P3.0 SCON.7-SCON.0 TXON.7-TCON.0 AFH-A8H BFH-B8H 87H-80H 97H-90H A7H-A0H B7H-B0H 9FH-98H 8FH-88H

注：* 可位寻址的特殊功能寄存器

b． 片外RAM （64KB）

FFFFH 2． CPU

0000H

外部 RAM 片外RAM

CPU由运算器、控制器、若干个SFR（ACC、B、PSW、SP、DPTR）组成 ● 运算器、控制器

● ACC 累加器 —— A E0H ● B F0H ● PSW 程序状态字： D0H D7 D0 CY AC F0 RS1 RS0 OV - P

RS1 0 0 1 1 表2-3 工作寄存器组选择控制

RS0 工作寄存器 0 0组(00H-07H) 1 1组(08H-0FH) 0 2组(10H-17H) 1 3组(18H-1FH)

● SP 堆栈指针 81H SP 在单片机复位后被置位为 07H，用户程序可对SP重新置数 （在00H~7FH范围内） ● DPTR 数据地址指针 DPTR 分成 DPH、DPL 两个寄存器

DPH （83H）数据地址指针的高8位 DPL （82H）数据地址指针的低8位

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3． 并行I/O口

表2-4 I/O口的字节地址和位地址 接口名称 P0 P1 P2 P3

（1） P0口的位结构

读锁存器

输出驱动能力： 8个LSTTL门 内部总线 系统复位时： P0口被置成1 写锁存器

读引脚

● P0口作I/O使用

读锁存器

内部总线

写锁存器

读引脚

● P0口作地址/数据总线使用

内部总线

读引脚 图2-5b P0口某位作地址/数据总线使用的结

字节地址 80H 90H A0H B0H 位地址 80H-87H 90H-97H A0H-A7H B0H-B7H 地址/数据 控制 VCC T1 D Q P0..n 锁存器 CL Q P0.n T2 引脚 MUX 图2-5 P0口某位结构

VCC T1 D Q P0..n 锁存器 CL Q VCC 外部上拉电阻 P0.n 控制=0 引脚 MUX T2 图2-5a P0口作I/O的结构

地址/数据 控制=1 VCC T1 P0.n T2 引脚 MUX

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