第2章 MCS-51单片机的结构及原理- 副本(1) - 图文

第二章 MCS-51单片机的结构及原理

2.1 MCS－51单片机的结构

2.1.1 MCS-51单片机的内部结构

MCS-51单片机分为51和52系列，包括80C51、87C51、80C52、87C52等，它们的结构基本相同，主要的差别仅在片内存储器、计数器、中断源的配置有所不同。本课程以80C51为例进行介绍。

80C51单片机的内部资源主要包括： ◆CPU为8位；

◆片内带振荡器，频率范围为1.2~12MHz；【晶体器元件需外接】 ◆128字节的数据存储器；（RAM） ◆4KB的Flash程序存储器；（ROM） ◆片外程序存储器的寻址空间为64KB；（需要扩展ROM） ◆片外数据存储器的寻址空间为64KB；（需要扩展RAM） ◆128位（16字节）用户位寻址空间；（包含在128个字节RAM中） ◆18个字节特殊功能寄存器SFR；（包含在128个字节RAM中） ◆4个8位的并行I/O接口：P0、P1、P2、P3； ◆2个16位定时器/计数器T0、T1；

◆2个优先级别的5个中断源；（高、低2个级别）； ◆1个全双工的串行I/O接口，可进行多机通信； ◆片内采用单总线结构； ◆有较强的位处理能力；

2.2 MCS-51系列单片机的基本组成

图2-2 DIP管脚图

P0、P2在右侧，P0和P2之间隔3个引脚；P1、P3在左侧，P1和P3之间隔1个复位引脚。

80C51单片机的40个引脚，如图2-2所示。按其功能可分为3类：【要熟练

记住】

①电源及振荡引脚（4个）——VCC、VSS；XTAL1、XTAL2；

②控制引脚（4个）——RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP； ③并行I/O口引脚（32个）——P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口。

1. 电源引脚

VCC（40脚）：接5V电源。 VSS（20脚）：接地，0V参考点。 2．外接晶体引脚 XTAL1（19脚）：接外部晶体振荡器的一端，此脚用于外接石英晶体振荡器和微调电容。

XTAL2（18脚）：接外部晶体振荡器的另一端，此脚用于外接石英晶体振荡器和微调电容。

【P29】单片机的时钟信号可以由两种方式产生，即内部时钟方式和外部时钟方式。

内部时钟方式是利用单片机芯片内部的振荡电路实现，此时需要通过单片机的XTAL1 和XTAL2引脚接定时元件。定时元件通常采用晶体振荡器和电容组成并联谐振回路。C1、C2电容的值没有严格要求，但其取值对振荡器的频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度稍有影响，C1、C2可在20pF~100pF之间选择。当外接晶体振荡器时，电容可选30pF±10pF；外接陶瓷振荡器时，电容可选40pF±10pF。

80C51晶体振荡器频率通常在6MHZ～40MHZ之间选择，常选6MHz或12MHz的石英晶体。晶体振荡频率越高，则系统的时钟频率也越高，单片机运行速度也就越快。

【P29】在由多个单片机组成的系统中，为了使各个单片机之间的时钟信号严格同步，应采用公用外部信号作为单片机振荡脉冲。这时，外部方波脉冲信号

由XTAL2引脚输入，连接图如下：

3. 控制信号或与其它电源复用引脚

（1）RST/VPD（9脚）：复位端/备用电源引脚。

【P27】单片机在启动运行时，必须要复位，使CPU及其他功能部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作；如果单片机在工作过程中出现死机，也必须对单片机进行复位，使其重新开始工作。

复位端RST：单片机上电后，其内部各寄存器都处于随机状态，当在复位端RST上输入的复位信号持续系统时钟振荡周期建立时间＋2个以上机器周期（12个晶体振荡周期，一般不小于10ms）的高电平，即可完成单片机的复位初始化操作。

正常工作时，此脚电平应 ≤ 0.5V。

备用电源端VPD：在VCC发生故障、降低到电平规定值掉电期间，此引脚可接备用电源VPD（电源范围5V±0.5V），由VPD向内部RAM供电，以保持内部RAM中的数据，以便电源恢复正常后，单片机能恢复原来的数据。

（2）ALE/PROG（30脚）：地址锁存使能输出/编程脉冲输入。

ALE（Address Latch Enable）；PROG（Program）

地址锁存使能输出ALE：为CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器时，提供地址锁存信号。P0口输出地址低8位，P2口输出地址高8位，将P0口输出的低8位地址锁存在片外的地址锁存器中。【应该包括扩展的I/O设备】

编程脉冲输入端PROG（引脚第二功能）：对含EPROM的单片机（如87C51），在进行片内EPROM编程时，需要由此输入编程脉冲。

（3）PSEN（29脚）：（Programmer Saving ENable），输出访问片外程序存储器读选通信号。

在读外部程序存储器时，该引脚将在每个机器周期内产生两次负跳变脉冲，用作片外EPROM芯片的使能信号，实现外部程序存储器单元的读操作。