第二章單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)2-1單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2-2MCS-51單片機(jī)引腳2-3MCS-51存儲(chǔ)器配置2-1-1 MCS-51單片機(jī)的基本組成2-1單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)時(shí)鐘電路SFR和RAMROMCPU定時(shí)/計(jì)數(shù)器并行端口中斷系統(tǒng)串行端口系統(tǒng)總線時(shí)鐘源T0T1P0P1P2P3TXDRXD

INT0INT1（1） 一個(gè)8位微處理器CPU；（5） 四個(gè)８位的I/O并行端口；（2） RAM和特殊功能寄存器SFR（6） 一個(gè)串行端口；（3） 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）（7） 中斷控制系統(tǒng)；（4） 兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器；（8） 內(nèi)部時(shí)鐘電路。

硬件基本配置：1.

8位CPU2.片內(nèi)ROM/EPROM、RAM3.片內(nèi)并行I/O接口4.片內(nèi)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5.片內(nèi)中斷處理系統(tǒng)6.片內(nèi)全雙工串行I/O口MCS-51系列基本產(chǎn)品型號(hào)：8051、8031、8751稱(chēng)為51子系列。不同型號(hào)MCS-51單片機(jī)CPU處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容，只是存儲(chǔ)器和I/O接口的配置有所不同。2-1-2MCS-51硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2-1-3MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)P2.0—P2.7P0.0—P0.7通道０驅(qū)動(dòng)器通道２驅(qū)動(dòng)器RAM地址鎖存器RAM通道0鎖存器通道2鎖存器ROM/EPROMB寄存器程序地址寄存器緩沖器PC遞增器程序計(jì)數(shù)器PCDPTR指針VCCGNDP1.0—P1.7堆棧指針SPACCTMP2PSW通道3鎖存器通道1鎖存器通道1驅(qū)動(dòng)器通道3驅(qū)動(dòng)器TMP1SCONTMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中斷、串行口和定時(shí)器邏輯振蕩器P3.0—P3.7RSTALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指令寄存器定時(shí)和控制邏輯指令譯碼器EAMCS-51CPU

內(nèi)部結(jié)構(gòu)CPU主要由運(yùn)算器和控制器組成1．運(yùn)算器運(yùn)算器由8位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU（ArithmeticLogicUnit）、8位累加器ACC（Accumulator）、8位寄存器B、程序狀態(tài)字寄存器PSW（ProgramStatusWord）、8位暫存寄存器TMP1和8位暫存寄存器TMP2等組成。2．控制器控制器主要由程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR、時(shí)鐘發(fā)生器及定時(shí)控制邏輯等組成。一、P0口的結(jié)構(gòu)它由一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動(dòng)及控制電路組成。MCS-51單片機(jī)有4個(gè)雙向并行的8位I/O口P0～P3。2-1-4 輸入/輸出（I/O）端口結(jié)構(gòu)VCCP0.x鎖存器讀鎖存器地址/數(shù)據(jù)控制D讀引腳寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線QQMUXT2T1CL（1）P0口作為I/O口。（2）作為地址/數(shù)據(jù)總線。

當(dāng)作輸入口時(shí)，讀脈沖將圖中下方的三態(tài)輸入緩沖器打開(kāi)，這樣端口上的數(shù)據(jù)經(jīng)緩沖器送至內(nèi)部總線。圖中上方的緩沖器并不直接讀端口引角上的數(shù)據(jù)，而是讀鎖存器Q端的數(shù)據(jù)，Q端與引角上的數(shù)據(jù)是一致的。作為輸出口使用時(shí)，內(nèi)部控制端發(fā)0電平使與門(mén)輸出為0，場(chǎng)效應(yīng)管T1截止，此時(shí)多路開(kāi)關(guān)MUX與鎖存器的端接通。內(nèi)部數(shù)據(jù)加在鎖存器D端，當(dāng)CL端的寫(xiě)脈沖出現(xiàn)后，與內(nèi)部總線相連的D端數(shù)據(jù)取反后出現(xiàn)在端，經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管T2反向出現(xiàn)在P0的引腳上。二、P1口的結(jié)構(gòu)P1端口是單片機(jī)中唯一僅有單功能的I/O端口，輸出信號(hào)鎖存在端口上，故又稱(chēng)為通用靜態(tài)端口。P1口是通用I/O準(zhǔn)雙向靜態(tài)端口，輸出的信息有鎖存。P1端口與P0端口的主要區(qū)別在于，P1端口用內(nèi)部上拉電阻代替了場(chǎng)效應(yīng)管T1，且輸出信息僅來(lái)自?xún)?nèi)部總線。若輸出時(shí)D端的數(shù)據(jù)為1，T截止輸出為1；若D端數(shù)據(jù)為0，則T導(dǎo)通，引腳輸出為低電平。當(dāng)作輸入使用時(shí)，必須向鎖存器寫(xiě)1，使場(chǎng)效應(yīng)管截止，才可以作輸入用。VCCP1.x鎖存器讀鎖存器D讀引腳寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線QQT內(nèi)部上拉電阻CL三、P2口的結(jié)構(gòu)和P1口比較，P2口多了轉(zhuǎn)換控制部分。當(dāng)P2口作通用I/O口使用時(shí)，多路開(kāi)關(guān)MUX連接鎖存器的Q端，構(gòu)成一個(gè)準(zhǔn)雙向口。當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，P2端口就用來(lái)周期性地輸出從外存中取指令的高8位地址（A8-A15），此時(shí)MUX在CPU的控制下切換到與內(nèi)部地址總線相連。因地址信號(hào)是不間斷的，此時(shí)P2口就不能用作I/O端口使用了。VCCP2.x鎖存器讀鎖存器地址控制D讀引腳寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線QQMUXT內(nèi)部上拉電阻CL四、P3口的結(jié)構(gòu)當(dāng)處于第二功能時(shí)，鎖存器由硬件自動(dòng)置1，使與非門(mén)對(duì)第二功能信號(hào)暢通。此時(shí)，“讀引腳”信號(hào)無(wú)效，左下的三態(tài)緩沖器不通，引腳上的第二輸入功能信號(hào)經(jīng)右下的的緩沖器送入“第二功能輸入端”。和P1口比較，P3口增加了一個(gè)與非門(mén)和一個(gè)緩沖器，使其各端口線有兩種功能選擇。當(dāng)處于第一功能時(shí)，第二輸出功能線為1，此時(shí)輸出與P1口相同，內(nèi)部總線信號(hào)經(jīng)鎖存器和場(chǎng)效應(yīng)管輸出。當(dāng)作輸入時(shí)，“讀引角”信號(hào)有效，下面的三態(tài)緩沖器打開(kāi)（增加的一個(gè)為常開(kāi)），數(shù)據(jù)通過(guò)緩沖器送到CPU內(nèi)部總線。VCCP3.x鎖存器讀鎖存器第二輸出功能D讀引腳

寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線QT內(nèi)部上拉電阻第二輸入功能CLP3口的第二功能表2-2MCS-51單片機(jī)引腳2-2-1MCS-51單片機(jī)引腳描述1．I/O口線功能4個(gè)8位并行I/O接口引腳P0.0～P0.7、P1.0～P1.7

、P2.0～P2.7和

P3.0～P3.72．控制線ALE：地址鎖存允許信號(hào)端PSEN：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)端EA/VPP：程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)端和編程電源輸入端RST/VPD：復(fù)位信號(hào)端和后備電源輸入端。2-2-2MCS-51單片機(jī)的片外總線結(jié)構(gòu)

和所有微機(jī)一樣，MCS-51單片機(jī)是通過(guò)總線來(lái)傳輸各種信息的。所謂總線，是微機(jī)中的一組公用導(dǎo)線，是傳輸信息的公共通道。各種器件都須通過(guò)三態(tài)門(mén)隔離再連接到總線上。

微型計(jì)算機(jī)中的總線通常分為地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB）。MCS-51單片機(jī)按引腳功能分類(lèi)的片外總線結(jié)構(gòu)示意圖如右。2-3MCS-51存儲(chǔ)器配置物理上4個(gè)存儲(chǔ)器地址空間：片內(nèi)/片外程序存儲(chǔ)器空間片內(nèi)/片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間邏輯上3個(gè)存儲(chǔ)器地址空間：64KB程序存儲(chǔ)器256B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器64KB片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

2-3MCS-51存儲(chǔ)器配置

一、程序存儲(chǔ)器64KB程序存儲(chǔ)器空間EA不同電平，選擇片內(nèi)或片外低位存儲(chǔ)單元特殊存儲(chǔ)單元：復(fù)位入口:0000H中斷入口:0003H～0023H0003H:外部中斷INT0入口000BH:定時(shí)器T0中斷入口0013H:外部中斷INT1入口001BH:定時(shí)器T1中斷入口0023H:串行口中斷入口

二、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1．64KB片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間(與擴(kuò)展I/O接口共用)2.256B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器:

1)

片內(nèi)RAM

2)

特殊功能寄存器SFR1)片內(nèi)RAM工作寄存器區(qū)：字節(jié)地址：00H～1FH位尋址區(qū)：字節(jié)地址：20H～2FH位地址為：00H～7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/堆棧區(qū)：字節(jié)地址：00H～7FH一般使用30H～7FH2)特殊功能寄存器SFR占用字節(jié)地址：80H～FFH位尋址寄存器：其字節(jié)地址可被8整除。專(zhuān)用寄存器：A、B、PSW、DPTR、SPI/O接口寄存器：

P0、P1、P2、P3、…幾個(gè)常用的SFR

A累加器。是一個(gè)最常用的專(zhuān)用寄存器，其自身帶有全零標(biāo)志Z，若A=0則Z=1；若A≠0則Z＝0。PSW程序狀態(tài)字寄存器。其格式如下：SP堆棧指針。

DPTR數(shù)據(jù)地址指針寄存器。它由DPL（低8位）和DPH（高8位）兩個(gè)寄存器組成，字節(jié)地址分別為82H、83H，用來(lái)存放16位地址值，以便對(duì)外部RAM進(jìn)行讀寫(xiě)操作，它們既可整體賦值，也可分開(kāi)賦值。CY：進(jìn)借位標(biāo)志。在運(yùn)算時(shí)有進(jìn)、借位時(shí)，CY=1；否則CY=0。AC：輔助進(jìn)借位標(biāo)志。當(dāng)D3向D4有進(jìn)、借時(shí)，AC=1；否則AC=0。F0：用戶標(biāo)志。可由用戶根據(jù)需要自行設(shè)定其含義。

RS1、RS0：工作寄存器組選擇。OV：溢出標(biāo)志。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出-128－+127的范圍時(shí)為1；否則為=0。P：奇偶校驗(yàn)標(biāo)志。每條指令執(zhí)行完后，根據(jù)累加器A中１的個(gè)數(shù)來(lái)決定，當(dāng)有奇數(shù)個(gè)１時(shí)P=1，否則P=0。2.4MCS-51的時(shí)序及輔助電路2-4-1單片機(jī)的時(shí)鐘電路。1．內(nèi)部時(shí)鐘方式：內(nèi)部一個(gè)高增益反相放大器與片外石英晶體或陶瓷諧振器構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器。晶體振蕩器的振蕩頻率決定單片機(jī)的時(shí)鐘頻率。2．外部時(shí)鐘方式：外部振蕩器輸入時(shí)鐘信號(hào)。2-4-2振蕩周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期和指令周期1.振蕩周期：是指為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)的振蕩源的周期。思考題：設(shè)應(yīng)用單片機(jī)晶振頻率為6MHz，問(wèn)機(jī)器周期為多少？指令周期分別為多少？3.機(jī)器周期：完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間。一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)時(shí)鐘周期組成。4.指令周期：一條指令的執(zhí)行時(shí)間。以機(jī)器周期為單位：指令可分為單周期、雙周期和四周期指令。2.時(shí)鐘周期：是振蕩源信號(hào)經(jīng)二分頻后形成的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。2-4-3 單片機(jī)復(fù)位電路及復(fù)位狀態(tài)

單片機(jī)常采用上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。

按鍵復(fù)位又分為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位，按鍵電平復(fù)位是將復(fù)位端通過(guò)電阻與VC