内部组成及引脚掌握-单片机基础及应用

2023-11-17 理论教育版权反馈

【摘要】：图2－1MCS-51单片机片内结构框图下面对各功能部件作进一步说明。8．特殊功能寄存器特殊功能寄存器共有21个，用于对片内各功能部件进行管理、控制、监视。图2－2MCS-51单片机的引脚图2.1.2 引脚掌握MCS-51单片机，应首先了解其引脚，熟悉并牢记各引脚的功能。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器输出端。

MCS-51单片机的片内结构如图2－1所示。MCS-51单片机把作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。按功能划分，它由以下功能部件组成：微处理器（CPU），数据存储器（RAM），程序存储器（ROM／EPROM），并行I／O口（P0口、P1口、P2口、P3口），串行口，定时器／计数器，中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。它们都通过片内单一总线连接，其基本结构是CPU加上外围芯片的传统结构，但对各种功能部件的控制采用的是特殊功能寄存器（Special Function Register，SFR）集中控制方式。

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图2－1　MCS-51单片机片内结构框图

下面对各功能部件作进一步说明。

1．微处理器（CPU）

所有的MCS-51单片机都有一个相同的8位微处理器（CPU），它是整个单片机的核心部件，由运算器和控制器两大部分组成，能处理8位二进制数据或代码。其主要任务是负责控制、指挥和调度整个单片机系统协调工作，完成运算和控制输入／输出功能等操作。

2．数据存储器（RAM）

MCS-51单片机的数据存储器包括内部数据存储器和外部数据存储器，外部数据存储器的寻址空间为64KB，不受该系列中各种芯片型号的影响。8051内部有128个8位数据存储单元（52子系列有256个字节）。数据存储器用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。

3．程序存储器（ROM／EPROM）

8031内部无存储器，8051内部有4KB ROM，8751内部有4KB EPROM。程序存储器用于存放用户程序、原始数据或表格。由于受集成度限制，片内只读程序存储器一般容量较小（4～8KB），如果片内只读程序存储器的容量不够，则需要扩展片外只读程序存储器，最多可外扩至64KB。

4．定时器／计数器

MCS-51单片机有两个16位可编程定时器／计数器。在实际应用中，既可作为定时器也可作为计数器使用，它通过编程可实现4种不同的工作模式。

5．并行I／O口

MCS-51单片机共有4个8位并行I／O口（P0口、P1口、P2口、P3口），用于对外部数据的传输。

6．串行口

MCS-51单片机内有一个全双工的异步串行通信口，用于与其他设备进行串行数据传送。该串行口由两根I／O口线构成，具有4种不同的工作方式。它既可以作为异步通信收发器和其他设备完成串行通信，也可以作为同步移位寄存器使用，应用于需要扩展并行I／O口的系统。

7．中断系统

MCS-51单片机具备较完善的中断功能，有两个外部中断、两个内部定时器／计数器中断和一个串行口中断，可满足不同的控制要求，并具有两级的优先级别选择。

8．特殊功能寄存器（SFR）

特殊功能寄存器共有21个，用于对片内各功能部件进行管理、控制、监视。SFR实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。

MCS-51单片机将主要部件均集成在一块芯片上，使得数据传送距离缩短，可靠性更高，运行速度更快。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达到最优化，抗干扰能力增强，工作相对稳定。因此，在工业测控系统中，单片机得到了非常广泛的应用。

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图2－2　MCS-51单片机的引脚图

2.1.2 引脚(www.chuimin.cn)

掌握MCS-51单片机，应首先了解其引脚，熟悉并牢记各引脚的功能。MCS-51系列中各种型号芯片的引脚是互相兼容的。制造工艺为HMOS的MCS-51单片机都采用40只引脚的双列直插式封装（DIP）方式，如图2－2所示。制造工艺为CHMOS的80C51／80C31除采用DIP封装外，还采用PLCC（44只引脚）方式封装。下面分别叙述这40只引脚的功能。

1．主电源引脚VCC和VSS

VCC：接+5V电源正端。

VSS：接+5V电源地端。

2．时钟引脚

XTAL1：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。若采用外部时钟振荡器，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。

XTAL2：接外部石英晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器输出端。当采用外部时钟振荡器时，对于HMOS单片机，该引脚接收时钟振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。

3．I／O口引脚

8051共有4个并行I／O口（P0～P3），每个口都有8条口线。

8051的引脚：P0．0～P0．7为P0口的8条口线，P1．0～P1．7为P1口的8条口线，P2．0～P2．7为P2口的8条口线，P3．0～P3．7为P3口的8条口线。共32条口线。

由于每个并行I／O口的结构各不相同，因此在功能和用途上有一定的差别。其中P3口、P0口和P2口为双功能口，可以作为普通输入／输出口（第一功能），也可以作为特殊输入／输出口。

4．控制引脚

（1）RST／VPD

RST即为RESET，是复位信号输入端，高电平有效。当单片机运行时，在此引脚加上持续时间大于两个机器周期（24个时钟振荡周期）的高电平，就可以实现复位操作，使单片机恢复到初始状态。单片机正常工作时，此引脚应为低电平。

VPD为本引脚的第二功能，即备用电源的输入端。当主电源VCC发生故障，降低到某一规定值的低电平或掉电时，将+5V电源自动接入RST端，为内部RAM提供备用电源，以保证片内RAM中的数据不丢失，从而使单片机在复位后能继续正常运行。

（2） pagenumber_ebook=31,pagenumber_book=24

片外程序存储器选通信号线，低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或数据期间，每个机器周期该信号两次有效，以通过数据总线P0口读回指令或常数。在访问片外数据存储器期间，PSEN信号处于无效状态。

（3）ALE pagenumber_ebook=31,pagenumber_book=24

ALE为地址锁存允许信号。当单片机上电正常工作后，ALE引脚在每个机器周期内输出两个正脉冲。在访问单片机外部存储器时，ALE输出信号的下降沿用作低8位地址的锁存信号。即使不访问外部存储器，ALE仍有正脉冲信号输出，其频率为时钟振荡器频率fosc的1／6。但是在访问外部数据存储器（即执行的是MOVX类指令）的机器周期内，ALE信号只有效一次，即会丢失一个ALE脉冲。因此，严格来说，用户不宜用ALE作精确的时钟源或定时信号。

（4） pagenumber_ebook=31,pagenumber_book=24

pagenumber_ebook=31,pagenumber_book=24 为内、外程序存储器选择控制端。当EA端为高电平时，单片机访问内部程序存储器，但当PC（程序计数器）值超过0FFFH（对于8051／8751／80C51为4KB）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序；当持低电平时，不论是否有内部程序存储器，只访问外部程序存储器。

VPP为本引脚的第二功能。在对EPROM型单片机（如8751）片内EPROM固化编程时，作为较高编程电压（如+21V或+12V）输入引脚用于施加较高编程电压。对于89C51，VPP的编程电压为+12V或+5V。

内部组成及引脚掌握-单片机基础及应用

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