第2章 51系列单片机硬件结构

第2章

51系列单片机硬件结构2.1 51系列单片机的内部结构

2.22.3 2.4 2.5 2.62014-10-1

51单片机的引脚功能51单片机存储器结构 51单片机并行接口结构 51单片机的时序与复位

2.1 51系列单片机的内部结构XTAL2 XTAL1

VCC 时钟电路ROM/EPROM/FLASH 4K 字节 RAM 128字节 SFR 21个 定时/计数器 2个

CPU VSS

总线控制

中断系统 5中断源、2优先级

串行口 全双工 1个

并行口 4个

RST EA ALE PSEN

P0

P1

P2

P3

2014-10-1

典型产品资源配置

2014-10-1

51单片机内部结构VCC40 39

P0.0 ~ P0.732

EA31

ALE30

PSEN P2.7 ~ P2.029 28 21

P0口驱动器 RAM 地址寄存器 ROM 地址寄存器程序计数器PC RAM 128 /256字节 缓冲器 DPH DPL ROM 4K/8K字节

P2口驱动器

P0口 锁存器

译码及控制逻辑 指令寄存器IR

P2口 锁存器

ACC B 暂存器1 暂存器2

P1口 锁存器

栈指针 SP

P3口 锁存器

T2MOD TCON TMOD T2CON TH0 TL0 RCAP2H TH1 TL1 RCAP2L TH2 TL2

IE IP SCON SBUF

串口、中断及定时/计数器 PCON

PSW

ALU P1口驱动器1 8 9 10

振荡器 P3口驱动器17 18 19 20

P1.0 ~ P1.72014-10-1 4

RST

P3.0 ~ P3.7

XTAL2 XTAL1

VSS

CPU的功能单元 运算器ALU 8位累加器A 8位寄存器B 程序状态字寄存器PSW (Program Status Word) 8位暂存寄存器TMP1和TMP2 布尔处理单元

控制器程序计数器PC(Program Counter) 指令寄存器IR(InstructionRegister)

指令译码器ID(InstructionDecoder)

数据指针DPTR(Data Pointer) 堆栈指针SP(Stack Pointer) 定时控制与条件转移逻辑电路

2014-10-1

程序状态字寄存器PSW(Program Status Word)字节地址 bit7 bit6 D0H 标志位名称 CY AC bit5F0

bit4RS1

bit3RS0

bit2OV

bit1 bit0- P

Cy(Carry Flag):进位标志。在位操作(布尔处理)时，它将作为位 操作的累加器。 AC(Auxiliary Carry Flag):半进位标志。该位一般作为BCD码调 整运算时的判别位。 F0(General-Purpose Flag) :用户标志。由用户自行定义的标志 位，在程序运行中标识某种状态。 OV(Overflow Flag):溢出标志。在进行加减运算时，该位反映了将 数据视为补码时的运算结果是否溢出。 P(Parity Bit):奇偶标志。若A中1的个数为奇数，则该位置1,否则 为 0。 RS1、RS0(Register Bank Select Bits):寄存器工作组选择位。

2014-10-1

表2.2 RS1与RS0组合关系表RS1 RS0 当前工作寄存器组 0 0 第0组 0 1 第1组 1 0 第2组 1 1 第3组 字节地址 00H~07H 08H~0FH 10H~17H 18H~1FH

2014-10-1

2.2 51单片机的引脚功能P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD XTAL2 XTAL1 VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2

.2 P2.1 P2.0 RST P3.0/RXD P3.1/TXD XTAL2 XTAL1 P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 VCC P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1/AIN1 P1.0/AIN0 P3.7

80C51/89S51

注：类似的还有Philips公司的 87LPC64,20引脚 8XC748/750/(751),24引脚 8X749(752),28引脚 8XC754,28引脚 等等

2014-10-1

8

89S2051

2.2.1 电源及时钟引脚1.电源引脚 (1)Vcc(40脚):+5V电源； (2)Vss(20脚):接地。 2.时钟引脚 ( 1 ) XTAL1 ( 19 脚):采用外接晶体振荡器时，此 引脚应接地。 (2)XTAL2(18脚):接外部晶体的另一端。

2014-10-1

2.2.2 控制引脚(1) RST/VPD(9脚):复位与备用电源 (2) ALE/PROG*(30脚): 第一功能ALE :地址锁存允许 第二功能PROG*:编程脉冲输入端。 (3) PSEN* (29脚):读外部程序存储器的选通信号。 可以驱动8个LS型TTL负载。

(4) EA*/VPP (31脚): EA*为内外程序存储器选择控制EA*=1,访问片内程序存储器， EA*=0,单片机则只访问外部程序存储器。 第二功能VPP,用于施加编程电压。2014-10-1 10

2.2.3 I/O口引脚

(1) P0口：双向8位三态I/O口，地址总线(低8位)及数 据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。 (2) P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。 (3) P2口：8位准双向I/O口，与地址总线(高8位)复用， 可驱动4个LS型TTL负载。 (4) P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口，可驱动4个 LS型TTL负载。 注意:准双向口与双向三态口的差别。

当3个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写“1”, 另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态。2014-10-1 11

P3口第二功能引脚P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4

第二功能RXD TXD INT0 INT1 T0 串行接口数据输入端 串行接口数据输出端

意

义

外部中断0信号引入端 外部中断1信号引入端 定时器/计数器0脉冲输入端

P3.5 P3.6 P3.7

T1 WR RD

定时器/计数器1脉冲输入端 外部数据存储器写信号 外部数据存储器读信号

2014-10-1

2.3 51单片机存储器结构 2.3.1 存储器地址分配 片内4K字节程序存储器空间，地址为0000H~0FFFH; 片外64K字节程序存储器空间，地址为 0000H~FFFFH; 片内128字节数据存储器空间，地址为00H~7FH; 片外64K字节数据存储器空间，地址为 0000H~FFFFH; 21个特殊功能寄存器空间，地址为80H~FFH; 位寻址空间，地址为00H~FFH(由位处理器进行寻址和 运算操作)。

2014-10-1

寄存器及其存储器映射如下图：00H 1FH 30H 通用 RAM区 7FH 80H 增强型 附加空间 间接寻址 访问SFR区 直接寻址访问

工作 寄存器区 位寻址区

0组 00H R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7

1组 2组 3 组 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7

工 作 寄 存 器07H 17H 81H 82H 83H DPTR DPH D0H E0H F0H PC

R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7

R0 18H R1 R2 R3

R4 R5 R6 R7 1FH

SP DPL DPH

A B SP DPL PSW

PSW A

系 统 寄 存 器

FFH

B

注：PC不属于SFR空间

2014-10-1

FFH

特 殊 功 能 寄 存 器

80H

F0H E0H D0H B8H B0H A8H A0H 98H 90H 88H 80H

特 FFFFH 殊 功 能 寄 存 器 中 位 寻 址

FFFFH 外 部 RAM 外部

ROM

(I/O口 地址)

7FH 通用 RAM区1000H 位寻址区 工作寄 存器区 0000H 内部数据存储器 (a ) 外部数据存储器 0000H 0FFFH 0FFFH 外部 内部 ROM ROM (EA=1) (EA=0) 0000H

30H 2FH 20H 1FH

00H

程序存储器(c )

(b )

MCS-51单片机存储器空间分配

返

回

2.3.2 程序存储器 存放应用程序和表格之类的固定常数。 片内与片外程序存储器的选择

EA引脚接高电平---片内+5V01 40

0000H 片内 ROM,4K ①PC内容小于FFFH时 0FFFH 1000H PSEN 片外 ROM空间 60K ②PC内容大于FFFH 时

09 31

EA28

20

21