文档介绍：第二章 MCS-51系列单片机组成原理
MCS-51系列单片机内部结构
Intel公司推出的MCS-51系列单片机采用模块式结构,其基本型为8051,这一系列各种加强型单片机都是以8051为内核,增加一定的新功能后组成的,所以它们与8051完全兼容。8051是MCS-51系列单片机中较早的典型产品,它包括三种形式的芯片:8031、8051、8751。这三种形式的区别在于8031无片内ROM、8051有片内掩膜ROM、8751有片内EPROM。
图2-2 MCS-51内部结构图
CPU由运算器和控制器组成。运算器(即算术逻辑单元ALU)负责执行所有的算术逻辑运算,控制器负责对指令代码进行译码,产生各种控制信号,从而完成指令操作。
8051内部共有4个双向8位并行I/O接口P0~P3,1个全双工串行接口(借用并口P3引脚)。通常P0口为数据/地址低8位分时复用,P1口为通用I/O接口,P2口为地址高8位,P3口为双功能接口,这4个并行口都具有内部锁存器。串行接口内带有缓冲器。
8051片内有128字节的静态随机存取存储器SDAM作为片内数据存储器使用,字节地址为00H~7FH。还有21个特殊功能寄存器(SFR),用于各种编程控制,字节地址为80H~FFH(占用其中21个地址)。
8051单片机片内具有两个16位加法计数器,分别为T0和T1。用于各种定时和对外部事件计数。
8051单片机内的中断逻辑具有5个中断源,两个优先级。每个中断源都被设置了固定的入口地址,响应中断时能自动转到对应中断源的入口地址执行程序,使编程得到简化。
8051单片机内部含有振荡电路,只需外接适当频率的晶体振荡器作为振荡源,振荡信号经内部电路整形作为单片机的主频信号。当然,也可用外部脉冲信号作为主频信号。
MCS-51系列单片机时序
机器周期的概念
MCS-51系列单片机中一个基本动作(如指令读操作码)至少需要两个时钟周期,这两个时钟周期分别称为两个时相(时钟相位)P1和P2,可以看成动作的基本单位,因此P1、P2合起来称为一个状态S。而执行一条指令至少需要6个状态,可以看成执行指令的基本单位,称为机器周期。所以存在如下关系:
1个机器周期=6个状态=24个时钟周期
MCS-51系列单片机的指令由1~4个机器周期组成。
典型指令的执行时序
书上图2-3给出了MCS-51系列单片机典型指令执行时序。图中以主频信号和ALE的输出作为参考信号。
MCS-51系列单片机引脚功能
MCS-51系列单片机大多数采用40引脚双列直插式(DIP)封装形式,采用 CHMOS 工艺制造的80C51/80C31还有44引脚的方形封装形式。
MCS-51引脚配置
MCS-51逻辑框图
I/O引脚和I/O端口
~:P0口是一个漏极开路型准双向I/O口。在访问外部存储器时,它是数据总线和地址总线低8位分时复用的接口;在EPROM编程时,它接收指令字节;在验证程序时,输出指令字节,并要求外接上拉电阻。
~:P1口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口,它是通用I/O端口。在EPROM编程和程序验证时,它接收低8位地址。
~:P2口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在访问外部存储器时,它输出高8位地址;在对EPROM编程和程序验证时,它接收高8位地址。
~:P3口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口,它是双功能I/O端口。除基本输入/输出功能外,每个引脚还有专用功能,其专用引脚功能见书上表2-2所示。
复位引脚和复位电路
(1)复位功能RST:单片机的复位是靠外部电路实现的。在振荡信号正常运行情况下,只要RST引脚保持两个机器周期以上时间的高电平,系统就能复位。
(2)备用电源功能VPD:掉电时,下降到操作系统允许极限之前,RST/ VPD引脚接上备用电源,向内部RAM供电,这时系统处于一种低功耗方式。
图2-8 上电复位电路
MCS-51系列单片机常见的外部复位电路有四种,如图2-8至图2-11所示。
图2-9 外部复位电路