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单片机基础：MCS-51单片机的硬件结构(附硬件结构框图)

2020年07月15日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

单片机硬件结构知识点非常琐碎，通过一次两次的学习是不太可能记住的。想要熟练掌握硬件结构，最好的方法是在实验中练习，通过编程多见多用才能牢固的掌握。

MCS-51单片机硬件结构

1.硬件系统框图

在这里插入图片描述

2.单片机功能图

在这里插入图片描述
单片机就是一个芯片集成了计算机的三大部分，中央处理器、存储器、I/O接口，这三大部分又通过三总线(数据总线、地址总线、控制总线)相互连接。

3.单片机的主要部件

CPU

  • 1个8位CPU

存储器

  • 4KB程序存储器ROM(Read Only Memory)，片外最多可扩展64KB，ROM是只读存储器，用于存储数据，相当于硬盘。
  • 128B数据存储器RAM(Random Access Memory)，片外最多可扩展64KB，RAM是随机存取存储器，用于临时存放数据，相当于内存条。
  • 21个具有特殊功能的寄存器SFR。

I/O接口

  • 4个8位并行口，P0、P1、P2、P3
  • 1个全双工串行口

其它

  • 2个16位定时/计数器
  • 5个中断源
  • 1个片内振荡器、时钟电路

4.CPU内部结构

4.1.运算器

  1. 算术/逻辑运算单元ALU：进行算术逻辑运算，加减乘除、与或非等等。
  2. 累加器ACC(8位)：助记符A。
  3. 寄存器B(8位)：配合ACC完成乘除运算，没有乘除运算时，可当做RAM的一个单元。
  4. 程序状态字寄存器PSW(8位)：存放ALU运算状态

4.2.控制器

  1. 堆栈指针SP(8位)：存取数据，先进后出。数据入栈出栈时，SP自动加1减1。复位时SP=07H。
  2. 程序计数器PC(16位)：存放下条要执行的指令的地址，PC指针指向哪，CPU就执行哪条指令。复位时PC=0000H
  3. 数据指针DPTR(16位)：与PC功能一样，区别是DPTR是外部存储器的指针。

5.存储器

5.1.存储器结构图

在这里插入图片描述
单片机存储器在物理结构上分为4部分，片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。但在逻辑上分为3部分，片内外统一编制的程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器，访问这3个存储空间时，采用不同形式的指令。

5.2.程序存储器ROM

读取数据的两条指令
MOVC A, @A + DPTR
MOVC A, @A + PC
DPTR为外部扩展ROM的数据指针

最多扩展64KB的程序存储器

复位地址0000H

当EA为低电平时，所有取指令操作都在片外ROM中进行；当EA为高电平，所有取指令操作都在片内ROM中进行。

各中断入口地址

中断源 入口地址
外部中断0(INT0) 0003H
外部中断1(INT1) 0013H
定时器0(T0) 000BH
定时器0(T1) 001BH
串行口(TI或RI) 0023H

5.3.数据存储器RAM

数据存储器分为外部RAM和内部RAM，内部RAM只有128B地址空间(00H~7FH)，外部RAM有64KB(0000H ~ 0FFFFH)；访问内部RAM用指令MOV，访问外部RAM用指令MOVX。
内部RAM分为通用数据存储器和特殊功能寄存器，两大部分

5.3.1.通用数据存储器

通用数据存储器被分为三个区，工作寄存器区、可位寻址区、用户数据缓冲器

5.3.1.1.工作寄存器区(00H ~ 1FH)

工作寄存器区共分为4个工作寄存器组，每组有8个工作寄存器R0 ~ R7，可以通过程序状态字寄存器(PSW)中RS0和RS1两位来选择工作寄存器组。

5.3.1.2.可位寻址区(20H ~ 2FH)

可以对具体的某一位进行处理、传输数据等。

5.3.1.3.用户数据缓冲区(30H ~ 7FH)

用户RAM，只能按字节寻址

5.3.2.特殊功能寄存器

21个特殊功能寄存器中，有11可位寻址。
在这里插入图片描述

重要：程序状态字寄存器PSW

5.3.3.三大逻辑存储部分指令

访问ROM用MOVC
访问片内RAM用MOV
访问片外RAM用MOVX

  • 从外部RAM取数 MOVX A,@DPTR
  • 从数到外部RAM MOVX @DPTR,A

6.I/O接口

6.1.引脚图

在这里插入图片描述

6.2.引脚功能

6.2.1.P0 ~ P3

P0口是三态双向口，如果需要输出电平，需要外接上拉电阻。P1、P2是准双向IO口。P3
准双向IO口，双功能口
在这里插入图片描述

6.2.2.电源引脚
引脚 功能
Vcc 电源输入端
Vss 接地端
6.2.3.时钟震荡电路引脚
引脚 功能
XTAL1 晶体振荡电路反相器输入端
XTAL2 输出端，称为单片机的主频
6.2.4.控制信号引脚
引脚 功能
RST/VPD RST是复位信号输入端，VPD是内部RAM备用电源，防止突然断电时导致RAM中的数据丢失
ALE/PROG ALE地址锁存允许信号
PSEN 外部ROM的读选通信号
EA/VPP 访问外部ROM控制信号

时钟电路

在这里插入图片描述

复位电路

上电自动复位

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上电加按键手动复位

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