第三章 MCS—5l单片机地结构和原理.doc

第三章 MCS—5l单片机的结构和原理 前面介绍了微处理器、微计算机的原理和有关的概念。从这一章开始详细介绍MCS—51单片机的硬件、软件、接口及其开发与应用技术。 第一节 MCS—51系列单片机的结构 MCS—51是Intel公司的一种单片机系列的名称。继1976年该公司推出MCS—48系列8位单片机之后，1980年又推出了MCS—51系列高档8位单片机。属于这一系列的单片机芯片有许多种: 如 8031、8051、875l、80C51BH、80C31BH 8032、 8052、 8752、 80C32、 80C52还有其他公司的产品，AT89C、PHILIP、Winbond等，它们的基本组成、基本性能和指令系统都是相同的。为了叙述方便，今后如不作说明，则常用8051代表51系列单片机。 一、MCS—51单片机的基本组成 下图MCS—51系列单片机的基本功能结构方框图 在一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个组成部分，每一片单片机包括： ①一个8位的微处理器CPU。 ②片内数据存储器RAM(128B／256B)，用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。 ③片内程序存储器ROM／EPROM(4KB／8KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM／EPBOM，如8031、8032、80C31等。 ④四个8位并行I／O(输入／输出)接 口P0—P3，每个口可以用作输入，也可以用作输出。 ⑤两个或三个定时／计数器，每个定时／计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。 ⑥五个中断源的中断控制系统。 ⑦一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I／O口，可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。 ⑧片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许振荡频率为12MHz。 注：新型的单片机晶振可达24MHz, 甚至更高！ 以上各个部分通过内部数据总线相连接。 MCS—5l系列单片机有十多种产品，其性能如下表所示。 MCS—51系列单片机性能表 掩膜型：805l片内除具有CPU(包括控制器与运算器)外，还包括ROM、RAM、4×8位并行口、串行口和2×l 6位定时／计数器，它是一片功能很强的单片微计算机；但由于8051片内为掩膜ROM，内部程序不能改写，不便于实验开发。如在实验调试中使用8051，需在片外另扩可改写的EPROM。 EPROM型：8751具有片内EPROM，是真正的单片机，但由于价格较贵，所以用的较少。 无ROM型：8031只是片内没有ROM，但它在市场上的价格很低，只需在片外扩展一片EPROM就构成了系统，所以用得非常广泛，开发MCS—5l的产品绝大多用803l。 FLASH型：内部有FLASH ROM 的程序存贮器，目前则大多采用89C51（4K） 89C52(8K)，89C1051(1K) 89C2051(2K). 低功耗型：表中单片机型号带“C”则表示所用工艺为CMOS，具有低功耗的特点。如8051功耗为630mW，而80C51的功耗只有120mW，它用于低功耗的便携式产品或航天技术领域中。 MCS—5l系列单片机的温度适用范围也较微处理器芯片Z80、8080等宽，其温度范围： 民品(商业用) 0—70℃ 工业品 一40—85℃ 军用品 一55—125℃ 一般市场销售品多为工业品，其稳定性、抗干扰性能都优于微处理器芯片。 二、MCS—5l单片机内部结构 8051／8751／8031芯片的外部引脚和指令系统完全兼容，其内部结构除ROM／EPROM不同外其余完全相同。 805l单片机内部结构如图所示。 一个完整的计算机应该由运算器、控制器、存储器(RoM及RAM)和I／O接口组成。一般微处理器(如Z80)只包括运算器和控制器两部分。和一般微处理器相比，805l增加了四个8位I／O口、一个串行口、4KB ROM、128B RAM和很多工作寄存器及特殊功能寄存器(SFR)。各部分的功能简述如下: (一)8051CPU内部结构 1．运算器 包括一个可进行8位算术运算和逻辑运算的ALU单元，8位的暂存器1、暂存器2、8位的累加器ACC，寄存器B和程序状态寄存器PSW等。 ALU：可对4位(半字节)、8位(一字节)和16位(双字节)数据进行操作。如能做加、减、乘、除、加1、减1、BCD数十进制调整及比较等算术运算和逻辑与、或、异或、