MCS-51单片机的结构是由哪些部分组成的？

MCS-51单片机的原理是什么？

MCS-51单片机的结构是由哪些部分组成的？

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张磊

2021-7-14 11:01:16

一、MCS-51单片机结构与原理
MCS-51单片机芯片有许多种，如8051、8031、8751、80c51、80c31等。它由中央处理器（CPU）、时钟电路、程序存储器（ROM/EPROM）、数据存储器（RAM）、并行I/O口（P0~P3）、串行口、定时器/计数器及中断系统组成。它们通过单一总线连接，并被集成在一块半导体芯片上，即单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer）。

中央处理器CPU是单片机内部的核心部件，它决定了单片机的主要功能特性，由运算器和控制器两部分组成。
运算器
运算器是计算机的运算部件，用于实现算术逻辑运算、位变量处理、移位和数据传送等操作。它是以算术逻辑单元ALU为核心，加上累加器ACC、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2、程序状态字PSW以及十进制调整电路和专门用于位操作的布尔处理器组成。
控制器
控制器是CPU的神经中枢，它包括定时控制逻辑电路、指令寄存器、译码器、地址指针DPTR及程序计数器PC、堆栈指针SP等。这里程序计数器PC是由16位寄存器构成的计数器。要单片机执行一个程序，就必须把该程序按顺序预先装入存储器ROM的某个区域。单片机动作时应按顺序一条条取出指令来加以执行。
1、8051单片机引脚

单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚
VCC（40脚）：电源端，为＋5V。
Vss（20脚）：接地端。
电路引脚XLAL2（18脚）：
接外部晶体和微调电容的一端。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外时钟脉冲，要检查8051的振荡电路是否正确工作，可用示波器查看XLAL2端是否有脉冲信号输出。
时钟电路引脚XLAL1（19脚）：
接外部晶体的微调电容的另一端。在片内它是振荡电路方相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。
RST（9脚）：
RST是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期，即24个时钟振荡周期的高电平时，就可以完成复位操作。RST引脚的第二功能是VPD，即备用电源的输入端。当主电源Vcc发生故障降低到低电平规定值时，将＋5V电源自动接入RST端，为RAM提供备用电源，以保证存储在RAM中的信息不丢失，以使电源正常后能继续正常运行。
ALE（30脚）：
地址锁存允许信号端。当8051上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fosc的1/6。CPU访问片外存储器时，ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。在CPU访问片外数据存储器时，会丢失一个脉冲。平时不访问外存储器时，ALE端也可1/6的振荡频率固定输出正脉冲，因而ALE也可以用作对外输出时钟或定时信号。如果你想看一下8051芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出，如有，则8051基本上是好的。ALE端的负载驱动能力为8个LS型TTL。此引脚的第二功能PROG是对片内带有4K EPROM的8751固化程序时，作为编程脉冲输入端。
PSCN（29脚）：
程序存储器允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端口定时输出脉冲作为读片外程序存储器的选通信号。此引脚EPROM的OE端，PSCN端有效，即允许读出片外EPROM中的指令码。CPU在外部EPROM取指区间，PSCN信号在每个机器周期中有两个有效。PSCN端同样可驱动8个LS型TTL。要检查一个8051小系统上电后CPU能否正确到EPROM中读取指令码，也可用示波器看PSEN端无脉冲输出，如有，说明基本上正常工作。
EA（31脚）：
外部程序存储器地址允许输入端。当EA引脚接高电平时，CPU访问片内EPROM并执行内部程序存储器中的指令，但在程序计数器PC的值超过OFFFH时，将自动转向执行片外程序存储器内的程序。当输入信号EA引脚接低电平时，CPU只访问外部EPROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。对于无片内ROM的8031，必须外扩EPROM，此时必须将EA引脚接地。此引脚的第二功能Vpp是对8751片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压输入端。
P0口（39—32脚）：
P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8个LS型TTL负载。当P0口作为输入口使用时，应先向口锁存器（地址80H）写入全1，此时P0口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1，这就是准双向的含义。在CPU访问片外存储器时，P0口是分时提供低8位地址和8位数据的复用总线。在此区间，P0口内部上拉电阻有效。
P1口（1脚—8脚）：
P1口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口。P1口的每一位能驱动4个LS型TTL负载。在P1口锁存器（地址90H）写入全1，此时P1口引脚由内部上拉电阻接成高电平。
P2口（21脚—28脚）：
P2口是一个带内部上接电阻的8位准双向I/O端口。、P2口的每一位能驱动4个LS型TTL负载。
P3口（21脚—28脚）：
P3口是一个带内部上接电阻的8位准双向I/O端口。P3口的每一位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其他I/O口有很大区别，它除作为一般准双向I/O口外，每个引脚还具有专门的功能。
2、并行输入/输出端口结构
接口电路是单片机不可缺少的组成部分，并行I/O接口是CPU和外部进行信息交换的主要通道。通过I/O口，单片机可以外接外围设备，可以进行系统扩展，来解决硬件资源不足的问题。MCS-51单片机内部共有4个双向的8位并行I/O端口（Port），分别记作P0、P1、P2、P3，共32根引脚。各端口的每一位均由锁存器（即特殊功能寄存器P0~P3）、输出驱动器和输入缓冲器所组成。它们在结构上基本相同，但仍存在差别，所以各端口的性质和功能也有差异。
P0口的字节地址为80H，位地址为80H~87H。P0口的各位具有完全相同但又互相独立的逻辑电路，P0 口的某一位电路包括一个数据输出锁存器，用于进行数据位的锁存。两个三态的数据输入缓冲器，分别用于锁存器数据和引脚数据的输入缓冲。
P1口的字节地址为 90H，位地址为90H~97H。P1口的某一位的位结构的电路原理图。 P1口只能作为通用的I/O端口使用，因此不再需要多路转换开关MUX了。
P2口的字节地址0A0H，位地址0A0~0A7H。P2口的结构与P0口基本相似某一位的位结构的电路原理。输出驱动电路中有上拉电阻。作I/O口使用时，与P0口相同。另外外部扩展存储器时用作地址线（高8位）使用。
P3口的字节地址0B0H，位地址0B0~0B7H。P3口是一个双功能口，某一位的位结构的电路原理图。P3口可以作为通用I/O使用，但在实际应用中常使用它第二功能，表1列出了P3口的第二功能定义。
7H。P3口是一个双功能口，某一位的位结构的电路原理图。P3口可以作为通用I/O使用，但在实际应用中常使用它第二功能，表1列出了P3口的第二功能定义。

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