【文章內容簡介】 系列單片機中的一種。其基本結構組成如下圖所示時鐘電路SFR和RAMROM數(shù)據(jù)存儲器CPU定時/計數(shù)器并行端口中斷系統(tǒng)串行端口系 統(tǒng) 總 線T0 T1P0 P1 P2 P3TXD RXD INT0 INT1圖 36 8051基本組成其各個部分的功能介紹如下：1）、中央處理器：中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。2）、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)：8051內部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結果或用戶定義的字型表。3）、程序存儲器(ROM)：8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 4）、定時/計數(shù)器(ROM)：8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產生中斷用于控制程序轉向。 5）、并行輸入輸出(I/O)口：8051共有4組8位I/O口(P0、 PP2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。6）、全雙工串行口：8051內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。7）、中斷系統(tǒng)： 8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。8）時鐘電路：8051內置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結構，即普林斯頓(Princeton)結構。INTEL的MCS51系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續(xù)產品16位的MCS96系列單片機則采用普林斯頓結構。如圖3—7為8051系列單片機的內部結構示意圖。圖3—7 8051系列單片機的內部結構示意圖3. 2. 2. 2 8031的引腳圖如圖，圖38為8051的引腳圖： 38 8051引腳圖8051的制作工藝為HMOS，采用40管腳雙列直插DIP封裝，引腳說明如下：VCC（40引腳）正常運行時提供電源。VSS（20引腳）接地。XTAL1（19引腳）在單片機內部，它是一個反向放大器的輸入端，該放大器構成了片內的震蕩器，可以提供單片機的時鐘信號，該引腳也是可以接外部的晶振的一個引腳，如采用外部振蕩器時，對于8031而言此引腳應該接地。XTAL2（18引腳）在內部，接至上述振蕩器的反向輸入端，當采用外部振蕩器時， 對MCS51系列該引腳接收外部震蕩信號，即把該信號直接接到內部時鐘的輸入端。RST/VPD（9引腳）在振蕩器運行時，在此引腳加上兩個機器周期的電平將單片機復位。在掉電時，此引腳接備用電源VDD，以保持RAM數(shù)據(jù)不丟失，當BVCC低于規(guī)定的值時，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內時，VPD就向內部數(shù)據(jù)存儲器提供備用電源。ALE/PROG（30引腳）當8031訪問外部存儲器時，包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，ALE9地址鎖存允許0輸入的脈沖的下沿用于鎖存16位地址的低8位，在不訪問外部存儲器的時候，ALE仍有兩個周期的正脈沖輸出，其頻率為振蕩器的頻率的1/6，在訪問外存儲器的是候，在兩個周期中，ALE只出現(xiàn)一次，ALE斷可驅動8個LS TTL負載，對于有片內EPROM的而言，在EPROM編程期間，此腳用于輸入編程脈沖PROG。（29引腳）此腳輸出為 單片機內訪問外部程序存儲器的讀選通信號，在讀取外部指令期間， PSEN非有兩次在每個周期有效，在此期間，每當訪問外部存儲器時，兩個有效的PSEN非將不再出現(xiàn)，同樣這個引腳可驅動8個LSTTL負載。/VPP（31引腳）當保持高電平時，單片機訪問內部存儲器，當PC值超過0FFFH時，將自動轉向片外存儲器。當保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，對8051而言，此腳必須接地。P0，P1，P2，P3：8051有四個并行口，在這四個并行口中，可以在任何一個輸出數(shù)據(jù)，又可以從它們那得到數(shù)據(jù)，故它們都是雙向的，每一個I/O口內部都有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，各成為SFR中的一個，因此CPU數(shù)據(jù)從并行I/O口輸出時可以得到鎖存，數(shù)據(jù)輸入時可以得到緩沖，但他們在功能和用途上的差異很大，P0和P2口內部均有個受控制器控制的二選一選擇電路，故它們除可以用做通用I/O口以外還具有特殊的功能，P0口通常用做通用I/O口為CPU傳送數(shù)據(jù)，P2口除了可以用做通用口以外，還具有第一功能，除P0口以外其余三個都是準雙向口。8051有一個全雙工串行口，這個串行口既可以在程序下把CPU的8位并行數(shù)據(jù)變成串行數(shù)據(jù)一位一位的從發(fā)送數(shù)據(jù)線發(fā)送出去，也可以把串行數(shù)據(jù)接受進來變成并行數(shù)據(jù)給CPU，而且這種串行發(fā)送和接收可以單獨進行也可以同時進行。8051的 串行發(fā)送和接收利用了P3口的第二功能，串行接口的電路結構還包括了串行口控制寄存器SCON，電源及波特率選擇寄存器PCON和串行緩沖寄存器SBUF，他們都屬于SFR，PCON和SCON用于設置串行口工作方式和確定數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，SBUF用于存放欲發(fā)送的數(shù)據(jù)起到緩沖的作用。3. 2. 2. 3 8051程序存儲器MCS51系列單片機的內部ROM是不同的，8031則沒有片內的ROM ，8751則是4K光可擦寫EPROM，而我們采用的 8051有4K的ROM，但是無論那種型號的芯片都可以在片外擴展多達64K的片外程序存儲器，外部程序存儲器擴展的大小以滿足系統(tǒng)要求即可，或有特殊要求或為了以后升級方便采用大容量的片外程序存儲器。當外接程序存儲器的時候，單片機通過P2口和P0口輸出16位的地址，即可尋址的外部程序存儲器單元的地址，使用ALE作為低8位地址鎖存器信號，再由P0口讀回指令的代碼，用PSEN非作為外部程序存儲器的選通信號。單片機有一個程序計數(shù)器PC，它始終存著CPU要讀取的機器碼的所在地址，單片機工作時，PC自動加一，此時程序開始順序執(zhí)行，因為單片機程序 訪問空間是64K，故需要16條地址線，當接“0”則8051在片外程序存儲器中讀取指令，此時片外程序存儲器從0000H開始編址，因為8031無片內程序存儲器，故在此系統(tǒng)中必須接地使CPU到外部ROM中去尋址。在程序存儲器中有六個單元有特定的含義：0000H單元：單片機復位后，PC=0000H即從此處開始執(zhí)行指令。0003H單元：外部中斷0入口地址。000BH單元：定時器0溢出中斷入口地址。0013H單元：外部中斷1入口地址。001BH單元：定時器溢出中斷入口地址。0023H單元：串行口中斷入口地址。使用時常在這些入口外安放一條絕對跳轉指令，使程序跳轉到擁護安排的中斷處理程序的起始地址，或從0000H外執(zhí)行一跳轉指令，跳轉到用戶設計的初始程序入口。3. 2. 2. 4 8051數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器用于存放運算中間的結果、數(shù)據(jù)暫存、緩沖、標志位、待測程序等功能。片內的128B的RAM地址為00H～7FH，供用戶做RAM用，但是在這中間的前32單元，00H～1FH即引用地址尋址做用戶RAM用，常常做工作寄存器區(qū)，分做四組，每組由8個單元組成通用寄存器R0～R7，任何時候都由其中一組作為當前工作寄存器，通過RS0，RS1的內容來決定選擇哪一個工作寄存器。低128字節(jié)中的20H～2FH共16字節(jié)可用位尋址方式訪問各位，共128個位地址，30H～7FH共80個單元為用戶RAM區(qū)，作堆?；驍?shù)據(jù)緩沖用，片內RAM不夠用時，須擴展片外數(shù)據(jù)存儲器。此時單片機通過P2口和P0口選出6位地址，使用ALE作低8位的鎖存信號，再由P0口寫入或讀出數(shù)據(jù)。寫時用，讀時用做外部數(shù)據(jù)存儲器的選通信號3. 2. 2. 5 特殊功能寄存器SFR8051有21個特殊的專用寄存器，他們是用來管理CPU和I/O口以及內部邏輯部件的，在指令中專用寄存器是以存儲單元方式被讀寫的，專用寄存器雖有名稱，但尋址時都做專用寄