MCS-51單片機的引腳描述及片外總線結(jié)構(gòu)
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HMOS制造工藝的MCS-51單片機都采用40引腳的直插封裝（DIP方式），制造工藝為CHMOS的80C51/80C31芯片除采用DIP封裝方式外，還采用方型封裝工藝，引腳排列如圖。其中方型封裝的CHMOS芯片有44只引腳，但其中4只引腳（標有NC的引腳1、12、23、34）是不使用的。在以后的討論中，除有特殊說明以外，所述內(nèi)容皆適用于CHMOS芯片。
如圖，是MCS-51的邏輯符號圖。在單片機的40條引腳中有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制或與其它電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出（I/O）引腳。
下面按其引腳功能分為四部分敘述這40條引腳的功能。
1、主電源引腳VCC和VSS
VCC——（40腳）接+5V電壓；
VSS——（20腳）接地。
2、外接晶體引腳XTAL1和XTAL2
XTAL1（19腳）接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，此引腳應(yīng)接地；對CHMOS單片機，此引腳作為驅(qū)動端。
XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。
3、控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP
①RST/VPD（9腳）當振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個約8.2k的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個約10μF的電容，以保證可靠地復(fù)位。
VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（5±0.5V）內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。
②ALE/PROG（30腳）：當訪問外部存貯器時，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。
對于EPROM單片機（如8751），在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（PROG）。
③PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動（吸收或輸出）8個LS型的TTL輸入。
④EA/VPP（引腳）：當EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PC（程序計數(shù)器）值超過0FFFH（對851/8751/80C51）或1FFFH（對8052）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當EA保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。對于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲器。
對于EPROM型的單片機（如8751），在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21V的編程電源（VPP）。
4、輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根）
①P0口（39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LS型的TTL負載。
②P1口（1腳至8腳）：是準雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負載。對8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T2定時/計數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2的外部控制端。對EPROM編程和程序驗證時，它接收低8位地址。
③P2口（21腳至28腳）：是準雙向8位I/O口。在訪問外部存儲器時，它可以作為擴展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負載。
④P3口（10腳至17腳）：是準雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。P3能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負載。
作為第一功能使用時，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。
作為第二功能使用時，各引腳的定義如表所示。
值得強調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。
表
口線
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
二、MCS-51單片機的片外總線結(jié)構(gòu)
綜合上面的描述可知，I/O口線都不能當作用戶I/O口線。除8051/8751外真正可完全為用戶使用的I/O口線只有P1口，以及部分作為第一功能使用時的P3口。如圖，是MCS-51單片機按引腳功能分類的片外總線結(jié)構(gòu)圖。
由圖我們可以看到，單片機的引腳除了電源、復(fù)位、時鐘接入，用戶I/O口外，其余管腳是為實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成MCS-51單片機片外三總線結(jié)構(gòu)，即：
①地址總線（AB）：地址總線寬為16位，因此，其外部存儲器直接尋址為64K字節(jié)，16位地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址（A8至A15）。
②數(shù)據(jù)總線（DB）：數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0提供。
③控制總線（CB）：由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨立控制線RESET、EA、ALE、PSEN組成。
下表列出各個子系列的配制情況供讀則參考。
芯片種類
ROM/EPROM
8051（8751，8031）
8052（8752，8032）
80C51（87C51，80C31）
80C52（87C52，80C32）
8044（8744，8344）
MSC-51單片機中央處理器
中央處理器是單片機內(nèi)部的核心部件，它決定了單片機的主要功能特性。中央處理器主要由運算部件和控制部件組成。下面我們把中央處理器功能模塊和有關(guān)的控制信號線聯(lián)系起來加以討論，并涉及相關(guān)的硬件設(shè)備（如振蕩電路和時鐘電路）。
1、運算部件：它包括算術(shù)、邏輯部件ALU、布爾處理器、累加器ACC、寄存器B、暫存器TMP1和TMP2、程序狀態(tài)字寄存器PSW以及十進制調(diào)整電路等。運算部件的功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運算、位變址處理和數(shù)據(jù)傳送操作。
MCS-51單片機的ALU功能十分強，它不僅可對8位變量進行邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)、求補、清零等基本操作，還可以進行加、減、乘、除等基本運算。為了乘除運算的需要，設(shè)置了B寄存器。在執(zhí)行乘法運算指令時，用來存放其中一個乘數(shù)和乘積的高8位數(shù)；在執(zhí)行除法運算指令時，B中存入除數(shù)及余數(shù)。MCS-51單片機的ALU還具有一般微機ALU，如Z80、MCS-48所不具備的功能，即布爾處理功能。單片機指令系統(tǒng)中的布爾指令集、存儲器中的位地址空間與CPU中的位操作構(gòu)成了片內(nèi)的布爾功能系統(tǒng)，它可對位（bit）變量進行布爾處理，如置位、清零、求補、測試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”、“或”等操作。在實現(xiàn)位操作時，借用了程序狀態(tài)標志器（PSW）中的進位標志Cy作為位操作的“累加器”.
運算部件中的累加器ACC是一個8位的累加器（ACC也可簡寫為A）。從功能上看，它與一般微機的累加器相比沒有什么特別之處，但需要說明的是ACC的進位標志Cy就是布爾處理器進行位操作的一個累加器。
MCS-51單片機的程序狀態(tài)PSW，是一個8位寄存器，它包含了程序的狀態(tài)信息。
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