MCS-51單片機(jī)的引腳描述及片外總線結(jié)構(gòu)

HMOS制造工藝的MCS-51單片機(jī)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(biāo)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(shuō)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(hào)圖。在單片機(jī)的40條引腳中有2條專(zhuān)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?jǐn)⑹鲞@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(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對(duì)CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。

XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機(jī)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(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器的信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對(duì)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(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個(gè)約8.2k的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個(gè)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(dāng)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(dāng)訪問(wèn)外部存貯器時(shí)，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(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)LS型的TTL輸入電路。

對(duì)于EPROM單片機(jī)（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(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出）8個(gè)LS型的TTL輸入。

④EA/VPP（引腳）：當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò)0FFFH（對(duì)851/8751/80C51）或1FFFH（對(duì)8052）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于常用的8031來(lái)說(shuō)，無(wú)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲(chǔ)器。

對(duì)于EPROM型的單片機(jī)（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(chǔ)器時(shí)，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(dòng)8個(gè)LS型的TTL負(fù)載。

②P1口（1腳至8腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒(méi)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(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。對(duì)8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T(mén)2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T(mén)2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2的外部控制端。對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低8位地址。

③P2口（21腳至28腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。

④P3口（10腳至17腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個(gè)引腳還用于專(zhuān)門(mén)功能，是復(fù)用雙功能口。P3能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。

作為第一功能使用時(shí)，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(shí)，各引腳的定義如表所示。

值得強(qiáng)調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。

表 P3各口線的第二功能定義

口線 引腳 第二功能

P3.0 10 RXD（串行輸入口）

P3.1 11 TXD（串行輸出口）

P3.2 12 INT0（外部中斷0）

P3.3 13 INT1（外部中斷1）

P3.4 14 T0（定時(shí)器0外部輸入）

P3.5 15 T1（定時(shí)器1外部輸入）

P3.6 16 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)脈沖）

P3.7 17 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖）

二、MCS-51單片機(jī)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(dāng)作用戶(hù)I/O口線。除8051/8751外真正可完全為用戶(hù)使用的I/O口線只有P1口，以及部分作為第一功能使用時(shí)的P3口。如圖，是MCS-51單片機(jī)按引腳功能分類(lèi)的片外總線結(jié)構(gòu)圖。

由圖我們可以看到，單片機(jī)的引腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘接入，用戶(hù)I/O口外，其余管腳是為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成MCS-51單片機(jī)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(chǔ)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(dú)立控制線RESET、EA、ALE、PSEN組成。

下表列出各個(gè)子系列的配制情況供讀則參考。

芯片種類(lèi) 片內(nèi)存儲(chǔ)器 中斷源 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 串行口 電源消耗（mA） 制造工藝

ROM/EPROM RAM

8051（8751，8031） 4K 128 5 2 同、異步方式，8位或10位可程序控制 125 HMOS

8052（8752，8032） 8K 256 6 3 同、異步方式，8位或10位可程序控制 100 HMOS

80C51（87C51，80C31） 4K 128 5 2 同、異步方式，8位或10位可程序控制 24 CHMOS

80C52（87C52，80C32） 8K 256 7 3 同、異步方式，8位或10位可程序控制 24 CHMOS

8044（8744，8344） 4K 192 5 2 S.L.U 200 HMOS

MSC-51單片機(jī)中央處理器

中央處理器是單片機(jī)內(nèi)部的核心部件，它決定了單片機(jī)的主要功能特性。中央處理器主要由運(yùn)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(hào)線聯(lián)系起來(lái)加以討論，并涉及相關(guān)的硬件設(shè)備（如振蕩電路和時(shí)鐘電路）。

1、運(yùn)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(jìn)制調(diào)整電路等。運(yùn)算部件的功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運(yùn)算、位變址處理和數(shù)據(jù)傳送操作。

MCS-51單片機(jī)的ALU功能十分強(qiáng)，它不僅可對(duì)8位變量進(jìn)行邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)、求補(bǔ)、清零等基本操作，還可以進(jìn)行加、減、乘、除等基本運(yùn)算。為了乘除運(yùn)算的需要，設(shè)置了B寄存器。在執(zhí)行乘法運(yùn)算指令時(shí)，用來(lái)存放其中一個(gè)乘數(shù)和乘積的高8位數(shù)；在執(zhí)行除法運(yùn)算指令時(shí)，B中存入除數(shù)及余數(shù)。MCS-51單片機(jī)的ALU還具有一般微機(jī)ALU，如Z80、MCS-48所不具備的功能，即布爾處理功能。單片機(jī)指令系統(tǒng)中的布爾指令集、存儲(chǔ)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(duì)位（bit）變量進(jìn)行布爾處理，如置位、清零、求補(bǔ)、測(cè)試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”、“或”等操作。在實(shí)現(xiàn)位操作時(shí)，借用了程序狀態(tài)標(biāo)志器（PSW）中的進(jìn)位標(biāo)志Cy作為位操作的“累加器”.

運(yùn)算部件中的累加器ACC是一個(gè)8位的累加器（ACC也可簡(jiǎn)寫(xiě)為A）。從功能上看，它與一般微機(jī)的累加器相比沒(méi)有什么特別之處，但需要說(shuō)明的是ACC的進(jìn)位標(biāo)志Cy就是布爾處理器進(jìn)行位操作的一個(gè)累加器。

MCS-51單片機(jī)的程序狀態(tài)PSW，是一個(gè)8位寄存器，它包含了程序的狀態(tài)信息。