單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)包括中央處理器(CPU) 、存儲器、定時/計數(shù)器、輸入輸出接口、中斷控制系統(tǒng)和時鐘電路六部分。

一、基本組成

中央處理器(CPU)

包括運(yùn)算器和控制器兩部分，是單片機(jī)的核心。運(yùn)算器可用于各種運(yùn)算，控制器用于控制單片機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作。

存儲器

用于存放程序和原始數(shù)據(jù)。

時鐘電路

時鐘電路產(chǎn)生單片機(jī)運(yùn)行的控制信號，控制單片機(jī)嚴(yán)格按時序執(zhí)行指令。

定時/計數(shù)器：實(shí)現(xiàn)定時或計數(shù)功能。

輸入輸出接口(I/O)實(shí)現(xiàn)單片與其他設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。

中斷控制系統(tǒng): 用于響應(yīng)中斷源的中斷請求。

二、單片機(jī)引腳

雙列直插式封裝(DIP，Dual Inline Package)

方形封裝(PLCC，Plastic Leaded Chip Carrier)

電源引腳: VCC (40腳)和VSS(20腳)分別接供電電源正極和負(fù)極。

時鐘電路引腳:單片機(jī)需要有時鐘脈沖信號才能工作，經(jīng)(18腳)和 (19腳)接振蕩電路。

控制信號引腳包括以下4個:

EA( 31腳):當(dāng)EA接高電平時先內(nèi)后外執(zhí)行ROM程序。接低電平時只執(zhí)行外部ROM程序。

RST (9腳):當(dāng)輸入兩個機(jī)器周期以上的高電平時實(shí)現(xiàn)復(fù)位，使單片機(jī)初始化并重新執(zhí)行程序。

ALE (30腳):訪問外部存儲器和其他外設(shè)時，ALE控制低8位地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。

PSEN (29腳):外部程序存儲器讀選通信號。

并行輸入/輸出引腳共32個：

PO口(39-32腳)：可作地址/數(shù)據(jù)總線端口用，也可作普通I/O口用。

P1口(1-8腳)：一般只用作I/O端口。

P2口(21-28腳)：當(dāng)訪問外部存儲器時可輸出高8位地址，也可作普通I/O端口使用。

P3口(10-17腳):主要用其第二功能，也可作普通I/O口用。

三、并行輸入/輸出

P0口位電路結(jié)構(gòu)

1個數(shù)據(jù)輸出鎖存器。

2個三態(tài)的數(shù)據(jù)輸入緩沖器BUF1和BUF2。

2個場效應(yīng)管(FET)。

多路開關(guān)、反相器、與門各1個。

P0口工作原理——用作復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線

輸出：“控制”信號為1，硬件自動使轉(zhuǎn)接開關(guān)MUX打向上面，接通反相器的輸出，同時使“與門”開啟。

①當(dāng)輸出的地址/數(shù)據(jù)信息=1，“與門”輸出為1，上方場效應(yīng)管導(dǎo)通，下方場效應(yīng)管截止，P0.x引腳輸出為1。

②當(dāng)輸出的地址/數(shù)據(jù)信息=0，上方場效應(yīng)管截止，下方場效應(yīng)管導(dǎo)通，P0.x引腳輸出為0。

P0口工作原理——用作復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線

輸入：當(dāng)P0口作為數(shù)據(jù)輸入時，僅從外部引腳讀入信息，“控制”信號為0，MUX接通鎖存器Q端。

P0口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用方式訪問外部存儲器時，CPU自動向P0口寫入FFH，使下方場效應(yīng)管截止，上方場效應(yīng)管由于控制信號為0也截止，從而保證數(shù)據(jù)信息的高阻抗輸入，從外部輸入的數(shù)據(jù)直接由P0.x引腳通過輸入緩沖器BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線。

①當(dāng)D鎖存器為1時， 端為0，下方場效應(yīng)管截止，輸出為漏極開路，此時，必須外接上拉電阻才能有高電平輸出;

②當(dāng)D鎖存器為0時，下方場效應(yīng)管導(dǎo)通，P0口輸出為低電平。

P0口工作原理——用作通用I/O口

輸入：兩種讀入方式：“讀鎖存器”和“讀引腳”。

①當(dāng)CPU發(fā)出“讀鎖存器”指令時，鎖存器的狀態(tài)由Q端經(jīng)上方的三態(tài)緩沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線。

②當(dāng)CPU發(fā)出“讀引腳”指令時，鎖存器的輸出狀態(tài)Q=1(Q端為0)，而使下方場效應(yīng)管截止，引腳的狀態(tài)經(jīng)下方的三態(tài)緩沖器BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線。

P1口位電路結(jié)構(gòu)

1個數(shù)據(jù)輸出鎖存器。

2個三態(tài)的數(shù)據(jù)輸入緩沖器BUF1和BUF2。

1個場效應(yīng)管(FET)和1個片內(nèi)上拉電阻組成。

P1口工作原理——只用作通用I/O口

①若CPU輸出1，Q=1，Q-=0，場效應(yīng)管截止，P1.x腳輸出為1;

②若CPU輸出0，Q=0，Q- =1，場效應(yīng)管導(dǎo)通，P1.x腳輸出為0。

P1口工作原理——只用作通用I/O口

輸入：分為“讀鎖存器”和“讀引腳”

①讀“鎖存器”，輸出Q狀態(tài)經(jīng)輸入緩沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線;

②“讀引腳”，先向鎖存器寫1，使場效應(yīng)管截止，P1.x引腳上的電平經(jīng)輸入緩沖器BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線。

P2口位電路結(jié)構(gòu)

1個數(shù)據(jù)輸出鎖存器。

2個三態(tài)的數(shù)據(jù)輸入緩沖器BUF1和BUF2。

1個場效應(yīng)管(FET)和1個片內(nèi)上拉電阻組成。

1個多路轉(zhuǎn)接開關(guān)MUX

P2口工作原理——用作地址總線

在控制信號作用下，MUX與“地址”接通。

①當(dāng)“地址”為0時，場效應(yīng)管導(dǎo)通，P2口引腳輸出0;

②當(dāng)“地址”線為1時，場效應(yīng)管截止，P2口引腳輸出1。

P2口工作原理——用作通用I/O口

輸出：在內(nèi)部控制信號作用下，MUX與鎖存器Q端接通。

①CPU輸出1時，Q=1，場效應(yīng)管截止，P2.x引腳輸出1;

②CPU輸出0時，Q=0，場效應(yīng)管導(dǎo)通，P2.x引腳輸出0。

P2口工作原理——用作通用I/O口

輸入：分“讀鎖存器”和“讀引腳”兩種方式。

①“讀鎖存器”時，Q端信號經(jīng)輸入緩沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線;

②“讀引腳”時，先向鎖存器寫1，使場效應(yīng)管截止，P2.x引腳上的電平經(jīng)輸入緩沖器BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線。

P3口位電路結(jié)構(gòu)

1個數(shù)據(jù)輸出鎖存器。

3個三態(tài)的數(shù)據(jù)輸入緩沖器BUF1和BUF2。

1個場效應(yīng)管(FET)和1個片內(nèi)上拉電阻組成。

1個多路轉(zhuǎn)接開關(guān)MUX和1個與非門

P3口工作原理——用作第二功能

輸出：該位的鎖存器需要置“1”，使“與非門”為開啟狀態(tài)。

當(dāng)?shù)诙敵鰹?時，場效應(yīng)管截止，P3.x引腳輸出為1;

當(dāng)?shù)诙敵鰹?時，場效應(yīng)管導(dǎo)通，P3.x引腳輸出為0。

P3口工作原理——用作第二功能

輸入：該位的鎖存器和第二輸出功能端均應(yīng)置1，保證場效應(yīng)管截止，P3.x引腳的信息由輸入緩沖器BUF3的輸出獲得。

P3口工作原理——用作通用I/O口

輸出：第二輸出功能端應(yīng)保持“1”，“與非門”開啟。

CPU輸出1時，Q=1，場效應(yīng)管截止，P3.x引腳輸出為1;

CPU輸出0時，Q=0，場效應(yīng)管導(dǎo)通，P3.x引腳輸出為0。

P3口工作原理——用作通用I/O口

輸入：P3.x位的輸出鎖存器和第二輸出功能均應(yīng)置1，場效應(yīng)管截止。

P3.x引腳信息通過輸入BUF3和BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線，完成“讀引腳”操作;

也可執(zhí)行“讀鎖存器”操作，此時Q端信息經(jīng)過緩沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線。

四個并口(P0-P3)在讀引腳之前，都需要將鎖存器置“1”,使場效應(yīng)管截止，避免鎖存器內(nèi)數(shù)據(jù)的干擾。

由于在輸入操作前還必須附加一個置“1”的準(zhǔn)備動作，因此稱為“準(zhǔn)雙向口”。

四個并口(P0-P3)都是準(zhǔn)雙向口

四、8051單片機(jī)的最小系統(tǒng)板

8051單片機(jī)內(nèi)部有4KB閃爍存儲器，本身就是一個數(shù)字量輸入/輸出的最小應(yīng)用系統(tǒng)。

在構(gòu)建8051單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)時，8051單片機(jī)需要外接時鐘電路和復(fù)位電路即可，如下圖所示。

注意：本最小應(yīng)用系統(tǒng)只能作為小型的數(shù)字量的測控單元。

審核編輯：湯梓紅

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