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§2-3CPU§2-4MCS-51存储结构§2-5CPU时序及辅助电路第二章MCS-51单片机的内部结构§2-2MCS-51单片机外部引脚内容:§2-1MCS-51单片机结构MCS-51系列单片机是因特公司1980推出的高档8位机分为二个子系列，、三个版本：/8KB8052//803252子系列4KB/8751/4KB8051//803151子系列MCS-51EPROM掩膜MOS存储器类型单片机系列2.1MCS-51单片机结构一、总体结构8051单片机结构框图频率基准源外部计数器内部总线内中断外中断控制并行I/O口串行输入/输出8051振荡器及定时电路4K/8K字节程序存储器ROM128/256字节数据存储器RAM2个16位定时器/计数器8051CPU64K字节总线扩展控制器可编程I/O口4×8位可编程全双工串行口1、中央处理单元CPU（8位）用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位）2、只读存储器ROM（4KB或8KB）用于永久性存储应用程序，掩膜ROM、EPROM、EEPROM3、随机存取存取器RAM（256B）用于程序运行中存储工作变量和数据4、并行输入/输出口I/O,P0~P4（32线）用作系统总线、扩展外存、I/O接口芯片5、一个串行输入/输出口UART（二线）串行通信、扩展I/O接口芯片6、两个定时/计数器T（16位增量可编程）它与CPU之间各自独立工作，当它计数满时向CPU中断7、时钟电路fosc分为内部振荡器、外接振荡电路8、中断系统五源中断、两级优先，可编程进行控制。9、可以寻址64KB的程序存储器和的64KB的外部数据存储器。二、MCS-51单片机内部结构2.2MCS-51单片机外部引脚封装形式，见右图：01p.71p.SSV1XTAL2XTALRD73p/.WR63p/.1T53p/.0T43p/.1INT33p/.0INT23p/.TXD13p/.RXD03p/.RST02p.72p.CCV00p.70p.PSENPROGALE/EAVpp/182018191716151413121110921284039322930318051图为MCS－51系列单片机引脚图及逻辑符号，它们为标准的40脚DIP封装。2.3/0PINT6.3/PWR3.3/1PINT0.1P1.1P2.1P3.1P4.1P5.1P6.1P7.1PPDVRST/0.3/PRXD1.3/PTXD4.3/0PT5.3/1PT7.3/PRD2XTAL1XTALVss1234567891011121314151617181920Vcc0.0P1.0P2.0P3.0P4.0P5.0P6.0P7.0PVppEA/PROGALE/PSEN7.2P6.2P5.2P4.2P3.2P2.2P1.2P0.2P2122232425262728293031323334353637383940803180518751VccVssPDVRST/1XTAL2XTALVppEA/PSENPROGALE/P3口第二功能P0口P1口P2口地址数据总线地址总线803180518751引脚功能简述：1、主电源引脚Vss（20）接地、Vcc（40）接+5V2、外接晶振引脚XTAL1（19）、XTAL2（18）用于产生震荡时钟脉冲。3、控制或复位引脚RST/VPD（9）（1）复位信号输入端。当出现两个机器周期高电平时，单片机复位。复位后，P0~P3输出高电平；SP寄存器为07H；其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。（2）备用电源输入端。Vcc掉电后，此引脚可接备用电源，在低功耗下，保持内部RAM中的数据。复用功能参考复位电路如下：ALE/PROG（30）——地址锁存控制端。具有复用功能（1）地址锁存允许：当单片机访问外部ROM时，用来锁存由P0口送出的低8位地址。不访问外部ROM时，提供1/6fosc振荡频率，可用于定时或对外输出脉冲。（2）为8751片内的EPROM输入编程脉冲。=0时，只访问外部程序存储器,即外部ROM=1时，访问内部程序存储器,即内部ROM/Vpp(31)——内\外ROM选择端。复用端对于8751单片机EPROM编程时，Vpp端施加+21V编程电压。EAEAEAPSEN（29）——外部程序存储器ROM的读选通信号端.执行访问外部ROM指令时，会自动产生PSEN信号。访问内部ROM或数据存储器RAM指时，不产生PSEN。对于8031来说，由于无内部ROM，所以该引脚必须接地。4、输入/输出引脚有四个I/O口，每口八条线；还兼作地址/数据线。P0口（P0.0～P0.7）：该端口为漏极开路的8位双向口，负载能力为8个LSTTL负载，它为8位地址线和8位数据线的复用端口。P1口（P1.0～P1.7）：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P1口的驱动能力为4个LSTTL负载。P2口（P2.0～P2.7）：它为一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P2口的驱动能力也为4个LSTTL负载。在访问外部程序存储器时，它作存储器的高8位地址线。P3口（P3.0～P3.7）：P3口同样是内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P3口除了作为一般的I/O口使用之外，其还具有特殊功能。P3口的第二功能表P3.2P3.3位线引脚第二功能P3.010RXD（串行输入口）P3.111TXD（串行输出口）12INT0（外部中断0）13INT1（外部中断1）P3.414T0（定时器0的计数输入）P3.515T1（定时器1的计数输入）16WR（外部数据存储器写脉冲）17RD（外部数据存储器读脉冲）P3.7P3.6返回本节2.3CPUCPU即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作，CPU由运算器和控制器两部分电路组成。（1）运算器电路运算器电路包括ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、B寄存器、状态寄存器PSW、暂存器1和暂存器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。2.1、累加器ACC累加器为8位寄存器，是程序中最常用的专用寄存器，在指令系统中累加器的助记符为A。大部分单操作数指令的操作取自累加器，很多双操作数指令的一个操作数也取自累加器。加、减乘和除等算术运算指令的运算结果都存放在累加器A或AB寄存器中，在变址寻址方式中累加器被作为变址寄存器使用。在MCS－51中由于只有一个累加器，而单片机一、算术逻辑单元ALUALU由加法器和其它逻辑电路等组成。功能是完成各种算术运算和逻辑运算。二、寄存器CPU内部设置了一些工作寄存器，用于暂存数据和状态。中的大部分数据操作都是通过累加器进行的，故累加器的使用是十分频繁的。2、B寄存器B寄存器为8位寄存器，主要用于乘除指令中。乘法指令的两个操作数分别取自累加器A和寄存器B，其中B为乘数，乘法结果的高8位存放于寄存器B中。除法指令中，被除数取自A，除数取自B，除法的结果商数存放于A，余数存放于B中。在其它指令中，B寄存器也可作为一般的数据单元来使用。3、程序状态字PSW程序状态字是一个8位寄存器，它包含程序的状态信息。在状态字中，有些位状态是根据指令执行结果，由硬件自动完成设置的，而有些状态位则必须通过软件方法设定。PSW中的每个状态位都可由软件读出，PSW的各位定义如下表所示。PSW的各状态位定义(1)CY：进位标志位在执行某些算术和逻辑指令时，可以被硬件或软件置位或清零。在算术运算时，如操作结果的最高位D7有进位或借位时，CY置1；否则置0。在位运算中，它作累加器C使用，在位传送、位与和位或等位操作中，都要使用进位标志位。(2)AC：辅助(半）进位标志进行加法或减法操作时，当发生低四位向高四位进位或借位时，AC由硬件置位，否则AC位被置“0”。在进行十进制调整指令时，将借助AC状态进行判断。位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志CYACF0RS1RS0OV/P(3)用户标志位该位为用户定义的状态标记，用户根据需要用软件对其置位或清零，也可以用软件测试F0来控制程序的跳转。(4)RS1和RS0：寄存器组选择控制位该两位通过软件置“0”或“1”来选择当前工作寄存器组。(5)OV：溢出标志位当执行算术指令时，由硬件置位或清零来指示溢出状态。在带符号的加减运算中，OV＝1表示加减运算结果超出了累加器A所能表示的符号数有效范围（－128～＋127），即运算结果是错误的，反之，OV＝0表示运算正确，即无溢出产生。无符号数乘法指令MUL的执行结果也会影响溢出标志，若置于累加器A和寄存器B的两个数的乘积超过了255，则OV＝1，反之OV＝0。由于乘积的高8位存放于B中，低8位存放于A中，OV＝0则意味着只要从A中取得乘积即可，否则要从BA寄存器对中取得乘积结果。在除法运算中，DIV指令也会影响溢出标志，当除数为0时，OV＝1，否则OV＝0。(6)P：奇偶标志位该标志位始终跟踪累加器A中内容的奇偶性，每个指令周期由硬件来置位或清零用以表示累加器A中1的个数的奇偶性，若累加器A中1的个数为奇数则P＝1，否则P＝0。（2）控制器电路控制器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。•数据指针DPTR数据指针DPTR为一个16位的专用寄存器，其高位用DPH表示，其低位用DPL表示，它即既可以作为一个16位的寄存器来使用，也可作为两个8位的的寄存器DPH和DPL使用。DPTR在访问外部数据存储器时既可用来存放16位地址，也可作地址指针使用。如MOVX@DPTR，A。•程序计数器PC（程序指针）16位的地址指针，专门用来控制指令执行顺序的寄存器，其中的内容总是下一条要执行的指令的地址。可以对64K字节的程序存储器直接寻址。复位时，PC=0000H，使程序从0单元开始执行。通常单片机每取一个字节机器码，PC就自动加1，从而保证了指令的顺序执行。转移指令可强行改变PC的内容。•指令寄存器IRIR是8位寄存器，用于存放从ROM中取出的指令码。而且每条指令的第一个字节一定是操作码，其后的指令码可以是操作数或操作码。•指令译码器IDID可以对指令码进行译码，即判断出存放的是操作命令（操作码）还是操作数（操作数可以是操作地址或立即操作数），以进行下面的工作。这些工作是自动完成的。•微操作控制部件逻辑门电路，将ID信号和时序向片内各部件送高低电平。•中断控制部件自动完成“中断申请”、“中断相应”、“恢复断点”等工作。堆栈•堆栈是在片内RAM中临时开辟的暂存区；•作用：保护现场、保护断点•针对：子程序调用、中断操作•在响应中断或子程序调用时，发生入栈操作，入栈的是16位的PC值，PSW值并不自动入栈。•特点：先进后出，后进先出2.4MCS-51的存储结构一、MCS-51单片机的内存结构H00000080HRAM内部00FFH能寄存器特殊功0FFFFH）（外部K64RAM数据存储器H0000007FH0FFFFH0FFFH1EAROM外部0EAROM内部H0000程序存储器1000HMCS－51的存储器结构如图所示。在本节中我们将对单片机的内部数据存储器、内部程序存储器和外部存储器分别作一介绍。外部FFFF1000内部（＝1）外部（＝0）0FFF00000FFF0000专用寄存器内部RAMFF807F00FFFF0000程序存储器内部数据存储器外部数据存储器物理上分为：4个空间，即片内ROM、片外ROM片内RAM、片外RAM逻辑上分为:3个空间，程序存储器ROM（片内、外）统一编址MOVC数据存储器RAM（片内）MOV数据存储器RAM（片外）MOVX二、程序存储器寻址范围：0000H~FFFFH容量64KB，即地址长度：16位1EA，寻址内部ROM；0EA，寻址外部ROM。当PC值超过片内ROM容量时会自动转向外部存储器空间。EA8031单片机接低电平。作用：存放程序及程序运行时所需的常数。七个具有特殊含义的单元是：0000H——系统复位，PC指向此处；