单片机1-----CS-51系列单片机的结构和时序
简述51系列单片机的内部组成结构
简述51系列单片机的内部组成结构51系列单片机是一种常见的微控制器，由一系列功能模块组成，包括中央处理器、存储器、输入输出接口以及时钟和定时器等。
下面将对51系列单片机的内部组成结构进行简要描述。
1. 中央处理器（CPU）：中央处理器是51系列单片机的核心部件，负责执行指令、进行运算和控制外围设备。
51系列单片机采用经典的8051架构，拥有8位数据总线和16位地址总线。
其指令集包括丰富的算术、逻辑、移位和控制指令，可以满足各种应用需求。
2. 存储器：51系列单片机具有不同类型的存储器，包括程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。
ROM用于存储用户程序和常量数据，可以是内部ROM或外部扩展的ROM芯片。
RAM用于存储变量和临时数据，可以是内部RAM或外部扩展的RAM芯片。
3. 输入输出接口：51系列单片机提供了多个通用输入输出引脚，用于与外部设备进行数据交互。
这些引脚可以配置为输入模式或输出模式，并具有上拉电阻和输入/输出缓冲器等功能。
通过这些引脚，单片机可以与各种传感器、执行器、显示器和通信接口等外部设备进行连接，实现与外界的数据交换。
4. 时钟和定时器：51系列单片机内部集成了时钟电路和多个定时器/计数器模块。
时钟电路提供基准时钟信号，用于同步CPU和其他模块的操作。
定时器/计数器模块可以生成精确的时间延迟、定时和计数功能，广泛应用于定时控制、脉冲计数、PWM输出等场景。
5. 中断系统：51系列单片机支持多级中断系统，可以响应外部中断请求和内部定时器中断。
通过中断系统，单片机可以实现对实时事件的快速响应，提高系统的实时性和可靠性。
6. 串行通信接口：51系列单片机内部集成了串行通信接口，支持多种通信协议，如UART、SPI和I2C。
通过这些接口，单片机可以与其他设备进行数据交换，实现数据采集、通信和控制等功能。
7. 外部扩展接口：51系列单片机提供了多个外部扩展接口，如总线接口和片选引脚等。
第2章 MCS-51单片机结构与时序_110905
2.3.1 运算部件及专用寄存器组
运算部件以算术逻辑单元ALU为核心，包括一个位处理器和 两个8位暂存寄存器（不对外开放），它能实现数据的算术运 算、逻辑运算、位变量处理和数据传输操作。 累加器ACC 寄存器B 专用寄存器组 程序状态字PSW 程序计数器PC 堆栈指针SP 数据指针寄存器DPTR
锁 存 器
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VCC VSS
地 址 总 线 (AB)
数 据 总 线 (DB)
VCC VSS
ห้องสมุดไป่ตู้(a)
(b)
MCS-51系列单片机引脚及总线结构
2.3 微 处 理 器
Program State Word
accumulator
ALU －－Arithmetic and Logic Unit
图2.1 MCS-51单片机内部结构框图
1．算术逻辑单元ALU与累加器ACC、寄存器B
算术逻辑单元不仅能完成8位二进制的加、减、乘、除、加 1、减1及BCD加法的十进制调整等算术运算，还能对8位变量进 行逻辑"与"、"或"、"异或"、循环移位、求补、清零等逻辑运 算，并具有数据传输、程序转移等功能。 累加器(ACC，简称累加器A，地址E0H)为一个8位寄存器， 它是CPU中使用最频繁的寄存器。进入ALU作算术和逻辑运算的 操作数多来自于A，运算结果也常送回A保存。 寄存器B（地址F0H ）是为ALU进行乘除法运算而设置的。 若不作乘除运算时，则可作为通用寄存器使用。
51单片机的基本结构
51单片机的基本结构51单片机是一种高性能、低功耗的微控制器，是嵌入式系统中常用的一种芯片。
它具有集成度高、易编程、可编程性强等特点，在各种电子设备中广泛应用，包括家电、工业控制、汽车电子、智能仪器等领域。
51单片机的基本结构主要包括CPU、存储器、输入输出端口、定时计数器和串口通信等部分。
1.CPU51单片机的CPU是其核心部分，负责执行指令、进行运算处理。
它通常采用哈佛结构，即指令和数据分开存储。
51单片机的CPU主要由ALU （算术逻辑单元）、寄存器组、指令寄存器、程序计数器等部分组成，能够完成基本的运算和控制功能。
2.存储器51单片机的存储器包括ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）。
ROM用于存储程序代码和常量数据，是只读的；RAM用于存储变量数据和临时结果，是可读写的。
在51单片机中，通常ROM用于存储程序代码和初始化数据，RAM用于存储运行时数据和临时结果。
3.输入输出端口51单片机的输入输出端口用于与外部设备进行数据交换。
它可以通过不同的接口与外部设备连接，比如并行口、串行口、通用输入输出口等。
通过输入输出端口，51单片机可以与外部设备进行数据传输和通信，实现各种功能。
4.定时计数器51单片机的定时计数器可以用于计时和计数，通常用于控制时序和频率。
在51单片机中，定时计数器可以生成各种定时中断，实现定时控制功能。
定时计数器可以根据需要设定不同的时钟源和计数模式，实现灵活的定时控制。
5.串口通信51单片机的串口通信功能可以用于与外部设备进行串行通信，比如与PC机、外围设备等进行数据传输。
串口通信包括串行口和UART（通用异步收发器），可以通过串行口进行双向数据传输。
串口通信在51单片机中广泛应用于各种通信设备和控制系统中。
总的来说，51单片机的基本结构包括CPU、存储器、输入输出端口、定时计数器和串口通信等部分，通过这些部分的组合和协作，可以实现各种功能和应用。
在实际应用中，设计人员可以根据需要对这些部分进行配置和扩展，实现更丰富的功能和性能要求。
单片机1-----CS-51系列单片机的结构和时序
2764
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1
结构框图
• 并行 口：4个 并行I/O口 个 • 8位的 中央处理器、 位的I/O口 位的 口P0、 CPU：8位。 P1、P2、P3。 、 ： 位， 、 • 内部ROM： 内部 ： 运算和控制 • 串行口：一个全 串行口： 4KB掩膜 掩膜ROM， 掩膜 功能 • 中断控制系统： 中断控制系统 ， 双工串行口。 双工串行口。 ： • 时钟电路：可 、 时钟电路： 外 用于存放程序、 用于存放程序 5个中断源（ 个中断源（ 个中断源 产生时钟脉冲 原始数据和表 部中断2个 共 • 部中断2个，定 内部RAM： 内部 计数器： ： • 序列，允许晶 定时/计数器 定时 计数器： 序列， 格。 RAM单 计数中断2 时/计数中断 计数中断 256个 个 单 两个16位的定 两个 振频率6MHZ和 振频率 位的定 和 个，串行中断 元/计数器，实 ，串行中断1 用户使用 计数器， 时 计数器 12MHZ 个） 个单元， 个单元， 前128个单元 现定时或计数 用于存放可读 功能。 功能。 写数据， 写数据，后 128个单元被 个单元被 专用寄存器占 用。
微型计算机（ 微型计算机（8086）系统 ）
RAM 6264 ROM2764
中断控制器8259 AD DA 定时计数器8253
输入输出扩展8255 串行口8251
MCS-51系列单片机的组成 2.1.1 MCS-51系列单片机的组成
T0 T1
时钟电路
ROM
RAM
定时计数器
CPU
并行接口 串行接口 中断系统
51单片机基本结构详解
51单片机基本结构详解1.什么是单片机单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU 、随机存储器RAM 、只读存储器ROM 、多种I/O 口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调试电路电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。
图1-1 单片机外形图2.单片机的引脚排列常用的单片机有40个引脚，其排列和功能如图2-1所示。
外ROM读选通信号外接晶体引线端地址锁存控制引脚内外ROM选择引脚21222324252627282930313233343536373839402019181716151413121110987654321VSS XTAL1XTAL2T1/P3.5TO/P3.4TXD/P3.1RXD/P3.0RST/VPD P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0INT0/P3.2INT1/P3.3P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0VCC EA/VPP ALE/PROG PSEN RD/P3.7WR/P3.6电源引脚接地引脚复位信号P1口P0口P3口P2口图2-1单片机的引脚排列和功能3.单片机最小系统单片机最小系统是单片机正常工作的最小硬件要求，包括供电电路、时钟电路、复位电路，如图3-1所示。
图3-1 单片机的最小应用系统判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的办法，就是用万用表测量单片机晶振引脚（18、19脚）的对地电压，以正常工作的单片机用数字万用表测量为例：18脚对地约2.24V ，19脚对地约2.09V 。
对于怀疑是复位电路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断，单片机正常工作时第9脚对地电压为零，可以用导线短时间和＋5V 连接一下，模拟一下上电复位，如果单片机能正常工作了，说明这个复位电路有问题。
单片机：51单片机的延时及时序分析
计算机工作时，是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍地进行的。
这个脉冲是由单片机控制器中的时序电路发出的。
单片机的时序就是CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序，为了保证各部件间的同步工作，单片机内部电路应在唯一的时钟信号下严格地控时序进行工作，在学习51单片机的时序之前，我们先来了解下时序相关的一些概念。
既然计算机是在统一的时钟脉冲控制下工作的，那么，它的时钟脉冲是怎么来的呢？要给我们的计算机CPU提供时序，就需要相关的硬件电路，即振荡器和时钟电路。
我们学习的8051单片机内部有一个高增益反相放大器，这个反相放大器的作用就是用于构成振荡器用的，但要形成时钟，外部还需要加一些附加电路。
8051单片机的时钟产生有以下两种方法：1. 内部时钟方式：利用单片机内部的振荡器，然后在引脚XTAL1（18脚）和XTAL2（19脚）两端接晶振，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路，外接晶振时，晶振两端的电容一般选择为30PF左右；这两个电容对频率有微调的作用，晶振的频率范围可在1.2MHz-12MHz之间选择。
为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。
2. 外部时钟方式：此方式是利用外部振荡脉冲接入XTAL1或XTAL2。
HMOS和CHMOS单片机外时钟信号接入方式不同，HMOS型单片机（例如8051）外时钟信号由XTAL2端脚注入后直接送至内部时钟电路，输入端XTAL1应接地。
由于XTAL2端的逻辑电平不是TTL的，故建议外接一个上接电阻。
对于CHMOS型的单片机（例如80C51），因内部时钟发生器的信号取自反相器的输入端，故采用外部时钟源时，接线方式为外时钟信号接到XTAL1而XTAL2悬空。
如下图外接时钟信号通过一个二分频的触发器而成为内部时钟信号，要求高、低电平的持续时间都大于20ns，一般为频率低于12MHz的方波。
片内时钟发生器就是上述的二分频触发器，它向芯片提供了一个2节拍的时钟信号。
51单片机基本结构详解
51单片机基本结构详解1.什么是单片机单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU 、随机存储器RAM 、只读存储器ROM 、多种I/O 口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调试电路电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。
图1-1 单片机外形图2.单片机的引脚排列常用的单片机有40个引脚，其排列和功能如图2-1所示。
外ROM读选通信号外接晶体引线端地址锁存控制引脚内外ROM选择引脚21222324252627282930313233343536373839402019181716151413121110987654321VSS XTAL1XTAL2T1/P3.5TO/P3.4TXD/P3.1RXD/P3.0RST/VPD P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0INT0/P3.2INT1/P3.3P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0VCC EA/VPP ALE/PROG PSEN RD/P3.7WR/P3.6电源引脚接地引脚复位信号P1口P0口P3口P2口图2-1单片机的引脚排列和功能3.单片机最小系统单片机最小系统是单片机正常工作的最小硬件要求，包括供电电路、时钟电路、复位电路，如图3-1所示。
图3-1 单片机的最小应用系统判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的办法，就是用万用表测量单片机晶振引脚（18、19脚）的对地电压，以正常工作的单片机用数字万用表测量为例：18脚对地约2.24V ，19脚对地约2.09V 。
对于怀疑是复位电路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断，单片机正常工作时第9脚对地电压为零，可以用导线短时间和＋5V 连接一下，模拟一下上电复位，如果单片机能正常工作了，说明这个复位电路有问题。
1.1单片机的结构和时序
1
1 MCS-51系列单片机的内部结构 2 MCS-51单片机引脚功能 3 MCS-51单片机的工作方式 4 MCS-51单片机时序
2
什么是单片机？ ◆所谓单片机(Single Chip Microcomputer)，是指
在一块芯片中集成有中央处理器(CPU)、存储器 (RAM和ROM)、基本I/O接口以及定时器、计数器 等部件，并具有独立指令系统的智能器件，即在 一块芯片上实现一台微型计算机的基本功能。 特点是：体积小，控制功能强，性价比高等
存储器的地址分配有三个地址空间，这三个地址 空间是：ROM存储器地址空间（包括片内ROM和片外 ROM），地址范围是0000H～FFFFH；8052AH/8752BH片内 RAM地址空间为256字节，地址范围是00H～FFH， 8051/8031片内RAM地址空间为128字节，地址范围是 00H-7FH；片外RAM地址空间，地址范围是0000H～FFFFH。
33
2.片内ROM
8051内部有4KB ROM,地址范围为0000H～0FFFH，可 以外接外部ROM，但片内和片外之和不能超过64KB。
34
3.片外RAM
8051的片内RAM容量有128个存储单元，可以用来存放操作 数、操作结果和实时数据。如果片内RAM容量太小，不能满 足控制需要，也可以外接外部RAM。外接外部RAM的最大容 量不能超过64KB，地址范围为0000H～FFFFH。
是否产生溢出，OV置位表示运算结果超出了目的寄存器A
所能表示的带符号数的范围（一128～＋127）。
若以Ci表示位i向位i＋l有进位或借位，则OV为由下式决定：
OV=C6⊕C7；
上式表示：当位6向位7有进位(借位)而位7不向CY进位(借 位)时；或当位7向C进位(借位)而位6不向位7进位(借位)时 OV标志置1，表示带符号数运算时运算结果是错误的；否 则，清除OV标志，运算结果正确。
单片机结构和时序
23
23H
1F
1E
1D
1C
1B
22H
17
16
15
14
13
21H
0F
0E
0D
0C
0B
20H
07
06
05
04
03
LSB
7A
79
78
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71
70
6A
69
68
62
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5A
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20
1A
19
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12
11
10
0A
09
08
02
01
••
内2元前放数定两时现部时个个产序振152部，程据时个定中，）生列频1//6M计计2个H用序和时断串时，率R/18数数计6R个ZA户、表或行钟允26位器中数AM个M单使原格计中脉许的M，断器：H，元单用始。数断冲晶定Z实：共2定，和1
用功于能存。放可读
写数据，后128
个单元被专用
寄存器占用。
第2章 MCS-51单片机结构与时序
出”的原则存取数据的。堆栈共有两种操作：进栈和出栈。
(6) 数据指针DPTR （Data Pointer）： 16位寄存器 DPTR存放的是地址，作用是访问外部数据。 编程时，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按两个8位寄存器
分开使用，即： DPH－－ DPTR高位字节 DPL－－ DPTR低位字节
第二章MCS—51单片机结构与时序(2)
（二）控制器
• 控制器是单片机的指挥控制部件，保证单片机各 部分能自动而协调地工作。单片机内部结构框图 中的PC（程序计数器）、指令寄存器、指令译码 器、振荡器和定时与控制电路等均属于控制器。 • 单片机执行程序是在控制器的控制下进行的，首 先从程序存储器中读出指令，送指令寄存器保存， 然后送指令译码器进行译码，译码结果送定时控 制逻辑电路，由定时控制逻辑产生各种定时信号 和控制信号，再送到系统的各个部件去进行相应 的操作。这就是执行一条指令的全过程，执行程 序就是重复这一过程。
二、 8051单片机存储器结构
存储器结构有两个重要的特点：一是把数据存储器和程 序存储器截然分开（哈佛结构），原因是单片机面向特定对 象控制应用，其程序已经调试后，一般是固定不变的，可以 一次写入，这就省去一般通用计算机每次开机后重新调入步 骤，还可防止因掉电或其他干扰引起的程序丢失。二是存储 器有内外之分。即有片内存储器和片外存储器。片内存储器 的特点是使用方便，对于简单的应用系统，有时只使用片内 存储器就够了。但片内存储器的容量受到限制，程序存储器 一般只有4KB，数据存储器也就是128个单元，这对于复杂 一点的应用是很不够的。为此单片机应用系统时常需要在芯 片之外另行扩展存储器。为了与芯片内固有的存储器区别， 通常把扩展的存储器称之为外部存储器。 为了扩展外部存储器，单片机芯片的引脚设计已经作了 预先准备。通过口线最多可提供16位地址，对外部存储器的 寻址范围达64KB。
（1） PC （程序计数器）：是一个16位的计数器。其内 容为将要执行的指令地址，寻址范围达64KB。PC有自动加1 功能，以实现程序的顺序执行。 PC没有地址，是不可寻址 的，因此用户无法对它进行读写。但在执行转移、调用、返 回等指令时能自动改变其内容，以改变程序的执行顺序。 （2）指令寄存器：用于存放由PC内容指定的程序存储 器中的指令操作码，并送给指令译码器。 （3）指令译码器：对指令操作码进行译码并送给定时控 制逻辑电路。 （4）定时与控制逻辑电路：由定时与控制逻辑电路（内 含PLA——Programmble Logic Array)产生各种定时信号和 控制信号，再送到系统的各个部件去进行相应的操作。这就 是执行一条指令的全过程，执行程序就是重复这一过程。
51系列单片机内部组成结构
51系列单片机内部组成结构51系列单片机是一种常用的嵌入式微控制器，广泛应用于各种电子设备中。
本文将从内部组成结构的角度，介绍51系列单片机的各个部分及其功能。
1. CPU核心：51系列单片机的核心部分是一个8位的CPU，它负责执行各种指令，控制整个系统的运行。
CPU核心包括指令寄存器、程序计数器、算术逻辑单元等，它们协同工作，完成各种运算和逻辑判断。
2. 存储器：51系列单片机包含多种存储器，用于存储程序代码、数据和临时变量等。
其中，程序存储器（ROM）用于存储程序代码，数据存储器（RAM）用于存储数据和临时变量。
此外，还有特殊功能寄存器（SFR）用于存储一些特殊功能的控制和状态信息。
3. 输入/输出端口：51系列单片机具有多个输入/输出端口，用于与外部设备进行数据交换。
其中，口线（Port）用于实现通用输入/输出功能，可以连接按键、LED灯、数码管等外部设备。
此外，还有串行口（UART）和并行口（Parallel Port），用于串行通信和并行数据传输。
4. 定时器/计数器：51系列单片机内置了多个定时器/计数器，用于产生精确的时间延迟和计数功能。
定时器可以用于生成定时中断，实现定时任务的调度；计数器可以用于计数外部信号的脉冲个数，实现频率测量和计数功能。
5. 中断系统：51系列单片机具有强大的中断系统，可以处理外部中断和内部中断。
外部中断可以响应外部触发信号，例如按键按下、外部设备请求等；内部中断可以响应特定的事件，例如定时器溢出、串口接收完成等。
中断系统可以在程序执行过程中中断当前任务，执行相应的中断服务程序，处理完后再返回到原来的位置继续执行。
6. 时钟电路：51系列单片机需要一个稳定的时钟源来提供时钟信号，以驱动CPU和其他模块的工作。
时钟电路通常由晶体振荡器和时钟分频电路组成，可以通过设置分频系数来调节时钟频率。
7. 外部扩展接口：51系列单片机还提供了多个外部扩展接口，可以连接外部存储器、外部设备和其他外部模块。
简述51系列单片机的内部组成结构
简述51系列单片机的内部组成结构51系列单片机是一种非常常见的单片机产品，被广泛应用于各种电子设备中。
它具有强大的功能和灵活的可编程性，能够满足不同应用场景的需求。
那么，究竟51系列单片机的内部是如何组成的呢？我们来了解一下51系列单片机的基本结构。
51系列单片机由中央处理器、存储器、输入输出端口、定时器、中断系统等多个部分组成。
其中，中央处理器是51系列单片机的核心部件，负责执行指令和进行数据处理。
存储器用于存储程序代码和数据，包括ROM、RAM 和特殊功能寄存器等。
输入输出端口用于与外部设备进行数据交互，可以实现数据输入、输出和控制功能。
定时器可以生成指定时间间隔的定时信号，用于定时操作和计时功能。
中断系统可以在特定条件下中断正常的程序执行，执行相应的中断服务程序。
接下来，我们详细介绍一下51系列单片机的内部组成结构。
首先是中央处理器部分，它由一个8位的CPU核心组成，具有丰富的指令集和寄存器。
这些指令可以执行各种算术和逻辑操作，以及数据传输、位操作等功能。
CPU核心还包括时钟发生器和系统控制逻辑，用于产生时钟信号和控制系统的运行。
其次是存储器部分，51系列单片机的存储器主要包括ROM和RAM。
ROM是只读存储器，用于存储程序代码和常量数据。
RAM是随机存储器，用于存储变量和临时数据。
此外，51系列单片机还具有一些特殊功能寄存器，用于存储各种控制和状态信息。
再次是输入输出端口部分，51系列单片机有多个I/O口，用于与外部设备进行数据交互。
每个I/O口都有一个特定的地址和控制寄存器，可以设置输入输出方向和电平状态。
通过读写这些寄存器，可以实现数据输入、输出和控制功能。
51系列单片机还具有定时器部分，用于生成精确的定时信号。
定时器可以根据设定的参数生成不同频率和周期的定时信号，用于各种定时操作和计时功能。
此外，定时器还可以用于产生脉冲信号、PWM 信号等。
最后是中断系统部分，51系列单片机具有多个中断源和中断向量。
MCS-51系列单片机的内部结构与时序
※ 1 ※MCS-51系列单片机的内部结构与时序 内容提要：本文先对MCS-51单片机的外部引脚及内部硬件结构作了简要介绍，再对单片机的工作方式与工作时序作了详细的介绍。
通过本文的学习，可以使读者对MCS-51单片机的硬件结构以及工作原理有较为深刻的了解。
关键字：单片机结构、工作方式、工作时序引言：尽管单片机的型号千差万别，但都无疑或多或少具有部分相同的特征。
了解它们的原理及分析方法对学习和使用其他系列的单片机都有极大的帮助，充分掌握它能使自己设计的单片机系统处于最优的工作方式。
正文：1 MCS-51单片机结构1.1 MCS-51单片机的外部引脚及功能制造工艺为HMOS 的MCS-51都采用40引脚的双列直插式封装（DIP ），其外部引脚配置如图l 所示。
图1 MCS-51单片机外部引脚图CHMOS 制造工艺的80C51/80C31除采用DIP 封装外，还采用方形封装（如PLCC44、QFP44）。
MCS-51单片机的40条引脚按功能来分，可分为三部分。
1. 主电源及时钟引脚包括主电源引脚Vcc 、Vss 、时钟引脚XTAL1、XTAL2。
Vcc （40脚）：正常运行、对EPROM 编程和验证时接+5V 电源。
Vss （20脚）：接地。
XTAL1（19脚）：在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，该放大器构成了片内的振荡器，可提供单片机的时钟控制信号。
该时钟引脚也可接外部晶体振荡器的一个引脚，如果采用外部振荡器时，对HMOS 单片机，此引脚应接地；而对CHMOS 单片机，此引脚作为驱动端。
XTAL2（18脚）：在单片机内部，接至上述振荡器的反向输出端。
当采用外部振荡器时，对HMOS 该引脚接收振荡器的信号，即把该信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对CHMOS 工艺的，此引脚应悬浮。
2. 控制或与其他电源复用引脚 包括RESET （即RST/VPD ）、ALE/PROG 、PSEN 、EA /Vpp ，这类引脚提供控制信号，有些有复用的功能。
51单片机的基本结构及其主要组成部分
51单片机的基本结构及其主要组成部分51单片机是一种非常常见的嵌入式微控制器芯片，其被广泛应用于各种电子设备中。
其基本结构及其主要组成部分既是设计开发嵌入式系统的基础，也是学习51单片机的关键。
一、51单片机基本结构51单片机的基本结构主要包括存储器、CPU、输入输出接口以及时钟电路四个部分。
1. 存储器存储器是51单片机系统的一个重要组成部分。
其中包括的存储器主要有ROM、RAM和EEPROM，ROM用来存储程序代码，RAM用来存储变量和中间结果，EEPROM则可实现数据的存储。
2. CPUCPU是整个51单片机系统的核心部分，其主要功能是执行指令，负责程序的控制和各种数据的处理。
在51单片机中，CPU主要通过时钟信号不断地获取并执行程序指令。
3. 输入输出接口输入输出接口是将51单片机与外界连接的一个重要部分，也是实现嵌入式系统功能的关键。
其中包括并口、串口、SPI接口、I2C接口等等，用于处理外设的输入和输出信号。
4. 时钟电路51单片机的时钟电路用来提供时钟信号给CPU，并且用于控制各种外围设备和CPU执行指令的同步。
二、51单片机主要组成部分1. 程序存储器程序存储器是指ROM，其存储了单片机的程序代码。
在51单片机中，程序存储器可以分为两种类型：OTP（一次可编程）ROM和Flash ROM （可被反复擦写）。
在OTP ROM中，编程后的程序无法修改，而Flash ROM则可被反复擦写。
2. 数据存储器数据存储器是指RAM和EEPROM，用来存储程序中的变量和中间结果。
其中RAM用来存储临时数据，EEPROM则用于数据的存储，这些数据在掉电情况下也不会丢失。
3. 中央处理器中央处理器（CPU）是单片机最核心的部分，它负责执行程序中的指令并且控制其它硬件设备的工作。
4. 输入输出接口输入输出接口是将单片机与外部设备相互连接的途径。
在这些接口中，包括并口、串口、SPI、I2C等。
这些接口是为特定的设备开发的，包括LCD显示器、键盘及调制解调器等。
MCS-51单片机的指令时序
MCS-51单片机的指令时序
时序是用定时单位来描述的，MCS-51 的时序单位有四个，它们分别是节拍、状态、机器周期和指令周期，接下来我们分别加以说明。
节拍与状态：我们把振荡脉冲的周期定义为节拍（为方便描述，用P 表示），振荡脉冲经过二分频后即得到整个单片机工作系统的时钟信号，把时钟信号
的周期定义为状态（用S 表示），这样一个状态就有两个节拍，前半周期相应
的节拍我们定义为1(P1)，后半周期对应的节拍定义为2(P2)。
机器周期：MCS-51 有固定的机器周期，规定一个机器周期有6 个状态，分别表示为S1-
S6，而一个状态包含两个节拍，那么一个机器周期就有12 个节拍，我们可以
记着S1P1、S1P2……S6P1、S6P2，一个机器周期共包含12 个振荡脉冲，即机器周期就是振荡脉冲的12 分频，显然，如果使用6MHz 的时钟频率，一个机
器周期就是2us，而如使用12MHz 的时钟频率，一个机器周期就是1us。
指令周期：执行一条指令所需要的时间称为指令周期，MCS-51 的指令有单字节、双字节和三字节的，所以它们的指令周期不尽相同，也就是说它们所需的机器
周期不相同，可能包括一到四个不等的机器周期（这些内容，我们将在下面的
章节中加以说明）。
MCS-51 的指令时序：MCS-51 指令系统中，按它们的长度可分为单字节指令、双字节指令和三字节指令。
执行这些指令需要的时间是
不同的，也就是它们所需的机器周期是不同的，有下面几种形式：单字节指令单机器周期单字节指令双机器周期双字节指令单机器周期
双字节指令双机器周期三字节指令双机器周期单字节指令四机器周期(如单
字节的乘除法指令) 下图是MCS-51 系列单片机的指令时序图：。
MCS-51单片机结构和时序.
3.专用寄存器组
专用寄存器主要用来指示当前要执行指令的内存地址、 存放操作数、指示指令执行后的状态等。
MCS-51单片机的专用寄存器组主要包括：程序计 数器PC、累加器A、程序状态寄存器PSW、堆栈指 针SP、数据指针DPTR和通用寄存器B等。
(1)程序计数器PC(Program Counter) 16位的程序地址寄存器。 功能：用来存放下一条要执行的指令的地址。
3区
18~1FH
(6)堆栈指针SP（Stack Pointer) 8位特殊功能寄存器。 功能：用来存放堆栈的栈顶地址。
堆栈区的操作原则：先进后出
AAH
31H
55H
30H
AAH 55H
内部RAM区
SP=09H SP=08H
SP=07H
PUSH 30H;(30H)=55H PUSH 31H;(31H)=0AAH
P0
RST P1 8051/ P2 8751/ P3 8951
EA
最小应用系统能够承担的任务
开始/暂停 洗衣选择1 洗衣选择2 洗衣选择3
水位开关
进水 进水电磁阀
89c51 正转 正转控制电路
反转 反转控制电路 洗涤 漂洗 排水 排水电磁阀 脱水
蜂鸣器 蜂鸣器电路
电机
洗衣机控制器框图
2.8031最小应用系统
3.特殊功能寄存器SFR (Special Function Register)
4.片外RAM存储器
2.1.3I/O接口
1.并行I/O:并行I/O端口 P0、P1、P2、P3；
P0（通用I/O；低8位地址）
P1（通用I/O） P2 （通用I/O；高8位地址） P3 （通用I/O；控制功能）。
MCS51_结构与时序
从寻址空间分布可分为:
程序存储器,内部数据存储器,外部数据存储器;
从功能上可分为:
程序存储器、
内部数据存储器、 特殊功能寄存 器、 位地址空间和外部数据存储器。
存储器的结构
2. 程序存储器
程序存储器用来存放已编好的程序和表格常 数, 它由只读存储器ROM或EPROM组成。
程序存储器的编址
（3）高128字节80H～FFH
51子系列
无片内高128字节RAM，该地址范围为特殊功
能寄存器SFR。
52子系列
片内RAM共有256个字节，故高128字节地址
与SFR冲突。 解决办法：高128字节RAM采用间接寻址方式， SFR采用直接寻址方式。 通常用作数据缓冲区，一部分地址空间可以按 位寻址。
片内外程序存储器统一编址； 地址范围为0000H～FFFFH； 片外最多能扩展64
KB程序存储器。
程序运行的入口地址
程序最初运行的入口地址，
MCS—51单片机是固 定的, 用户不能更改。 程序存储器中有复位和中 断源共7个固定的入口地址。
故必须从0000H单元开始取指令来执行程序。 一 般在0000H单元存放一条无条件转移指令, 用户设 计的程序是从转移后的地址开始存放执行的。
3 专用寄存器组
包括：
程序计数器PC 累加器A 通用寄存器B 程序状态字寄存器PSW 堆栈指针SP 数据指针DPTR
（1）程序计数器PC
一个16位寄存器，其作用是控制程序的执 行顺序。其内容为将要执行指令的地址， 寻址范围64 KB。PC有自动加1功能，从而 实现程序的顺序执行。PC没有地址，是不 可寻址的，因此用户无法对它进行读写， 但可以通过转移、调用、返回等指令改变 其内容，以实现程序的转移。
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2764
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
P1 P0
P3 P2
引脚分配
2.1.2 MCS-51单片机的引脚与功能 MCS-51单片机的引脚与功能
（4）控制信号线 ALE（30）——地址锁存控制信号 （Address Latch Enable）， ALE用于 将地址总线的低八位锁存。该信号频 率为晶振频率 的1/6，可作为外部定 时或时钟使用。
2.1.3 MCS-51单片机的存储器 单片机的存储器
MCS-51系列的单片机有 个独立的存储空间： 系列的单片机有5个独立的存储空间 系列的单片机有 个独立的存储空间： 片内/片外程序存储器64K（0000-0FFFFH）； 片内/片外程序存储器64K（0000-0FFFFH）； 64K 128B的片内数据存储器 00-7FH）； 的片内数据存储器（ 128B的片内数据存储器（00-7FH）； 128B特殊功能寄存器SFR(片内 特殊功能寄存器SFR(片内) 80-0FFH）； 128B特殊功能寄存器SFR(片内)（80-0FFH）； 位寻址区（20H-2FH）； 位寻址区（20H-2FH）； 片外数据存储器64K 0000-0FFFFH）。 64K（ 片外数据存储器64K（0000-0FFFFH）。
二、特殊功能寄存器SFR（80H-0FFH） 特殊功能寄存器SFR（80H-0FFH） SFR
MCS-51单片机中， 21个具有特殊功能的寄存器， MCS-51单片机中，有21个具有特殊功能的寄存器，它 单片机中 个具有特殊功能的寄存器 主要是用来存放单片机的相应功能部件的控制命令、 主要是用来存放单片机的相应功能部件的控制命令、状态 或数据。其中常用的有以下几个： 或数据。其中常用的有以下几个： ACC（累加器， ）：特殊用途的寄存器 特殊用途的寄存器， ACC（累加器，8位）：特殊用途的寄存器，专门存放操 作数或运算结果。 作数或运算结果。 例如： A，30H; 30H单元的数据传送给A 单元的数据传送给 例如： MOV A，30H;把30H单元的数据传送给A A， 30H的数据和 的内容相加， 的数据和A ADD A，30H;30H的数据和A的内容相加，并保存在 A中 ）：专门为乘除法而设置的寄存器 专门为乘除法而设置的寄存器。 B（8位）：专门为乘除法而设置的寄存器。 又如： A， ;A和 相乘，结果的高低字节分别放入 放入A 又如： MUL A，B ;A和 B相乘，结果的高低字节分别放入A和B中 A， ;(A)/(B)，商存A 余数存B DIV A，B ;(A)/(B)，商存A，余数存B
微型计算机（ 微型计算机（8086）系统 ）
RAM 6264 ROM2764
中断控制器8259 AD DA 定时计数器8253
输入输出扩展8255 串行口8251
MCS-51系列单片机的组成 2.1.1 MCS-51系列单片机的组成
T0 T1
时钟电路
பைடு நூலகம்
ROM
RAM
定时计数器
CPU
并行接口 串行接口 中断系统
SP（堆栈指针， SP（堆栈指针，8位）：专门存放堆栈的栈顶位 ）：专门存放堆栈的栈顶位 遵循“先进后出”的原则。 置。遵循“先进后出”的原则。 DPTR(数据地址指针，16位）:存放程序存储器的地 DPTR(数据地址指针，16位 址或外部数据存储器的地址。可分DPH DPL两个独 外部数据存储器的地址 DPH和 址或外部数据存储器的地址。可分DPH和DPL两个独 位寄存器使用。 立8位寄存器使用。 PC（程序地址寄存器，16位）：用来存放下一条将 PC（程序地址寄存器，16位）：用来存放下一条将 要执行指令的代码， CPU自动管理 自动管理， 要执行指令的代码，又CPU自动管理，执行指令后 自动加1 其位数决定了单片机的寻址能力。 自动加1，其位数决定了单片机的寻址能力。 访问范围：0000-0FFFFH。 访问范围：0000-0FFFFH。
引脚分配
2.1.2 MCS-51单片机的引脚与功能 MCS-51单片机的引脚与功能
（5）部分引脚的第二功能(复用，同一个引脚被双重 定义)
端口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 第二功能 串行输入 串行输出 外部中断0，输入 外部中断1，输入 定时器0外部计数信号输入 定时器1外部计数信号输入 外部数据存储器写选通信号,输出 外部数据存储器读选通信号,输出
（2） 微处理器结构 由单片机的内部结构可知， 由单片机的内部结构可知，MCS-51单片机主 单片机主 要由以下几部分组成： 要由以下几部分组成： 中央处理器（ 中央处理器（CPU） ） 振荡电路 程序存储器(2764)和数据存储器 和数据存储器(6264) 程序存储器 和数据存储器 定时器/计数器 计数器(8253) 定时器 计数器 I/O口(8255) 口 串行口(8251A) 串行口 中断系统(8259A) 中断系统
8051是8位单片机、有16条地址总线。 是 位单片机 位单片机、 条地址总线。 条地址总线
一、中央处理器（CPU） 中央处理器（CPU）
运算器 包括算术逻辑运算部件ALU 单元、 暂存器1 暂存器2 ALU单元 包括算术逻辑运算部件 ALU 单元 、 暂存器 1 、 暂存器 2 、 累加器ACC 寄存器B BCD码调整电路 ACC、 码调整电路。 累加器ACC、寄存器B和BCD码调整电路。 主要功能：算术运算、 和减1运算、逻辑操作、数据传送、 主要功能：算术运算、加1和减1运算、逻辑操作、数据传送、 十进制调整 。 布尔处理器 它以PSW 中的进位标志位C 为其累加器， 专门用于处理 它以 PSW中的进位标志位 C 为其累加器 ， PSW 中的进位标志位 位操作，有相应的位寻址RAM I/O空间 RAM和 空间。 位操作，有相应的位寻址RAM和I/O空间。 控制器 包括程序计数器PC 数据指针DPTR 堆栈指针SP PC、 DPTR、 SP、 包括程序计数器PC、数据指针DPTR、堆栈指针SP、程序 状态字、指令寄存器IR 指令译码器ID 振荡器、 IR、 ID、 状态字、指令寄存器IR、指令译码器ID、振荡器、定时电路 和复位电路等。 和复位电路等。 主要功能：控制各部分的协调工作； 主要功能：控制各部分的协调工作；协调单片机和外围芯片 的工作。 的工作。
PSEN（29）——外部程序存储器读选
通信号（ Program Store Enable） 该信号为低电平时，CPU从外部程序 该信号为低电平时，CPU从外部程序 存储器单元读取指令。 存储器单元读取指令。
引脚分配
2.1.2 MCS-51单片机的引脚与功能 MCS-51单片机的引脚与功能
（4）控制信号线（续）
2.1.2 MCS-51单片机的引脚与功能 MCS-51单片机的引脚与功能
引脚分配
逻辑符号
2.1.2 MCS-51单片机的引脚与功能 MCS-51单片机的引脚与功能
（1）电源线 ＋5V供电 VCC （40）——＋5V GND （20）—— 地 （2）晶体振荡器信号输入输出 XTAL1（18）——晶体振荡器信号输入 XTAL1（19）——晶体振荡器信号输出 （3）输入/输出线 P0.0~P0.7 P0口 P1.0~P1.7 P1口 P2.0~P2.7 P2口 P3.0~P3.7 P3口
4K
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
片内 ROM 8751
8031
8051 89C51
片内 RAM
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 24 22 21
1 2 3 4 5 6 7 RAM 8 6264 9 10 11 12 13 14
PSW（程序状态字， PSW（程序状态字，8位）：存放指令执行后的有关状态。 ）：存放指令执行后的有关状态。 存放指令执行后的有关状态
位序 D7 D6 AC D5 F0 D4 RS1 D3 RS0 D2 OV D1 / D0 P
位标志 CY
CY（ CY（C）：进位和借位标志，当指令执行中有进位和借位 进位和借位标志， 产生时，CY为 反之为0 产生时，CY为1，反之为0。 AC：辅助进位、借位标志（ AC：辅助进位、借位标志（低半字节对高半字节的进位和 借位），有进位和借位产生时，AC为 ），有进位和借位产生时 反之为0 借位），有进位和借位产生时，AC为1，反之为0。 F0:用户标志位，由用户自定义。 F0:用户标志位，由用户自定义。 RS1和RS0：工作寄存器组选择标志位。 RS1和RS0：工作寄存器组选择标志位。 OV：溢出标志位。 OV：溢出标志位。 奇偶校验位， 的个数为偶数时P=0 反之为1 P=0， P：奇偶校验位，当A中1的个数为偶数时P=0，反之为1。
EA （31）——内外程序存储器选 择控制 （External Access Enable） EA＝0，CPU对程序存储器的操作仅 限于单片机外部程序存储器。 ＝1， CPU对程序存储器的操作从 EA 单片机内部程序存储器开始，并可延 伸到单片机的外部程序存储器。 RESET（9）—— 复位信号。 RESET 持续2个机器周期以上的高电平，单片 机复位。
MCS-51系列单 MCS-51系列单 片机的结构
参考书：单片机原理与接口（ 参考书：单片机原理与接口（MSC-51）
单片机的定义
单片机是将计算机的中央处理器（CPU）、 单片机是将计算机的中央处理器（CPU）、 RAM、ROM、多种I/O接口、定时/计数器、 I/O接口 RAM、ROM、多种I/O接口、定时/计数器、中断 控制器等集成在一块芯片 因此称为单片微型 集成在一块芯片， 控制器等集成在一块芯片，因此称为单片微型 Microcomputer）。单片 计算机（Single Chip Microcomputer）。单片 计算机（ ）。 机是针对控制和检测应用而设计的， 机是针对控制和检测应用而设计的，因此也称 微控制器（ Unit， 为微控制器（MicroComputer Unit，MCU ）， 另外， 另外，由于它可以很容易地嵌入到各种仪器和 现场设备中，因此也称为嵌入式微控制器 嵌入式微控制器。 现场设备中，因此也称为嵌入式微控制器。 特点：集成度高、功能强； 特点：集成度高、功能强；具有较高的性价 钱比、抗干扰能力强。 钱比、抗干扰能力强。