单片机硬件结构和原理
单片机结构与原理
5. 1. 1 标准型单片机的组成及结构
外部中断源
中断控制
程序 存储器
内部中断源
CPU
数据 存储器
总线控制
定时器2 定时器1 定时器0
计数器 输入
内部总线
振荡器
看门狗
SPI 串行端口
I/O端口
UART 串行端口
MISO MOSI CLK P0 P2 P1 P3 TXD RXD 地址/ 数据
5.5.1 复位和复位电路
复位是单片机的初始化操作，单片机在启动运 行时，都需要先复位，它的作用是使CPU和系统中 其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状 态开始工作。
1. 内部复位信号的产生
RST/VPD
施密特触发器
内部复 位电路
89S51
图5.11复位电路原理图
2. 复位状态
复位后，PC初始化为0，于是单片机自动从0单 元开始执行程序。复位后片内各专用寄存器的 状态如表3-9所示,表中X为不定数 。
图5.8 P1口某位结构
5.4.3 P2口
1.P2口位电路结构 2.工作原理 P2口作输出 ,可作
为高8位地址线 1）P2口作为输入 2）作通用I/O口
图5.9 P2口某位结构来自5.4.4 P3口1．P3口位电路结构
2. 工作原理 1）作为通用I/O 2）作为第2功能引脚 （见书中表2－8）
（详见第7章）。
（2）GF1和GF0：通用标志位。用户用软件置、复位。
（3）PD：掉电方式位。若PD＝1，进入掉电工作方式。
（4）IDL:待机方式位。若IDL＝1，进入待机工作方式。
5.6.2 待机方式
1．待机方式的工作特点 2．单片机进入待机方式的方法 向PCON中写一个字节，使IDL＝1 3．单片机终止待机方式的方法 通过硬件复位 通过中断方法
单片机的组成及工作原理
单片机的组成及工作原理单片机是一种集成电路，由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口和定时器等组成。
它是一种微型计算机系统，具有高度集成、体积小、功耗低等特点，广泛应用于各个领域。
单片机的核心部分是中央处理器（CPU），它负责执行各种指令和控制单元的工作。
CPU由运算器、控制器和寄存器组成。
运算器负责进行算术和逻辑运算，控制器负责解码指令并控制各个部件的工作，寄存器用于存储数据和指令。
存储器是单片机的重要组成部分，用于存储程序和数据。
它分为程序存储器和数据存储器两部分。
程序存储器用于存储程序指令，常见的有只读存储器（ROM）和闪存（Flash）；数据存储器用于存储数据，常见的有随机存储器（RAM）和电子可擦除可编程只读存储器（EEPROM）。
输入输出接口是单片机与外部设备进行数据交换的接口。
它可以将外部设备的输入信号转换为数字信号供单片机处理，也可以将单片机处理的数字信号转换为外部设备能够识别的信号。
常见的输入输出接口有通用输入输出口（GPIO）、串行通信接口（UART）、并行通信接口（Parallel）等。
定时器是单片机的重要功能模块，用于产生精确的时间延迟和定时信号。
它可以通过设置计数器的初值和工作模式来实现不同的定时功能。
定时器广泛应用于测量、控制和通信等领域。
单片机的工作原理是通过执行存储在存储器中的程序指令来完成各种任务。
当单片机上电后，CPU会从程序存储器中读取第一条指令，并按照指令的要求执行相应的操作。
指令的执行过程包括取指令、解码指令、执行指令和更新程序计数器等步骤。
单片机的工作过程可以简单描述为：首先，CPU从程序存储器中取出一条指令，并将其送入指令寄存器；然后，控制器对指令进行解码，并根据指令的要求执行相应的操作；最后，CPU根据指令的执行结果更新程序计数器，继续执行下一条指令。
总之，单片机是一种集成电路，由中央处理器、存储器、输入输出接口和定时器等组成。
它通过执行存储在存储器中的程序指令来完成各种任务。
第2章8051单片机硬件结构和原理
指令寄存器IR及指令译码器ID
• 由PC中的内容指定ROM地址，取出来的指令经IR送至ID， 由ID对指令译码产生一定序列的控制信号，以执行指令所 规定的操作。
振荡器和定时电路
• 8051单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体 和频率微调电容（2个30pF左右），其频率范围为 1.2MHz~12MHz。该信号作为8051工作的基本节拍
片外程序存储器
从程序员角度看存储器
程序存储器保留地址
（1）0000H～0002H三个单元：
• 用作上电复位后引导程序的存放单元。因
为复位后PC的内容为0000H，CPU总是从
0000H开始执行程序。将转移指令存放到 这三个单元，程序就被引导到指定的程序 存储器空间去执行。
程序存储器保留地址
（2）0003H～002AH单元：
使用。
SFR之 程序状态寄存器PSW(D0H)
• PSW是一个8位特殊功能寄存器，它的各位包含
了程序执行后的状态信息，供程序查询或判别之
用。各位的含义及其格式如表2－6所列。
• PSW除有确定的字节地址(D0H)外，每一位均有
位地址
Psw中的位
• CY(PSW.7)： 进位标志位。在执行加法(或减法)运算 指令时，如果运算结果最高位(位7)向前有进位(或借 位)，则CY位由硬件自动置1；如果运算结果最高位无 进位(或借位)，则CY清0。CY也是89C51在进行位操作 (布尔操作)时的位累加器，在指令中用C代替CY。 • AC(PSW.6)： 半进位标志位，也称辅助进位标志。当 执行加法(或减法)操作时，如果运算结果(和或差)的 低半字节(位3)向高半字节有半进位(或借位)，则AC位 将被硬件自动置1；否则AC被自动清0。 • F0(PSW.5)： 用户标志位。用户可以根据自己的需要 对F0位赋予一定的含义，由用户置位或复位，以作为 软件标志。
单片机的硬件结构和原理
单片机的市场和研究现状
随着物联网、人工智能等行业的不断发展，单片机市场需求呈现爆发式增长，各国学者和工程师也在不断探索 单片机的新技术、新应用。
晶体管
单片机内部开关，用于控制电路 和提供时钟信号。
电容器
用于存储电荷和调节电压，保证 单片机稳定运行。
电阻器
用于控制电流和电压大小，保护 单片机内部电路。
单片机的存储系统
1 ROM
只读存储器，用于存储程 序代码和固定数据。
2 RAM
随机存储器，用于临时存 储程序数据和运行状态。
3 Flash
闪存存储器，可擦写多次， 用于存储程序、数据和升 级信息。
中断优先级
设备优先级高的中断请求将 先得到处理。
单片机的定时器和计数器
定时器
在单片机内部生成一个基准信号，用于控制程序执 行时间。
计数器
用于记录和计算单片机产生的信号脉冲数目，可用 于计量和统计。
单片机的应用案例
1
电子钟
通过单片机控制时钟芯片，实现秒、分、时的精确显示。
2
温度计
通过单片机采集温度传感器的信号，实现温度的测量和显示。
3
遥控器
通过单片机处理按键输入信号，实现对电器设备的遥控操作。
单片机的不足和发展趋势
单片机虽然功能强大，但其成本、功耗和性能限制着应用场景。未来单片机 将会更小、更省电，集成更多功能和计算能力。
单片机的编程语言和调试工具
汇编语言
C语言
调试工具
直接操作机器指令，编写效率高， 但学习难度较大。
高级编程语言，易于学习和掌握， 编写效率高。
单片机的硬件结构和原理
单片机是现代电子技术中常用的控制器件，本次演讲将介绍单片机的基本原 理、硬件结构和应用领域。
单片机的硬件结构及原理
1．单片机应用的特点 软硬件结合、多学科交叉； 应用现场环境恶劣（电磁干扰、电源波动、 冲击振动、高低温湿度等）； 应用领域广泛且意义重大（硬件软化--微控 制技术）。
00H~07H
R0~R7
0
1
1组
08H~0FH
R0~R7
1
0
2组
10H~17H
R0~R7
0
1
3组
18H~1FH
R0~R7
单片机复位时，RS1=RS2=00，默认为第0组
2.3.2 控制器
1. 时钟电路
图 2.2 单片机时钟电路（a） 内部时钟电路； （b） 外部振荡源一般地，取C1=C2=30pF, 晶振为6MHz或12MHz
6. 数据指针寄存器DPTR 数据指针DPTR是一个 16 位的专用寄存器, 其高位字节寄存器用DPH表示,低位字节寄存器用DPL表示。既可作为一个 16 位寄存器DPTR来处理, 也可作为两个独立的 8 位寄存器DPH和DPL来处理。 DPTR 主要用来存放 16 位地址, 当对 64 KB外部数据存储器空间寻址时, 作为间址寄存器用。在访问程序存储器时, 用作基址寄存器。
(2) PSEN(29脚)：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期该信号两次有效，以通过数据总线P0口读回指令或常数。在访问片外数据存储器期间，PSEN信号将不出现。 (3) RST/VPD(9脚)：RST即为RESET，VPD为备用电源。该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10 ms以上才能保证有效复位。 当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD(+5 V)为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。
单片机的硬件结构
22
第二章 单片机的硬件结构
2.2 外部引脚功能
2024/4/9
23
MCS－51系列单片机 采用40个引脚的双列 直插式塑料封装的芯 片。
共可分为四个部分：
1、电源2个
2、外接晶体振荡器2个
3、控制信号引脚4个
4、I/O引脚32个
2024/4/9
24
一、主电源引脚
• VDD：接＋5V电源
• VSS：接地端
其中乘（MUL）、除（DIV）运算是执行时 间最长的指令。
2）累加器ACC
累加器ACC是最常用的专用寄存器。进入 ALU作算术操作和逻辑操作的操作数很多来 自ACC，操作的结果也常送回ACC。
3）B寄存器
是ACC的辅助寄存器，在乘除时，ACC不够
用便使用B寄存器。
2024/4/9
7
2、控制器
控制器是CPU的大脑中枢，它以定时控制逻辑为中 心，按照人们预先给定的计算步骤，即预先编写好 的已经输入到计算机存储器中的程序发出一系列控 制信号，控制计算机各个部件的工作，如运算、存 储等。
高128B地址空间的RAM 称为特殊功能寄存器SFR。 但SFR18个寄存器只占用了21B供用户使用。其 他的107B系统保留。
2024/4/9
13
2024/4/9
14
1)片内RAM（00～ 7FH）
工作寄存器区：（32B）
字节地址：00H～1FH
位寻址区：（16B） 字节地址：20H～2FH 位地址为：00H～7FH
它实际上是一个完整的1位微处理器，这个1位 机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。可 提供17条位操作指令，硬件有自己的“累加器” （进位位C）和自己的位寻址RAM和I/O空间，所 以是一个独立的位处理机。
1.单片机结构和原理
8051系列单片机采用定时控制方式，一个机器周期由6个S（状态周期）组成。 也就是说一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期。
软件系统与硬件系统共同 构成实用的微机系统，两 者是相辅相成、缺一不可 的。
5
2、单片微型计算机
微型计算机系统
CPU
输 入 设 备
输 入 接 口 设 备
运算器 控制器
输 出 接 口 设 备
输 出 设 备
软
+
件 系 统
存储器
硬件系统
单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机， 简称单片机 —— 单片机实质上就是一个芯片 6
MCS-51单片机由于堆栈设在内部RAM中, 因此SP是一个8位 寄存器. 系统复位后,SP的内容为07H, 使得堆栈实际上从 08H单元开始。但08H～1FH单元分别属于工作寄存器1～3区, 如程序中要用到这些区,则最好把SP值改为1FH或更大的值. 一般地,堆栈最好在内部RAM的30H～7FH单元中开辟.
位地址
7C 74 6C 64 5C 54 4C 44 3C 34 2C 24 1C 14 0C 04 7B 73 6B 63 5B 53 4B 43 3B 33 2B 23 1B 13 0B 03 7A 72 6A 62 5A 52 4A 42 3A 32 2A 22 1A 12 0A 02 79 71 69 61 59 51 49 41 39 31 29 21 19 11 09 01
单片机的结构及原理
单片机的结构及原理单片机（Microcontroller Unit，简称MCU）是一种小型、低成本且功能强大的微处理器。
它集成了中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入/输出端口（I/O）、时钟电路以及各种外设接口等组成部分，可广泛应用于各个领域，如家用电器、工业自动化、汽车电子等。
一、单片机的结构单片机的基本结构包括如下组成部分：1. 中央处理器（CPU）：负责处理各种指令和数据，是单片机的核心部件。
它通常由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元用于控制指令的执行，算术逻辑单元用于执行各种算术和逻辑运算。
2. 存储器（Memory）：包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于存储临时数据和程序运行时的变量，ROM用于存储固定的程序指令和常量数据。
3. 输入/输出端口（I/O）：用于与外部设备进行数据交互，包括输入口和输出口。
输入口用于接收来自外部设备的信号或数据，输出口则用于向外部设备输出信号或数据。
4. 时钟电路（Clock）：提供单片机运行所需的时钟信号，控制程序的执行速度和数据的处理。
5. 外设接口（Peripheral Interface）：用于连接各种外部设备，如显示器、键盘、传感器等。
通过外设接口，单片机可以与外部设备进行数据交换和控制操作。
二、单片机的工作原理单片机的工作原理如下：1. 程序存储：单片机内部ROM存储了一段程序代码，也称为固化程序。
当单片机上电或复位时，程序从ROM中开始执行。
2. 取指令：控制单元从ROM中读取指令，并将其送入指令寄存器。
3. 指令译码：指令寄存器将读取的指令传递给控制单元，控制单元根据指令的类型和操作码进行译码，确定指令需要执行的操作。
4. 指令执行：控制单元执行译码后的指令，包括算术逻辑运算、数据传输、输入输出等操作。
5. 中断处理：单片机可响应外部中断信号，当发生中断时，单片机会中止当前的程序执行，转而处理中断请求。
单片机的结构原理
单片机的结构原理单片机（Microcontroller Unit，MCU）是一种集成电路，具备处理器核心、存储器、外设接口以及时钟源等功能，能够完成各种计算和控制任务。
它在现代电子设备中广泛应用，如家用电器、汽车电子、通信设备等。
一、单片机的内部结构1. 处理器核心：单片机的处理器核心是其最基本的部分，通常包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、寄存器（Registers）以及指令集（Instruction Set）。
处理器核心负责执行程序指令，进行数据处理和控制操作。
2. 存储器：单片机需要存储程序代码和数据，因此内部通常集成了不同类型的存储器。
其中，闪存（Flash）用于存储程序代码，随机存储器（Random Access Memory，RAM）用于存储临时数据。
有些单片机还会集成非易失性存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM），用于存储常驻数据。
3. 外设接口：单片机通过外设接口与外部器件进行通信和控制。
常见的外设接口包括通用输入输出口（General Purpose Input/Output，GPIO）、串行通信接口（Serial Communication Interface，SCI/UART）、并行通信接口（Parallel Communication Interface，PCI）等。
不同的单片机可能具备不同的外设接口，以适应各种应用需求。
4. 时钟源：单片机需要时钟信号来同步处理器核心和外设操作。
时钟源可以是外部晶体振荡器或者内部振荡电路产生的振荡信号。
时钟源决定了单片机的运行速度，通常以赫兹（Hz）为单位表示。
二、单片机的工作原理单片机的工作原理主要包括四个阶段：初始化（Initialization）、执行（Execution）、中断（Interrupt）和休眠（Sleep）。
单片机的硬件结构和原理
仿真器
硬件仿真器
硬件仿真器是一种基于硬件的仿真工具，通过模拟单片机的各种硬件特性，可以实现单片机的仿真和调试。
软件仿真器
软件仿真器是一种基于软件的仿真工具，通过模拟单片机的软件运行环境，可以实现单片机的仿真和调试。
06 单片机发展趋势与展望
低功耗设计
节能环保需求
降低散热需求
随着全球能源危机和环保意识的提高， 低功耗设计成为电子设备发展的必然 趋势。
寻址方式
寻址方式是指令中用于指定操作数所在位置的方式，包括 直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等。不同的寻址方式会 影响单片机的执行效率和代码大小。
执行过程
取指 取指是指单片机从内存中取出指 令的过程。取指后，单片机将指 令解码并执行相应的操作。
回写 回写是指单片机的执行结果写回 到内存或寄存器中的过程。回写 过程中可能需要更新内存或寄存 器中的数据。
医疗设备
单片机可以用于实现各种医疗 设备的控制和数据采集，如监
护仪、医用分析仪等。
单片机的发展历程
01
02
03
初代单片机
早期的单片机采用8位处 理器，功能较为简单，主 要用于控制领域。
8051单片机
8051单片机是当前应用最 广泛的8位单片机之一， 具有简单易用、可靠性高 的特点。
ARM单片机
ARM单片机采用32位处 理器，具有高性能、低功 耗的特点，主要用于高端 应用领域。
集成开发环境（IDE）
Keil uVision
Keil uVision是一款流行的单片机集成开发环境，支持多种单片机 型号，提供代码编辑、编译、调试等功能。
IAR Embedded Workbench
IAR Embedded Workbench是一款专业的单片机开发工具，支持 多种单片机型号，提供丰富的库函数和中间件。
第2章 单片机的硬件结构及工作原理
也可以由 XTAL1端接 入外部时钟，此时应 将 XTAL2接地：
外部时钟 XTAL1 XTAL2 XTAL2
15～45pfx2
பைடு நூலகம்
1～12MHz（MCS-51） 0～24MHz（Atmel-89C）
2. 控制引脚 提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。 (1) RST/VPD(9脚)：复位与备用电源。 (2) ALE/PROG*（30脚）：地址锁存允许/片内EPROM 编程脉冲 第一功能 :ALE 为地址锁存允许，用来锁存 P0 口送 出的低8位地址,可驱动8个LS型TTL负载。 第二功能 :PROG* 为编程脉冲输入端 , 片内有 EPROM 的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
3.
I/O口引脚(32个)
MCS-51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，
共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输 出和控制信号（属控制总线）。 表2.1
P3口引脚
P3.0 P3.1
P3口的第二功能定义
第 二 功 能
RXD（串行输入口） TXD（串行输出口）
INT0（外部中断0）
40只引脚按功能分为3类： 1）电源及时钟引脚（4个）: Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2。 2）控制引脚（4个）： PSEN* 、 EA* 、 ALE 、 RESET （即RST）。 （3）I/O口引脚（32个）： P0 、 P1 、 P2 、 P3 ，为 4 个 8 位 I/O 口的外部引脚
P3.2
P3.3 P3.4
INT1（外部中断1）
T0（定时器0外部计数输入）
P3.5
P3.6 P3.7
T1（定时器1外部计数输入）
(信息与通信)第2章89C51单片机硬件结构和原理
了解嵌入式系统的基本概念和89C51单片机的介绍，以及本章将要覆盖的硬件 结构和原理。
嵌入式系统概述
嵌入式系统是为特定应用开发的计算机系统，它可以控制、监测和完成特定任务。通过学习嵌入式系统的基本 概念，我们能够理解单片机的重要性和应用场景。
89C51单片机介绍
SPI接口的通信原理
SPI接口的通信原理是实现可靠数据传输的核心。学习SPI接口的通信原理可以帮助我们编写稳定、高效的单片 机程序。
I2C总线
I2C总线是一种常用的串行通信协议。了解I2C总线的工作原理和特点，可以实 现单片机与多个设备的简单连接和数据交换。
I2C总线通信原理
I2C总线通信原理是实现可靠数据交换的关键。通过学习I2C总线通信原理，我 们可以更好地使用该通信协议并避免潜在问题。
89C51单片机是一种基于Harvard结构的8位微处理器。它具有许多功能和性能优势，适用于各种嵌入式应用。 让我们深入了解它的特点和优势。
89C51单片机硬件结构
了解89C51单片机的硬件结构是理解其内部组件和功能的关键。通过学习芯片内部的存储器、外设和IO口，我 们可以更好地使用和设计单片机应用。
定时器/计数器是单片机中非常重要的功能模块。通过学习定时器的工作原理 和编程方法，我们可以实现各种时间控制和计数任务。
89C51单片机的中断控制器
中断是单片机中常用的断向量表的结构，可以实现及 时响应和处理各种事件。
中断系统的原理
中断系统是单片机中的重要组成部分。通过学习中断系统的原理和中断处理 过程，我们可以实现多任务处理和优化系统性能。
与外部设备的通信方式
单片机需要与外部设备进行通信才能完成各种任务。学习串行口、SPI接口、 I2C总线等通信方式可以实现与其他设备的数据交换与控制。
单片机原理与应用
单片机原理与应用一、引言单片机作为一种高度集成的微型计算机系统，具有体积小、成本低、功能强、可靠性高等优点，广泛应用于工业自动化、智能仪器、消费电子、家用电器等领域。
本文将详细介绍单片机的原理及其在各行各业中的应用。
二、单片机原理1.单片机概述单片机（MicrocontrollerUnit，MCU）是一种将微处理器、存储器、定时器/计数器、输入/输出接口等集成在一块芯片上的微型计算机系统。
它具有处理能力强、体积小、功耗低、成本低等特点，便于应用于各种嵌入式系统。
2.单片机结构单片机主要由中央处理器（CPU）、存储器（包括程序存储器和数据存储器）、输入/输出接口（I/O口）、定时器/计数器、中断系统等组成。
其中，CPU负责执行程序和数据处理，存储器用于存储程序和数据，I/O口负责与外部设备通信，定时器/计数器用于实现定时和计数功能，中断系统用于处理各种中断请求。
3.单片机工作原理单片机的工作原理可以分为取指令、译码、执行、存储等阶段。
在取指令阶段，CPU从程序存储器中读取指令；在译码阶段，CPU对指令进行解码，确定操作类型和操作数；在执行阶段，CPU根据指令执行相应的操作；在存储阶段，CPU将执行结果存储到数据存储器中。
三、单片机应用1.工业控制单片机在工业控制领域具有广泛的应用，如PLC（可编程逻辑控制器）、温度控制器、电机控制器等。
通过编程，单片机可以实现复杂的逻辑控制和运算功能，提高生产效率和产品质量。
2.智能仪器单片机在智能仪器领域中的应用包括数字电压表、数字频率计、示波器等。
利用单片机的处理能力和I/O口功能，可以实现对各种信号的采集、处理、显示和控制。
3.消费电子单片机在消费电子领域中的应用包括方式、电视、洗衣机、空调等。
通过编程，单片机可以实现各种功能，如用户界面控制、信号处理、通信等。
4.家用电器单片机在家用电器领域中的应用包括微波炉、电饭煲、豆浆机等。
利用单片机的控制功能，可以实现温度控制、定时控制、故障检测等功能。
单片机内部结构
单片机内部结构单片机是一种微型计算机，它具有体积小、价格低、携带方便、功能齐全等特点，被广泛应用于各个领域。
下面我们将详细介绍单片机的内部结构。
一、中央处理器中央处理器是单片机的核心部件，负责执行指令和处理数据。
它由运算器、控制器和寄存器等组成。
运算器可以进行算术运算和逻辑运算，控制器负责控制指令的执行顺序，寄存器则用于存储数据和指令。
二、存储器存储器是单片机中用于存储数据的部件。
它通常分为程序存储器和数据存储器两部分。
程序存储器用于存储程序代码，数据存储器用于存储临时数据和变量等。
三、输入输出接口输入输出接口是单片机与其他设备进行数据传输的接口。
输入接口用于接收外部设备的数据，输出接口则用于将数据发送到外部设备。
四、定时器和计数器定时器和计数器是单片机中用于时间控制和计数的部件。
定时器可以用于产生定时信号，计数器则可以用于对外部信号进行计数。
五、中断控制器中断控制器是单片机中用于控制中断的部件。
当外部设备发出中断请求时，中断控制器会根据优先级和中断源来判断是否允许该中断请求，并通知CPU进行处理。
六、电源和时钟电路电源和时钟电路是单片机的能源和时钟来源。
电源电路将外部电源转换为单片机所需的电压，时钟电路则产生单片机所需的时钟信号。
以上就是单片机的内部结构，了解单片机的内部结构有助于更好地理解其工作原理和应用方法。
单片机的内部结构一、引言单片机，也称为微控制器（Microcontroller），是一种集成了一系列硬件组件和软件指令集的集成电路。
它具有体积小、价格便宜、使用方便等优点，被广泛应用于工业控制、智能家居、消费电子、汽车电子等领域。
了解单片机的内部结构，可以帮助我们更好地理解和使用单片机。
二、单片机的基本组成单片机通常由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、定时器/计数器以及通信接口等部分组成。
1、中央处理器（CPU）：CPU是单片机的核心，负责执行指令和处理数据。
它通常具有运算速度快、功耗低的特点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
程序存储器
0FFFH 0FFEH
中断入口地址
FFFFH
002BH 0023H
． ． ．
中断5 中断4 中断3 中断2 中断1 串行口中断 定时器1中断 外部中断1 定时器0中断 外部中断0 0000H是程序执行的起始单元, 在这三个单元存放一条 无条件转移指令
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
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
64K
1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地) 2、振荡电路：XTAL1、XTAL2 3、复位引脚：RST 4、并行口：P0、P1、P2、P3 5、EA：访问程序存储控制信号 6、PSEN：外部ROM读选通信号 7、ALE：地址锁存控制信号
8031 8051
8751
89C51
P3口线的第二功能
2.3
89C51单片机的存储器配置
PUSH PSW， SP＝09H 0B
POP PSW， SP＝08H 0B
POP ACC， SP＝07H 0B
0A
09 08 07
0A
09 08 07
35
0A
09 08 07
C1
35
0A
09 08 07
35
0A
09 08 07
单片机工作条件
单片机正常工作最基本条件是：正确的电源、 时钟和复位信号。
0000H
1FH 18H 17H 10H 0FH 08H 07H 00H
工作寄存器区
数据存储器
内部RAM存储器
RAM位寻址区位地址表
单元地址
2FH 2EH 2DH 2CH 2BH 2AH 29H 28H 27H 26H 25H 24H 23H 22H 21H 20H
MSB
7F 77 6F 67 5F 57 4F 47 3F 37 2F 27 1F 17 0F 07 7E 76 6E 66 5E 56 4E 46 3E 36 2E 26 1E 16 0E 06 7D 75 6D 65 5D 55 4D 45 3D 35 2D 25 1D 15 0D 05
特殊功能寄存器
PSW：
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
－
P
Program Status Word：进位carry、辅助进位 auxiliary、用户标志flag zero、寄存器选择 register select、溢出overflow、奇偶parity。
例：MOV A,#0FH ADD A,#0F8H 0000 1111 + 1111 1000 1 0000 0111
ROM： MOVC 片内RAM ：MOV 片外RAM： MOVX
0000-FFFFH 0000-00FFH 0000-FFFFH
4K
存 储 器
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
SW -PB
1 0u F R5 1 0K C9
89S52
RXD T XD AL E PSE N
1、时钟电路
要给单片机CPU提供时钟信号，就需要相 关的硬件电路，即振荡器和时钟电路。51系列 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构成振荡器，但要形成时 钟，外部还需要加一些附加电路。
数据存储器
FFFFH
00H~07H
片内RAM地址
RS1 RS0
工作寄存器区选择位RS0、RS1
7FH
(64K)
数据缓冲区/堆栈区
7F 07 R7 R0 R7 R0 R7 R0 R7 R0 78 00 3区 2区 1区 0区
30H 2FH
可位寻址区
20H
外部
FFH 80H 7FH (低128B) 00H (高128B) 专用 寄存器 内部 RAM
1. 存储器结构
普林斯顿结构
一般微机采用的结构 ROM、RAM安排在同一个地址空间 相同指令访问ROM、RAM
哈佛结构
89C51采用此结构 ROM和RAM占用不同的物理空间 采用不同指令访问
2.
89C51 存储空间
ROM
片内、片外
物理结构
RAM
片内、片外
逻辑结构（从用户使用的角度看）
89C51
bus
2个定时/计数器 5个中断源 1个全双工串行口 片内振荡器和时 钟产生电路（最 高允许振荡频率 为24MHz）
89C51
节电工作方式 （空闲、掉电）
3. 89C51 CPU功能介绍
单片机的核心
由运算器和控制器构成
运算器：进行算术运算、逻辑运算，由ALU、 A、B、PSW、暂存器组成。 控制器：包括PC、IR、ID、振荡器和时钟电 路
第2章 89C51单片机硬件结构和原理
主要掌握
基本组成（内部资源） 引脚 存储器的配置 I/O口的应用功能
（以89C51（AT89C51、P89C51、STC89C51）为代表讲解）
2.1
89C51单片机的基本组成
1.
89C51单片机结构框图
Flash ROM
8位CPU
256字节RAM 4KB Flash ROM 4个8位I/O口
时钟发生器：根据脉冲信号产生时钟信号
振荡周期P：脉冲信号周期 时钟周期（状态周期）S ：(机器状态时间)S=P1+P2 机器周期： 指令执行的单位=6S=12P 指令周期： 指令执行的时间=N * 6S，N=1、2、3……
AC=1， CY=1， OV=CY⊕AC=1⊕1=0，P=1，所以：
1 1 × × × 0 × 1
特殊功能寄存器
SP ：堆栈指针 (Stack Pointer)， 8位，专门存放堆栈的栈顶
单元的地址。入栈时自动加1，出栈时自动减1。
复位后， SP＝07H 0B
PUSH ACC， SP＝08H 0B
ALU Arithmetic Logic Unit 算术/逻辑运算 单元 A 最忙碌的寄存器 累加器 B 多用于乘除运算 寄存器 PSW 用于指示指令执行后的状态信息， 可供程序查询和判别用。程序状态字寄存器 PC Program Counter，下一条指令的 地址。改变PC的内容可以改变程序运行方向。 IR Instruction Register 指令寄存器 ID Instruction Decoder 指令译码器 振荡器及时钟电路：提供片内时钟
(64K)
001BH 0013H
0FFFH (4K) 0000H
内部
EA=1 0000H
外部
0FFFH (4K) EA=0 0000H
000BH 0003H 0002H 0001H 0000H
(PC)
8位
程序存储器
程序存储器资源分布
4. 数据存储器
片内、片外分开编址
如何区分0000-00FFH的地址空间是片内RAM还是片外 RAM？
2.2
89C51单片机的引脚及功能
MCS-51单片机信号引脚简介
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST RXD/ P3.0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 24 22 21 VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
位地址
7C 74 6C 64 5C 54 4C 44 3C 34 2C 24 1C 14 0C 04 7B 73 6B 63 5B 53 4B 43 3B 33 2B 23 1B 13 0B 03 7A 72 6A 62 5A 52 4A 42 3A 32 2A 22 1A 12 0A 02 79 71 69 61 59 51 49 41 39 31 29 21 19 11 09 01
2.复位电路
51系列单片机本身一般不能自动进行复位 的，必须配合相应的外部电路才能实现。当5l系 列单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上 的高电平时，单片机就执行复位操作。如果 RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状 态。
2.4
时钟电路及CPU时序
1. 时钟电路
根据硬件电路的不同，单片机的时钟连接方式可分为 内部时钟方式和外部时钟方式，如图所示。
EPROM
2764
64K
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
EPROM
256B（字节）