二、8051的结构和原理
8051单片机的内部结构
8051单片机的内部结构
1.寄存器组：
8051单片机有4个8位的通用寄存器A、B、R0、R1，以及一个16位的程序计数器PC、一个8位的累加器ACC和一个8位的数据指针DPTR。
通用寄存器用于存储临时数据，程序计数器用于存储当前指令的地址，累加器用于存储算术和逻辑运算的结果，数据指针用于存储数据的地址。
2.ALU（算术逻辑单元）：
3.内存：
4.I/O端口：
5.时钟和定时器/计数器：
6.中断系统：
7.控制单元：
控制单元是8051单片机的核心，负责控制指令的执行、数据的传输和操作的协调。
它包括指令译码部分、程序状态字寄存器PSW、指令寄存器IR等。
指令译码部分解释并执行指令，程序状态字寄存器包含标志位和状态信息，指令寄存器用于存储当前执行的指令。
8.外部中断：
总结：
8051单片机的内部结构包括寄存器组、ALU、内存、I/O端口、时钟和定时器/计数器、中断系统、控制单元和外部中断等。
它具有强大的计算能力和丰富的外设，适合用于各种嵌入式系统开发。
通过充分理解
8051单片机的内部结构，可以更好地利用其特性，设计和开发高效、稳定的嵌入式系统。
80c51单片机定时器计数器工作原理
80c51单片机定时器计数器工作原理80C51单片机是一种常用的微控制器，其定时器/计数器（Timer/Counter）是实现定时和计数功能的重要组件。
以下简要介绍80C51单片机定时器/计数器的工作原理：1. 结构：定时器/计数器由一个16位的加法器构成，可以自动加0xFFFF（即65535）。
定时器/计数器的输入时钟可以来自系统时钟或外部时钟源。
2. 工作模式：定时模式：当定时器/计数器的输入时钟源驱动加法器不断计数时，可以在达到一定时间后产生中断或产生其他操作。
计数模式：当外部事件（如电平变化）发生时，定时器/计数器的输入引脚可以接收信号，使加法器产生一个增量，从而计数外部事件发生的次数。
3. 定时常数：在定时模式下，定时常数（即定时时间）由预分频器和定时器/计数器的初值共同决定。
例如，如果预分频器设置为1，定时器/计数器的初值为X，那么实际的定时时间 = (65535 - X) 预分频系数输入时钟周期。
在计数模式下，定时常数由外部事件发生的时间间隔决定。
4. 溢出和中断：当加法器达到65535（即0xFFFF）时，会产生溢出，并触发中断或其他操作。
中断处理程序可以用于执行特定的任务或重置定时器/计数器的值。
5. 控制寄存器：定时器/计数器的操作可以通过设置相关的控制寄存器来控制，如启动/停止定时器、设置预分频系数等。
6. 应用：定时器/计数器在许多应用中都很有用，如时间延迟、频率测量、事件计数等。
为了充分利用80C51单片机的定时器/计数器功能，通常需要根据实际应用需求配置和控制相应的寄存器，并编写适当的软件来处理定时器和计数器的操作。
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。
51单片机 原理
51单片机原理
51单片机，又称作8051单片机，是一种微控制器，广泛应用
于嵌入式系统中。
它是由英特尔公司在1980年推出的，并成
为了应用最广泛的单片机架构之一。
51单片机采用哈佛架构，具有8位数据总线和16位地址总线。
它内部集成了CPU、RAM、ROM、I/O口等组成部分。
在工
作时，通过外部时钟源供给给单片机提供时钟信号。
CPU是51单片机的核心部件，用于执行程序指令。
51单片机
的指令集支持多种操作，包括算术、逻辑、移位、跳转等。
数据的存储和处理则在RAM中进行，程序的存储则在ROM中。
RAM是51单片机的临时存储器，用于存储程序中的变量和计算结果。
ROM则是只读存储器，用于存储程序指令。
在单片
机启动时，ROM中的程序会被加载到RAM中，并由CPU执行。
I/O口是51单片机与外部设备进行交互的接口。
它可以被配置为输入或输出，用于连接各种传感器、执行器、显示器等外围设备。
通过I/O口，51单片机可以与外部世界进行数据交换和控制。
为了编程和调试51单片机，我们通常使用专用软件和编程器。
这些工具可以将用户编写的程序烧录到51单片机的ROM中，并通过与单片机的通信接口进行通信。
总的来说，51单片机是一种功能强大且应用广泛的微控制器。
它可以用于控制各种嵌入式系统，如家用电器、车辆电子、工业自动化等领域，为我们的生活和工作提供了便利。
51单片机基本结构详解
51单片机基本结构详解51单片机（也称为8051单片机）是一种8位微控制器，由Intel公司于1980年代推出。
它是目前市场上最广泛使用的低成本单片机之一，被广泛应用于各个领域，包括家电、工业控制、仪器仪表等。
本文将详细介绍51单片机的基本结构。
一、51单片机的总体结构51单片机的总体结构主要分为五个部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、IO口、定时器/计数器以及串行通信接口。
1. 中央处理器（CPU）51单片机中心的核心是一个8位的CPU，负责执行指令集中的操作。
它包括一个累加器（Accumulator）用于存放运算结果，以及一组寄存器用于存放操作数和地址。
2. 存储器51单片机的存储器主要包括内部RAM和内部ROM。
内部RAM用于存放程序和数据，容量通常较小，而内部ROM则用于存储不变的程序指令。
3. IO口51单片机提供了多个通用IO口，用于与外部设备进行数据交互。
这些IO口既可以作为输入口用于接收外部信号，也可以作为输出口用于发送信号控制外部设备。
4. 定时器/计数器51单片机内置的定时器/计数器模块可用于产生精确的时间延时和计数应用。
它能够协助实现各种时间相关的功能，如PWM输出、测速和脉冲计数等。
5. 串行通信接口51单片机的串行通信接口可用于与其他设备进行数据的串行传输。
常见的串行通信协议包括UART、SPI和I2C等。
二、51单片机的工作原理51单片机的工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 程序存储器中的指令被复制到内部RAM中。
2. CPU从内部RAM中取出指令并执行。
3. 根据指令的要求，CPU可能会与IO口、定时器/计数器或串行通信接口进行数据交互。
4. 执行完指令后，CPU将结果存回内部RAM或IO口。
三、51单片机的应用领域51单片机由于其成本低、技术成熟、易于开发和应用广泛等优点，被广泛应用于各个领域。
1. 家电控制51单片机可以用于家电控制，如空调、洗衣机、电视机等。
8051单片机的内部结构
8051单片机的内部结构首先，8051单片机的核心是一个具有8位数据总线、16位地址总线和14个通用寄存器的8051中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）。
CPU负责执行计算、逻辑和控制指令，并与其他外设进行数据交换。
它包含一个累加器（Accumulator）和一个数据指针（Data Pointer），用于存储数据和指示数据存储区。
除了CPU外，8051单片机内还包含两个片内存储器，分别是程序存储器（Program Memory）和数据存储器（Data Memory）。
程序存储器是用于存储程序指令的地方，通常包括ROM（只读存储器）或闪存。
程序存储器采用分时复用方式，既可以存储程序指令，也可以存储常量数据。
由于8051单片机是哈佛结构，程序存储器和数据存储器是分开的，可以同时进行取指令和读写数据操作。
数据存储器主要用于存储程序运行时需要使用的数据，包括RAM（随机存储器）和片内特殊功能寄存器（Special Function Registers，简称SFR）。
RAM负责存储变量、临时数据和堆栈信息。
SFR包含IO口控制、定时器配置、计数器设置等特殊功能寄存器，通过设置和读取其值，可以对相应的硬件模块进行控制。
除了上述核心部件，8051单片机还包含多个外设，用于完成具体的输入输出任务。
其中，IO口是最常用的外设之一，用于将单片机与外部设备连接起来。
IO口可以进行数字输入输出和模拟输入输出。
每个IO口引脚都具有独立的控制寄存器，通过这些寄存器可以设置引脚的输入输出方向、电平和驱动能力。
IO口的灵活性和可扩展性给了8051单片机很大的应用空间。
此外，8051单片机还包含多个片内计数器和定时器，用于时间测量、时间控制和脉冲宽度调制等任务。
其中，定时器主要用于产生精确的时间延迟，而计数器主要用于计算外部事件的频率和脉冲个数。
最后，8051单片机内还通过中断系统实现了实时响应外部事件的能力。
8051单片机的体系结构
(3)数据缓冲区
内部RAM的30H～7FH是数据缓冲区，也称为用户RAM区， 共80个单元。
52子系列内部有256个单元的数据存储器，用户RAM区范 围为30H～FFH，共208个单元。
工作寄存器区和位寻址区的地址及单元数与上述一致。
3、堆栈和堆栈指针 堆栈的概念：是一种数据项按序排列的数据结
构，采用后进先出，这种后进先出操作的缓冲器 区称为堆栈。
由内部控制信号产生输入锁存器两个输入缓冲器buf1和buf2推拉式io驱动器251p0口位图内部结构buf2buf15p0r2为读引脚信号执行movap0时该信号有效6读引脚端口时输出锁存器应为1qqdcvcc控制ad0p0r1p0r2d0p0w图1p0口内部结构读锁存器读引脚锁存器内部总线写锁存器地址数据p00多路开关10写数据读端口p03地址锁存器cbioa15a14a13a12a11a10a9a8a7a6a5a4a3a2a1a0d7d6d5d4d3d2d1d0dbabp10p11p12p13p14p15p16p17resetp30p31p33p34p35p36p37vssvccp00p01p02p05p06p07eaalepsenp27p26p25p24p23p22p21p20p32mcs51片外总线结构示意图返回mcs51单片机片外总线p04返回单片机8031p20p21p22a8a9a10alerd74ls373g6264a7a6a5a4a3a2a1a0o0o1o2o3o4o5o6o7p00p01p02p03p04p05p06p07oeceq0q1q2q3q4q5q6q7d0d1d2d3d4d5d6d7wewrp27p23p24a11a126264we单片机8031p20
P2.0
.P:2.4
单片机
8031 P0.0
单片机 第二章 80C51系列单片机内部结构与工作原理
2.2 80C51单片机内部基本结构及引脚功能
③检查单片机芯片的好坏，可用示波器查看ALE端
是否有脉冲信号输出。
④ALE端的负载能力为8个LS型TTL。 ：对EPROM型单片机，如对87C51BH编程时 的编程脉冲输入端。 ⑵、 (29脚)：程序存储允许输出端。片外程
序存储器的读选通信号，低电平有效。
2.2 80C51单片机内部基本结构及引脚功能
3、基本功能单元
功能： 满足单片机测控功能要求的基本计算机外 围电路，用来完善和扩大计算机的功能．
组成： 包括定时/计数器、中断系统、串行通信 接口等。 说明： (1)80C51有两个16位定时/计数器 (T0和T1)。 作用： 可以作为内部定时器或外部脉冲计数器使 用。作内部定时器时，是靠对时钟振荡器的12分频脉
2.1 2.2 2.3
2.4
2.5 2.6
2.7
2.8 2.9
80C51系列单片机简介 80C51单片机内部基本结构及引脚功能 80C51单片机CPU结构 80C51存储器结构 输入/输出（I/O）端口 单片机的工作过程 80C51的低功耗方式 本章小结 练习思考题
第二章
80C51系列单片机内部结构与工作原理
①CPU从外部ROM取指令时，在每个机器周期中两 次有效。但在访问片外RAM时，要少产生两次负脉冲信
2.2 80C51单片机内部基本结构及引脚功能
号。有效时，将外部ROM中的指令读到数据总线上。
②检查单片机系统上电后，CPU能否正常到 EPROM/ROM中读取指令码，可用示波器查看该端有无负 脉冲信号输出。 ③可驱动8个LS型TTL门电路。
⑶、 (31脚)：内部/外部ROM地址选择信号/ 固化编程电压输入端。 ：①为高电平，CPU访问ROM有两种情况： 当PC中的值小于0FFFH时，执行片内ROM指令; 当PC中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外 ROM指令。
片机基础知识：8051特点、结构与扩展
－8051特点、结构与扩展
1
1.1 8051单片机的特点 1.2 8051的内部结构 1.3 8051的系统扩展
1.1 8051单片机的特点
一、单机的概念
将组成微型计算机的各功能部件： 中央处理器、存储器、I/O接口电路及定时/计数器 等制作在一块集成电路芯片中从而构成完整的微型 计算机－故称作单晶片微型计算机， 简称单片机（Single chip microcomputer)。 或称微控制器(MCU:Microcontroller)
并行端口
串行端口
中断系统
P0 P1 P2 P3 TXD RXD
INT0 INT1
1、中央处理器CPU
CPU（Central Processing Unit）是计算机的核心部件, 它由运算器和控制器组成, 完成计算机的运算和控制功能。
运 算 器 又 称 算 术 逻 辑 部 件 （ ALU, Aithmctieal Logic Unit）, 主要完成对数据的算术运算和逻辑运算。
INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它 公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当 然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求。
80C51系列单片机兼容的主要产品
* ATMEL公司带Flash存储器技术的AT89系列 * Philips公司的80C51、80C552系列 * 华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列 * ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列 * LG公司的GMS90/97低压高速系列 * Maxim公司的DS89C420高速(50MIPS)系列 * Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机
（3）主流与多品种共存
8051单片机的内部结构
8051是MCS—51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。
8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器（RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：·中央处理器：中央处理器(CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作.·数据存储器(RAM)：8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据,所以，用户能使用的的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。
·程序存储器（ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。
·定时/计数器（ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
·并行输入输出（I/O）口：8051共有4组8位I/O口（P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。
·全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。
·中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。
·时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容.单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛（Harvard）结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿（P rinceton)结构.INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MC S—96系列单片机则采用普林斯顿结构.下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图。
2MCS51单片机的基本结构与工作原理
第二章MCS51单片机的基本结构与工作原理一、8051单片机内部包含哪些主要逻辑功能部件？提示：（1）CPU—包括运算器和控制器。
其中运算器主要有运算逻辑部件ALU（实质上就是一个全加器）、累加器A、暂存器TMP（如B寄存器、数据指针DPTR）、程序状态字PSW（寄存程序运行的状态信息）；控制器主要有程序计数器PC（实质是加1计数器）、指令寄存器IR（存放指令操作码的专用寄存器）、指令译码器、定时控制逻辑电路（按指令的性质发出一系列定时信号）、条件转移逻辑电路。
（2）内部RAM。
共有256个RAM单元。
其中低128个单元（00H—7FH）供用户使用，高128个单元（80H—FFH）是专用寄存器，有着特殊逻辑功能（又名特殊功能寄存器SFR）。
（3）内部ROM。
8031内部无ROM，8051有4KB掩膜ROM。
（4）定时/计数器。
MCS51共有2个16位的定时/计数器（T0、T1）。
（5）并行I/O口。
MCS51共有4个8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3）。
（6）串行口。
MCS51有1个全双工的串行口。
（7）中断控制系统。
MS51共有5个中断源，且分两个优先级别。
（8）时钟电路。
系统允许的最高晶振频率为12MHz（主要用于通信）。
二、MCS51问片内RAM、片外提示：（1（2）（片内外统一编址空间共64KB）、128个单元中的21个单元SFR，高128个单元中的107个空闲地址，用户不能使用。
切记！）、片外数据存储器（寻址空间64KB）。
（3）从功能上划分为程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间、外部数据存储器。
访问片内RAM的指令助记符是MOV；如MOV P1，A访问片外RAM的指令助记符是MOVX；如MOVX @DPTR ，A访问片外ROM的指令助记符是MOVC；如MOVC A，@A+PC三、MCS51单片机片内RAM按用途可以划分几个区域？各有什么作用？（片内RAM低128单元划分哪三个主要部分？各部分主要功能是什么？）提示：片内RAM是最灵活的地址空间，在物理上分成两个独立的功能不同的区域，即低128个单元（00H —7FH）的数据RAM区、高128个单元（80H—FFH）的特殊功能寄存器SFR区（见下一题的回答）。
8051单片机硬件结构
8051单片机硬件结构
8051单片机是一款广泛应用于嵌入式系统设计中的微控制器。
它由英特尔公司于1980年推出，是目前应用最广泛的8位单片机之一、8051单片机的硬件结构包括中央处理器、存储器、输入/输出接口和定时器/计数器等模块。
1.中央处理器（CPU）：
8051单片机使用的是Harvard结构的CPU，包括一个8位的ALU（算术逻辑单元）、一个8位的累加器（Accumulator）和一个8位的程序计数器（PC）。
该CPU还包括4个通用寄存器（R0-R3）和1个存储器指针寄存器（DPTR）。
它还具有处理器状态字寄存器（PSW）和堆栈指针（SP），用于管理程序的执行状态和堆栈操作。
2.存储器：
3.输入/输出接口：
8051单片机提供了大量的输入/输出引脚，用于连接外部设备。
它支持多种输入/输出方式，包括双向I/O口、专用I/O口、串行口和中断端口等。
每个I/O口都可以配置为输入或输出，并且可以通过寄存器编程来控制。
4.定时器/计数器：
8051单片机内置了2个独立的定时器/计数器模块，用于生成精确的时间延迟和测量外部事件。
定时器模块可以配置为定时器或计数器，并具有可编程的预分频器和计数器。
它还可以通过中断机制触发中断请求，用于实现实时操作和时序控制。
5.中断控制器：
6.时钟源：
总之，8051单片机的硬件结构包括中央处理器、存储器、输入/输出接口、定时器/计数器、中断控制器和时钟源等模块。
这些硬件模块相互配合，实现了单片机的功能扩展和系统控制能力。
它广泛应用于各种嵌入式系统设计中，如家电控制、工业自动化、汽车电子等。
第一章 8051单片机基本结构
交道时，完成数据传送。
3）寄存器 B（ 8位寄存器）
作用：在乘法和除法运算中用作ALU的输入之一。乘法
运算时，ALU的两个输入分别为A、B，运算结果存放在A、B 寄存器中，其中A存放积的低8位，B则存放积的高8位。除法 运算时，被除数取自A，除数取自B；运算结果商数存于A， 而余数存于B。不作乘、除运算时，寄存器B可作通用寄存器
1）程序计数器（PC）
16位专用寄存器，寻址范围为64KB。 作用：存放CPU执行的下一条待执行指令的地址 工作原理： 当一条指令按照PC所指的地址从程序存储器中取 出后，PC会自动加1，指向下一条指令。 执行 有条件或无条件转移指令时，程序计数器将 被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。
PSW.1 PSW.0
CY
AC
F0
RS1 RS0 OV
-
P
P（PSW.0） 奇偶标志位
P标志表明累加器ACC中1的个数的奇偶性。在 每条指令执行完后，单片机根据ACC的内容对P 位 自动置位或复位。
若累加器ACC中有奇数个“1”，则P=1； 若累加器ACC中有偶数个“1”，则P=0。
PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0
CY
AC
F0
RS1 RS0 OV
-
P
CY是PSW中最常用的标志位。 由硬件或软件置位和清零。 在字节运算时：它表示运算结果是否有进位（或借位）。 加法时：有进位 Cy由硬件置“1” 即Cy=1；
无进位 CY被硬件清“0” 即Cy=0。
减法时：有借位 Cy由硬件置“1” 即Cy=1； 无借位 CY被硬件清“0” 即Cy=0。
定 时 控 制
8051单片机的结构和原理
8051单片机的结构和原理中央处理器(CPU)是单片机的核心部分，由时钟发生器和控制单元组成。
时钟发生器提供CPU工作需要的时钟信号，控制单元负责指令的获取、译码和执行。
8051单片机的CPU有一个8位的累加器(ACC)和一个可分成两个4位寄存器的B寄存器。
它还具有一个地址总线和一个数据总线，用于与其他芯片进行通信。
存储器是单片机的重要组成部分，用于存储程序和数据。
8051单片机有不同类型的存储器，包括ROM(只读存储器)和RAM(随机存储器)。
ROM用于存储程序代码，而RAM用于存储变量和临时数据。
在一些高级型号的8051单片机中，还可以通过外部存储器接口扩展存储容量。
输入输出(I/O)是单片机与外部设备进行信息交互的接口。
8051单片机的I/O口有两类，即通用I/O口和特殊功能I/O口。
通用I/O口可以配置为输入口或输出口，用于与外部设备进行数字信号输入输出。
特殊功能I/O口具有特定的功能，如串行通信、定时器/计数器控制等。
定时器/计数器是8051单片机的重要辅助模块，用于生成定时延时和计数操作。
它包括两个定时器/计数器(T0和T1)，可以用于测量时间、延时控制、产生波形等应用。
定时器/计数器可以通过编程设置工作模式、计数方式以及定时时间周期。
串行通信器是8051单片机与外部设备进行串行通信的接口。
它包括一个串口(UART)，支持异步串行通信和同步串行通信。
通过串行通信器，8051单片机可以与计算机、终端设备、传感器等进行数据的发送和接收。
中断控制器是8051单片机的另一个重要模块，用于处理外部中断和内部中断。
当外部设备发生中断请求时，中断控制器会暂停当前任务，转而执行中断服务程序。
中断控制器包括外部中断INT0、INT1和内部中断IE0、IE1、TF0、TF1等。
8051单片机的原理是基于冯·诺依曼结构和哈佛结构的混合结构。
它具有单指令多数据流(SISD)并行处理特性，在一条指令周期内可以同时对多个数据进行处理。
8051单片机的引脚及结构
P2 P1 P2
P1
P2 P1
P2
P1 P2 P1
P2 P1
P2
P1
P2 P1
P2 P1
P2 P1
P2
(OSC)
振荡周期
时钟周期
MCS-51单片机各种周期的相互关系
1．振荡周期：为单片机提供时钟信号的振荡源 的周期。
2．时钟周期：是振荡源信号经二分频后形成的 时钟脉冲信号。
3．机器周期：通常将完成一个基本操作所需的 时间称为机器周期。
片外RAM： 最大范围：0000H～FFFFH，
64KB；用指令MOVX访问。 片内RAM：
最大范围：00H～FFH， 256B；用指令MOV访问。又分 为两部分：低128B（00～7FH） 为真正的RAM区，高128B （80～FFH）为特殊功能寄存器 （SFR）区。如右图所示。
3．特殊功能寄存器（SFR）
1、复位方式
系统开始运行和重新启动靠复位电路来实现，这种工作 方式为复位方式。
单片机在开机时都需要复位，以便CPU及其他功能部件 都处于一种确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
MCS-51单片机在RST引脚产生两个机器周期（即24个 时钟周期）以上的高电平即可实现复位。
复位电路有两种：上电自动复位和上电/按键手动复位， 如下图所示。
1．HMOS单片机的掉电保护
当VCC突然掉电时，单片机通过中断将必须保护的数据送 入内部RAM，备用电源VPD可以维持内部RAM中的数据不丢失。
2．CHMOS单片机的节电方式
CHMOS 型 单 片 机 是 一 种 低 功 耗 器 件 ， 正 常 工 作 时 电 流 为 11～22mA，空闲状态时为1.7～5mA，掉电方式为5～50A。因 此，CHMOS型单片机特别适用于低功耗应用场合，它的空闲方 式和掉电方式都是由电源控制寄存器PCON中相应的位来控制。
8051单片机的内部结构
8051单片机的内部结构8051单片机是一种经典的嵌入式微控制器，被广泛应用于各种电子设备中。
它的内部结构非常精巧，由多个功能模块组成，每个模块都有独特的作用和功能。
首先，我们来看一下8051单片机的整体结构。
它由中央处理器单元（CPU）、存储器单元、输入输出（I/O）端口、定时器/计数器和串行通信接口等部分组成。
中央处理器单元是8051单片机的核心部分，负责执行指令、进行运算和控制整个系统的操作。
它包括一个8位的累加寄存器（ACC）、一个8位的程序计数器（PC）和一个8位的数据指针寄存器（DPTR）。
累加寄存器用于存储运算结果，程序计数器用于存储当前执行的指令地址，数据指针寄存器用于存储数据的地址。
存储器单元包括程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储8051单片机的程序代码，数据存储器用于存储变量和数据。
8051单片机的程序存储器可以存储的程序代码有限，通常为4KB或8KB。
输入输出端口是8051单片机与外部设备进行数据交换的接口。
它包括4个8位的通用输入输出端口（P0、P1、P2和P3），它们可以通过寄存器的方式进行读写操作。
其中P0端口和P2端口还具有扩展功能，可以用来连接额外的外设。
定时器/计数器是8051单片机中非常重要的一个模块，用于生成精确的时间延迟和测量外部事件的时间。
8051单片机通常配备有两个定时器/计数器（Timer 0和Timer 1）。
它们可以设置为定时器模式或计数器模式，通过定时器中断可以实现各种时间相关的功能。
串行通信接口是8051单片机与外部设备进行串行通信的接口，通常用于与计算机或其他外设进行数据交换。
8051单片机通常配备有一个串行通信接口（UART）或两个串行通信接口（UART0和UART1），可以通过设置波特率、数据位数和停止位数等参数来配置通信方式。
除了上述核心模块外，8051单片机还包括中断系统、时钟和复位电路。
中断系统用于处理外部中断事件，可以提高系统的实时性和可靠性。
8051工作原理
8051工作原理
8051是一种经典的单片机，其工作原理主要包括指令的执行
和数据的处理。
8051的指令执行分为取指、译码、执行和访存等步骤。
首先，控制器从程序存储器中获取指令，然后通过指令寄存器进行译码以确定其具体操作。
接着，根据指令的要求执行相应的操作，并将结果存储到寄存器或者内存中。
在数据处理方面，8051主要通过寄存器和内存来存储和处理
数据。
它拥有多个通用寄存器，用于存储临时数据和计算结果。
同时，它还提供了片内RAM和片外扩展RAM，以及特殊功
能寄存器(SFR)来存储特定的功能数据。
通过读写这些寄存器
和内存，可以实现对数据的读取、存储和处理。
8051的工作原理基于时钟和定时器。
它的时钟信号作为基准
信号控制指令的执行速度，定时器可以在不同的时间间隔触发中断，用于处理实时的事件和监控系统的状态。
同时，8051
的工作原理还涉及外部中断、GPIO口、串口通信等多种外设，以满足不同的应用需求。
总结而言，8051的工作原理是基于指令的执行和数据的处理，它通过时钟信号、定时器、中断和外设等多个部分协同工作，实现了对数据的读取、存储和处理，以及与外部环境的交互。
这些特性使得8051成为一种广泛应用于嵌入式系统和物联网
领域的单片机。
8051单片机的存储器结构
8051单片机的存储器结构8051 单片机是一种常见的微控制器，它具有一个复杂的存储器结构。
8051 单片机的存储器结构包括以下几个部分：程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、特殊功能寄存器（SFR）和扩展存储器（EEROM）。
1. 程序存储器（ROM）程序存储器是存储 8051 单片机程序的地方，通常被称为EPROM或flash。
程序存储器的地址空间为0x0000到0xFFFF，共64K字节。
程序存储器用于存储程序代码、常量数据、用户函数和中断向量表。
由于程序存储器是只读存储器，因此它的内容只能在编程时被修改。
在8051单片机启动时，程序计数器（PC）从0x0000初始化，并指向程序存储器的第一个地址。
当任何指令被执行时，PC递增，指向下一个指令。
数据存储器是存储程序数据的地方，也称为随机存取存储器（RAM）。
数据存储器的地址空间为0x0000到0xFFFF，但是只有128个字节可以快速访问。
数据存储器中的地址在逻辑和物理上是一样的。
数据存储器通常用于存储变量、数组、堆栈等运行时数据，这些数据是程序运行时动态分配的。
数据存储器也可以被用作缓存或寄存器文件。
访问数据存储器时，通常需要将地址存储在一个或多个寄存器中，然后通过所选指令操作该地址。
3. 特殊功能寄存器（SFR）特殊功能寄存器是一组8位或16位的寄存器，用于存储控制器状态和控制器中的各种特殊功能。
特殊功能寄存器的地址范围为0x80到0xFF，共有128个字节。
特殊功能寄存器的内容可以被用于控制 CPU 的各种特殊功能，如控制定时器/计数器、外设 I/O 端口和串行通信接口等等。
特殊功能寄存器中的某些位用于确定控制器中的功能开关。
因此，通过对特殊功能寄存器的读写来控制和管理 8051 单片机的各种功能。
扩展存储器通常被称为 EEROM(Electrically Erasable Read Only Memory)，它是非易失性存储器的一种。
8051单片机的体系结构
8051单片机的体系结构中央处理器：8051单片机采用的中央处理器由一个8位的累加器（Acc）和一个8位的算术逻辑单元（ALU）组成。
它还配备了一组标志寄存器，用于存储运算过程中的标志位，例如进位标志、零标志、溢出标志等。
该中央处理器支持多种数据操作，包括算术运算、逻辑运算、位操作等。
存储器：8051单片机具有多种类型的存储器。
它包括ROM（只读存储器）、RAM（随机存储器）和特殊功能寄存器（SFR）。
ROM用于存储程序代码和常量数据，RAM用于存储变量和临时数据，而SFR用于存储与特殊功能相关的寄存器。
其中，ROM和RAM的大小可以根据系统需求进行扩展。
输入/输出：8051单片机的输入/输出部分是其最重要的功能之一、它提供了多个通用输入和输出引脚，可以与外部设备进行数据通信。
此外，还提供了一些特殊功能引脚，用于与外围设备（如计时器、串行通信接口等）进行连接。
通过这些引脚，8051单片机可以与外部世界进行高效的数据交换。
时钟：8051单片机需要一个时钟源来提供时序控制和计时功能。
它可以使用外部晶振或者外部时钟源。
时钟源会被输入到时序逻辑单元（TLU），对程序进行节拍控制和计时。
特别值得一提的是，基于提供的根据时钟源产生的节拍信号，8051单片机能够实现采样输入、执行指令并输出结果的协调操作。
除了上述基本组件之外，8051单片机还有一些其他的特点和功能。
其中，片内计时器和串行通信接口（UART）是值得注意的。
片内计时器可以用于计时、延时、脉冲宽度测量等应用，而UART提供了串口通信功能。
另外，8051单片机还具有中断系统，可以在特定事件发生时中断正在执行的程序，并执行响应的中断服务程序。
总的来说，8051单片机的体系结构以其紧凑、高效的设计而著称。
它通过统一的总线结构，实现了不同部件之间的高速通信和数据传输。
这使得它成为一个理想的嵌入式控制器，适用于各种应用领域，如家电、汽车、工业自动化等。
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②在程序存储器中，有6个单元具有特殊功能
0000H: 8051复位后，PC＝0000H，即程序从0000H 开始执行指令。 0003H：外部中断0入口。 000BH：定时器0溢出中断入口。 0013H：外部中断1入口。 001BH：定时器1溢出中断入口。 0023H：串行口中断入口。
使用时，通常在这些入口地址处存放一条绝对跳转 指令，使程序跳转到用户安排的中断程序起始地址，或 者从0000H起始地址跳转到用户设计的初始程序上。
暂存器1 暂存器2
程序状态 字PSW
程序计数器 PC增1
ALU
定时与控制 程序地址寄存器AR
CPU
2.1.1 CPU
运算器
算术/逻辑部件ALU(Arithmetic Logic Unit) 累加器ACC (Accumulator) 程序状态字寄存器PSW
(Program Status Word)
C P U
DPTR (Data Pointer)（分成DPH、DPL两个）： 数据指针可以用它来访问外部数据存储器中的任 一单元，也可以作为通用寄存器来用，由我们自已决 定如何使用。
片内数据存储器空间分布图
7FH
通用RAM区 . (80B) . . . . . . . .
位地址区 (16B)
寄存器3组 寄存器2组 寄存器1组 寄存器0组
30H 2FH 20H 1FH
通用RAM区
共80个字节，作为一般的数据缓冲 区并可设置堆栈区
. . .
00H
三、特殊功能寄存器（21个字节）
第二章 8051的结构和原理
有关MCS-51机的性能特点，在第一章已作了 简单介绍，本节将进一步详细介绍它的结构，使大 家对它的性能有更深入的了解。 MCS-51的典型产品是8051、8031、8751。 8051是ROM型单片机，内部有4KROM；8031无片 内ROM，8751片内有4KEPROM；89C51片内有 4KEEPROM。除此以外，它们的内部结构及引脚 完全相同。
SFR (Special Functional Register) 见书P6表1-3 ①与ALU相关的（3个） A Register (Accumulator)：累加器。
累加器，通常用A或ACC表示。可字节寻址(E0H)， 也可位寻址(E0H~E7H) 它是一个寄存器，而不是一个做加法的部件。 在运算器做运算时其中一个数一定是在ACC中。
当CPU进行各种逻辑操作或算术运算时，为反映操 作或运算结果的状态，把相应的标志位置1或清0。这 些标志的状态，可由专门的指令来测试，也可通过指 令来读出。它为计算机确定程序的下一步进行方向提 供依据。PSW寄存器中各位的名称及位置如下表所示， 下面说明各标志位的作用。 它的各位功能如下：
PSW位地址
片内程序存储器4KB （ROM 0000H~0FFFH) 片内数据存储器128B（RAM 00H~7FH）
2.1.3 8051的I/O端口
8051有四个8位并行双向I/O口P0、P1、P2、P3， 一个串行口
2.1.4 8051的特殊功能寄存器SFR
8051内部有21个特殊功能寄存器，分别 叫SP、IE、IP、PCON......（与内部RAM统 一编址80H~FFH）
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★§2.2 MCS-51单片机的存储器组织 8051在物理结构上有四个存储空间： 片内程序存储器、片外程序存储器、 片内数据存储器、片外数据存储器。
64KB ROM
FFFFH
FFFFH
程序存储器
数据存储器
64KB RAM (I/O)
1000H 0FFFH
EA=0Βιβλιοθήκη 0000H4KB ROMFFH 80H 7FH 00H
R1
R0
00H
片内数据存储器空间分布图
7FH
通用RAM区 . (80B) . . . . . . . .
位地址区 (16B)
寄存器3组 寄存器2组 寄存器1组 寄存器0组
30H 2FH 20H 1FH
R7
RS1、RS0=01
寄存器1组
0FH 0EH 0DH
R6
R5
R4
0CH
0BH 0AH 09H 08H
7FH
通用RAM区 . (80B) . . . . . . . .
位地址区 (16B)
寄存器3组 寄存器2组 寄存器1组 寄存器0组
30H 2FH 20H 1FH
R7
RS1、RS0=00
寄存器0组
07H 06H 05H
R6
R5
R4
04H
03H 02H 01H 00H
R3
寄存器区 4组(32B)
R2
. . .
TXD RXD INT0 INT1
P0 P1 P2 P3
MCS-51单片机组成框图
8051的内部结构展开图
128×8 RAM SP RAM地址寄存器 P3口 P1口 P2口 P0口
中断控制 锁存器 定时/计数器 串行I/O口
锁存器
锁存器
锁存器
寄存器B
累加器A
指令寄存器IR 指令译码器ID
数据指针DPTR 缓冲器 4K×8 ROM
INTEL对每一条指令都给出了它的指令周期数， MCS-51单片机的所有指令中，有一些完成得比较快， 只要一个机器周期就行了，有一些完成得比较慢，得 要2个机器周期，还有两条指令要4个机器周期才行。
若fosc=6MHz，则8051的： 振荡周期＝1/6us； 机器周期＝2us； 时钟周期＝1/3us； 指令周期＝2～8us。
R3
寄存器区 4组(32B)
R2
. . .
R1
R0
00H
片内数据存储器空间分布图
7FH
通用RAM区 . (80B) . . . . . . . .
位地址区 (16B)
寄存器3组 寄存器2组 寄存器1组 寄存器0组
30H 2FH 20H 1FH
R7
RS1、RS0=10
寄存器2组
17H 16H 15H
2.1.2 8051的片内存储器 8051单片机与一般微机的存储器配置方 式很不相同。 一般微机通常只有一个逻辑空间，可以 随意安排ROM或RAM。访问存储器时，同一地 址对应唯一的存储单元，可以是ROM也可以是 RAM，并用同类访问指令，这种结构称为普林 斯顿结构（冯· 诺依曼结构）。
而MCS-51则不同： 8051在物理结构上设计成程序存储器与数 据存储器独立分开的哈佛结构：
R6
R5
R4
14H
13H 12H 11H 10H
R3
寄存器区 4组(32B)
R2
. . .
R1
R0
00H
片内数据存储器空间分布图
7FH
通用RAM区 . (80B) . . . . . . . .
位地址区 (16B)
寄存器3组 寄存器2组 寄存器1组 寄存器0组
30H 2FH 20H 1FH
R7
RS1、RS0=11
SFR RAM
0000H
EA=1
片外
片内
片外
8051在逻辑上，即从用户角度上8051有 三个存储空间： 片内外统一编址的程序存储器 片内外不统一编址的数据存储器
特殊功能寄存器（片内）
一、程序存储器及地址空间 作用--程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。
①8051片内有4K字节ROM，片外用16位地址线最多 可扩展64K字节ROM，两者是统一编址的。 ★如果EA端保持高电平，8051执行片内前4KB ROM地址 (0000H～0FFFH) 中的程序。当寻址范围超过4KB （1000H～FFFFH）时，则从片外存储器取指令。 ★当EA端保持低电平时，8051的所有取指令操作均在 片外程序存储器中进行，这时片外存储器可以从 0000H开始编址。
控制器
暂存寄存器 寄存器B 指令寄存器IR 指令译码器ID 程序计数器PC 定时控制与条件转移逻辑电路
1.8051的时钟
时钟可以由两种方式产生：内部方式和 外部方式。
XTAL1 外部时钟
XTAL2 XTAL1 VSS
XTAL2
内部方式
外部方式
（1）内部方式： 在XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作定时 元件； 时钟发生器对振荡脉冲二分频，即若石 英频率fosc=6MHz,则时钟频率=3MHz； fosc可在1.2MHz～12MHz选择； 小电容可以取30pF左右。 （2）外部方式： 通过XTAL2接入外部时钟。
有进位 CY=1 没有半进位 AC=0
PSW位地址
D7 CY
D6 AC
D5 F0
D4 RS1
D3 RS0
D2 OV
D1
D0 P
RS1、RS0：工作寄存器组选择位。
0 0 1 1 0 1 0 1 选择工作寄存器0组 选择工作寄存器1组 选择工作寄存器2组 选择工作寄存器3组
P：奇偶校验位，它用来表示累加器A内容中二进制数位 “1”的个数的奇偶性。若为奇数，则P=1，否则为0。 例：某运算结果是78H（01111000），则P=0。
RS1、RS0=00 RS1、RS0=01 RS1、RS0=10 RS1、RS0=11 选0组 选1组 选2组 选3组
②在位地址区，每一个BIT都有一个 地址，共16×8=128位
寄存器区 4组(32B)
寄存器3组 寄存器区 . 寄存器2组 . 寄存器1组 4组(32B) . 寄存器0组 00H
片内数据存储器空间分布图
PSW位地址
D7H D6H D5H D4H CY AC F0 RS1
D3H RS0
D2H D1H OV
D0H P
F0：用户标志位。作为软件标志，由编程人员决定 何时使用。 OV：溢出标志位。 有符号数运算时，如果发生溢出，OV置“1”， 否 则清“0”。