02 第二章MCS 51硬件体系结构

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运算器
? 累加器 运算部件中的累加器 ACC是一个8位的累
加器。从功能上看，它与一般微处理器的累 加器相比没有什么特别之处，但需要说明的 是ACC的进位标志 CY就是布尔处理器进行位 操作的累加器。
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运算器
? 程序状态字 PSW
MCS-51单片机的程序状态字PSW是一个8位寄存器，其中的7位用来 寄存本次运算的状态信息。各位的含义如下：
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2.2.1 中央处理器
中央处理器是单片机内部的核心部件，它决定了单片 机的主要功能特性。中央处理器由运算器和控制器等 部件组成，其中包括若干特殊功能寄存器（SFR）。 1. 运算器 ? 运算器包括算术逻辑部件ALU、布尔处理器、累
加器ACC、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2、 程序状态字寄存器PSW以及十进制调整电路等。 运算器的功能是实现数据的算术逻辑运算、位变 址处理和数据传送操作。
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MCS-51的芯片封装
? MCS-51 单片机大多采用 40只引脚的双列直插 DIP封装，引脚如图所示；也有采用 44只引脚 的方形封装。6ຫໍສະໝຸດ MCS-51的芯片引脚定义
? Pin39~Pin32： P0.0~P0.7，双向8位三态I/O口，为 低8位地址总线及数据总线分时复用口。
? Pin1~Pin8： P1.0~P1.7，准双向8位I/O口。 ? Pin21~Pin28： P2.0~P2.7，准双向8位I/O口，可作
CY： 进位标志。有进位/借位时，CY=1； 否则CY=0。 AC： 半进位标志。当D3位向D4位有进位/借位时，AC=1； 否则
AC=0。常用于十进制调整运算中。 F0： 用户可设置的标志，可用软件来置位或复位，编程时供测试用。 RS1、RS2： 四个通用寄存器组的选择位。这两位的四种组合状态用
来选择0~3寄存器组。 OV： 溢出标志。当带符号数运算结果超出-128~+127范围时，
第二章 MCS-51硬件体系结构
本章目录
? 8051的芯片封装与内部功能模块 ? 8051内部结构 ? MCS-51的基本时序 ? MCS-51的工作方式
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2.1 MCS-51的特点
MCS-51单片机是在一块硅片上集成了 中央处 理器(CPU)、随机存取存储器 (RAM)、只读存 储器(ROM)、输入输出端口 (I/O)等主要计算 机功能部件的微型计算机， 8051的内部功能模 块如图所示。
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MCS-51的芯片引脚定义
? Pin29： PSEN，片外程序存储器的选通信号，低电平 有效。
? Pin30： ALE/PROG，复用。第一功能ALE是地址锁存 信号输出端。在访问片外存储器时，若ALE为有效高电 平，则P0口输出16位地址的低8位，可以用ALE信号做 外部地址锁存器的锁存信号。当ALE端输出一个1/6时 钟频率的正脉冲信号时，可做系统中其他芯片的时钟源。 第二功能PROG是针对EPROM型单片机（8751等）， 在EPROM编程期间，此引脚用来输入编程脉冲。
为高8位地址总线复用。 ? Pin10~Pin17： P3.0~P3.7，双功能复用，第一功能
是准双向8位I/O口。 ? Pin9： RST/VPD，复用。第一功能RST是复位脚； 第
二功能是VPD，即备用电源输入脚。 ? Pin18： 时钟XTAL2，片内振荡电路的输出脚，接外部
晶体的一个引脚。如果采用外部振荡器时，此引脚则接 收振荡器的信号。 ? Pin19： 时钟XTAL1，片内振荡电路的输入脚，接外部 晶体的另一个引脚。如果采用外部振荡器时，此引脚应 接地。 ? Pin20： VSS，接地。
? Pin31： EA/VPP，复用。第一功能EA是内外部程序存 储器的选通信号脚。第二功能VPP是针对EPROM型单 片机，在EPROM编程期间，此引脚用于施加编程电压。
? Pin40： VCC，接+5V电源。
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2.2 MCS-51内部结构
? MCS-51系列单片机片内结构如图所示，可划分为CPU、存储 器、并行口、串行口、定时器/计数器和中断逻辑几个部分。若 将4KB的ROM存储器部分用EPROM替换，则单片机就由8051 变为8751，而去掉ROM存储器则成为8031.
MCS-51单片机的ALU还具有布尔处理功能。单
片机指令系统中的布尔指令集、存储器中的位地址空 间与CPU中的位操作构成了片内的布尔功能系统，它 可对位（bit）变量进行布尔处理，如置位、清零、
求补、测试转移及逻辑“与”、“或”等操作。在实
现位操作时，借用程序状态字（PSW）中的进位标
志CY作为位操作的“累加器”。
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单片机8051的内部功能模块
? 特殊功能寄存器 (SFR)，共有21个，是一组 特殊用途的寄存器。
? 32根I/O线，分为 4组8位的双向输入输出 端口。
? 2个16位的定时器 /计数器，具有四种工作 方式。
? 一个全双工串行通信接口，具有四种工作方 式。
? 5个中断源， 2级中断优先权。 ? 布尔处理器。
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单片机8051的内部功能模块
? 8位的CPU，其作用是实现各种算术运算、逻 辑运算以及判断控制等功能。
? 片内振荡器及时钟电路。 ? 片内RAM，共有128B，用来存放数据，又称
为片内数据存储器。 ? 片内ROM，共有4KB，用来存放程序，又称
为片内程序存储器。在 MCS-51系列单片机中， 8051有ROM，而8031没有ROM。
OV=1； 否则OV=0。当无符号数乘法结果超过255时，或无符号 数除法的除数为0时，OV=1； 否则OV=0。 P： 奇偶校验标志。每条指令执行完，若累加器A中1的个数为奇数时， P=1； 否则P=0，即偶校验方式。
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控制器
控制器主要包括定时与控制逻辑、程序计数器PC、 指令寄存器IR、译码器ID以及地址指针DPTR等。 (1) 定时与控制逻辑 ① 时钟电路 8051片内设有一个由反向放大器构成的振荡电路，XTAL1 和 XTAL2分别为振荡电路的输入和输出端，时钟可以由内 部或外部产生。片内产生方式的时钟电路如图所示。
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运算器
? 算术逻辑部件ALU
MCS-51单片机的ALU功能十分强，它不仅可对 8位变量进行逻辑“与”、“或”、“异或”、循环、
求补、清零等基本操作，还可以进行加、减、乘、除 等基本运算。为了乘除运算的需要，设置了寄存器B，
在执行乘法运算指令时，用来存放其中一个乘数和乘 积的高8位数； 在执行除法运算指令时，存入除数及 余数。