8051单片机的基本结构及工作原理 _2013
8051单片机结构原理
8051单片机结构原理8051单片机是一种经典的8位微控制器，由Intel公司于上世纪80年代推出，至今仍然广泛应用于各种嵌入式系统中。
8051单片机具有简单的架构和强大的功能，它被广泛应用于家电、汽车、工业控制、通信、计算机外设等各种领域。
首先是CPU，它是整个单片机的核心部分，负责执行指令、处理数据等任务。
8051的CPU采用哈佛结构，指令存储器和数据存储器分开，分别通过不同的总线输入指令和数据，这样可以提高执行效率。
CPU包括一个8位累加器、一个16位程序计数器PC和一些专用寄存器，如SP（堆栈指针）、PSW（程序状态字）等。
RAM是用于存储程序执行过程中的变量和中间结果的地方。
8051单片机通常配备256字节到8KB大小的RAM，其中一部分用作数据存储，另一部分用来存放堆栈和暂存器等。
ROM是存储固定程序的地方。
8051单片机通常拥有4KB到64KB大小的ROM，其中包括了程序的实际代码和常量等。
ROM可以通过更换EPROM、EEPROM或闪存等器件以更新程序。
IO口是单片机与外部设备进行数据交互的接口。
8051单片机通常有多个IO口，它可以配置为输入和输出模式，用于与按钮、LED、液晶显示屏、键盘、存储器等外设进行数据交换。
定时器是用于计时和测量时间的模块。
8051单片机通常内置一个或多个定时器，用于延时、PWM输出、定时中断等应用。
定时器可以生成固定频率的时钟信号，或者根据预设的定时值生成定时中断。
除了以上主要部分，8051单片机还包含一些辅助模块，如串口通信模块、中断控制器、ADC（模数转换器）等。
这些模块可以扩展单片机的功能，实现更丰富的应用。
8051单片机的工作原理是通过执行一条条指令来完成不同的任务。
指令由程序存储器中读取，并由CPU根据指令集执行相应的操作。
指令集包括各种算术运算、逻辑运算、数据传输、跳转、循环等指令，通过组合这些指令可以实现各种不同的功能。
程序的执行按照顺序进行，程序计数器PC每次执行完一条指令后自动加一，指向下一条指令。
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。
8051单片机的结构和原理
8051 单片机的结构和原理2.1 51 系列单片机的结构51 单片机最初是由Intel 公司开发设计的，但后来Intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如SST、Philip、Atmel 等大公司。
如是市面上出现了各式各样的但均以51 为内核的单片机，倒是Intel 公司自己的单片机却显得逊色了。
这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51 一致的，在前一章我们已经提到51 单片机在今后很长一段时间内仍是主流，所以我们的教材将还是以51 核为例给大家进行详细的介绍。
2.1.1 51 系列单片机的结构框图我们假设读者是已经学完了计算机的组成原理，所以下面出现的有关计算机的专有名词就不做详细介绍了。
我们知道我们PC 机的CPU 是基于冯诺伊曼的体系结构，然而MCU（单片机）、Dsp（数字信号处理器）都是基于哈佛结构的体系结构。
哈佛结构与冯诺伊曼结构有很大的不同，在冯诺伊曼体系结构下只有一个地址空间，ROM 和RAM 可以随意安排在这一地址范围内的不同空间，即ROM 和RAM 地址统一分配。
CPU 访问存储器时，一个地址对应唯一的存储单元，可能是ROM，也可能是RAM。
而哈佛结构下ROM 和RAM 是分开编址，即程序和数据分开保存，访问时用不同的指令加以区分，并可同时访问，在这样的体系结构下有利于提高指令的执行速度。
在后面的章节我们将详细介绍单片机的存储器配置。
图2－1 所示为MCS－51 系列单片机的基本结构框图。
从结构框图我们可以看出在这一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个组成部分。
这些部分包括：（1）一个8 位的微处理器（CPU）。
（2）片内数据存储器RAM（128B／256B），用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。
（3）片内程序存储器ROM／EPROM（4KB／8KB），用以存放程序、一些原始数据和表格。
8051单片机的内核的结构及运行过程解析
8051单片机的内核的结构及运行过程解析1.ALU(算术逻辑单元)：8051单片机内置了一个8位ALU，负责执行算术和逻辑运算。
ALU可以进行加法、减法、与、或、非、异或等操作。
2.寄存器组：8051单片机包括4个8位的通用寄存器(R0~R7)和一个16位的程序计数器(PC)。
通用寄存器可用于保存临时数据和中间结果，程序计数器则记录当前执行指令的地址。
3.存储器：8051单片机的存储器包括内部存储器和外部扩展存储器。
内部存储器包括片内RAM和片内ROM两部分。
片内RAM可以分为128字节的数据存储器(IDATA)和256字节的数据存储器(XDATA)。
片内ROM则存储程序代码。
4.定时器/计数器：8051单片机内核包含两个定时器/计数器(T0、T1)。
定时器模式用于产生一定的时间延迟，计数器模式用于计数外部事件的个数。
定时器/计数器具有可编程的工作模式和计数值。
5.中断源：8051单片机支持多组中断源，包括外部中断INT0和INT1、定时器/计数器中断、串口中断等。
中断源的优先级可以通过程序设置，以满足不同应用场景的需求。
1.取指令阶段：程序计数器(PC)保存了当前指令的地址。
8051单片机通过将PC指针输出地址，从存储器中读取指令。
读取的指令存储于指令寄存器(IR)中。
2.译码阶段：指令寄存器(IR)中的指令会被译码器解码，生成相应的控制信号和操作码。
控制信号会对单片机的内部功能模块进行控制，操作码则确定执行的操作类型。
3.执行阶段：根据指令的操作码，单片机执行相应的操作。
例如，如果操作码指示进行加法运算，则ALU会执行加法操作，并将结果保存在指定的寄存器或存储单元中。
4.访存阶段：在执行一些指令时，单片机需要从存储器中读取或写入数据。
在访存阶段，单片机会将需要访问的存储器地址输出，并根据控制信号读取或写入数据。
5.写回阶段：在一些指令执行结束后，单片机会将执行结果写回到寄存器或存储器中。
写回阶段会更新相应的寄存器或存储单元，以保存最新的结果。
8051单片机教程
8051单片机教程一、认识8051单片机8051单片机是一款经典的微控制器，自1981年由英特尔公司推出以来，便广泛应用于工业控制、智能家居、嵌入式系统等领域。
本教程将带领大家了解8051单片机的结构、原理及其编程方法。
1. 8051单片机的基本结构（1）中央处理器（CPU）：负责执行程序指令，进行数据处理和控制。
（2）存储器：包括程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。
程序存储器用于存放程序代码，数据存储器用于存放运行过程中的数据和变量。
（3）定时器/计数器：用于实现定时或计数功能，可应用于各种场合，如延时、脉冲计数等。
（4）并行I/O口：共有4个8位的并行I/O口，可用于连接外部设备，进行数据输入输出。
（5）串行通信接口：用于与其他设备进行串行通信，可实现数据的长距离传输。
（6）中断系统：允许外部设备或内部事件打断正常的程序执行流程，提高系统的实时性。
2. 8051单片机的特点（1）指令丰富：8051单片机拥有111条指令，包括数据传送、逻辑运算、算术运算、位操作等。
（2）硬件资源丰富：具备定时器、串行通信接口、中断系统等硬件资源，易于实现各种功能。
（3）扩展性强：可通过外部总线扩展存储器、I/O口等资源。
（4）功耗低：适用于电池供电的便携式设备。
（5）成本低：8051单片机价格低廉，性价比高。
二、8051单片机的编程基础1. 汇编语言与C语言2. 开发环境搭建（1）并安装Keil软件。
（2）创建一个新项目，选择8051单片机型号。
（3）编写，并将文件添加到项目中。
（4）编译、项目，可执行文件。
（5）将可执行文件到8051单片机中，进行调试和运行。
3. 基本语法与编程规范（1）变量定义：在C语言中，使用变量前需先进行定义。
例如：unsigned char count; // 定义一个无符号字符型变量count（2）数据类型：8051单片机支持多种数据类型，如char、int、long等。
8051工作原理
8051工作原理8051是一款8位单片机，由Intel公司设计和生产。
它使用了哈佛结构，具有内部ROM、RAM、I/O端口和定时器等功能，可以实现复杂的计算和控制任务。
8051的工作原理可以简述为以下几个步骤：1. 初始化：首先将8051的寄存器和内存初始化为默认值，设置好时钟和外部设备。
2. 程序执行：8051按照程序存储器中的指令逐条执行，从程序存储器中读取指令并解码。
指令可以包括算术逻辑运算、数据传输、I/O操作等。
3. 存储器和寄存器访问：根据指令的要求，8051会访问存储器和寄存器来读取或写入数据。
存储器包括RAM、ROM和特殊功能寄存器(SFR)，寄存器则包括通用寄存器、计数器、状态寄存器等。
4. I/O操作：如果指令需要对外部设备进行操作，8051会通过相应的I/O端口与外部设备进行数据交互。
这些外部设备可以是LED、LCD、键盘、传感器等。
5. 中断处理：当外部设备产生中断信号时，8051会暂时停止执行主程序，转向中断处理程序来处理中断请求。
中断可以是外部中断、定时器中断或串行口中断等。
6. 定时器和计数器：8051内部集成了一个或多个定时器和计数器，可以用来进行时间计数、波特率生成、定时任务等。
这些定时器和计数器可以根据需要进行配置和控制。
7. 控制跳转：根据程序中的控制语句（如if、for、while等），8051可以根据条件跳转到指定的地址继续执行相应的代码段。
上述是8051的基本工作原理，它能够通过灵活的编程和配置，实现各种不同的应用，包括嵌入式系统、自动控制系统、通信系统等。
80C51单片机的基本结构和工作原理(课堂PPT)
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（1） 程序存储器 程序存储器内部结构参见图2－8，程序存储器就是
用来存放编好的程序和表格常数，它以程序计数器PC作地 址指针。由于80C51单片机采用16位的程序计数器和16位 的地址总线，因此，可寻址的地址空间为64 KB，且这 64K地址是片内外连续、统一的。
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2.2 80C51单片机内部结构 和引脚功能
2.2.1 80C51的内部结构
80C51单片机的内部结构如图2－2所示。它主要由以 下几个部分组成：1个8位的中央处理器；4KB的 EPROM/ROM；128B的RAM；32条I/O线；2个定时器/计 数器；1个具有5个中断源、2个优先级的中断嵌套结构； 用于多处理机通讯、I/O口扩展或全双工通用异步接收发 器（UART）；特殊功能寄存器（SFR）；1个片内振荡器 和时钟电路。这些部件通过内部总线连接起来，构成一个 完整的微型计算机。
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图2－1 80C51单片机的基本组成框图
①程序存储器（ROM）
程序存储器用来存放程序和始终要保留的常数。常
用的有片内掩膜ROM、可编程ROM（PROM）、可擦除 可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程型ROM （E2PROM）
8031片内没有程序存储器
8051内部设有4KB的掩模ROM程序存储器
8751是将8051片内的ROM换成EPROM
89C51则换成4KB的闪速EEPROM
89S51结构同89C51，4KB的闪速EEPROM可在线编程
增强型52、54、58系列的存储容量为普通型分别为
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。
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。
单片机的基本结构与工作原理
第二章单片机的基本结构与工作原理2·1 80C51系列单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能都件？各个逻辑部件的主要功能是什么？答：80C51系列单片机在片内集成了以下主要逻辑功能部件及分别有如下的主要功能.（l)CPU(中央处理器):8位功能：中央处理器由中央控制器与运算器一起构成。
中央控制器是识别指令，并根据指令性质控制计算机各组成部件进行工作的部件.(2)片内RAM:128B功能：在单片机中,用随机存取存储器(RAM）来存储程序在运行期间的工作变量和数据，所以称为数据存储器。
一般,在单片机内部设置一定容量(64B至256B）的RAM。
这样小容量的数据存储器以高速RAM的形式集成在单片机内，以加快单片机运行的速度.同时，这种结构的RAM还可以使存储器的功耗下降很多。
(3）特殊功能寄存器:21个功能：特殊功能寄存器（SFR）是80C51单片机中各功能部件所对应的寄存器，用以存放相应功能部件的控制命令、状态或数据的区域.这是80C51系列单片机中最有特色的部分。
现在所有80C51系列功能的增加和扩展几乎都是通过增加特殊功能寄存器（SFR）来达到的。
80C51系列单片机设有128B内部数据RAM结构的特殊功能寄存器（SFR)空间区。
除程序计数器PC和4个通用工作寄存器组外，其余所有的寄存器都在这个地址空间之内。
（4)程序存储器：4KB功能：80C51单片机的程序存储器用于存放经调试正确的应用程序和表格之类的固定常数。
由于采用16位的程序计数器PC和16位的地址总线，因而其可扩展的地址空间为64KB，而且这64KB地址空间是连续、统一的.（5)并行I/O口：8位，4个功能:为了满足”面向控制”实际应用的需要,80C51系列单片机提供了数量多、功能强、使用灵活的并行I/O口。
80C51系列单片机的并行I/O口，不仅可灵活地选作输人或输出，而且还具有多种功能.例如，它既是I/O口，又是系统总线或是控制信号线等，从而为扩展外部存储器和I/O接口提供了方便，大大拓宽了单片机的应用范围.（6)串行接口:全双工，1个功能:全双工串行I/O口，提供了与某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相连的能力;甚至可用多个单片机相连构成多机系统,使单片机的功能更强和应用更广。
51单片机定时时钟工作原理
51单片机定时时钟工作原理51单片机（也被称为8051微控制器）的定时器/计数器是一个非常有用的功能，它允许用户在特定的时间间隔内执行任务。
下面是其基本工作原理：1. 结构：8051单片机通常包含两个定时器/计数器，称为Timer0和Timer1。
每个定时器都有一个16位的计数器，可以用来跟踪经过的时间或事件。
2. 时钟源：定时器的核心是一个振荡器或外部时钟源，为计数器提供脉冲。
通常，这个时钟源可以是内部的，也可以是外部的。
内部时钟源通常基于系统时钟，而外部时钟源则直接从外部硬件输入。
3. 计数过程：每当振荡器产生一个脉冲，计数器就会增加（对于向上计数的定时器）或减少（对于向下计数的定时器）一个单位。
这取决于定时器的模式。
4. 溢出：当计数器达到其最大值（对于向上计数的定时器）或达到0（对于向下计数的定时器）时，会发生溢出事件。
这会导致一个中断，可以用来执行特定的任务或操作。
5. 分频：在某些模式下，计数器的输出可以用来分频系统时钟，从而产生更精确的定时器时钟。
6. 预分频器：预分频器允许用户设置一个值，该值决定了振荡器的输入脉冲被分频的次数。
这有助于控制计数器的速度，从而控制定时器的精度。
7. 工作模式：8051微控制器支持多种定时器模式，包括正常模式、自动重装载模式和比较模式。
每种模式都有其特定的应用和行为。
8. 中断：当定时器溢出时，可以产生一个中断。
这意味着微控制器可以暂时停止当前的任务，转而处理与定时器相关的特定任务。
通过合理配置和使用这些定时器/计数器，开发人员可以在8051单片机上实现精确的时间控制和事件调度。
这对于实现诸如延时、精确计时和脉冲生成等功能非常有用。
二、8051的结构和原理
2.8051的基本时序周期
计算机工作要有严格的时序。事实上，计算机 更象一个大钟，什么时候分针动，什么时候秒针动， 什么时候时针动，都有严格的规定，一点也不能乱。 基本时序单位： 1.振荡周期：晶体振荡器的周期。 2.状态周期：振荡周期2分频，也称时钟周期。 3.机器周期：一个机器周期包括6个时钟周期。 4.指令周期：执行一条指令的时间。
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
2011-122011-12-8
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
30H 2FH 20H 1FH
. . .
00H
25
2011-122011-12-8 2
T0
T1
时钟OSC
ROM
RAM
定时/计数器
CPU 并行接口 串行接口 中断系统
TXD RXD INT0 INT1
P0 P1 P2 P3
2011-122011-12-8
MCS-51单片机组成框图
3
8051的内部结构展开图
128× 128×8 RAM SP RAM地址寄存器 地址寄存器 P3口 P3口 P1口 P1口 P2口 P2口 P0口 P0口
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
2011-122011-12-8
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片内数据存储器空间分布图
8051单片机基本结构
8051单片机基本结构8051单片机是一种经典的8位单片机，由Intel公司于1980年推出。
它被广泛应用于各种嵌入式系统，如家电、汽车、工业自动化等领域。
本文将介绍8051单片机的基本结构，包括其内部引导程序、CPU、存储器、IO口和定时器等。
1. 内部引导程序：8051单片机在上电时会执行内部存储器中的一段引导程序。
这个引导程序通常被称为"Bootstrap Loader"，它的主要功能是将外部存储器中的程序加载到内部RAM中，并运行这个程序。
2.中央处理器（CPU）：8051单片机的CPU由4个部分组成，包括控制单元（CU）、算术逻辑单元（ALU）、程序计数器（PC）和数据存储器（RAM）。
CU负责控制整个系统的操作，包括指令的解码和执行，ALU用于进行算术和逻辑运算，PC用于存储当前执行的指令的地址，RAM用于存储数据。
3.存储器：8051单片机包括多种类型的存储器，包括ROM、RAM和特殊功能寄存器（SFR）。
ROM用于存储程序代码和常量数据，RAM用于存储变量数据，SFR用于与外部设备进行通信和控制。
4.输入/输出口（IO口）：8051单片机包括多个IO口，用于连接外部设备，如按键、LED灯、数码管等。
这些IO口可以设置为输入或输出，通过程序可以对它们进行控制，实现与外部设备的交互。
5.定时器：8051单片机包括多个定时器/计数器，用于生成精确的时间延迟和计数。
定时器可以设置不同的工作模式，并可以与其他硬件模块一起使用，如中断和串行通信。
6.中断系统：8051单片机中包括一种灵活的中断系统，可以响应外部的中断请求。
当外部事件发生时，单片机会立即跳转到中断服务程序，执行相应的中断处理操作。
中断系统可以与定时器、IO口和串行通信等模块进行集成使用。
7.串行通信：8051单片机包括一个串行通信接口，允许与其他设备进行数据交换。
这个串行通信接口可以配置为异步串口或同步串口，支持不同的通信协议，如RS232、SPI和I2C等。
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单片机的体系结构
从寻址空间分布上分三种： 程序存储器、内部数据存储器外部数据存储器。
从功能作用上可五种： 程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存
器、位地址空间存储器和外部数据存储器。
4.1 8051单片机的存储器结构图
4.2 程序存储器： 可寻址的地址空间为64KB，从0000H开始编址，
最大地址可至FFFFH。 用EA信号选择片内、片外程序存储器： 对于STC89C51单片机（片内有4 KB），编址为
程序指令取指执行过程
1、复位PC=0000 2、从PC取指，PC+1 3、取数据 4、执行指令 5、取下一条指令 ……
4 8051单片机的存储结构
8051单片机存储器采用哈佛结构： 1、有一根地址和数据总线。 2、程序存储器空间和数据存储器空间采用独
立编址。 3、拥有各自的寻址方式和寻址空间。
4.1 8051单片机的存储器结构
5.1 P0口位图内部结构
读锁存器
P0R1
内部总线
D0
写锁存器
P0W
AD0 控制 地址/数据
BUF2
D
Q
锁存器
C
Q
1 0
多路开关
读引脚
BUF1
P0R2
图1、P0口内部结构
Vcc
P00
1、当控制信号为0时，P0口做双
向I/O口，为漏极开路（三态） 2、输控入制锁信存号器为1时，P0口为地址
两/数个据输入复缓用冲总器线(（BU用F1于和B口UF扩2) 展）
D3
Q3
D4 373 Q4
D5
Q5
D6
Q6
D7 G
Q7
A7
.
A8
.
.
A0
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（4学时）
（4学时）
（8学时）
第13章 8051人机交互的c编程
（4学时）
学习基础：
1. 掌握基础的电路常识 2. 常用器件概念 3. 简单的C语言基础
学习重点：
1. 掌握基本的单片机硬件结构
---- RAM、定时器、并行和串行口中断系统，以及特殊功能寄存器SFR
2. 掌握8051单片机的C语言编程，熟练使用Keil软件。 3. 掌握单片机与外围电路的接口。单片机应用的高级阶段。 4. 实践第一！
000H
片外 RAM 64K
(/EA=1)
返回上一次
返回
1、程序存储器（ROM）是存放程序、常数和表格的。 2、在8051单片机中：
FFFFH
/EA=1时， PC>FFFH 系统执行片内的4KROM中的程序 1000H
0FFFH 0FFFH
片外程序存储器 （最大64K） /EA=0时， 系统执行片外的程序
TH0 TL0
◦ MOV 8CH,#01H ;为TH0赋值 ◦ MOV 8AH,#20H ；为TL0赋值
串行数据缓冲器SBUF：它是专门用来存放发送或接收的 数据，实际上它是两个独立的寄存器。尽管在SFR中的 RAM地址只是99H,但根据指令“发送”或“接收”两种 不同的操作,有两个独立的缓存存在，硬件会自动的区分, 将数据送如对应的缓冲单元。 MOV SBUF，A ；A→SBUF （引发串口通信）
3. 由于在设计理念上的不同，单片机内部包含的模块从性 能上一般要比通用机简单，这样使工程技术人员在使用、编 程和设计上非常简单、方便，也利于降低单片机的制造成本 。
时钟电路
4KROM 程序存储器
256BRAM 数据存储器
2X16位 定时/计数器
CPU 处理器
中断控制
64KB总线 扩展控制器
可编程I/O 端口P0-3
标识符
TH0 TL0 TH1 TL1 SCON SBUF PCON
名
称
地
址
定时/计数器0初值寄存器高8位 定时/计数器0初值寄存器低8位 定时/计数器1初值寄存器高8位 定时/计数器1初值寄存器低8位 串行口控制寄存器 串行口数据缓冲器(接收,发送) 电源控制寄存器
0FFH
8CH 8AH 8DH 8BH 98H 99H 97H
2、访问片外 RAM20H单元 MOV R0, #20H MOVX A,@R0
存储结构图
0000H
片内RAM 256B个字节
片外RAM 64KB个字节
7FH
便笺区
30H 2FH
通用的RAM区 地址：30H-7FH
位寻址区
20H 1FH 18H 17H 10H 0FH 08H 07H 00H
3区
位寻址区 16个单元20H-2FH， 共有128 可寻址位个位。 位地址：00H-7FH 注意：位地址与字节地址的区别 四个工作寄存器区 每个区中有R0-R7 八个工作寄存器
—— 嵌入式开发入门
1. 《单片机原理及其接口技术》（第2版） ----胡汉才 清华大学出版社（42元） 2.《新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、 拓展》 ---- 郭天祥 电子工业出版社（69元） 3. proteus仿真软件
第1章 单片机基础知识
第3章 Cx51数据与运算 第5章 Cx51构造数据类型中指针 第6章 C51函数 第8章 8051内部资源的编程
2区
1区
0区
返回上一次
继续
2FH
7F 77 6F 67 5F 57 4F 47 3F 37 2F 27 1F 17 0F
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
振荡周期
P1 P2
时钟周期 机器周期
指令周期=1-4个机器周期
程序计数器PC： 16位计数器，下一条待执行指令的地 址，64KB寻址范围； 指令寄存器IR：存放当前执行的指令； 指令译码器ID：解释指令，产生控制信号； 数据指针DPTR：16位地址寄存器，用于寻址外部数据 程序存储器：64KB寻址范围。
1个复位地址+5个中断源入口地址
ROM图
返回
数据存储器分为两个地址空间 1.访问内部数据存储单元时，使用 MOV 指令； 2.访问外部数据存储器时，使用 MOVX 指令。
FFFFH FFH
1、访问片内 RAM20H单元
MOV A,20H
片外数据 存储器 64KB
特殊功能 寄存器 SFR
80H 7FH 通用数据 存储器 00H
单片机内部 程序存储器 （4K）
0000H
0000H
在程序存储器中，有六个单元是专用的。通常不能随 便使用。
0000H单元：上电复位时程序计数器PC指向的单元； 0003H单元：外部中断/INT0的入口地址； 000BH单元：定时器T0的溢出中断入口地址； 0013H单元：外部中断/INT1的入口地址； 001BH单元：定时器T1的溢出中断入口地址； 0023H单元：串行口接收、传送的中断入口地址。
返回
RAM地址
07H 06H 05H 04H 03H 02H 01H 00H R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0
返回上一次
（三）特殊功能寄存器SFR (表一)
标识符 名 称 ACC 累加器 B B寄存器 PSW 程序状态字 SP 堆栈指针 DPTR 数据指针(包括DPH,DPL) P0 口0 P1 口1 P2 口2 P3 口3 IP 中断优先级控制寄存器 IE 中断允许控制寄存器 TMOD 定时/计数器方式控制寄存器 TCON 定时/计数器控制寄存器 地 址 0E0H 0F0H 0D0H 81H 83H,82H 80H 90H 0A0H 0B0H 0B8H 0A8H 89H 88H
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
78 70 68 60 58 50 48 40 38 30 28 20 18 10 08 00
字节ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ址
20H
07
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位寻址区内的地址是位地址。共有00-7FH（共128个位）； 要区分字节地址和位地址这两个不同的地址概念： MOV A， 20H ；将RAM的20单元内容送累加器A； MOV C ，20H ；将RAM位寻址区中20H位送CY中。
；将立即数0FH 送累加器A ；A的内容与立即数0F8H相加，结果送A
运算结果：A=07H CY=1 OV=0
0000 1111 + 1111 1000 Cy→1 0000 0111
AC=1 P=1 如何根据PSW来分析运算结果是否有溢出？
控制逻辑包括： 定时和控制逻辑 指令寄存器 译码器 数据指针DPTR 程序计数器PC 等
7FH
SP
60H
61H 60H
08H 07H
改变堆栈位置示意图
注意：FILO（ First In Last Out）
并行端口P0-P3：80H、90H、A0H、B0H。
如:
MOV 80H,A ；将累加器中的数据送到P0口输出 MOV A,90H ；将P1口的数据输入到累加器A中
定时/计数器T0、T1：无论是定时还是计数，对于8051 单片机的定时/计数器来说，都是一个“计数器”在计数。 这个“计数器”是由两个8位寄存器（高位和低位）构成 的16位计数器，分别是TH0、TL0（T0）；TH1、TL1 （T1）。 TH和TL中的数据直接与“定时操作”或“计数操作”有 关，因此在使用定时/计数器之前，要对它进行初始化， 其中就要对TH、TL赋初值。 如：
从逻辑上讲（即用户编程的角度讲）8051单片机 的存储系统又可分为三个存储空间。即片内 RAM， 片外RAM, 片内或外的程序存储器ROM。
8051 单片机
FFFH
FFFFH
片外 ROM 64K 片内 ROM 4K
1000H 0FFFH (/EA=0 或片内 溢出） 0000H
片内 RAM 256B
8051单片机的特点 8051单片机内部结构 8051系统扩展 8051指令系统
1. 单片机具有计算机的基本特征，因此在其芯片内部包 含着与通用计算机相同的基本部件和模块。由于其特殊性， 在高档单片机中还包含了通用机所没有的一些特殊的电路模 块（A/D、D/A、PWM等）；
2. 在8051单片机中，包含有CPU、程序存储器ROM、数 据存储器RAM、定时/计数器、并行I/O端口、串行口、中断 系统等；
存储器组织：
◦ 哈佛结构 --- 独立编址 ◦ 普林斯顿结构--- 统一编址
①内部集成了4K的程序存储器ROM； ②内部具有256B的数据存储器RAM； ③可以外接64K的程序存储器和数据存储器。 从物理结构的角度讲，8051单片机的存储系统可 以分为四个存储空间：即片内ROM，RAM和片 外ROM、RAM。
例如:片外RAM的2000H单元中有一个数x,试将其送到累加器A 中. MOV DPTR, #2000h ; DPTR ← 2000H MOVX A, @DPTR ; A ← x（间址方式）