51单片机结构功能

单片机8051 第二讲 单片机
微 处 理 器 CPU
地址总线 AB
存 储 器
I/O 接 口
输 入 设 备
I/O 接 口
输 出 设 备
I/O 接 口
数据总线 DB 控制总线 CB
单片机结构
特点： 特点： 微处理器（ 以微处理器（CPU）为核心 ） CPU与其他部件间通过三总线连接 与其他部件间通过三总线 与其他部件间通过三总线连接
3、控制总线（Control Bus，简写为 ） 、控制总线（ ，简写为CB） ★控制总线实际上就是一组控制信号线，包括单片机发出的， 控制总线实际上就是一组控制信号线，包括单片机发出的， 以及从其它部件送给单片机的各种控制或联络信号。 以及从其它部件送给单片机的各种控制或联络信号。 ★对于一条控制信号线来说，其传送方向是单向的，但是由 对于一条控制信号线来说，其传送方向是单向的， 不同方向的控制信号线组合的控制总线则表示为双向的。 不同方向的控制信号线组合的控制总线则表示为双向的。 总线结构形式大大减少了单片机系统中连接线的数目， 总线结构形式大大减少了单片机系统中连接线的数目， 提高了系统的可靠性，增加了系统的灵活性。此外， 提高了系统的可靠性，增加了系统的灵活性。此外，总线 结构也使扩展易于实现，各功能部件只要符合总线规范， 结构也使扩展易于实现，各功能部件只要符合总线规范， 就可以很方便地接入系统，实现单片机扩展。 就可以很方便地接入系统，实现单片机扩展。
控制器 和控制部件构 成
1. CPU
中央处理器CPU是单片机的核心，是单片机的大脑和 中央处理器CPU是单片机的核心， CPU是单片机的核心 运算器和 等部件组成。 心脏。它由运算器 控制器等部件组成 心脏。它由运算器和控制器等部件组成。 作用：主要完成运算和控制功能。 作用：主要完成运算和控制功能。
2、数据总线（Data Bus，简写为 ） 、数据总线（ ，简写为DB） 数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机与I/O 数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机与 端口之间传送数据。 端口之间传送数据。 ★ 单片机系统数据总线的位数与单片机处理数据的字长 一致。例如MCS—51单片机是 位字长，所以数据总线的 一致。例如 单片机是8位字长， 单片机是 位字长 位数也是8位 位数也是 位。 数据总线是双向的，即可以进行两个方向的数据传送。 ★ 数据总线是双向的，即可以进行两个方向的数据传送。
暂存器1 暂存器
暂存器2 暂存器
ACC
SP 缓冲器
ALU PSEN ALE EA RET 定 时 控 制 指 令 译 码 器
OSC
PC增1 增 中断、 中断、串行口和定时器 PSW PC DPTR P1锁存器 锁存器 P1驱动器 驱动器 P3锁存器 锁存器 P3驱动器 驱动器 P3.0-P3.7
指 令 寄 存 器
8051 功能框图
MCS-51系列单片机内部组成 系列单片机内部组成
中央处理器（ 中央处理器（CPU）； ） 数据存储器（ 数据存储器（RAM）； ） 程序存储器（ 程序存储器（ROM）； ） 2个l6位的定时器 计数器； 位的定时器/计数器 个 位的定时器 计数器； 并行I/O口 并行 口（32根I/O线，4个P口）； 根 线 个 口 外部存贮器寻址范围ROM、RAM各64K； 外部存贮器寻址范围 、 各 ； 全双工串行口； 全双工串行口； 中断系统（ 个中断源 个中断源， 个中断优先级 个中断优先级） 中断系统（ 5个中断源，2个中断优先级） 时钟电路。 时钟电路。
AB: Address Bus DB: Data Bus CB: Control Bus
总线: 指能为多个部件服务的信息传送线。 总线 指能为多个部件服务的信息传送线。 1、地址总线（Address Bus，简写为 ） 、地址总线（ ，简写为AB） 地址总线可传送单片机送出的地址信号， 地址总线可传送单片机送出的地址信号，用于访问外部存 储器单元或I/O端口 端口。 储器单元或 端口。 地址总线是单向的，地址信号只是由单片机向外发出； ★ 地址总线是单向的，地址信号只是由单片机向外发出； ★ 地址总线的数目决定了可直接访问的存储器单元的数目。 地址总线的数目决定了可直接访问的存储器单元的数目。 例如N位地址，可以产生 个连续地址编码， 例如 位地址，可以产生2N个连续地址编码，因此可访 位地址 个存储单元， 个地址单元。 问2N个存储单元，即通常所说的寻址范围为 2N个地址单元。 MCS—51单片机有十六位地址线，因此存储器扩展范围 单片机有十六位地址线， 单片机有十六位地址线 可达2 地址单元。 可达 16 = 64KB地址单元。 地址单元 挂在总线上的器件，只有地址被选中的单元才能与CPU交 ★ 挂在总线上的器件，只有地址被选中的单元才能与 交 换数据，其余的都暂时不能操作，否则会引起数据冲突。 换数据，其余的都暂时不能操作，否则会引起数据冲突。
运算器的作用
是把传送到微处理器的数据进行算术运算或逻辑运算。 是把传送到微处理器的数据进行算术运算或逻辑运算。 算术运算 执行各种算术运算。 （1）执行各种算术运算。 执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试。 （2）执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试。 如零值测试或两个值的比较。 如零值测试或两个值的比较。 ALU可对两个操作数进行加 可对两个操作数进行加、 ALU可对两个操作数进行加、减、与、或、比较大小等 操作，最后将结果存入累加器 结果存入累加器。 操作，最后将结果存入累加器。 ALU的两个主要的输入来源 ALU的两个主要的输入来源
8051单片机的结构与功能 单片机的结构与功能
单片机8051 第二讲 单片机
8051的基本功能 的基本功能
位数据总线，16位地址总线的CPU； 位地址总线的CPU 1. 8位数据总线，16位地址总线的CPU； 具有布尔处理能力和位处理能力； 2. 具有布尔处理能力和位处理能力； 采用哈佛结构， 3. 采用哈佛结构，程序存储器与数据存储器地址空间各自独 便于程序设计； 立，便于程序设计； 相同地址的64KB程序存储器和64KB数据存储器； 64KB程序存储器和64KB数据存储器 4. 相同地址的64KB程序存储器和64KB数据存储器； 8KB片内程序存储器(8031无 8051有4KB，8052有8KB， 片内程序存储器(8031 5. 0-8KB片内程序存储器(8031无，8051有4KB，8052有8KB， 89C55有20KB)； 89C55有20KB)； 128字节片内数据存储器 8051有256字节 字节片内数据存储器（ 字节）； 6. 128字节片内数据存储器（8051有256字节）； 32根双向并可以按位寻址的I/O线 根双向并可以按位寻址的I/O 7. 32根双向并可以按位寻址的I/O线； 两个16位定时/计数器(8052 16位定时 (8052有 8. 两个16位定时/计数器(8052有3个)； 一个全双工的串行I/O接口； I/O接口 9. 一个全双工的串行I/O接口； 10.多个中断源的中断结构，具有两个中断优先级； 10.多个中断源的中断结构，具有两个中断优先级； 多个中断源的中断结构 11.片内时钟振荡器 片内时钟振荡器。 11.片内时钟振荡器。
MCS-51单片机总线结构
地址总线、数据总线和若干控制线把存储器和微处理器连 地址总线、数据总线和若干控制线把存储器和微处理器连 接起来。 接起来。 存储器从CPU接收控制信号，以确定存储器执行读 写操作 接收控制信号，以确定存储器执行读/写操作 存储器从 接收控制信号 。 地址总线将地址信息送入地址译码器， 地址总线将地址信息送入地址译码器，地址译码器的输出 可以确定唯一的存储单元。 可以确定唯一的存储单元。 数据总线用来传送存储器到CPU或CPU到存储器的数据信 或 数据总线用来传送存储器到 到存储器的数据信 息 单片机总线的应用： 扩展数据存储器、扩展程序存储器。 单片机总线的应用： 扩展数据存储器、扩展程序存储器。
定时/计数器： 时钟电路：可产生时钟脉冲序列， 时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许 RAM单元，用户使用 定时/计数器：两个 RAM单元， 单元 16位的定时 计数器， 位的定时/ 16位的定时/计数器， 晶振频率6MHZ 6MHZ和 晶振频率6MHZ和12MHZ 128个单元 个单元， 前128个单元，用于 内部ROM 4KB掩膜 ROM： 内部ROM：4KB掩膜 实现定时或计数功能。 实现定时或计数功能。 存放可读写数据， 存放可读写数据，后 外部时钟源 ROM，用于存放程序、 ROM，用于存放程序、 外部事件计数 原始数据和表格。 原始数据和表格。
XTAL1
XTAL2 P1.0-P1.7
址寄存器
128B RAM
P0锁存器 锁存器
P2锁存器 锁存器
4KB ROM
程序地址 寄存器 B寄存器 寄存器 运算器（ 运算器（ALU、 、 专用寄存器 寄存器） 专用寄存器） PSEN ALE EA RET 定 时 控 制 指 令 译 码 器 指 令 寄 存 器 暂存器1 暂存器 暂存器2 暂存器 ACC SP 缓冲器 ALU 中断、串行口和定时器 中断、 PSW PC DPTR P1锁存器 锁存器 P3锁存器 锁存器 PC增1 增
8051 CPU 64KB 总线 扩展控制器 控制 可编程全双工 串行口 串行通信 并行口I/O 并行口I/O 串行口： 串行口：一个全双 口：4 个8 位 工串行口。 工串行口。 I/O口P0、 的I/O口P0、 P1、P2、P3。 P1、P2、P3。
可编程I/O 可编程
内中断 外中断
中断控制系统： 中断控制系统： 个中断源（ 5个中断源（外 中断2 中断2个，定时 计数中断2 /计数中断2个， 串行中断1个） 串行中断1
8051单片机 8051单片机 内部结构图
RAM地 地 址寄存器 128B RAM
源自文库
P0.0-P0.7 P0驱动器 驱动器
P2.0-P2.7
用EPROM, 为8751 EPROM
P2驱动器 驱动器
P0锁存器 锁存器
P2锁存器 锁存器
4KB ROM
无ROM 为8031 程序地址 寄存器
B寄存器 寄存器
内部RAM： 256个 内部RAM：共256个 RAM
振荡器和时序 OSC 中央处理 CPU： 器CPU： 8 位，运 算和控 制功能
128个单元被专用寄 128个单元被专用寄 存器占用。 存器占用。
程序存储器 4KBROM
数据存储器 256B RAM/SFR
2×16位 × 位 定时器/计数器 定时器 计数器
1）算术逻辑单元（ ALU—Arithmetic Logic Unit） ）算术逻辑单元（ ALU— Unit）
数据进行操作。 数据进行操作。
可以对4位 半字节） 位 一字节） 可以对 位（半字节）8位（一字节）和16位（双字节） 位 双字节）
作用：完成算术四则运算和逻辑运算、 作用：完成算术四则运算和逻辑运算、位操作及循环移位等 逻辑操作，操作结果的状态信息送至状态寄存器（ 逻辑操作，操作结果的状态信息送至状态寄存器（PSW）。 ）
累加器
数据寄存器
ALU执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定 ALU执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定 的。 两个数（ 两个数（7和9）相加，在相加之前，操作数9放在累加 相加，在相加之前，操作数9放在累加 放在数据寄存器中， 器中，7放在数据寄存器中，执行两数相加运算的控制线 发出“ 操作信号，ALU即把两个数相加并把结果 即把两个数相加并把结果（ 发出“加”操作信号，ALU即把两个数相加并把结果（16 存入累加器 取代累加器前面存放的数9 累加器， ）存入累加器，取代累加器前面存放的数9。
单片机8051 第二讲 单片机
运算器 （ALU、 、 专用寄存 器）
（1） 运算器
运算部件以算术逻辑单元ALU为核心，加上累加器ACC、 运算部件以算术逻辑单元ALU为核心，加上累加器ACC、 ALU为核心 累加器ACC 寄存器B 暂存器、程序状态字PSW以及十进制调整电路和布尔 寄存器B、暂存器、程序状态字PSW以及十进制调整电路和布尔 PSW 处理器等许多部件组成的。 处理器等许多部件组成的。