51单片机结构功能
51单片机结构功能
51单片机结构功能51单片机是指基于Intel的8051微处理器为核心的单片机，其结构功能丰富，被广泛应用于各种嵌入式系统。
一、结构51单片机采用冯·诺依曼结构，具有指令存储器和数据存储器，其中程序存储器（ROM）用于存储程序和表格数据，而数据存储器（RAM）用于存储可变数据。
51单片机还具有特殊功能寄存器（SFR），这些寄存器专门用于控制和设置单片机的各种功能。
二、功能1、运算功能：51单片机具有8位运算器，可以进行算术、逻辑和位运算。
2、控制功能：51单片机具有丰富的控制指令，可以实现如条件转移、跳转、中断等功能，还可以进行定时器和计数器的控制。
3、通信功能：51单片机可以通过串行口实现串行通信，也可以通过并行口实现并行通信。
4、存储功能：51单片机内部具有少量的RAM和ROM存储器，同时还可以外接扩展存储器。
5、定时/计数功能：51单片机内部具有定时器和计数器，可以实现定时和计数的功能。
6、中断功能：51单片机具有多个中断源，可以实现多级中断控制。
7、输入/输出功能：51单片机具有多个输入/输出端口，可以实现多种输入/输出控制。
51单片机以其结构紧凑、功能丰富、易于使用等特点，被广泛应用于工业控制、智能家居、消费电子等领域。
C51单片机寄存器功能湖山网络广播系统设计方案一、概述随着科技的发展和数字化的普及，网络广播系统在各种场所扮演着越来越重要的角色。
湖山网络广播系统设计方案旨在满足湖山地区对高质量、高效的网络广播系统的需求。
该方案旨在构建一个稳定、可靠、易用的网络广播系统，以满足湖山地区在公共广播、紧急通知、日常资讯等方面的需求。
二、系统需求分析1、稳定性：系统应具备高度的稳定性，能够保证长时间的连续运行，避免因设备故障或网络问题导致的广播中断。
2、可靠性：系统应具备可靠的备份机制，确保在主设备出现问题时，备份设备能够迅速接管，保证广播的连续性。
3、易用性：系统应具备良好的用户界面，操作简单易懂，方便管理员进行配置和管理。
2 51系列单片机硬件结构和功能
30H 2FH 20H 1FH
用户RAM区 位寻址区 第3寄存器组(RB3) 第2寄存器组(RB2) 第1寄存器组(RB1) 第0寄存器组(RB0) RS1=1 RS0=1 RS1=1 RS0=0 RS1=0 RS0=1 RS1=0 RS0=0
00H
存贮器的组织结构及功能
2.2.2 内部数据存贮器 1、低128字节的RAM块（00H～7FH） ①工作寄存器区：00H～1FH
寄存器和RAM地址映照表 0区 地址 寄存器 00H R0 01H R1 1区 地址 寄存器 08H R0 09H R1 2区 地址 寄存器 10H R0 11H R1 3区 地址 寄存器 18H R0 19H R1
02H
03H 04H 05H 06H 07H
R2
R3 R4 R5 R6 R7
0AH
0BH 0CH 0DH 0EH 0FH
D1 79H 71H 69H 61H 59H 51H 49H 41H 39H 31H 29H 21H 19H 11H 09H 01H
D0 78H 70H 68H 60H 58H 50H 48H 40H 38H 30H 28H 20H 18H 10H 08H 00H
存贮器的组织结构及功能
2.2.2 内部数据存贮器
2.2.1 程序存贮器
0FFFFH
0FFFFH
片 外 ROM
片 外 ROM
PC值 >0FFFH 0FFFH 片 内 ROM 4K （ /EA=1） 0000H
1000H 0FFFH 片 外 ROM （ /EA=0） 0000H /PSEN
PC值 >1FFFH 1FFFH 片 内 ROM 8K （ /EA=1） 0000H
CPU当前使用的工作寄存器区是由程序状态字 PSW的第3位（RS0）和第4位（RS1）指示的 PSW.4 PSW.3 当前使用的工作寄存器区 R0~R7 （RS1） （RS0） 0 0 0区（00H~07H） 0 1 1区（08H~0FH） 1 0 2区（10H~17H） 1 1 3区（18H~1FH）
51单片机数据存储器结构详解
51单片机数据存储器结构详解1、bit是在内部数据存储空间中20H..2FH区域中一个位的地址，这在DATA的20H以后以字节形式出现，可互相参照。
另外加上8051可寻址的SFR，但刚刚试过，只是00H--7FH起作用，也就是说当数据有变化时颜色变红，以后的从80H到--FFH就不是位寻址区了，是位寻址的特殊寄存器，如涉及到了可位寻址的那11个当然会有反应。
复位后，程序计数器PC的内容为0000H，内部RAM各单元的值不确定。
各功能寄存器的复位值如下：堆栈指针SP的复位值为07H，累加器ACC、寄存器B的复位值为00H，数据指针DPTR的复位值为0000H，而p0、p1、p2、p3四个口的复位值为0FFH。
其他SFR如PSW、TCON、TMOD、TL0、TH0、TL1、TH1的复位值也为00H。
2、wave中是低128字节和高128字节（0-7FH），低128字节是片内RAM区，高128字节（80-FFH）是SFR（特殊功能寄存器）bit则是位于低128字节的20H..2FH区域，即data的20H..2FH区域3、code是在0000H..0FFFFH之间的一个代码地址。
例如：ORG5000HTAB:DB22H,3BH,43H,66H,5H,6DH,88H后，CODE从5000H开始以后变成DB各位4、data是在0到127之间的一个数据存储器地址，或者加128..255范围内的一个特殊功能寄存器（SFR）地址。
两者访问的方式不同。
实际上由于PSW的复位设置PSW.3=RS0和PSW.4=RS1皆为0，所以通用工作寄存器区就是第0区，所以data的00--07H部分是与REG栏中的R0--R7对应的。
以后的则仅代表低128字节的内部RAM。
5、idata是0to255范围内的一个idata存储器地址。
idata与data 重合低128字节，有的地方只有DATA表示256字节的片内RAM，某data 是0to65535范围内的一个某data存储器地址。
mcs-51系列单片机基本结构与工作原理
▪
1）电源引脚VCC和VSS
▪
VCC：40脚，电源端，+5V
▪
VSS：20脚，接地端（GND）
▪
2）时钟电路引脚
▪
XTAL1：19脚，外接晶振输入引脚。
▪
XTAL2：18脚，外接晶振输出引脚。
▪
3）控制线引脚
▪
共4根，其中3根为双功能
▪
①RST/VPD ：9脚，复位/备用电源。
▪
RST---通过外接复位电路实现上电复位或按键复位。
直接寻址 寄存器寻址
(4)MOV 60H，@R1 直接寻址 寄存器间接寻址
表2-2 特殊功能寄存器SFR的名称及地址（一）
§ MCS-51的扩展应用
▪ 一、单片机Байду номын сангаас展的基本概念 ▪ 1、单片机最小系统：使单片机运行的最少器件构成的 ▪ 系统，就是最小系统。 ▪ 无ROM芯片：8031 必须扩展ROM，复位、晶振电路 ▪ 有ROM芯片：89C51等，不必扩展ROM，只要有复位、 ▪ 晶振电路 ▪ 2、扩展使用的三总线：
▪ 清零，用来选择8051的工作寄存器区。其选择方法见表2-1
▪ OV、（ PSW.2）溢出标志位。当带符号数运算（加法或减法）结果超 ▪ 出范围（-127-+127）时，有溢出，OV=1；否则OV=0。 ▪ --、（ PSW.1）用户定义标志位。 ▪ P、（ PSW.0）奇偶校验位。在每个指令周期由硬件按累加器A中“1”的 ▪ 个数为奇数或偶数而为“1”或“0”。因此，P可用指示操作结果（累加器
direct
8 位内部RAM单元的地址
＃data：
指令中的8 位常数。
＃data16
指令中的16位常数。
51单片机的内部结构
51单片机的内部结构MCS-51单片机内部结构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(Princeton)结构。
第2章 MCS-51单片机的硬件结构
(2)通用I/O接口功能
P2口作准双向口使用，与P1口相同，也有输入、 输出、端口操作三种工作方式。
3.P2口负载能力
4个LSTTL负载，输出电流≥ 400uA
三、P3口
1. P3口1位结构原理图如图所示
P 奇偶标志
A中1的个数若为奇数P=1,否则P=0
例如：MOV A, #7FH ADD A, #4FH 0111,1111B + 0100,1111B 1100,0110B
结果:(A)=C6H, C=0,AC=1,OV=1,P=0
2.控制器 3.片内存储器
4.4个I/O接口
5.串行接口
6.定时/计数器
先片内、后片外，片内片外连续，二者 一般不作重叠。 EA＝0，只访问片外程序存储器 EA＝1，先访问片内程序存储器。当PC >0FFFH（51子系统）或PC>1FFFH(52子系统) ，再去访问片外程序存储器。
存储器编址图如下图所示
0000H
片内ROM /EA=1 0FFFH 0FFFH 1000H 片外ROM 0000H 片外ROM /EA=0 00H 7FH 80H FFH 片外RAM 片内RAM 0000H
有5个中断源
11.111条指令，含乘、除法，有很强
的位处理能力 12.片内采用单总线结构，单一＋5V
电源
52系列主要有8032、8052两种机型。 与51系列不同在于：片内数据存储器增 至256个字节，3个16位定时/计数器，6 个中断源。
二、内部结构
MCS-51系列单片机的内部结构如 下图所示：
1 2 . . .
第2章 MCS-51单片机基本结构
第2章 MCS-51单片机基本结构
2.1 MCS-51单片机内部结构 2.2 MCS-51单片机引脚功能 2.3 MCS-51单片机时序 2.4 单片机复位与复位电路 2.5 单片机最小应用系统 2.6 单片机低功耗运行
第2章 MCS-51单片机基本结构
2.1 MCS-51单片机内部结构
第2章 MCS-51单片机基本结构
2.1.2存储器
第2章 MCS-51单片机基本结构
2.1.2存储器
存储器小结：
第2章 MCS-51单片机基本结构
（1）地址的重叠性。数据存储器与程序存储器全 部64K地址重叠；程序存储器中的片内和片外低 4K地址重叠；数据存储器片内和片外最低的128 个字节地址重叠。虽然有这些重叠，但是由于采 取了不同的操作指令和外部引脚电平的控制，是 不会产生操作混乱的。 （2）程序存储器和数据存储器在使用上是严格区 分的，不同的操作指令不能混用。 （3）片外数据存储器中，数据区与用户外部扩展 的I/O口统一编址。因此，应用系统中所有外围接 口的地址均占用RAM地址单元。与外围接口进行 数据传送时，使用与访问外部数据存储器相同的 传送指令。
①CY（Carry Flag）
进位标志位。在执行运算过程中，如果结果的最高位 在加法运算时有进位或减法运算时有借位，Cy=1；否则， Cy=0。在进行位操作时，CY作为位累加器，作用相当于 CPU中的累加器A。
②AC（Auxiliary Carry Flag）
辅助进位标志位。进行加法或减法运算中，若低4位向 高4位有进位或借位，AC将被硬件置1，否则清0。AC位 常用于进行十进制调整指令和压缩BCD码运算。
第2章 MCS-51单片机基本结构
51单片机基本结构详解
51单片机基本结构详解1.什么是单片机单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU 、随机存储器RAM 、只读存储器ROM 、多种I/O 口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调试电路电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。
图1-1 单片机外形图2.单片机的引脚排列常用的单片机有40个引脚，其排列和功能如图2-1所示。
外ROM读选通信号外接晶体引线端地址锁存控制引脚内外ROM选择引脚21222324252627282930313233343536373839402019181716151413121110987654321VSS XTAL1XTAL2T1/P3.5TO/P3.4TXD/P3.1RXD/P3.0RST/VPD P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0INT0/P3.2INT1/P3.3P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0VCC EA/VPP ALE/PROG PSEN RD/P3.7WR/P3.6电源引脚接地引脚复位信号P1口P0口P3口P2口图2-1单片机的引脚排列和功能3.单片机最小系统单片机最小系统是单片机正常工作的最小硬件要求，包括供电电路、时钟电路、复位电路，如图3-1所示。
图3-1 单片机的最小应用系统判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的办法，就是用万用表测量单片机晶振引脚（18、19脚）的对地电压，以正常工作的单片机用数字万用表测量为例：18脚对地约2.24V ，19脚对地约2.09V 。
对于怀疑是复位电路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断，单片机正常工作时第9脚对地电压为零，可以用导线短时间和＋5V 连接一下，模拟一下上电复位，如果单片机能正常工作了，说明这个复位电路有问题。
51单片机的结构
51单片机的结构
51单片机的结构包括：
1.处理器 (CPU)：控制处理器，负责处理各种指令和操作
2.存储器 (Memory)：由随机存取存储器 (RAM) 和只读存储器(ROM) 组成， RAM用于存储变量和数据，ROM用于存储程序和常量。
3.输入/输出 (I/O)：串行口、并行口、定时器、数据转换器等多种接口，实现与外界设备的连接和数据交互。
4.定时器/计数器 (Timer/Counter)：能够按照预设的时间或计数进行自动计时，并通过中断方式来通知CPU。
5.中断系统 (Interrupt)：能够响应外部和内部的中断请求，实现多任务处理。
6.时钟 (Clock)：为CPU提供稳定的时钟信号以保证其按照预期的速度执行程序。
第二章 MCS-51系列单片机结构与工作
2.3.1运算器 2.3.1运算器
• 4．程序状态字寄存器PSW • 程序状态字寄存器PSW是8位寄存器，用来存储当前指令执行后的状 态，便于程序查询和判别。程序状态字寄存器各位的定义如表2-2。
• （1）进位标志位C：又名CY，在加法和减法运算时， 表示运算结果 最高位的进位或借位情况。
2.3.1运算器 2.3.1运算器
2.2.1 MCS-51系列单片机的引脚与功能 MCS-51系列单片机的引脚与功能
• （8）XTAL2（18脚）：片内振荡电路反向放大器的输出端，采用外 部时钟时该引脚为振荡信号的输入端。 • （9）P0口：P0.0～P0.7依次为第39～32脚，P0口除了可以作普通 的双向I/O口使用外，也可以在访问外部存储器时用作低8位地址线和 数据总线。 • （10）P1口：P1.0～P1.7依次为第1～8脚，P1口是带内部上拉电 阻的双向I/O口，向P1口写入“1” 时，P1口被内部上拉为高电平， 可用作输入口。当作为输出脚时，被外部拉低的P1口会因为内部上拉 电阻的存在而输出电流。
单片机（MCS-51）简述
单片机（MCS-51）简述钱堃收集整理本文简要地介绍单片机技术并以MCS-51单片机为例,介绍其结构组成特点及应用，感兴趣的同学可以进一步阅读相关文献（如参考文献）了解更多技术性细节知识。
通用微处理器和单片机是计算机技术发展中的两个主要分支，它们适用于各种不同的应用领域。
单片机（Microcontroller Unit, MCU）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路等）集成到一块芯片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。
从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。
MCS-51系列单片机是以8051为核心发展起来的，具有基本的硬件结构和通用的软件特性，图1为MCS-51系列单片机基本组成框图。
图1 单片机组成框图构成计算机的主要组成部分(CPU、存储器、可编程I/O口等)，通过地址总线、数据总线和控制总线连接在一起，这种芯片叫单片机。
单片机的功能结构如图2所示，MCS-51单片机的内部结构包含下列几个部件（新的单片机在以下指标方面更为先进）：(1)一个8位CPU；(2)一个片内振荡器及时钟电路(3)4 ROM程序存储器；(4)128字节RAM数据存储器，(5)两个16位定时器/计数器；(6)可寻址64x字节外部数据存储器和64K字节外部程序存储器空间的控制电路；(7)32条可编程的I/O线(四个8位并行I/O端口)；(8)一个可编程全双工串行口；(9)具有5个中断源、2个优先级嵌套中断结构。
图2 MCS-51单片机功能方框图单片机作为嵌入式应用的微型计算机，从硬件结构到软件指令系统都是针对测控领域的广泛需要和特点而设计的，因此单片机也称之为微控制器(MCU)，它适用于嵌入电子系统中作为核心部件。
51单片机存储器结构介绍
51单片机存储器结构介绍单片机是一种微型电脑芯片，他能够实现数字信号的处理和控制。
而存储器是单片机的核心组成部分之一，用于存储程序指令和数据。
本文将介绍51单片机的存储器结构。
一、内部存储器1. 代码存储器（ROM）代码存储器是用来存放程序指令的地方，它通常具有只读的特点，因此称之为只读存储器（Read-Only Memory）。
在51单片机中，常见的ROM有EPROM、EEPROM和Flash。
其中，EPROM需要使用紫外线擦除后才能进行写入操作，而EEPROM和Flash则支持电子擦除和写入操作。
2. 数据存储器（RAM）数据存储器用于存储程序中的数据，可以进行读取和写入操作。
51单片机中的RAM分为内部RAM和外部RAM两种类型。
内部RAM 是静态随机存储器（SRAM），容量通常较小，但读取速度快。
而外部RAM则可以通过外部接口来扩展存储容量。
二、外部存储器除了内部存储器之外，51单片机还支持外部存储器的连接，以扩展存储容量。
1. 并行存储器并行存储器是指通过并行接口与单片机进行数据交换的存储器，常见的有静态随机存储器（SRAM）、动态随机存储器（DRAM）和闪存等。
并行存储器的访问速度较快，但通信线路和引脚较多，连接复杂。
2. 串行存储器串行存储器是通过串行接口与单片机进行数据交换的存储器，常见的有串行EEPROM和串行闪存等。
串行存储器相对于并行存储器来说，引脚和通信线路较少，连接较为简单，但访问速度相对较慢。
三、存储器扩展技术1. 存储器芯片选择在实际应用中，我们需要根据需求选择合适的存储器芯片。
不同的存储器芯片具有不同的特性，比如容量大小、访问速度、耗能情况等，需要根据具体需求进行选择。
2. 存储器接口设计单片机与存储器之间的通信需要通过特定的接口进行连接。
在设计存储器接口时，需要考虑接口的引脚数目、速度要求、稳定性等因素，并且保证接口与存储器芯片的电气特性匹配。
3. 存储器管理技术存储器管理是针对大容量存储器的一种管理方法，用于提高存储效率和数据存取速度。
第1章 MCS-51单片机结构
第1章 MCS-51单片机结构
1.2.2
外部数据存储器
用于存放随机读写的数据。 外部I/O口地址影像区。 MCS-51单片机的外部数据存储器和外部I/O口实行统一编址 ， 并使用相同的RD WR作选通控制信号，均使用 MOVX 指令访 问。 MCS-51 单片机最多可扩展64KB外部数据存储器
1.2.3 内部数据储存器
MCS-51仅能实现两个8位二进 制数的算术逻辑运算！
第1章 MCS-51单片机结构
2. 控制器
（1）组成： 定时与控制部件，复位电路，程序计数器 （PC），指令寄存器、指令译码器，数据指针 （DPTR）,堆栈指针（SP）等 （2）作用：产生计算机所需的时序，控制程序自动执行。
外RAM, EPROM, 外I/O CPU
第1章 MCS-51单片机结构
程序存储器中的几个特殊地址的使用：
地址
0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H
用途
复位操作后的程序入口 外部中断0服务程序入口 定时器0中断服务程序入口 外部中断1服务程序入口 定时器1中断服务程序入口 串行口中断服务程序入口
串行口中断入口 T1中断入口 T0中断入口 中断入口 INT1
在8051/8751/89C51 片内，分别内置最低地 址空间的4KB ROM/EPROM程序储存器（内部程序储 存器），而在8031片内，则无内部程序储存器， 必须外部扩展EPROM。MCS-51单片机中64KB内、外 程序储存器的地址是统一编排的。
第1章 MCS-51单片机结构
8031单片机无内部程序存储器，地址从0000H～ EA 应始终接地， FFFFH都是外部程序存储空间。 对于内部有ROM的单片机（51、52系列） ， EA 引脚接高电平，使程序从内部ROM开始执行。当PC 值超出内部ROM的容量时，会自动转向外部程序存 储器空间。外部程序存储器地址空间为1000H～ FFFFH。 访问程序存储器使用MOVC指令。 单片机执行程序时由PC 指示地址, 复位时PC内 容为0000H, 由此, 程序必须从0号单元开始存放.
MCS-51单片机的硬件结构
MCS-51单⽚机的硬件结构MCS-51单⽚机的基本组成MCS-51是Intel公司⽣产的⼀个单⽚机系列的总称.在功能上,该系列单⽚机有基本型和增强型两⼤类,通常以芯⽚型号的末位数字来区别。
末位数字位“1”的型号是基本型，为“2”的信号是增强型。
MCS-51单⽚机的内部结构如图所⽰，基本结构包括：⼀个8位的CPU及⽚内振荡器；4KB掩膜ROM（8051），4KB EPROM（8751），⽆ROM（8031）；128B RAM，21个特殊功能寄存器SFK；4个（P0~P3）8位并⾏I/O接⼝，⼀个可编程全双⼯通⽤异步串⾏接⼝（UART）；具有5个中断源，2个优先级；可寻址64KB 的⽚外ROM和64KB的⽚外RAM；两个16位的定时/计数器;具有位操作功能的布尔处理机及位寻址功能。
MCS-51单⽚机的引脚及其功能MCS-51单⽚机的引脚封装MCS-51单⽚机有普通的HMOS芯⽚和CMOS低功耗芯⽚。
HMOS芯⽚采⽤双列直插封装⽅式，⽽CMOS芯⽚采⽤的封装⽅式有双列直插也有⽅形封装的。
尽管封装的⽅式不同，但是它们的结构完全⼀样。
输⼊/输出接⼝MCS-51单⽚机有4个双向8位I/O接⼝，它们是P0、P1、P2、P3。
在⽆外接存储器时，这4个I/O接⼝均可以作为通⽤I/O接⼝使⽤，CPU既可以对它们进⾏字节操作也可以进⾏位操作。
当外接程序存储器或数据存储器时，P0⼝和P2⼝不再作为通⽤I/O⼝使⽤。
此时，P0⼝传送存储器地址的低8位以及双向的8位数据，P2⼝传送存储器地址的⾼8位。
P0⼝和P2共同组成MCS-51单⽚机的16位地址总线，⽽低8位地址总线与8位双向数据总线分时复⽤。
P0⼝P0⼝有8位，每⼀位由⼀个锁存器、两个三态输⼊缓冲器、控制电路和驱动电路组成。
P0⼝有两种功能，⼀是作为通⽤I/O⼝；⼆是当外接存储器时，作为低8位地址总线和8位双向数据总线。
P0 ⼝作为通⽤I/O ⼝作为通⽤I/O ⼝时，P0 ⼝既可以做输⼊⼝，也可以做输出⼝，并且每⼀位都可以设定为输⼊或输出。
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）。
第2章 MCS-51单片机的结构和原理
89C51/S51单 片机 内部结构图
RAM地址 寄存器
存储器
P0.0-P0.7 P0驱动器
P2.0-P2.7 I/O接口
P2驱动器
128B RAM
P0锁存器
P2锁存器
4KBROM
程序地址 寄存器
B寄存器 运算器
暂存器1
暂存器2
ACC
SP 缓冲器
ALU
PC增1 中断、串行口和定时器 PSW PC
DPTR
DSP芯片的诞生及发展对近20年来通信、计算机、控制
等领域的技术发展起到十分重要的作用。
典型的DSP算法
Algorithm Finite Impulse Response Filter Equation
y(n)
a
k 0
M
M
k
x( n k )
Infinite Impulse Response Filter
8051片内有ROM(程序存储器，只能读)和RAM(数据存储器， 可读可写)两类，它们有各自独立的存储地址空间，与一般微机
的存储器配臵方式不同。
8051有四个8位并行接口，即P0-P3．它们都是双向端口，每 个端口各有8条I／O线，均可输入／输出。P0-P3口四个锁存器同 RAM统一编址，可以把I／O口当作一般特殊功能寄存器来寻址
冯· 诺曼（Van Neuman）结构
控制命令 程序存储器 地址线
CPU
数据存储器
数据线
哈佛结构 控制命令 地址线 程序总线 程序存储器
CPU
控制命令 地址线 数据总线
数据存储器
8051／8751／8031芯片的外部引脚和指令系统完全兼容，其 内部结构除ROM／EPROM不同外，其余完全相同。
51单片机P0口的结构及功能.
51单片机P0口的结构及功能下图画出了P0口的某位P0.n 的结构图，它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动器及控制电路组成；由于P0口既可以作为通用I/O口使用，又可以作为地址/数据总线使用，所以在P0口的电路中有一个多路转换开关MUX 。
在内部控制信号的作用下，多路开关MUX 可以分别接通锁存器输出和地址/数据总线。
数据/地址两个输入缓当P0口作为I/O口使用时，CPU 内部发控制电平0封锁与门，将输出上拉场效应管T1截止，同时使多路开关MUX 把锁存器的Q 非端与输出场效应管T2的栅极接通。
当P0口作为输出口使用时，显然内部总线与P0口同相位。
（内部总线为1时候，Q 非端为0，T2截止，则引脚电平为1, ；当内部总线为0时候，Q 非端为1，T2导通，则引脚电平为0 ）写脉冲加在D 触发器的CL 上，内部总线就会向端口引脚输出数据。
由于输出驱动级是漏极开路电路，故需要加上拉电阻。
当P0口作为输入口使用时候，具有读引脚和读端口两种情况，因而端口中设有两个三态输入缓冲器用于读操作。
下面一个缓冲器用于读端口引脚处数据，当执行一条由端口输入的指令时候，读脉冲把该三态门打开，这样端口引脚处数据经过缓冲器进去内部总线。
这类操作由直接传送类指令实现。
在端口有输出口转变为输入口的时候，必须先向对应的锁存器写1，使FET 管子截止，这样做是为了防止T2导通后把该引脚嵌位到低电平。
P1-P3口在执行读操作时候也要先向相应的端口锁存器写1.读端口是通过上面的缓冲器读锁存器Q 端的状态。
这样设计的目的是为了适应对端口的“读-写-改”指令的需要。
这个操作是CPU 自动进行的，用户不必关心。
其他三个端口也有相应的硬件电路设计。
在扩展系统中，P0口作为低八位地址线，数据线使用，可分为两种情况。
一种是以P0口引脚输出地址/数据信息。
这时候CPU 内部发控制电平1，打开与门，同时使多路开关MUX 把CPU 内部地址数据线与T2栅极反相接通。
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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。
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。
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
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。
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。
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
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。
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单片机 8051单片机 内部结构图
RAM地 地 址寄存器 128B RAM
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
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。
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。
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）。 ）
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
4K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。
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。