单片机第二章
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(一)运算器 组成：运算器由算逻运算部件ALU、累加器Acc、暂存器、程序 状态字寄存器PSW、BCD码运算调整电路等组成 。实现+、–、×、 ÷算术运算，与、或、非、异或 逻辑运算、循环移位、位处理。
(二)控制器
组成：由程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、数据指 针DPTR、定时控制与条件转移逻辑电路等组成。
第二章 MCS-51单片机的基本结构及工作原理
教学目的 ：
●了解单片机内部基本结构 ●掌握单片机存储器分布和使用 ●掌握常用的特殊功能寄存器SFR的使用 ●了解单片机的工作方式 ●掌握单片机的引脚及引脚功能
学习重点和难点
的存储器结构 单片机的引脚及引脚功能
单片机第二章
MCS-51系列单片机配置一览表
GND (引脚20）: 接地端
单片机的引脚（晶振端）
Vcc, GND:正电源端与接地端 (+5V/3.3V/2.7V)
☆ XTAL1, XTAL2（引脚19和
18）: 片内振荡电路输入/输出端 CPU总是按照一定的时钟节拍与时序工作：
时序：CPU在执行指令时所需控制信 号的时间顺序称为时序。
时序部件：时钟和内部分频电路。时钟信 号经过分频，与指令译码信号组合，形成 一定节拍的时序信号，控制各逻辑部件协 调工作。
单片机第二章
5.定时控制部件与时序
功能：在规定的时刻发出各种操作所需的全部内 部和外部的控制信号，协调各功能元件工作，完 成指令所规定的功能。 主要任务：产生一个工作时序，其工作需要时钟 电路提供一个工作频率。
单片机第二章
单片机的引脚定义
从一片集成电路的角度去认识单片机
认识单片机的引脚 MCS-51单片机40脚
外接一个晶振两 个电容(10～30pF)
XTAL1
XTAL2 内部时钟方式
单片机的引脚（晶振端）
Vcc, GND:正电源端与接地端 XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端
◆时钟电路设计
2.外部时钟方式：外部振荡器输入时钟信号。
VCC
外部时钟
XTAL 2 XTAL 1
8051
外部时钟 NC
Vcc, GND
2
XTAL1, XTAL2 2
RST
1
EA/Vpp
1
ALE/PROG
1
PSEN
1
P0.0—P0.7 8 P1.0—P1.7 8 P2.0—P2.7 8 P3.0—P3.7 8
40个引脚双排直插DIP封装,大致可分为4类：电源、时钟、 控制和I/O引脚。
单片机的引脚（电源端）
Vcc (引脚40）: 正电源端 （+5V/3.3V/2.7V) 不同的单片机可以允许不同 的工作电压，不同的单片机 表现出的功耗也不同。
功能：对来自存储器中的指令进行译码，通过定时控制电路， 在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部控制信号， 协调各功能元件的工作，完成指令所规定的功能。
单片机第二章
1．程序计数器PC(Program Counter) 一个16位的专用寄存器，用来存放下一条(当前)
指令的地址。它具有自动加1的功能。
128/ 256
2/3
32
1 5/6
Βιβλιοθήκη Baidu
一、MCS-51内部结构
图2．1 8051的功能部件图
外部时钟
时钟电路
ROM4KB RAM256B 计数器/定时器
8051 CPU
控制逻辑
可编程 并行口
可编程全 双工串行口
并行口 串行通信
图2.2 MCS-51单片机内部结构
单片机第二章
二 CPU
主要功能：产生各种控制信号，去控制存储器、输入／输出端 口的数据传送、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等。
3．指令译码器 对指令寄存器中的指令进行译码，分析它的功能，并根据
功能产生相应的电信号。
4．数据指针DPTR 是一个16位的专用地址指针寄存器。它主要用来存放16位
地址。DPTR也可以拆成两个独立8位寄存器，即DPH(高8位字 节)和DPL(低8位字节)，分别占据83H和82H两个地址。
数据指针可以用来访问外部数据存储器中的任一单元， 作间址寄存器使用，也可以作为通用寄存器来用，是 8051 单片机中唯一一个用户可使用的16位寄存器。
单片机的引脚（晶振端）
Vcc, GND:正电源端与接地端 XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端
◆时钟电路设计
1.内部时钟方式
单片机内有一高增益反相放大器， 但需在XTAL1和XTAL2脚外接石 英晶体或陶瓷谐振器（频率为 1.2～12MHz）和振荡电容，如 图示,即可构成自激振荡电路，振 荡频率取决于晶体振荡器的振荡 频率。
系列
无
片内存储器（字节） 片内ROM 有ROM 有EPROM
片内 RAM
定时器 计数器
并行 串行 I/O I/O
中 断 源
Intel MCS-51 子系列
8031 8051
8751
128
80C31 80C51 87C51 字节
(4K字节) (4K字节)
2x16
4x8位
1
5
Intel MCS-52 子系列
XTAL1 XTAL2
80C51
单片机的引脚（晶振端）
Vcc, GND:正电源端与接地端（+5V/3.3V/2.7V) XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端
CPU总是按照一定的时钟节拍与时序工作：
PC= 0000H 指令代码1 PC= 0001H 指令代码2
3) 指令译码器对指令译码， CPU执行指令。
PC= 0002H
N
指令代码3 … 指令代码n
4)CPU到存储器取指令，PC=PC+1。
5)CPU执行下一条指令，…
单片机第二章
2．指令寄存器 一个8位的寄存器，用于暂存待执行的指令，等待译码。
特点： ▼它是16位的按机器周期自动增1计数器
▼总指向下一条指令所在首地址(当前PC值)
▼一切分支/跳转/调用/中断/复位 等操作的本质 就是:改变 PC 值
单片机第二章
CPU执行程序的简要过程：
1) PC给出当前指令的存储地址。
程序存储器
地址 程序代码
2) CPU到存储器取指令， PC自动加1
8032 8052
8752
256
80C32 80C52 87C52 字节
(8K字节) (8K字节)
3x16
4x8位
1
6
1051(1K)/ 2051(2K)/ 4051(4K)
ATEML
（20条引脚DIP封装）
128
2
15
1
5
89C系列
(常用型)
89C51(4K)/ 89C52(8K) （40条引脚DIP封装）
(二)控制器
组成：由程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、数据指 针DPTR、定时控制与条件转移逻辑电路等组成。
第二章 MCS-51单片机的基本结构及工作原理
教学目的 ：
●了解单片机内部基本结构 ●掌握单片机存储器分布和使用 ●掌握常用的特殊功能寄存器SFR的使用 ●了解单片机的工作方式 ●掌握单片机的引脚及引脚功能
学习重点和难点
的存储器结构 单片机的引脚及引脚功能
单片机第二章
MCS-51系列单片机配置一览表
GND (引脚20）: 接地端
单片机的引脚（晶振端）
Vcc, GND:正电源端与接地端 (+5V/3.3V/2.7V)
☆ XTAL1, XTAL2（引脚19和
18）: 片内振荡电路输入/输出端 CPU总是按照一定的时钟节拍与时序工作：
时序：CPU在执行指令时所需控制信 号的时间顺序称为时序。
时序部件：时钟和内部分频电路。时钟信 号经过分频，与指令译码信号组合，形成 一定节拍的时序信号，控制各逻辑部件协 调工作。
单片机第二章
5.定时控制部件与时序
功能：在规定的时刻发出各种操作所需的全部内 部和外部的控制信号，协调各功能元件工作，完 成指令所规定的功能。 主要任务：产生一个工作时序，其工作需要时钟 电路提供一个工作频率。
单片机第二章
单片机的引脚定义
从一片集成电路的角度去认识单片机
认识单片机的引脚 MCS-51单片机40脚
外接一个晶振两 个电容(10～30pF)
XTAL1
XTAL2 内部时钟方式
单片机的引脚（晶振端）
Vcc, GND:正电源端与接地端 XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端
◆时钟电路设计
2.外部时钟方式：外部振荡器输入时钟信号。
VCC
外部时钟
XTAL 2 XTAL 1
8051
外部时钟 NC
Vcc, GND
2
XTAL1, XTAL2 2
RST
1
EA/Vpp
1
ALE/PROG
1
PSEN
1
P0.0—P0.7 8 P1.0—P1.7 8 P2.0—P2.7 8 P3.0—P3.7 8
40个引脚双排直插DIP封装,大致可分为4类：电源、时钟、 控制和I/O引脚。
单片机的引脚（电源端）
Vcc (引脚40）: 正电源端 （+5V/3.3V/2.7V) 不同的单片机可以允许不同 的工作电压，不同的单片机 表现出的功耗也不同。
功能：对来自存储器中的指令进行译码，通过定时控制电路， 在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部控制信号， 协调各功能元件的工作，完成指令所规定的功能。
单片机第二章
1．程序计数器PC(Program Counter) 一个16位的专用寄存器，用来存放下一条(当前)
指令的地址。它具有自动加1的功能。
128/ 256
2/3
32
1 5/6
Βιβλιοθήκη Baidu
一、MCS-51内部结构
图2．1 8051的功能部件图
外部时钟
时钟电路
ROM4KB RAM256B 计数器/定时器
8051 CPU
控制逻辑
可编程 并行口
可编程全 双工串行口
并行口 串行通信
图2.2 MCS-51单片机内部结构
单片机第二章
二 CPU
主要功能：产生各种控制信号，去控制存储器、输入／输出端 口的数据传送、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等。
3．指令译码器 对指令寄存器中的指令进行译码，分析它的功能，并根据
功能产生相应的电信号。
4．数据指针DPTR 是一个16位的专用地址指针寄存器。它主要用来存放16位
地址。DPTR也可以拆成两个独立8位寄存器，即DPH(高8位字 节)和DPL(低8位字节)，分别占据83H和82H两个地址。
数据指针可以用来访问外部数据存储器中的任一单元， 作间址寄存器使用，也可以作为通用寄存器来用，是 8051 单片机中唯一一个用户可使用的16位寄存器。
单片机的引脚（晶振端）
Vcc, GND:正电源端与接地端 XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端
◆时钟电路设计
1.内部时钟方式
单片机内有一高增益反相放大器， 但需在XTAL1和XTAL2脚外接石 英晶体或陶瓷谐振器（频率为 1.2～12MHz）和振荡电容，如 图示,即可构成自激振荡电路，振 荡频率取决于晶体振荡器的振荡 频率。
系列
无
片内存储器（字节） 片内ROM 有ROM 有EPROM
片内 RAM
定时器 计数器
并行 串行 I/O I/O
中 断 源
Intel MCS-51 子系列
8031 8051
8751
128
80C31 80C51 87C51 字节
(4K字节) (4K字节)
2x16
4x8位
1
5
Intel MCS-52 子系列
XTAL1 XTAL2
80C51
单片机的引脚（晶振端）
Vcc, GND:正电源端与接地端（+5V/3.3V/2.7V) XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端
CPU总是按照一定的时钟节拍与时序工作：
PC= 0000H 指令代码1 PC= 0001H 指令代码2
3) 指令译码器对指令译码， CPU执行指令。
PC= 0002H
N
指令代码3 … 指令代码n
4)CPU到存储器取指令，PC=PC+1。
5)CPU执行下一条指令，…
单片机第二章
2．指令寄存器 一个8位的寄存器，用于暂存待执行的指令，等待译码。
特点： ▼它是16位的按机器周期自动增1计数器
▼总指向下一条指令所在首地址(当前PC值)
▼一切分支/跳转/调用/中断/复位 等操作的本质 就是:改变 PC 值
单片机第二章
CPU执行程序的简要过程：
1) PC给出当前指令的存储地址。
程序存储器
地址 程序代码
2) CPU到存储器取指令， PC自动加1
8032 8052
8752
256
80C32 80C52 87C52 字节
(8K字节) (8K字节)
3x16
4x8位
1
6
1051(1K)/ 2051(2K)/ 4051(4K)
ATEML
（20条引脚DIP封装）
128
2
15
1
5
89C系列
(常用型)
89C51(4K)/ 89C52(8K) （40条引脚DIP封装）