单片机原理与应用项目化教程 项目二 MCS-51单片机结构

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三、并行I/O口引脚
项目二 MCS-51系列单片机结构
1、P0口：P0.0～P0.7 (39-32脚) 双向8位三态I/O口，可驱动8个TTL负载。 该口为地址总线低8位与数据总线分时复用。
2、P1口：P1.0～P1.7 (1-8脚) 8位准双向I/O口，可驱动4个TTL负载。
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• 1 程序计数器PC（Program Counter）
程序计数器PC用于存放下一条要执行的指令地址。PC是 一个16位专用寄存器，并具有自动加1的功能。可寻址范围 为0-65535(64K)。
当CPU要取指令时，PC的内容送到地址总线上，从而指 向程序存储器中存放当前指令的单元地址，以便从存储器中 取出指令，加以分析、执行，同时PC内容自动加1，指向下 一条指令，以保证程序按顺序执行。也可以通过控制转移指 令改变PC值，实现程序的转移。
3 标志寄存器PSW（Program Status Word）
是一个8位的寄存器，它用于保存指令执行结果的状态， 以供程序查询和判别。
D7 D D D D D D D P S Cy 6AC 5F0 R4S1 R3S0 2OV 1-- 0P (1)CyW (PSW.7)进位标志位
(2)AC(PSW.6)辅助进位标志位 (3)F0(PSW.5)标志位 (4)RSl、RS0(PSW.4、PSW.3)工作寄存器区选择控制位 (5)OV(PSW.2)溢出标志位 (6)-(PSW.1)是保留位（未定义用） (7)P(PSW.0)奇偶标志位
二、控制引脚（二）
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3.PSEN: (29脚) 外部程序存储器读选通信号，只有在CPU取指令时才产生。
此脚接外部程序存储器的OE（输出允许）端。
4.EA/VPP：(31脚) EA：片外程序存储器的选择信号。
功能： EA=1：先片内，后片外（即先访问片内ROM，当PC的值 超过片内程序存储器的容量时自动转向片外ROM中的程序存 储器。（4K-0FFFH，当超过0FFFH时，自动跳转到外ROM 中） EA=0：无论是否有片内ROM，均从片外的程序存储器开 始执行。 对8031,EA=0. VPP：用于施加21V或12V的编程电源（8751）
主要组成：
1、控制部件 2、运算部件
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一.控制器：
是发布操作命令的机构。由程序计数器PC、指 令寄存器、指令译码电路、定时控制与条件转移逻 辑电路、数据地址指针DPTR等组成。
功能：对来自程序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 需的内部和外部的控制信号，使各部分协调工作， 完成一系列控制操作。
(7)P(PSW.0)奇偶标志位： 每个指令周期都由硬件来置位或清除，以表示累加器A中
值为l的位数的奇偶数。若为奇数，则P＝l，否则P＝0。此标 志位对串行口通讯中的数据传输有重要的意义，常用奇偶检 验的方法来检验数据传输的可靠性。
例如： 10101101H 11001100H
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2. ALE/PROG：(30脚) ALE：低8位地址锁存引脚 功能：将低八位地址锁存到外部地址锁存器当中。 P0口时既输出数据，又输出地址。ALE接锁存器的G引脚,
将地址锁存. PROG：
功能:编程时，从该引脚输入编程脉冲，对程序存储器进行 编程。
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XTAL2：（18脚）
内接反向放大器的输出端，外接晶振一端。
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二、控制引脚（一）
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1.RST/VPD： (9脚) RST：复位引脚 功能：当出现2个机器周期以上的高电平，使单片机复位。
复位后：PC=0000H SP=07H VPD：当VCC掉电时，可以接备用电源，保持数据不丢失。
注：单片机在复位后，RS1和RS0都为0，CPU自然选择工作寄 存器组0作为当前工作寄存器组。
(5)OV(PSW.2)溢出标志位： 当执行算术指令时，由硬件置1或清0，以指示溢出状态。
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(6)-(PSW.1)是保留位，末定义，没用。
尔)处理。 MCS-51系列单片机典型芯片是8051。与
8051结构相同的产品还有8031和8751。8031 是一个无ROM的8051，它从外部ROM取所用的 指令，8751是一个用EPROM代替ROM的8051， 除此之外，三者的内部结构及引脚完全相同。今 后，除特别说明外，用8051这个名称来代表 8031、8051和8751。
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二.运算器：
是在控制器控制下，对二进制（8位二进制为1 个字节）数进行算术或逻辑运算及信息传送的装置。
由算数逻辑单元ALU，累加器A，寄存器B，工作 寄存器组，程序状态字寄存器PSW，堆栈指针SP及其 它逻辑电路组成。
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3、P2口：P2.0～P2.7 (21-28脚) 8位准双向I/O口，可驱动4个TTL负载。 该口为地址总线高8位。
4、P3口：P3.0～P3.7(10-17脚) 8位准双向I/O口，可驱动4个TTL负载。 该口为双功能复用口。
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《单片机原理与应用项目化教程》
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2.1 MCS-51单片机的内部结构 2.2 MCS-51单片机的存储器结构 2.3 MCS-51单片机的并行I/O口 2.4 MCS-51单片机应用系统构成 2.5 小结
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• 2.1 MCS-51单片机的内部结构
• 2.1.1 MCS-51单片机的结构框图
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MCS-51单片机内部包括以下部件： （1）一个8位CPU； （2）一个片内时钟振荡器，最高时钟频率为12 MHz； （3）4KB程序存储器ROM/EPROM（8031片内无ROM）； （4）128B数据存储器RAM； （5）可寻址的外部程序存储器和数据存储器空间64KB
• 3 数据地址指针DPTR
数据地址指针是一个16位的专用地址指针寄存器，它由 DPH和DPL这两个特殊功能寄存器组成。DPH是DPTR的高8位， DPL是DPTR的低8位 。
DPTR用于存放16位地址，可对外部数据存储器 RAM64KB(0000H～0FFFFH)地址空间寻址。
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2.1.4 MCS-51的引脚定义及功能
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一、电源及时钟引脚
1． 主电源引脚
VCC （40脚） 接+5V电源
VSS （20脚） 接地 GND
2． 外接晶振引脚
XTAL1: （19脚）
内接反向放大器的输入端，外接晶振一端。
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(4)RSl、RS0(PSW.4、PSW.3)工作寄存器区选择控制位： 用来选择4组工作寄存器区(4组寄存器在单片机内的RAM区
中)，它们与4组工作寄存器区的对应关系如下：
RS1
RS0
0
0
0
1
1
0
1
1
工作寄存器组 0组（00H～07H） 1组（08H～0FH） 2组（10H～17H） 3组（18H～1FH）
利用位处理功能进行随机逻辑设计，可以很方便 地用软件来实现各种复杂的逻辑关系，方法简单、 明了，免除了许多类似8位数据处理中的数据传送、 字节屏蔽和测试判断转移等繁琐的方法。位处理还 可以实现各种组合逻辑功能。
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2 累加器ACC
８位寄存器，它通过暂存器和ALU相连， 它是CPU中工作 最繁忙、最常用的专用寄存器，许多指令的操作数取自于 ACC，许多运算结果也存放在ACC中。在指令系统中，累加器 ACC的助记符也记作A。
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2.1.3 位(布尔)处理器
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MCS-51片内的CPU还是一个性能优异的位处理 器，也就是说MCS-51实际上又含有一个完整的一 位微型计算机。这个一位机有自已的CPU、位寄存 器、位累加器、I/O接口和指令系统。它们组成了一 个完整的、独立的而且功能很强的位处理单片机。 这是MCS-51系列单片机的突出优点之一。MCS51单片机对于位变量操作（布尔处理）有置位、清 0、取反、测试转移、传送、逻辑与和逻辑或运算等 等。
的机构； （6）21个特殊功能寄存器SFR； （7）4个8位并行I/O口，共32根I/O线； （8）1个全双工串行口；
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• （9）2个16位定时器/计数器； • （10）具有5个中断源，2个优先级的中断结构； • （11）具有位寻址功能的位处理器，适用于位(布
字)向高4位进位或借位时，AC将被硬件置1，否则就被清0。 AC被用于十进位调整，同DA指令结合起来用。
(3)F0(PSW.5)标志位： 它是由用户使用的一个状态标志位，可用软件来使它置
位或清0，也可以靠软件测试F0以控制程序的流向。编程时， 该标志位特别有用。
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• 2 指令寄存器IR（Instr存器是一个8位寄存器，用于暂存待执行的指令， 等待译码。指令译码电路是对指令寄存器中的指令进行译码， 将指令转变为执行此指令所需要的电信号，再经定时控制电 路定时产生执行该指令所需要的各种控制信号。
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1 算术逻辑运算部件ALU
在定时控制逻辑电路发出的内部控制信号的控制下，可以进行：
① 带进位和不带进位的加法。 ② 带借位减法。 ③ ８位无符号数乘法和除法。 ④ 逻辑与、或、异或操作。 ⑤ 加１、减１操作。 ⑥ 按位求反操作。 ⑦ 循环左、右移位操作。 ⑧ 半字节交换。 ⑨ 二-十进制调整。 ⑩ 比较和条件转移的判断等操作。
下图为MCS-51单片机的内部逻辑结构图。
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2.1.2 CPU结构
中央处理器CPU(Central Processing Unit）是单片机的核心部件，它决定了单 片机的主要功能特性。
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(1)Cy(PSW.7)进位标志位： 在执行算术和逻辑指令时，可以被硬件或软件置位或清0，
在位处理器中，它可作位累加器。
(2)AC(PSW.6)辅助进位标志位： 当进行加法或减法操作而产生由低4位数(十进制中的一个数