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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单片机原理及应用02 第2章 MCS-51单片机的结构与原理
2．存储器
程序存储器和数据存储器两类，有片内和片外之分。 片内存储器集成在芯片内部，片外存储器是专用的存储器
芯片，需要通过三总线与MCS-51连接。 程序存储器，又称只读存储器（ROM，Read Only
Memory），用于存放用户程序、原始数据或表格。 数据存储器，又称随机存储器（RAM，Ramdom Access
（4）P3口 10 ～ 17 脚 为 P3.0 ～ P3.7 输 入 / 输 出 引 脚 。 P3 口 为 8 位 准 双 向 I/O接口，内部具有上拉电阻，它是双功能复用口，每个引脚可 驱动4个TTL负载。作为通用I/O接口时，功能与P1口相同，常 使用第二功能。作为第二功能使用时
的可编程串行I/O接口。
4．定时器/计数器
8051内部有两个16位可编程序的定时器/计数器，均为二进制 加1计数器，分别命名为T0和T1。
T0和T1均有定时器和计数器两种工作模式。 在定时器模式下：T0和T1的计数脉冲是由单片机时钟脉冲经
12分频后提供。 在计数器模式下：T0和T1的计数脉冲是从P3.4和P3.5引脚上
输入。对T0和T1的控制由定时器方式选择寄存器TMOD和定 时器控制寄存器TCON完成。
5．中断系统
中断是指CPU暂停原程序执行，转而为外部设备服务（执行中断 服务程序），并在服务完后返回原程序执行的过程。
中断系统是指能够处理上述中断过程所需要的硬件电路。 中断源是指能产生中断请求信号的源泉。 8051有5个中断源： 外部中断源有2个（/INT0,/INT1），通常指外部设备，其中断请求 信号从引脚上输入，有电平或边沿两种引起中断的触发方式； 内部中断源有3个（T0，T1，串口），内部中断源T0和T1的两个中 断是在它们从全“1”变为全“0”溢出时，自动向中断系统提出的， 内部串行口中断源的中断请求是在串行口每发送完或接收到一个8位 二进制数据后，自动向中断系统提出的。
单片机原理与应用第二章MCS51的基本结构及工作原理
外部ROM EA 1
1000H 0FFFH 内部ROM
EA 0 000H0
程序存储器
0FFFFH
00FFH
特殊功
0080H 能寄存器 007FH
内部RAM
000H0
外部 RAM （64K）
数据存储器
000H0
17
（一）程序存储器空间
寻址范围：0000H - FFFFH 容量64KB，即地址长度：16 位
0H 7/0H 8 第0组通用寄存器区 00H
第二讲 MCS-51系列单片机系统结构
主要掌握 ❖基本组成（内部资源） ❖存储器的配置 ❖I/O口的应用功能 ❖时序及电路 ❖工作方式
1
第一节 MCS-51系列单片机的结构
MCS-51系列单片机是因特公司1980推出的高档8位 机
分为二个子系列：
存储器类型
单片机系列
掩膜MOS
EPROM
8031
/
/
可编程 I/O 口 4× 8 位
控制
并行 I/O 口
单片机结构框图
计数器 2 个 16 位定 时器 / 计数器
可编程 串行口 串行输入 / 输出
3
内部各单元介绍（1）
❖1、中央处理单元CPU（8位） 用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位）
❖2、只读存储器ROM（4KB或8KB） 用于永久性存储应用程序，掩膜ROM、EPROM、 EEPROM、Flash Memory(闪存)
10
复位引脚和复位电路
❖RST / VPD —— 当出现两个机器周期高电平时，单 片机复位 。
复位后，P0 ~ P3 输出高电平；SP寄存器为07H； 其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。
1000H 0FFFH 内部ROM
EA 0 000H0
程序存储器
0FFFFH
00FFH
特殊功
0080H 能寄存器 007FH
内部RAM
000H0
外部 RAM （64K）
数据存储器
000H0
17
（一）程序存储器空间
寻址范围：0000H - FFFFH 容量64KB，即地址长度：16 位
0H 7/0H 8 第0组通用寄存器区 00H
第二讲 MCS-51系列单片机系统结构
主要掌握 ❖基本组成（内部资源） ❖存储器的配置 ❖I/O口的应用功能 ❖时序及电路 ❖工作方式
1
第一节 MCS-51系列单片机的结构
MCS-51系列单片机是因特公司1980推出的高档8位 机
分为二个子系列：
存储器类型
单片机系列
掩膜MOS
EPROM
8031
/
/
可编程 I/O 口 4× 8 位
控制
并行 I/O 口
单片机结构框图
计数器 2 个 16 位定 时器 / 计数器
可编程 串行口 串行输入 / 输出
3
内部各单元介绍（1）
❖1、中央处理单元CPU（8位） 用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位）
❖2、只读存储器ROM（4KB或8KB） 用于永久性存储应用程序，掩膜ROM、EPROM、 EEPROM、Flash Memory(闪存)
10
复位引脚和复位电路
❖RST / VPD —— 当出现两个机器周期高电平时，单 片机复位 。
复位后，P0 ~ P3 输出高电平；SP寄存器为07H； 其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。
单片机原理及应用 第二章
寄存器
累加器ACC 累加器ACC，简称累加器A，它是一个8位寄存器，通 过暂存器与ALU相连，在算术运算和逻辑运算时，通常用 累加器A存放一个参加操作的数，作为ALU的一个输入，而 ALU的运算结果又存入累加器A中。
寄存器B 寄存器B一般用于乘、除法指令，它与累加器A配合使 用。运算前，寄存器B中存放乘数或除数；运算后，B中保
存了乘积的高位字节或商的余数部分。此外，寄存器B可 作为存放中间结果的暂存寄存器使用。
程序状态字寄存器PSW
运算操作过程中的一些状态信息存放在程序状态字寄存器PSW中，
PSW寄存器的字节地址是DOH，PSW各位的符号与定义如下：
C—进位标志（CY），有进位或借位时，C=1，否则C=0； Cy=1提示无符 号数运算超出范围。 在进行位操作时，CY作为位累加器C，也称为布尔累加器。此外， 循环移位指令和比较转移指令也会影响CY标志。 AC—辅助进位标志，当累加器中A3向A4有进位或错位时AC=1，否则AC=0；
7406
2 4 6 8 2 4 6 8
22
1
74ls08A
22
OE
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
19 18 17 16 15 13 12 11 27
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 WE
19 18 17 16 15 13 12 11 27
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 WE
ALE/PROG——地址锁存允许信号，输出。 在访问片外存储器或I/O时，用于锁存低八位地址，以 实现低八位地址与数据的隔离。由于ALE以1/6的振荡频率 固定速率输出，可作为对外输出的时钟或用作外部定时脉
《单片机原理与接口技术》第2章 MCS-51单片机的基本结构
高等职业教育 计算机类课程规划教材
大连理工大学出版社
第2章
MCS-51单片机的基本结构 MCS-51单片机的基本结构
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 单片机内部组成及引脚功能 中央处理器 MCS-51单片机的存储结构 MCS-51单片机的存储结构 输入/ 输入/输出端口 时钟电路与时序 单片机工作过程 MCSMCS-51 单片机工作方式 MCSMCS-51 单片机的最小应用系统
8051/8751 都共有64KB程序存储器空间，片内 ROM/EPROM的容量为 4KB，地址为0000H～0FFFH; 片外最多可扩展至64KB的ROM/EPROM，地址 为1000H～FFFFH，片内外是统一编址的。 当引脚EA接高电平时，8051的PC在0000H～0FFFH范围内执行片内ROM 中的程序; 当指令超过0FFFH时，就自动转向片外ROM取指令。 当EA接低电平时，8051片内ROM不起作用，CPU只能从片外ROM/EPROM 中取指令。对于8031芯片，因其片内无ROM，故应使EA接低电平，这样才 能直接从外部扩展的EPROM中取指令。 3.程序运行的入口地址 3.程序运行的入口地址 实际应用时，程序存储器的容量由用户根据需要扩展，而程序地址 空间原则上也可由用户任意安排，但程序最初运行的入口地址是固定的, 用户不能更改。
MCS-51系列单片机的内部结构 图2-1 MCS-51系列单片机的内部结构
MSC-51系列单片机内部结构简化框图 图2-2 MSC-51系列单片机内部结为21个）特殊功能寄存器SFR （5）4个8位并行输入输出I/O接口 （6）1个串行I/O接口，完成单片机与其他微机之间的串行通信。 （7）2个（MCS-52子系列为3个）16位定时器/计数器T0、T1。
大连理工大学出版社
第2章
MCS-51单片机的基本结构 MCS-51单片机的基本结构
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 单片机内部组成及引脚功能 中央处理器 MCS-51单片机的存储结构 MCS-51单片机的存储结构 输入/ 输入/输出端口 时钟电路与时序 单片机工作过程 MCSMCS-51 单片机工作方式 MCSMCS-51 单片机的最小应用系统
8051/8751 都共有64KB程序存储器空间，片内 ROM/EPROM的容量为 4KB，地址为0000H～0FFFH; 片外最多可扩展至64KB的ROM/EPROM，地址 为1000H～FFFFH，片内外是统一编址的。 当引脚EA接高电平时，8051的PC在0000H～0FFFH范围内执行片内ROM 中的程序; 当指令超过0FFFH时，就自动转向片外ROM取指令。 当EA接低电平时，8051片内ROM不起作用，CPU只能从片外ROM/EPROM 中取指令。对于8031芯片，因其片内无ROM，故应使EA接低电平，这样才 能直接从外部扩展的EPROM中取指令。 3.程序运行的入口地址 3.程序运行的入口地址 实际应用时，程序存储器的容量由用户根据需要扩展，而程序地址 空间原则上也可由用户任意安排，但程序最初运行的入口地址是固定的, 用户不能更改。
MCS-51系列单片机的内部结构 图2-1 MCS-51系列单片机的内部结构
MSC-51系列单片机内部结构简化框图 图2-2 MSC-51系列单片机内部结为21个）特殊功能寄存器SFR （5）4个8位并行输入输出I/O接口 （6）1个串行I/O接口，完成单片机与其他微机之间的串行通信。 （7）2个（MCS-52子系列为3个）16位定时器/计数器T0、T1。
mcs-51单片机原理及应用教程
mcs-51单片机原理及应用教程MCS-51单片机是一种用于嵌入式系统的微处理器，它广泛应用于各种电子设备中。
本教程将介绍MCS-51单片机的原理和应用。
在接下来的内容中，我们将从基本概念开始，逐步深入了解MCS-51单片机的工作原理和常见应用。
1. 概述MCS-51单片机是由Intel公司于20世纪80年代推出的一种8位微处理器。
它包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)接口和定时器等功能模块，可以完成各种数据处理和控制任务。
2. 架构和指令集MCS-51单片机采用哈佛架构，即指令存储器和数据存储器分开存储的结构。
它的指令集包括基本指令、算术指令、逻辑指令和控制指令等，可以完成各种数据操作和控制流程。
3. 存储器和寄存器MCS-51单片机具有内部存储器和外部扩展存储器。
内部存储器包括程序存储器和数据存储器，用于存储指令和数据。
此外，MCS-51单片机还包括多个特殊功能寄存器，用于存储控制和状态信息。
4. 输入/输出(I/O)MCS-51单片机具有多个I/O口，用于连接外部设备。
通过配置I/O口的输入和输出模式，可以实现与外界的数据交换和控制。
5. 中断和定时器MCS-51单片机支持中断功能，可以在特定条件下中断正在执行的程序，并转向处理中断程序。
此外，MCS-51单片机还包含多个定时器/计数器，用于生成精确的时间控制和测量。
6. 应用领域MCS-51单片机广泛应用于各种嵌入式系统中，包括家电、通信设备、汽车电子和工业控制等。
它的低成本、低功耗和高可靠性使其成为许多应用场景的首选。
综上所述，MCS-51单片机是一种功能强大的嵌入式微处理器，具有丰富的功能和广泛的应用领域。
通过学习MCS-51单片机的原理和应用，我们可以更好地理解和应用该技术，为嵌入式系统的开发和设计提供支持。
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系列单片机的结构及原理
2.3 引脚功能——封装形式
40P6-PDIP
单 片 机 技 术
2.3 引脚功能——引脚含义
P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST RXD/ P3. 0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 24 22 21 VCC P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0
2mcs51系列单片机的内部总体结构88微处理器运算部件b数据存储器ramp0口p2口程序存储器特殊功特殊功能寄存器sfrromepromvccvss图21mcs51单片机的基本结构控制部件p1口p3口串行口定时计数器中断系统88xtal1xtal2psenaleeareset端口0驱动器端口2驱动器ram地址锁存器ram1288端口0锁存器端口2锁存器rom4k8b寄存器程序地址寄存器缓冲器寄存器vcc5vvss堆栈指针spacctmp2tmp1p00p07p20p27图22mcs51片内总体结构框图rstpc1寄存器pcdptr指针p10p17psw端口3锁存器端口1锁存器端口1驱动器端口3驱动器scontl0tmodth1iepconth0sbuftxrx中断串行口和定时器逻辑tcontl1iposcp30p37alepsenxtal2xtal1alu指令寄存器定时与控制指令译码器返回本节2
第二章 MCS-51系列单片机的结构和原理图
2013-7-21 21
d. 内部数据存储器容量为256B, 字节地址00-FFH和 位地址范围为00H～7FH e.特殊功能寄存器容量为21B, 有一部分特殊功能寄 存器具有位地址。
2.MCS-51单片机的工作寄存器组如何选择？若PSW 的RS1、RS0位的内容是01，那么此时工作寄存器R1 的字节地址是多少？ 3.MCS-51内部RAM的寄存器区一共有多少个存储单 元？分为多少组？每组有多少个存储单元？分别以 什么作为寄存器名？
2013-7-21
83H=DPH=50H
82H=DPL=13H
19
③与端口相关的（7个） P0、P1、P2、P3：
四个并行输入/输出口的寄存器。它里面的内容对应着管 脚的输出。
SCON (Serial Control Register) SBUF (Serial Date Buffer) PCON (Power Control Register)
PSW位地址
D7H D6H D5H D4H CY AC F0 RS1
D3H RS0
D2H D1H OV
D0H P
2013-7-21
15
PSW位地址
D7H D6H D5H D4H CY AC F0 RS1
D3H RS0
D2H D1H OV
D0H P
CY：进位标志。 加减运算时，保存最高位进位、借位状态。 AC：半进位标志。 例：78H+97H 0111 1000 +1001 0111 1 0000 1111
外部时钟
悬空 XTAL2
12M/6M
80C51
80C51
2013-7-21
30
1.振荡周期：晶体振荡器的周期。1/12M 2.状态周期：振荡周期2分频，也称时钟周期。
d. 内部数据存储器容量为256B, 字节地址00-FFH和 位地址范围为00H～7FH e.特殊功能寄存器容量为21B, 有一部分特殊功能寄 存器具有位地址。
2.MCS-51单片机的工作寄存器组如何选择？若PSW 的RS1、RS0位的内容是01，那么此时工作寄存器R1 的字节地址是多少？ 3.MCS-51内部RAM的寄存器区一共有多少个存储单 元？分为多少组？每组有多少个存储单元？分别以 什么作为寄存器名？
2013-7-21
83H=DPH=50H
82H=DPL=13H
19
③与端口相关的（7个） P0、P1、P2、P3：
四个并行输入/输出口的寄存器。它里面的内容对应着管 脚的输出。
SCON (Serial Control Register) SBUF (Serial Date Buffer) PCON (Power Control Register)
PSW位地址
D7H D6H D5H D4H CY AC F0 RS1
D3H RS0
D2H D1H OV
D0H P
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15
PSW位地址
D7H D6H D5H D4H CY AC F0 RS1
D3H RS0
D2H D1H OV
D0H P
CY：进位标志。 加减运算时，保存最高位进位、借位状态。 AC：半进位标志。 例：78H+97H 0111 1000 +1001 0111 1 0000 1111
外部时钟
悬空 XTAL2
12M/6M
80C51
80C51
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30
1.振荡周期：晶体振荡器的周期。1/12M 2.状态周期：振荡周期2分频，也称时钟周期。
《单片机技术应用》课件——第二章 MCS-51系列单片机的结构和原理
操 后作，数 一在 方面APL将SUE结N中R果进ST送行A至规LE累定E加的A8器操9，作C同运5时算1单将，操运片作算结结机果束的内部结构
的特征状态送标志寄存器。
返回
第 2 章 MC2-51系列单片机的结构和原理
DPTR RAM PC ROM
SP
A TMP B
PSW ALU
P0
P0
P1 P1
P2
第 2 章 MC2-51系列单片机的结构和原理
第二章 MCS-51系列单片机的结构和原理
2.1 MCS-51系列单片机概述 2.2 89C51单片机内部结构 2.3 89C51单片机的引脚 2.4 MCS-51系列单片机的工作方式
测试题
第 2 章 MC2-51系列单片机的结构和原理
2.1 MCS-51系列单片机概述
当运算结果产生进位时， Cy =1；
当运算结果没有产生进位时， Cy =0。
D0 P
返回
第 2 章 MC2-51系列单片机的结构和原理
DPTR RAM PC ROM
SP
A TMP B
PSW ALU
P0
P0
P1 P1
P2
P2
P3
P3
XX211、、D程7振荡序状D态ALP6字ID寄IR存D5器。串8口位D4寄存中器D断。3
DPTR RAM PC ROM
SP
A TMP B
PSW ALU
P0
P0
P1 P1
P2
P2
P3
P3
XX算 辑 端12接术运至逻 算累辑 。振荡加运AL器算U，部有ALP接件2个I收主D输由要I入R累用端加来和器完串2送成个口来数输的据出一的端个算中，操术其断作和中数逻一； 定时
的特征状态送标志寄存器。
返回
第 2 章 MC2-51系列单片机的结构和原理
DPTR RAM PC ROM
SP
A TMP B
PSW ALU
P0
P0
P1 P1
P2
第 2 章 MC2-51系列单片机的结构和原理
第二章 MCS-51系列单片机的结构和原理
2.1 MCS-51系列单片机概述 2.2 89C51单片机内部结构 2.3 89C51单片机的引脚 2.4 MCS-51系列单片机的工作方式
测试题
第 2 章 MC2-51系列单片机的结构和原理
2.1 MCS-51系列单片机概述
当运算结果产生进位时， Cy =1；
当运算结果没有产生进位时， Cy =0。
D0 P
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第 2 章 MC2-51系列单片机的结构和原理
DPTR RAM PC ROM
SP
A TMP B
PSW ALU
P0
P0
P1 P1
P2
P2
P3
P3
XX211、、D程7振荡序状D态ALP6字ID寄IR存D5器。串8口位D4寄存中器D断。3
DPTR RAM PC ROM
SP
A TMP B
PSW ALU
P0
P0
P1 P1
P2
P2
P3
P3
XX算 辑 端12接术运至逻 算累辑 。振荡加运AL器算U，部有ALP接件2个I收主D输由要I入R累用端加来和器完串2送成个口来数输的据出一的端个算中，操术其断作和中数逻一； 定时
单片机原理与应用第二章-MCS51单片机体系结构-8031系统结构
息，PSW中各位状态通常是在指令执行的过程中自动形成的， 但也可以由用户根据需要采用传送指令加以改变。其定义格式 如下页表所示。
其中：Cy：进借位标志；
AC：辅助进借位标志；
F0 ：用户标志； RV：溢出标志位，两个带符号数运算，若有溢出（结果超 出-128~+127时）置1；
2.1 MCS51单片机硬件结构及引脚 2.2 MCS51单片机外部引脚 2.3 MCS51单片机的工作方式 2.4 单片机的时序 2.5 中断系统
MCS-51系列单片机都是以Intel公司最早的典型产品8051 为核心，增加了一定的功能部件后构成的，因此，本章以 8051为主介绍MCS-51系列单片机 。
SP自动加1，SP=72H；将数据34H压入SP所指的堆栈单元（72H ）。
如图所示：
初始状态
反之，现在要将堆栈单元的内容弹出的话，过程如下： 将SP所指堆栈单元（72H）的内容34H弹出；SP自动减1，SP=71H； 将SP所指堆栈单元（71H）的内容12H弹出；SP自动减1，SP=70H。
初始状态
成四个组（区），每个组（区）有8个寄存器，分别用R0～R7表 示，称为工作寄存器或通用寄存器，其中，R0、R1还经常用于 间接寻址的地址指针。在程序中通过程序状态字寄存器（PSW） 第3、4位设置工作寄存器区。
（5）程序状态字PSW （Program Status Word） 程序状态字PSW是8位寄存器，用于存放程序运行的状态信
1051(1K)/2051(2K)/4051(4K) 128 （20条引脚DIP封装）
2
15
1
5
89C系列
(常用型)
89C51(4K)/89C52(8K) （40条引脚DIP封装）
其中：Cy：进借位标志；
AC：辅助进借位标志；
F0 ：用户标志； RV：溢出标志位，两个带符号数运算，若有溢出（结果超 出-128~+127时）置1；
2.1 MCS51单片机硬件结构及引脚 2.2 MCS51单片机外部引脚 2.3 MCS51单片机的工作方式 2.4 单片机的时序 2.5 中断系统
MCS-51系列单片机都是以Intel公司最早的典型产品8051 为核心，增加了一定的功能部件后构成的，因此，本章以 8051为主介绍MCS-51系列单片机 。
SP自动加1，SP=72H；将数据34H压入SP所指的堆栈单元（72H ）。
如图所示：
初始状态
反之，现在要将堆栈单元的内容弹出的话，过程如下： 将SP所指堆栈单元（72H）的内容34H弹出；SP自动减1，SP=71H； 将SP所指堆栈单元（71H）的内容12H弹出；SP自动减1，SP=70H。
初始状态
成四个组（区），每个组（区）有8个寄存器，分别用R0～R7表 示，称为工作寄存器或通用寄存器，其中，R0、R1还经常用于 间接寻址的地址指针。在程序中通过程序状态字寄存器（PSW） 第3、4位设置工作寄存器区。
（5）程序状态字PSW （Program Status Word） 程序状态字PSW是8位寄存器，用于存放程序运行的状态信
1051(1K)/2051(2K)/4051(4K) 128 （20条引脚DIP封装）
2
15
1
5
89C系列
(常用型)
89C51(4K)/89C52(8K) （40条引脚DIP封装）
单片机第二章MCS-51单片机的内部结构及工作原理
MCS-51单片机的并行口可以配置为通用输入输 出口，用于连接各种外部设备。
九、MCS-51单片机的中断系统
1 中断概念
MCS-51单片机通过中 断系统实现对紧急事件 的实时响应。
2 中断源和优先级
MCS-51单片机的中断 系统支持多个中断源和 优先级设置。
3 中断处理函数
MCS-51单片机可以通 过中断处理函数对中断 事件进行处理。
MCS-51单片机通过串行口与其他设备进行数据传输和通信。
2
标准串行接口
MCS-51单片机支持多种标准串行接口协议，如SPI和I2C。
3
通信速率
MCS-51单片机可以通过串行口支持不同的通信速率。
八、MCS-51单片机的并行口
并行数据传输
MCS-51单片机的并行口可以实现高速的并行数 据传输。
通用输入输出
单片机第二章MCS-51单 片机的内部结构及工作原 理
在这一章中，我们将深入研究MCS-51单片机的内部结构和工作原理。通过了 解其存储系统、中央处理器、输入输出部分、计时器/计数器等组件，我们将 建立起对该单片机的全面理解。
一、MCS-51单片机的概述
1
什么是MCS-51单片机？
MCS-51单片机是一种高性能、低功耗的微处理器，非常适用于嵌入式系统。
外部存储器
通过外部存储器接口，MCS-51单片机可以 连接额外的存储设备。
内部ROM
MCS-51单片机内部的ROM存储着程序代码 和常量数据。
特殊功能寄存器
MCS-51单片机具有一些特殊功能寄存器， 用于控制和配置各种功能。
四、MCS-51单片机的中央处理器
ALU 寄存器 指令集 时钟和定时器
算术逻辑单元(ALU)用于执行各种算术和逻辑 操作。
九、MCS-51单片机的中断系统
1 中断概念
MCS-51单片机通过中 断系统实现对紧急事件 的实时响应。
2 中断源和优先级
MCS-51单片机的中断 系统支持多个中断源和 优先级设置。
3 中断处理函数
MCS-51单片机可以通 过中断处理函数对中断 事件进行处理。
MCS-51单片机通过串行口与其他设备进行数据传输和通信。
2
标准串行接口
MCS-51单片机支持多种标准串行接口协议，如SPI和I2C。
3
通信速率
MCS-51单片机可以通过串行口支持不同的通信速率。
八、MCS-51单片机的并行口
并行数据传输
MCS-51单片机的并行口可以实现高速的并行数 据传输。
通用输入输出
单片机第二章MCS-51单 片机的内部结构及工作原 理
在这一章中，我们将深入研究MCS-51单片机的内部结构和工作原理。通过了 解其存储系统、中央处理器、输入输出部分、计时器/计数器等组件，我们将 建立起对该单片机的全面理解。
一、MCS-51单片机的概述
1
什么是MCS-51单片机？
MCS-51单片机是一种高性能、低功耗的微处理器，非常适用于嵌入式系统。
外部存储器
通过外部存储器接口，MCS-51单片机可以 连接额外的存储设备。
内部ROM
MCS-51单片机内部的ROM存储着程序代码 和常量数据。
特殊功能寄存器
MCS-51单片机具有一些特殊功能寄存器， 用于控制和配置各种功能。
四、MCS-51单片机的中央处理器
ALU 寄存器 指令集 时钟和定时器
算术逻辑单元(ALU)用于执行各种算术和逻辑 操作。
单片机原理及应用教程c语言版第2章mcs51单片机的结构与原理
2.2.1 MCS-51单片机引脚信号及功能
2、ALE/PROG（30引脚）
ALE：地址锁存信号，每个机器周期输出两个 正脉冲，下降沿或低电平用于控制外接的地址锁 存器，锁存从P0口输出的低8位地址。
～μs
可以将ALE作为时钟信号使用。 PROG：片内程序存储器的编程脉冲输入端， 低电平有效。 STC单片机无此功能，它不用并行 口而是用串行口编程。
2.2 MCS-51单片机的引脚与总线结构
主要内容
2.2.1 MCS-51单片机的引脚信号及功能 2.2.2 MCS-51单片机的外部总线结构
2.2.1 MCS-51单片机引脚信号及功能
封装：40DIP, 44PLCC。 常用40DIP
40个引脚分 为4类： ➢ 电源引脚 ➢ 晶振引脚 ➢ 控制信号 ➢ 输入/输出引脚
PSW相当于其它微处理器中的标志寄存器。 格式如下：
PSW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 (D0H) CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P
图2-3 程序状态字PSW格式
2.1.3 MCS-51单片机的CPU
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P
二、晶振引脚
XTAL1（19脚） XTAL2（18脚）
18 XTAL2
C1 晶 振
C2 19 XTAL1
2.2.1 MCS-51单片机引脚信号及功能
三、控制信号引脚
1、RST（9脚）
RST：复位信号输入端，高电平有效。 单片机正常工作时：RST保持两个机器周期 的高电平就会使单片机复位； 上电时：RST上的高电平必须保持10ms以上 才能保证有效复位，由于振荡器需要一定的起振 时间。
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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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项目二 MCS-51系列单片机结构
• 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）
项目二 MCS-51系列单片机结构
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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项目二 MCS-51系列单片机结构
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）
项目二 MCS-51系列单片机结构
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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项目二 MCS-51系列单片机结构
(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》
项目二 MCS-51单片机结构
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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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项目二 MCS-51系列单片机结构
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
项目二 MCS-51系列单片机结构
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；