第二章 51单片机的内部结构1
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第02章 MCS-51单片机的结构
CY
AC
F0
RS1 RS0
OV
/
P
PSW位地址
D7H D6H D5H D4H CY AC F0 RS1
D3H RS0
D2H D1H OV
D0H P
CY：进位标志。用于表示Acc.7有否向更高位进位。 加减运算时，保存最高位进位、借位状态。 AC：半进位标志。用于表示Acc.3有否向Acc.4进位。 例：78H+97H 0111 1000 +1001 0111 1 0000 1111
ALU
定时与控制 程序地址寄存器AR
CPU
。
2.2.2 控制器
控制器由程序计数器PC、指令
寄存器和指令译码器、定时和控
制逻辑电路。
相对控制器而言，运算器接受控 制器的命令而进行动作。
1)．程序计数器PC
※ PC不属于特殊功能寄存器，不可访问，在物理结构 上是独立的。 ※ 16位的地址寄存器，用于存放下一字节指令的地址， 可寻址64KB的程序存储器空间。 ※ PC的基本工作方式有：
⑴ 自动加1。CPU从ROM中每读一个字节，自动执行 PC+1→PC； ⑵ 执行转移指令时，PC会根据要求修改地址； ⑶ 执行调用子程序或发生中断时，CPU会自动将当前 PC值压入堆栈，将子程序入口地址或中断入口地址装入 PC；子程序返回或中断返回时，恢复原有被压入堆栈的 PC值，继续执行原顺序程序指令。
用示波器检测该引脚来判断单片机是否损坏。
② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程 期间，此引脚输入编程脉冲。
⑵ PSEN:片外程序存储器读选通信号输出端。 在向片外程序存储器读取指令或常数期间，每个机
器周期该信号两次有效（低电平）作为片外ROM的
单片机第二章MCS-51系列单片机硬件结构
3. P1口（P1.0~P1.7，1脚~8脚）
P1口仅用作I/O使用，它也是自带上拉电阻的8 位准双向I/O接口，每一位可驱动4个LSTTL负载。 当P1口作为输入接口时，应先向口锁存器写“1”。 4. P3口（P3.0~P3.7，10脚~17脚）
除了和P1口的功能一样外， P3口的每一引脚还具有第二功能。
第二章 单片机的硬件结构
2.1 MCS-51单片机的总体结构
2.2 微处理器 2.3 MCS-51存储器 2.4 MCS-51基本电路及引脚电路 2.5 实例演练
2.1MCS-51单片机的总体结构
一，8031芯片实照
二，MCS-51单片机外形是一个40脚的双列直插式集成块：
P10 P1.1 P12 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD 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 23 22 21 Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
ALE地址锁存使能信号输出端。存取 片外存储器时，用于锁存低8位地址。 PROG是对于EPROM型单片机，在 EPROM编程期间，此引脚用于输入编 程脉冲。
ALE/ PROG (30脚)
控制 引脚
51单片机的结构
51单片机的结构51单片机是指一种集成了中央处理器、存储器和各种输入输出接口的单片集成电路。
它由Intel公司于1980年推出，采用了Harvard架构，是一种典型的8位单片机，无论在学校教学还是工业控制领域都得到了广泛的应用。
一、内部结构51单片机的内部结构主要由中央处理器、存储器和输入输出接口组成。
1. 中央处理器51单片机的中央处理器包含一个8位的累加寄存器A、一个8位的B寄存器、一个16位的程序计数器PC以及各种控制寄存器。
其中累加寄存器A是数据处理的核心，用于存储运算的结果。
B寄存器可用作直接寻址时的源操作数或目的操作数。
2. 存储器51单片机的存储器主要分为程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储程序的指令，通常采用只读存储器（ROM）的形式。
数据存储器用于存储程序中的数据，包括RAM和各种寄存器。
3. 输入输出接口51单片机的输入输出接口包括通用输入输出口（GPIO）、串行通信口（UART）、定时器/计数器等。
GPIO用于与外部器件进行数据交互，可用于输入和输出。
UART用于与其他设备进行串行通信，常用于与计算机进行通信。
定时器/计数器可用于计时和定时中断控制。
二、工作原理51单片机的工作原理可以简单概括为：接收指令、执行指令、更新PC。
1. 接收指令51单片机从程序存储器中读取指令，并将指令暂存在指令寄存器中。
指令寄存器会将指令的地址信息传递给地址寄存器，以便读取下一条指令。
2. 执行指令51单片机根据指令的类型和操作码，执行相应的操作。
这可能涉及到对寄存器或存储器的读取、写入、算术运算、逻辑运算等。
执行的结果通常会存储在累加寄存器A中。
3. 更新PC在执行完一条指令后，51单片机会自动更新程序计数器PC的值，使其指向下一条要执行的指令地址。
这样就能够实现程序的顺序执行。
三、应用领域51单片机广泛应用于各个领域，包括嵌入式系统、家电控制、汽车电子、工业自动化等。
1. 嵌入式系统51单片机作为一种低成本、低功耗、易于开发和集成的微处理器，被广泛应用于嵌入式系统中。
第2章MCS-51单片机基本结构
令和四周期指令。
2.1.4
复位和复位电路
单片机在重新启动时都需要复位，MCS-51 系列单片机有一个复位引脚输入端RST。 1. MCS-51系列的单片机复位方法为：在RST上加
一个维持两个机器周期（24个时钟周期）以上
的高电平，则单片机被复位。 2. 复位时单片机各部分将处于一个固定的状态。
复位后单片机各单元的初始状态
R2 2 00
2 2u F
R S T/VP D
R1 1K
V ss
GND
未稳压电源
WDI R1 PFI MR R2 MAX813L P1.0
RESET
WDO
﹠
RST MCS-51
“看门狗”复位电路
2.1.5 MCS-51单片机的引脚功能
MCS-51单片机采用40脚双列直插式封装形式，主要包括以 下几个部分： 1. 电源引脚Vcc和Vss Vcc(40脚)：电源端，为十5V； Vss(20脚)：接地端 ，GND。 2. 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1为内部振荡电路反相放大器的输入端 。 XTAL2为内部振荡电路反相放大器的输出端 。 3. 控制信号引脚RST、ALE、PSEN和EA 4. I／O(输入／输出)端口P0、P1、P2和P3 5. MCS-51单片机P3口的第二功能
单片机各种周期的关系图
机器周期 S1 S2 S3 S4 S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2
时钟周期 状态周期
1个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期
4、指令周期: 它是指CPU完成一条操作所需的全部
时间。 每条指令执行时间都是有一个或几个机器周
期组成。MCS - 51 系统中, 有单周期指令、双周期指
2.1.4
复位和复位电路
单片机在重新启动时都需要复位，MCS-51 系列单片机有一个复位引脚输入端RST。 1. MCS-51系列的单片机复位方法为：在RST上加
一个维持两个机器周期（24个时钟周期）以上
的高电平，则单片机被复位。 2. 复位时单片机各部分将处于一个固定的状态。
复位后单片机各单元的初始状态
R2 2 00
2 2u F
R S T/VP D
R1 1K
V ss
GND
未稳压电源
WDI R1 PFI MR R2 MAX813L P1.0
RESET
WDO
﹠
RST MCS-51
“看门狗”复位电路
2.1.5 MCS-51单片机的引脚功能
MCS-51单片机采用40脚双列直插式封装形式，主要包括以 下几个部分： 1. 电源引脚Vcc和Vss Vcc(40脚)：电源端，为十5V； Vss(20脚)：接地端 ，GND。 2. 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1为内部振荡电路反相放大器的输入端 。 XTAL2为内部振荡电路反相放大器的输出端 。 3. 控制信号引脚RST、ALE、PSEN和EA 4. I／O(输入／输出)端口P0、P1、P2和P3 5. MCS-51单片机P3口的第二功能
单片机各种周期的关系图
机器周期 S1 S2 S3 S4 S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2
时钟周期 状态周期
1个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期
4、指令周期: 它是指CPU完成一条操作所需的全部
时间。 每条指令执行时间都是有一个或几个机器周
期组成。MCS - 51 系统中, 有单周期指令、双周期指
第二章--MCS-51单片机的结构
基 本 组 成
5)布尔处理器 MCS-51的CPU是8位微处理器，它还具有1位微处理器的 功能。布尔处理器具有较强的布尔变量处理能力，以位 (bit)为单位进行运算和操作。它以进位标志(Cy)作为累 加位，以内部RAM中所有可位寻址的位作为操作位或存储 位，以P0～P3的各位作为I/O位，同时布尔处理器也有自 己的指令系统。
FFFFH 片外ROM 1000H 0FFFH 0FFFFH
片外RAM或 I/O口
片内ROM
EA =1
片外ROM
EA =0
0000H
0000H
基 本 组 成
图2-2 8051存储器配置图
从用户使用的角度看，8051存储空间分为三类：片内、 片外统一编址0000H～0FFFFH的64KB的程序存储器地址 空间；256字节数据存储器地址空间，地址从00H～0FFH； 64KB片外数据存储器或I/O口地址空间，地址也从 0000H～0FFFFH。上述三个空间地址是重叠的，即程序 存储器中片内外低4KB地址重叠，数据存储器与程序存储 器64KB地址全部重叠，虽然地址重叠，但由于采用了不 同的操作指令及控制信号EA、PSEN的选择，因此不会发生 混乱。
基 本 组 成
在任一时刻，CPU只能使用其中的一组寄存器，并且 把正在使用的那组寄存器称为当前寄存器组。当前寄存器 组由程序状态寄存器PSW中RS1、RS0位的状态组合决定。 非当前寄存器组可作为一般的数据缓冲器使用。
基 本 组 成
图2-3 8051内部数据寄存器配置图
位寻址区(20H～2FH) 内部RAM的20H～2FH单元为位寻址区 ，这16个单元 (共计128位)的每一位都有一个8位表示的位地址，位寻址 范围为00H～7FH。位寻址区的每一个单元既可作为一般 RAM单元使用，进行字节操作，也可以对单元中的每一 位进行位操作。
第2章MCS-51单片机的硬件结构
图2-10 可位寻址的SFR的位地址分布
表2-2
表 2-2 特殊功能 寄存器 B A PSW IP P3 IE P2 SBUF SCON P1 特 殊 功 能 寄 存 器 SFR 功能名称 通用寄存器 累加器 程序状态寄存器 中断优先级控制寄存器 P3 口数据寄存器 中断允许控制寄存器 P2 口数据寄存器 串行口发送/接收缓冲器 串行口控制寄存器 P1 口数据寄存器 地 址 F0H E0H D0H B8H B0H A8H A0H 99H 98H 90H 复位后初态 00H 00H 00H XXX00000B FFH 0XX00000B FFH 不定 00H FFH
图2-5
图2-6
2.2.2 MCS-51单片机存储器 MCS-5l单片机的存储器结构如图2-7所示。
图2-7
一、程序存储器 二、内部数据存储器 内部数据存储器在物理上分为两个不同区域
图2-8为内部RAM的功能结构。
图2-9是MCS-51位寻址空间的位地址分布图
图2-8
图2-9 MCS-51内部RAM位寻址区位地址分布
MCS-51单片机的外部结构框图如图2.1所示
2.1.1 电源及时钟引脚
包括电源引脚VCC、VSS、时钟引脚XTAL1、 XTAL2。 2.1.2 控制引脚 包括RESET(即RST)、ALE、PSEN、EA。 2.1.3 输入/输出引脚 输入、输出(I/0)口引脚包括P0口、P1口、P2 口和P3口。
图2-1 MCS-51单片机的外部结构框图
2.2 MCS-51单片机的内部结构
MCS-51单片机的内部结构框图如图2-2所示。 2.2.1 MCS-51单片机微处理器(CPU) 一、运算器 二、定时控制逻辑 1、时钟电路和CPU时序 MCS-51的时钟可以由内部方式或外部方式产生。
第2章 MCS-51单片机结构与时序_110905
2.3.1 运算部件及专用寄存器组 2.3.2 控制部件及振荡器 2.3.3 单片机工作的基本时序
2.3.1 运算部件及专用寄存器组
运算部件以算术逻辑单元ALU为核心，包括一个位处理器和 两个8位暂存寄存器（不对外开放），它能实现数据的算术运 算、逻辑运算、位变量处理和数据传输操作。 累加器ACC 寄存器B 专用寄存器组 程序状态字PSW 程序计数器PC 堆栈指针SP 数据指针寄存器DPTR
锁 存 器
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VCC VSS
地 址 总 线 (AB)
数 据 总 线 (DB)
VCC VSS
ห้องสมุดไป่ตู้(a)
(b)
MCS-51系列单片机引脚及总线结构
2.3 微 处 理 器
Program State Word
accumulator
ALU －－Arithmetic and Logic Unit
图2.1 MCS-51单片机内部结构框图
1．算术逻辑单元ALU与累加器ACC、寄存器B
算术逻辑单元不仅能完成8位二进制的加、减、乘、除、加 1、减1及BCD加法的十进制调整等算术运算，还能对8位变量进 行逻辑"与"、"或"、"异或"、循环移位、求补、清零等逻辑运 算，并具有数据传输、程序转移等功能。 累加器(ACC，简称累加器A，地址E0H)为一个8位寄存器， 它是CPU中使用最频繁的寄存器。进入ALU作算术和逻辑运算的 操作数多来自于A，运算结果也常送回A保存。 寄存器B（地址F0H ）是为ALU进行乘除法运算而设置的。 若不作乘除运算时，则可作为通用寄存器使用。
2.3.1 运算部件及专用寄存器组
运算部件以算术逻辑单元ALU为核心，包括一个位处理器和 两个8位暂存寄存器（不对外开放），它能实现数据的算术运 算、逻辑运算、位变量处理和数据传输操作。 累加器ACC 寄存器B 专用寄存器组 程序状态字PSW 程序计数器PC 堆栈指针SP 数据指针寄存器DPTR
锁 存 器
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VCC VSS
地 址 总 线 (AB)
数 据 总 线 (DB)
VCC VSS
ห้องสมุดไป่ตู้(a)
(b)
MCS-51系列单片机引脚及总线结构
2.3 微 处 理 器
Program State Word
accumulator
ALU －－Arithmetic and Logic Unit
图2.1 MCS-51单片机内部结构框图
1．算术逻辑单元ALU与累加器ACC、寄存器B
算术逻辑单元不仅能完成8位二进制的加、减、乘、除、加 1、减1及BCD加法的十进制调整等算术运算，还能对8位变量进 行逻辑"与"、"或"、"异或"、循环移位、求补、清零等逻辑运 算，并具有数据传输、程序转移等功能。 累加器(ACC，简称累加器A，地址E0H)为一个8位寄存器， 它是CPU中使用最频繁的寄存器。进入ALU作算术和逻辑运算的 操作数多来自于A，运算结果也常送回A保存。 寄存器B（地址F0H ）是为ALU进行乘除法运算而设置的。 若不作乘除运算时，则可作为通用寄存器使用。
MCS-51单片机的内部结构
§ 2.2.2 控制器
1.程序计数器PC ( Program Counter )；
程序计数器PC：程序地址指示器，是16位专用 寄存器，其内容表示下一条要执行的指令的16位 地址。
PC具有自动加1的功能。 系统复位后，PC=0000H。
§ 2.2.2 控制器
§2.2.1 运算器
（3）程序状态字PSW（字节地址：D0H）
寄存当前指令执行的某些状态；反映指令执行结果的一些 特征。
1)四个状态标志位
C：进位标志位 AC：半进位标志位 P：奇偶标志位 OV：溢出标志位
2)设定标志位 F0、F1标志位：用户标志位 RS1、RS0：工作寄存器组 指针
§2.2.1 运算器
（2）基本结构： 1)CPU 2)存储器 3)输入/输出 接口电路 4)总线
§2.1 MCS-51单片机结构
总 体 结 构
§2.1 MCS-51单片机结构
基本特性
•CPU :8位 •存储器:
•128字节RAM •21个专用寄存器（亦称特殊功能寄存器SFR） •4K字节ROM存储器 •并行口:4个8位并行口 •串行口:1个全双工的串行口 •定时器/计数器:2个16位的定时器/计数器 •中断系统:5个中断源,两个中断优先级 •寻址范围: 64K字节（程序存储区和外部数据存储区各64K）
RS1 RS0 00 01 10 11
寄存器区 0区 1区 2区 3区
§2.2.1 运算器
程序状态字
Cy AC F0 RS1 RS0 OV F1 P
⑤溢出标志OV： Overflow flag
作有符号数进行算术运算时，若计算结果超出-128~+127 范围，则OV置1，否则置0。
§2.2.1 运算器
第2章 MCS-51单片机的内部结构
P3.4 T0 P3.3 INT1 外部中断1请求 外部中断 请求 计数器0外部输入 计数器 外部输入
当3个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写“1”， 个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写“ I/O口作输入口使用时 P3.5 T1 计数器1外部输入 计数器 外部输入 P3.6 WR 外部数据存储器 另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态。 I/O口无高阻的 另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态。
2.4.2 内部数据存储器 共128个字节， 128个字节， 128个字节 字节地址为00H 7FH。 00H～ 字节地址为00H～7FH 00H～1FH：32个单 00H～1FH：32个单 元，是4组通用工作 寄存器区 20H～2FH：16个单 20H～2FH：16个单 可进行128 128位的 元，可进行128位的 位寻址 30H FH： 用户RAM 30H ～ 7FH ： 用户 RAM 区 ， 只能进行字节寻 址 ， 用作数据缓冲区 以及堆栈区。 以及堆栈区。
I/O口引脚 2.2.3 I/O口引脚 P0口 双向8位三态I/O I/O口 地址总线（ (1) P0口：双向8位三态I/O口，地址总线（低8位）及 数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。 数据总线分时复用口，可驱动8 LS型TTL负载。 负载 P1口 准双向I/O I/O口 可驱动4 LS型TTL负载 负载。 (2) P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。 转义引 引脚 与地址总线 （ 高 8 位 ） 复 功能说明 准双向I/O I/O口 (3) P2口：8位 准双向I/O 口， 与地址总线（ 脚 可驱动4 LS型TTL负载 负载。 用，可驱动4个LS型TTL负载。RXD 串行数据接收端 P3.0 准双向I/O I/O口 双功能复用口，可驱动4 (4) P3口：8位 准双向I/O 口， 双功能复用口 ，可驱动 4 P3.1 TXD 串行数据发送端 P3.2 INT0 外部中断0请求 外部中断 请求 LS型TTL负载 负载。 个LS型TTL负载。 注意:准双向口与双向三态口的差别。 注意:准双向口与双向三态口的差别。
当3个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写“1”， 个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写“ I/O口作输入口使用时 P3.5 T1 计数器1外部输入 计数器 外部输入 P3.6 WR 外部数据存储器 另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态。 I/O口无高阻的 另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态。
2.4.2 内部数据存储器 共128个字节， 128个字节， 128个字节 字节地址为00H 7FH。 00H～ 字节地址为00H～7FH 00H～1FH：32个单 00H～1FH：32个单 元，是4组通用工作 寄存器区 20H～2FH：16个单 20H～2FH：16个单 可进行128 128位的 元，可进行128位的 位寻址 30H FH： 用户RAM 30H ～ 7FH ： 用户 RAM 区 ， 只能进行字节寻 址 ， 用作数据缓冲区 以及堆栈区。 以及堆栈区。
I/O口引脚 2.2.3 I/O口引脚 P0口 双向8位三态I/O I/O口 地址总线（ (1) P0口：双向8位三态I/O口，地址总线（低8位）及 数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。 数据总线分时复用口，可驱动8 LS型TTL负载。 负载 P1口 准双向I/O I/O口 可驱动4 LS型TTL负载 负载。 (2) P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。 转义引 引脚 与地址总线 （ 高 8 位 ） 复 功能说明 准双向I/O I/O口 (3) P2口：8位 准双向I/O 口， 与地址总线（ 脚 可驱动4 LS型TTL负载 负载。 用，可驱动4个LS型TTL负载。RXD 串行数据接收端 P3.0 准双向I/O I/O口 双功能复用口，可驱动4 (4) P3口：8位 准双向I/O 口， 双功能复用口 ，可驱动 4 P3.1 TXD 串行数据发送端 P3.2 INT0 外部中断0请求 外部中断 请求 LS型TTL负载 负载。 个LS型TTL负载。 注意:准双向口与双向三态口的差别。 注意:准双向口与双向三态口的差别。
MCS-51系列单片机的结构
石英晶体振荡器产生的振荡信号送至内部时钟电路产生时钟 脉冲信号。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
3.控制总线
(1)
：ALE为地址锁存允许信号。在访问外部
存储器时，ALE用来把扩展地址低8位锁存到外部锁存器。在
不访问外部存储器时，ALE引脚以不变的频率(时钟振荡器频
率的1/6)周期性地发出正脉冲信号，因而它又可用作外部定
品有8031和87510 8031是一个无ROM的8051，它从外部ROM 获取所用的指令，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，除特另 11说明外，用8051这个名称来代表8031、8051和87510
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
二功能是在访问外部存储器时，它分时作为低8位地址线和8 位双向数据线。当P0口作为普通输入口使用时，应先向口锁 存器写“1”。 (2) P1口(P1. 0~P1. 7)是一个内部带上拉电阻的准双向I/O口。 当P1口作为普通输入口使用时，应先向口锁存器写“1” 。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
(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)二一十进制调整。 (10)比较和条件转移的判断等操作。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
2)指令寄存器IR (Instruction Register) 指令寄存器是一个8位寄存器，用于暂存待执行的指令，等
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
3.控制总线
(1)
：ALE为地址锁存允许信号。在访问外部
存储器时，ALE用来把扩展地址低8位锁存到外部锁存器。在
不访问外部存储器时，ALE引脚以不变的频率(时钟振荡器频
率的1/6)周期性地发出正脉冲信号，因而它又可用作外部定
品有8031和87510 8031是一个无ROM的8051，它从外部ROM 获取所用的指令，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，除特另 11说明外，用8051这个名称来代表8031、8051和87510
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
二功能是在访问外部存储器时，它分时作为低8位地址线和8 位双向数据线。当P0口作为普通输入口使用时，应先向口锁 存器写“1”。 (2) P1口(P1. 0~P1. 7)是一个内部带上拉电阻的准双向I/O口。 当P1口作为普通输入口使用时，应先向口锁存器写“1” 。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
(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)二一十进制调整。 (10)比较和条件转移的判断等操作。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
2)指令寄存器IR (Instruction Register) 指令寄存器是一个8位寄存器，用于暂存待执行的指令，等
第2章 MCS-51单片机的硬件结构
CPU访问片外存储器时，模拟开关打向右边。P2 口上送出PC高8位地址或DPTR高8位地址信息。再不作 I/O口使用。
(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 . . .
(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
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
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
第二章 MCS-51系列单片机结构与工作
• （1）地址总线（AB）：地址总线为16位，可寻址范围为 216=64KB。16位地址总线由并口P0经地址锁存器提供低8位地址 （A0至A7）；并口P2直接提供高8位地址（A8至A15）。由于P0口 还要作数据总线，只能分时用作低8位地址线，所以P0输出的低8位 地址必须用锁存器锁存。锁存器的锁存控制信号为ALE输出信号。P2 口具有输出锁存功能，所以不需外加锁存器。 • （2）数据总线（DB）：数据总线为8位，由并口P0提供，用于单片 机与外部存储器和I/O设备之间传送数据。P0口为三态双向口，可以 进行双方向的数据传送。 • （3）控制总线（CB）：由并口P3的第二功能状态和4根独立控制线 RESET、EA、ALE、PSEN组成。
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。
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。
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
小结：
堆栈是一个“后进先出”的 内部RAM区，在数据进出堆 栈时，SP的值将自动增减， 但始终指向最后进入或即将 弹出数据的单元（即栈顶）
SP当前值
栈 顶
35H 34H 33H 32H 数据进入堆栈称“进栈（压栈）” 31H 数据从堆栈取出称“出栈（弹栈）” 30H
压栈：先SP增1，然后装入数据 出栈：先取出数据，然后SP减1。
三、专用功能寄存器 （特殊功能寄存器）SFR
MCS-51单片机内各种控制 寄存器和状态寄存器都是以 专用功能寄存器（或称特殊 功能寄存器）的形式出现的， 它们的地址分布在80H~FFH 区间。 每个寄存器都有相应的地址， 可以象访问内部RAM一样访 问。 MCS-51共有21个寄存器，只 占80H~FFH中的一部分，PC 除外。
总结§2.2 存储器
一、程序存储器 二、片内数据存储器(分三个区） 三、专用寄存器（特殊功能寄存器） 四、位存储器 五、外部数据存储器
片 内
§2.3 并行输入/输出端口结构
PSW各位定义如下
⑸. OV （PSW.2）溢出标志
当执行算术指令时，由硬件置位或清零，以指示溢出状态。 ①当执行加法或减法指令时有： OV = Cs ㈩ Cp 加法：用Cs和Cp表示有进位 减法：用Cs和Cp表示有借位
②无符号数乘法或除法指令 ：执行结果也会影响OV标志，详 见MUL和DIV指令的说明。
ห้องสมุดไป่ตู้
介绍几个常用SFR
1、累加器 ACC
累加器是一个最常用的专用寄存器。大多数单操作数指令的 操作数取自累加器，很多双操作数指令的一个操作数也 取自累加器
2、B寄存器
在乘除指令中用到了B寄存器，在其它指令中，B寄存器可 以用作计数器或一般RAM单元。
第2章 MCS-51单片机
• 外部数据存储器
在单片机内部数据存储器容量不够的情况下，可 扩展外部数据存储器。 ① 用于存放随机读写的数据。 ② MCS-51外部数据存储器和外部I/O口统一编址。
③ MCS-51最大扩展空间为64KB，地址范围为 0000H~FFFFH。
2.3.5 特殊功能寄存器 MCS-51单片机共有21个字节的特殊功能寄 存器SFR （Special Fuction Register）。 1.用途：
1. 运算器
算术运算：加、减、乘、除、加1、减1、比较 BCD码十进制调整等 逻辑运算：与、或、异或、求反、循环等逻辑操 作 位操作：内部有布尔处理器，它以进位标志位C 为位累加器，用来处理位操作。可对位置 “1” 、对位清零 、位判断等。 操作结果的状态信息送至状态寄存PSW。
2.程序计数器PC 程序计数器PC是16位的寄存器，用来存放即将 要执行的指令地址，可对64KB程序存储器直接寻 址。执行指令时，PC内容的低8位经P0口输出，高 8位经P2口输出。
例：单片机外接晶振频率12MHZ时的各种时序 单位： 振荡周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us
状态周期=2/fosc=2/12MHZ=0.167us
机器周期=12/fosc=12/12MHZ=1us 指令周期=(1～4)机器周期=1～4us
2.5
复位状态与复位电路
2.5.1 复位状态
各个引脚的功能:
2.2.1 电源引脚 GND：接地端。 Vcc：电源端，接+5V。 2.2.2 时钟信号引脚 XTAL1，XTAL2: 接外部晶体或外部时钟。
2.2.3 控制信号引脚 RST/VPD： ①复位信号输入。 ②接备用电源，VCC掉电后，在低功耗条件下保持内部RAM中 的数据。 PSEN：程序存储器允许。输出读外部程序存储器的选通信号。 ALE/PROG： ①ALE 地址锁存允许。 ALE输出脉冲的频率为振荡频率的 1/6。 ②PROG 对8751单片机片内 EPROM 编程时，引入编程脉冲。 EA/VPP： ① EA =0，单片机只访问外部程序存储器。 EA =1，单片机访问内部程序存储器。 ②在8751片内EPROM编程期间，引入21V编程电源VPP。
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）
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。
第02章MCS51单片机内部结构
17
·P 奇偶校验位。它用来表示ALU运算结果中二进制数位 “1”个数的奇偶性。若为奇数，则P=1；否则为0。 运 算结果有奇数个1，P＝1；运算结果有偶数个1，P＝0。
例,某运算结果是78H（01111000），显然1的个数 为偶数，所以P=0。 （4）、I/O口专用寄存器（P0、P1、P2、P3）
9
（2）、程序计数器PC PC的作用是用来存放将要执行的指令地址，共16位，
可对64KB ROM直接寻址。PC低8位经P0口输出，高8 位经P2口输出。也就是说，程序执行到什么地方，程序 计数器PC就指到哪里。由于用户程序是存放在内部的 ROM中，执行程序就要从ROM中一个个字节的读出来， 然后到CPU中去执行，在ROM中具体执行的指令就要由 程序计数器PC来指定。
16
·AC 辅助进位标志位。当进行加、减运算出现低4位向高4位进位 或借位时，AC置位，否则被清零。AC辅助进位位也常用于十进制 调整。 ·F0 用户标志位。由用户（编程人员）决定什么时候用，什么时 候不用。 ·RS1、RS0 工作寄存器组选择位。其相关内容将在后面存储器组 织中进行介绍。 ·OV 溢出标志。带符号加减运算中，超出了累加器A所能表示的 符号数有效范围（－128~＋127）时，即产生溢出，OV=1，表明 运算运算结果错误。如果OV=0，表明运算结果正确。
2
MCS-51以其典型的结构和完善的它总线、专用寄存 器集中管理方式、众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰 富指令系统，为其他单片机的发展奠定了基础，导致后来 的许多厂商在研发产品时多沿用或参考了其体系结构。全 球许多大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机，像 PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半导体公司都推出 了兼容MCS-51的单片机产品。
·P 奇偶校验位。它用来表示ALU运算结果中二进制数位 “1”个数的奇偶性。若为奇数，则P=1；否则为0。 运 算结果有奇数个1，P＝1；运算结果有偶数个1，P＝0。
例,某运算结果是78H（01111000），显然1的个数 为偶数，所以P=0。 （4）、I/O口专用寄存器（P0、P1、P2、P3）
9
（2）、程序计数器PC PC的作用是用来存放将要执行的指令地址，共16位，
可对64KB ROM直接寻址。PC低8位经P0口输出，高8 位经P2口输出。也就是说，程序执行到什么地方，程序 计数器PC就指到哪里。由于用户程序是存放在内部的 ROM中，执行程序就要从ROM中一个个字节的读出来， 然后到CPU中去执行，在ROM中具体执行的指令就要由 程序计数器PC来指定。
16
·AC 辅助进位标志位。当进行加、减运算出现低4位向高4位进位 或借位时，AC置位，否则被清零。AC辅助进位位也常用于十进制 调整。 ·F0 用户标志位。由用户（编程人员）决定什么时候用，什么时 候不用。 ·RS1、RS0 工作寄存器组选择位。其相关内容将在后面存储器组 织中进行介绍。 ·OV 溢出标志。带符号加减运算中，超出了累加器A所能表示的 符号数有效范围（－128~＋127）时，即产生溢出，OV=1，表明 运算运算结果错误。如果OV=0，表明运算结果正确。
2
MCS-51以其典型的结构和完善的它总线、专用寄存 器集中管理方式、众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰 富指令系统，为其他单片机的发展奠定了基础，导致后来 的许多厂商在研发产品时多沿用或参考了其体系结构。全 球许多大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机，像 PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半导体公司都推出 了兼容MCS-51的单片机产品。
MCS-51单片机的内部结构
作为一般的寄存器用。
整理ppt
6
MCS-51的CPU：运算器 2.寄存器 (3) 程序状态字PSW
➢程序状态字是8位寄存器，用于指示程序运行状态信息。 ➢其中有些位是根据程序执行结果由硬件自动设置的，而 有些位可由用户通过指令方法设定。
PSW中各标志位名称及定义如下：
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 C AC F0 RS1 RS0 OV — P
写操作，但可以通过转移、调用、返回等指令改变 其内容，以实现程序的转移。 ✓ PC的寻址范围为64KB，即地址空间为0000～0FFFFH。
整理ppt
14
MCS-51的CPU：控制器
数据指针DPTR
✓ 数据指针DPTR为16位寄存器，它是MCS—51中 唯一的一个16位寄存器。
✓ DPTR通常在访问外部数据存储器时作为地址指 针使用，寻址范围为64KB。
✓ 编程时，既可按16位寄存器使用，也可作为两 个8位寄存器分开使用。DPH 为DPTR的高八位 寄存器，DPL 为DPTR的低八位寄存器。
1
组1
08~0FH
1
0
组2
10~17H
1
1
组3
18~1FH
整理ppt
10
程序状态字PSW
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 CY AC F0 RS1 RS0 OV — P
OV：溢出标志位
在带符号数（补码数）的加减中，OV=1表示运算的结果 超出了累加器A的八位符号数表示范围（－128～ +127），产生溢出，因此运算结果是错误的。OV=0， 表示未超出表示范围，运算结果正确。
传送、位与、位或等位操作。另外某些控制转移
整理ppt
6
MCS-51的CPU：运算器 2.寄存器 (3) 程序状态字PSW
➢程序状态字是8位寄存器，用于指示程序运行状态信息。 ➢其中有些位是根据程序执行结果由硬件自动设置的，而 有些位可由用户通过指令方法设定。
PSW中各标志位名称及定义如下：
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 C AC F0 RS1 RS0 OV — P
写操作，但可以通过转移、调用、返回等指令改变 其内容，以实现程序的转移。 ✓ PC的寻址范围为64KB，即地址空间为0000～0FFFFH。
整理ppt
14
MCS-51的CPU：控制器
数据指针DPTR
✓ 数据指针DPTR为16位寄存器，它是MCS—51中 唯一的一个16位寄存器。
✓ DPTR通常在访问外部数据存储器时作为地址指 针使用，寻址范围为64KB。
✓ 编程时，既可按16位寄存器使用，也可作为两 个8位寄存器分开使用。DPH 为DPTR的高八位 寄存器，DPL 为DPTR的低八位寄存器。
1
组1
08~0FH
1
0
组2
10~17H
1
1
组3
18~1FH
整理ppt
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程序状态字PSW
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 CY AC F0 RS1 RS0 OV — P
OV：溢出标志位
在带符号数（补码数）的加减中，OV=1表示运算的结果 超出了累加器A的八位符号数表示范围（－128～ +127），产生溢出，因此运算结果是错误的。OV=0， 表示未超出表示范围，运算结果正确。
传送、位与、位或等位操作。另外某些控制转移
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8031
8051 8751 8032 8052
MCS - 51
MCS-51两个系列： 基本型 51子系列 (8031\8051\8751) 增强型 52子系列 (8032\8052\8752) 所有的基础都是基本型。
内部结构： 8位的CPU； 128个字节的片内RAM； 4K字节的片内ROM程序存储
（2）数据存储器
物理上分为两大区域： 00H ~ 7FH即128B内RAM区 80H ~ FFH即SFR区。 外部数据存储器用16位地址，只能用 MOVX指令访问 内部数据存储器用8位地址，通常用 MOV指令访问
数据存储器：
7FH
用户RAM区
2FH / 30H
位寻址区 （位地址00H ~ 7FH ）
读操作码（丢弃）
S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6
S1
S2
单字节双周期指令例：INC DPTR
（1）单字节单周期指令：INC
A
只需进行一次读指令操作（指令只有
一个字节），当第二个ALE有效时，由于
PC没有加1，读出的还是原指令。属于一
次无效操作。
（2）双字节单周期指令：ADD
位地址 / 位定义 F4 E4 D4 RS1 BC B4 P3. 4 F3 E3 D3 RS0 BB B3 P3.3 F2 E2 D2 OV BA B2 P3.2 F1 E1 D1 / B9 B1 P3.1 F0 E0 D0 P B8 B0 P3.0
地址 F0H E0 D0H B8H B0H A8H
指令周期：即从取指到执行完，所需时 间。不同机器指令周期不一样；即使相 同机器，不同的指令其指令周期也不一 样。一个指令周期含若干机器周期（单、 双、四周期）
一个机器周期
S1
P1 P2
S2
S3
S4
S5
S6
S1
P1 P2
S2
S3
S4
S5
S6
ALE
读操作码
读下一个操作码（丢弃 ）
单字节单周期指令
S1
低功耗方式
• HMOS型单片机的掉电操作方式 • CHMOS单片机的低功耗方式
CHMOS单片机的低功耗方式
• PCON • 待机方式 – 将IDL置位 – 退出待机方式有两条途径 • 掉电方式 – 将PD置位 – 退出掉电方式的惟一途径是硬件复位 SMO D — — — GF1 GF0 PD IDL
30
29
ALE / PROG PSEN
p 2.7
28
21
p 2. 0
总线结构：
2.3
CPU
微处理器又称为CPU，是单片机内 部的核心部件，它决定了单片机的重 要功能特性。它由运算器和控制器两 大部分组成。
对CPU的使用就是对CPU中的寄存器 的使用。
1.控制器
（1） 时序电路 （2）程序计数器PC：16位 （3）指令寄存器IR（8位）和指令译码电路 （4）微操作控制部件 （5）中断控制电路 （6）数据指针DPTR：16位
S2
S3
S4
S5
S6
S1
例：INC
A
S1 P1 P2 S2
S3
S4
S5
S1 S6 P1 P2 S2
S3
S4
S5
S6
ALE
读操作码
读下一个操作码（丢弃 ）
单字节单周期指令
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S1
例：INC
A
读操作码
读第二个字节
双字节单周期指令
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S1
例：ADD A，DATA
读操作码
2.5 MCS-51单片机的工作方式
• 系统设计制造完成、产品交付使用后，第一步就是上电工作 • 为使系统从确定的状态开始工作，必须进行内部复位操作， 然后进入程序执行方式 • 在运行过程中，如果外部干扰或其他因素使系统处于不正常 状态，还需要通过手动按钮或监视定时器使其复位
• 在电源不稳定或由电池供电的场合，需要降低功耗，启用单 片机的低功耗方式
4.辅助电路及时序
时钟电路
HMOS型
CMOS型
使用外部时钟的连接
5. CPU的时序 时钟的基本概念
启动单片机后，指令执行顺序：
取指令 分析 执行
时序的定义：
单片机内的各种操作都是在一系列脉
冲控制下进行的，而各脉 冲在时间上 是有先后顺序的，这种顺序就称为时序。
振荡周期：由振荡时钟产生。
2 个 16 位定 时器 / 计数器
内部总线 8051 CPU
64K 字节总 线扩展控制 中断 中断 控制
可编程 I/O 口 4× 8 位
可编程 串行口
并行 I/O 口
串行输入
/ 输出
8051
单片机结构框图
2.2 引脚功能
p 1.0
1
40 39
VCC
p 0. 0
p 1.7
8
9
10 11 12
RST
(8031无)；
外部的RAM和ROM的寻址范围为64K；
21个字节的专用寄存器； 4个8位并行I/O口
1个全双工的串行口
2个16位的定时器/计数器
5个中断源、2个中断优先级
111• 条指令。
频率基准源
计数器
振荡器及定 时电路
4 K /8K 存储器
字节程序 ROM
128 /256 字 节数据存储 器 RAM
p 3.0 / RXD p 3.1 / TXD
p 3.2 / INT 0
32 31
p 0.7
Vpp / EA
p 3.3 / INT1 p 3.4 / T0
p 3.5 / T1
p 3.6 / WR p 3.7 / RD XTAL2 XTAL1
VSS
13 14 15 16 17 18 19 20
8051
PSW CY
AC
F0
OV
RS1 RS0
—
P
RS1、RS0 —寄存器区选择控制位。
0 0： 0区 R0 ~ R7
0 1：
1 0：
1区 R0 ~ R7
2区 R0 ~ R7
1 1：
3区 R0 ~ R7
3.布尔处理器
（1）位累加器（C） （2）位寻址的数据存储区（20H-2FH） （3）位寻址的寄存器区 （4）位寻址的I/O引脚 （5）位操作指令系统
第二章
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
51单片机内部结构
51单片机基本结构 51单片机引脚功能 51单片机的CPU 51单片机的存储器 51单片机的工作方式
2.1
基本结构
存储器类
MCS-51单片机系列
型 单片机系列
51子系 列 52子系 列
掩膜 MOS
/
4KB / / 8KB
EPROM
/
/ 4KB / /
数据缓冲区、堆栈区、工作 单元
1FH / 20H
即可位寻址，又可字节寻址
第3组通用寄存器区
17H / 18H
0FH / 10H
07H / 08H
第2组通用寄存器区
第1组通用寄存器区
00H
第0组通用寄存器区
R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7
位寻址区
特殊功能寄存器 MCS-51单片机内共有22个特殊功能寄 存器，包括PC及SFR。 PC为程序计数器。它是一个双字节寄 存器,寻址范围为: 0000H ~ FFFFH，即0 ~ 64KB。
如8052
内部ROM、外部ROM统一编址，同样 的时序访问。
七个具有特殊含义的单元是：
0000H —— 系统复位，PC指向此处； 0003H —— 外部中断0入口 000BH —— T0溢出中断入口 0013H —— 外中断1入口 001BH ——T1溢出中断入口 0023H —— 串口中断入口 002BH —— T2溢出中断入口
00FFH
特殊功
外部 RAM （64K）
能寄存器
1000H
0 F F F H 内部 ROM
0000H
EA = 1
0080H
0080H
内部RAM
0000H
数据存储器
0000H
程序存储器
（1）程序存储器
MCS-51系列中有3种形式
无内部ROM型
如8031、8032
4KB内部ROM型
如8051
8KB内部ROM型
A，#data
ALE两次读操作都有效，第一次读操 作码（指令第一字节），第二次读立即数
（指令第二字节）。
（3）单字节双周期指令：INC
DPTR
两个机器周期共进行四次读指令操 作，但其后三次的读操作都是无效的。
2.4 MCS-51单片机的存储器组织
0FFFFH
0FFFFH
外部 ROM EA = 0
2.算术运算 （1）ALU （2）A——累加器。
（3）B——B寄存器，乘、除法运算用。
（4）PSW——程序状态字寄存器：包含 程序运行状态、信息。
PSW CY
AC
F0
OV
RS1 RS0
—
P
CY —— 进位/借位标志；位累加器。 AC —— 辅助进/借位标志；用于十进制调整。 F0 —— 用户定义标志位；软件置位/清零。 OV —— 溢出标志； 硬件置位/清零。 P —— 奇偶标志；A中1的个数为奇数 P = 1；否则 P = 0。
98H 90H 8DH 8CH 8BH 8AH
+
GATE 8B IE1 GF1
C/T 8A IT1 GF0