第2章 单片机硬件结构及其特点
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第2章 AT89S51单片机硬件结构PPT课件
图2-2 AT89S51双列直插封装方式的引脚
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2．时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电
路输入端。用片内振荡器时，该脚接外部石英晶体和微调电 容。外接时钟源时，该脚接外部时钟振荡器的信号。 （2）XTAL2（18脚）：片内振荡器反相放大器的输出端。当使 用片内振荡器，该脚连接外部石英晶体和微调电容。当使用 外部时钟源时，本脚悬空。 2.2.2 控制引脚 （1）RST (RESET，9脚) 复位信号输入，在引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电 平，可使单片机复位。正常工作，此脚电平应 ≤ 0.5V。
节和页编程，现场程序调试和修改更加方便灵活； （2）数据指针增加到两个，方便了对片外RAM的访问过程； （3）增加了看门狗定时器，提高了系统的抗干扰能力；
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（4）增加断电标志； （5）增加掉电状态下的中断恢复模式。 片内各功能部件通过片内单一总线连接而成（见图2-1），
基本结构依旧是CPU 加上外围芯片的传统微机结构。 CPU对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR，
目的：本章学习，为AT89S51系统的应用设计打下基础。 在原理和结构上，单片机把微机的许多概念、技术与特点都
继承下来。用学习微机的思路来学习单片机。
2.1 AT89S51单片机的硬件组成 片内硬件组成结构如图2-1所示。把作为控制应用所必需的基本
功能部件都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。 有如下功能部件和特性：
（1）8位微处理器（CPU）； （2）数据存储器（128B RAM）； （3）程序存储器（4KB Flash ROM）； （4）4个8位可编程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）
； （5）1个全双工的异步串行口； （6）2个可编程的16位定时器/计数器；
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2．时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电
路输入端。用片内振荡器时，该脚接外部石英晶体和微调电 容。外接时钟源时，该脚接外部时钟振荡器的信号。 （2）XTAL2（18脚）：片内振荡器反相放大器的输出端。当使 用片内振荡器，该脚连接外部石英晶体和微调电容。当使用 外部时钟源时，本脚悬空。 2.2.2 控制引脚 （1）RST (RESET，9脚) 复位信号输入，在引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电 平，可使单片机复位。正常工作，此脚电平应 ≤ 0.5V。
节和页编程，现场程序调试和修改更加方便灵活； （2）数据指针增加到两个，方便了对片外RAM的访问过程； （3）增加了看门狗定时器，提高了系统的抗干扰能力；
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（4）增加断电标志； （5）增加掉电状态下的中断恢复模式。 片内各功能部件通过片内单一总线连接而成（见图2-1），
基本结构依旧是CPU 加上外围芯片的传统微机结构。 CPU对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR，
目的：本章学习，为AT89S51系统的应用设计打下基础。 在原理和结构上，单片机把微机的许多概念、技术与特点都
继承下来。用学习微机的思路来学习单片机。
2.1 AT89S51单片机的硬件组成 片内硬件组成结构如图2-1所示。把作为控制应用所必需的基本
功能部件都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。 有如下功能部件和特性：
（1）8位微处理器（CPU）； （2）数据存储器（128B RAM）； （3）程序存储器（4KB Flash ROM）； （4）4个8位可编程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）
； （5）1个全双工的异步串行口； （6）2个可编程的16位定时器/计数器；
单片机第一章第二章第三章
码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使
用高级语言进行开发；
·作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输
出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具
备10mA-20mA灌电流的能力；
·片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、
启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠；
整理课件
属于RISC结构的有Microchip公司的PIC系列、 Atmel的AT90S系列、 Zilog的Z86系列、韩国三星 公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系 列等。
一般来说，控制关系较简单的小家电，可以采用 RISC型单片机；控制关系较复杂的场合，如通讯产品、 工业控制系统应采用CISC单片机。
整理课件
三、 单片机的特点、分类、及应用
1. 单片机的特点
（1）性价比高 （2）控制功能强 （3）高集成度、高可靠性、体积小 （4）低电压、低功耗
2. 单片机的分类
（1）按单片机内部程序存储器分类 片内无ROM型 片内带掩膜ROM（QTP）型、片内EPROM型、
片内一次可编写型（OTP型）和片内带Flash型等。 整理课件
（4）按单片机字长分类 4位、8位、16位、32位整理、课件和64位机
3. 单片机均可用单片机实现
四、MCS-51和8051、8031、89C51等的关系
MCS-51是指INTEL公司生产的一系列单片机的总称。
此系列包括好多品种，如8031，8051，8751， 8032，8052，8752等等。
系统。
单片机片内的各功能部件 通过内部总线相互连接，
集成在单片机内的这 些部件如何连接和进
第2章 89C51单片机硬件结构和原理 (单片机原理课件)
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单片机原理及接口技术
1、准双向 当I/O口作为输入时，应先向此口锁存器写入 全1， 此时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。
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单片机原理及接口技术
2、P0口：
P0口可作为一个8位数据准双向输入/输出口；
在CPU访问片外存储器时，P0口为分时复用的
低8位地址总线和8位数据总线。
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3、片内4KB程序存储器Flash ROM（4KB）: 用以存放程序、一些原始数据和表格。但有一些单片机内
部不带ROM/EPROM，如8031、8032、80C31等。
4、四个8位并行I/O（输入/输出）接口 P0~P3: 每个口可以用作输入，也可以用作输出。
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单片机原理及接口技术
5、两个或三个定时/计数器: 每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部 事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据 计数或定时的结果 实现计算机控制。 6、一个全双工UART的串行I/O口: 可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。 7、片内振荡器和时钟产生电路: 但需外接晶振和电容。 8、五个中断源的中断控制系统。 9、具有节电工作方式：
（3）8位程序状态寄存器PSW： （4）8位寄存器B：
（5）布尔处理器： （6）2个8位暂存器：
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1）运算器 （1）8位的ALU： 可对4位、8位、16位数据进行操作。
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单片机原理及接口技术
（2）8位累加器ACC（A）： • 它经常作为一个运算数经暂存器2进入ALU 的输入端，与另一个来自暂存器1的运算数 进行运算，运算结果又送回ACC。
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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 89C51单片机硬件结构和原理
2．累加器A 使用最频繁的寄存器，可写为Acc。“A”与“Acc” 书写上 的差别，将在第3章介绍。
作用如下：
（1）ALU单元的输入数据源之一，又是ALU运算结果存放单元。 （2）数据传送大多都通过累加器A，相当于数据的中转站。为 解决“瓶颈堵塞”问题，AT89S51增加了一部分可以不经过 累加器的传送指令。
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PSW中各个位的功能： （1）Cy（PSW.7）进位标志位
可写为C。在算术和逻辑运算时，若有进位/借位，Cy＝1；
否则，Cy＝0。在位处理器中，它是位累加器。 （2）Ac（PSW.6）辅助进位标志位 在BCD码运算时，用作十进位调整。即当D3位向D4位产生进 位或借位时，Ac＝1；否则，Ac＝0。 （3）F0（PSW.5）用户设定标志位 由用户使用的一个状态标志位，可用指令来使它置1或清0， 控制程序的流向。用户应充分利用。
端（12-21V）。
4、I/O端口P0、P1、P2和P3 准双向的含义：
当I/O口作为输入时，应先向此口锁存器写入全1， 此 时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。
1）P0口：用作通用的I/O口；当外扩存储器及I/O接口芯片时，P0口作为低8位地址 总线及数据总线的分时复用端口。 2）P1口：用作通用的I/O口 3）P2口：用作通用的I/O口；当外扩存储器及I/O接口芯片时，P2口作为高8位地址 总线 4）P3口：用作通用的I/O口；每个引脚有第二功能
图2－6 高128字节RAM(SFR区)
1、堆栈指针SP
堆栈指针SP（8位），可指向片内RAM00H～7FH的任何单元。系统 复位后，SP指向07H的RAM单元，所以入栈的第一个数据位于08H单元。
堆栈：在片内RAM区专门开辟的一个区域，数据的存取是按“后进先
第2章 AT89S51单片机系统结构和
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2.2.1 8051结构
如图所示为8031、8051、8751的内部总体结构，该结构按功能可划分为8个组成部 分，它们是通过片内单一总线连接起来的。 微处理器（CPU）； 数据存储器（RAM）； 程序存储器（ROM/EPROM）； 特殊功能寄存器（SFR）； I/O口； 串行口； 定时器/计数器及中断系统。
当AT89S51工作于节电模式时，CPU进入睡眠模式，但是 所有的端口仍然保持工作状态。节电模式能够通过软件 进入，在这个模式下，所有的内存数据和特殊功能寄存 器的值均保持不变。节电模式能够被任何使能的中断和 硬件复位所结束。 当节电模式是由于硬件复位结束时，程序将从其进入节 电模式的指令继续执行，为了避免在外部引脚有不可预 测的输出，最好不要将写外部端口操作和读取外部内存 放在节电模式指令后的下一步操作。
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2.2.4 特殊寄存器组（SFR）
AT89S51单片机中的特殊功能寄存器（SFR）是非常重要 的内存单元，对于单片机的工程技术人员来说，理解了 SFR也就基本掌握了AT89S51单片机。 AT89S51单片机的SFR包括内部的I/O口锁存器、累加器、 定时器、串行口、中断等各种控制寄存器和状态寄存器， 共26个SFR，它们离散地分布在80H~0FFH的SFR地址空间 内，其余空缺内存位置为保留空间，为将来单片机内核 升级使用，特殊功能寄存器名及对应的地址
SP是一个8为的SFR，它用来指示出堆栈顶部在内部RAM 块中的位置。系统复位后SP的值为07H，若不对SP设置 初值，则堆栈在08H开始的区域，为了不占用工作寄存 器R0～R7的地址，一般在编程时应设置SP的初值。 数据进入堆栈前，SP加1（成为压栈）；数据从堆栈中 取出（成为出栈）后，SP减1。
02第二章 80C51单片机的硬件
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程序计数器PC 程序计数器PC
16位寄存器,用于存放将要执行的指令的地址, 16位寄存器,用于存放将要执行的指令的地址,
可寻址64K范围.PC在物理结构上相对独立,不 可寻址64K范围.PC在物理结构上相对独立,不 属于SFR,如将要执行的指令为多字节指令,则 属于SFR,如将要执行的指令为多字节指令,则 PC存放指令的第一个字节的地址. PC存放指令的第一个字节的地址. PC的功能: PC的功能: 复位功能 计数功能 直接置位功能
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表2-5 RS1,RS0与寄存器区的关系 , 与寄存器区的关系
RS1 RS0 当前区号(组 当前区号 组) R0～R7地址 ～ 地址
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 2 3
00H～07H ～ 08H～0FH ～ 10H～17H ～ 18H～1FH ～
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(2).位寻址区
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2,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ部数据存储器 ,
由于MCS-51子系列单片机内部数据存储器只有128个
字节,往往不够用,这就需要扩展外部数据存储器, 外部数据存储器最多可扩至64KB. 访问外部存储器需要利用外部总线进行地址和数据的 传输,此时用P0,P2口 P0 P2 访问外部数据存储器只能用间接寻址,两种方式: DPTR和Ri(i=0,1),并有专用指令
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2.3 MCS-51单片机的引脚功能 MCS-51单片机的引脚功能
MCS-51 单片机共有40 个引脚. MCS-51单片机共有 40个引脚 .
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2.4 MCS-51单片机存储器 MCS-51单片机存储器
单片机详解 09MCU第2章
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
SP
先进后出，后进先出 SP可设，根据用户需要的容量定
（SP是地址最小的那个单元)
开机后，自动初始化为07H
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
分析下面程序的结果
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
MOV
SP，#5FH
MOV
MOV
A，#100
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
51单片机内部结构框图：
XTAL1 XTAL2
(*:属第二功能P3口线)
4K ROM （ EPROM） 8031无ROM 特殊功能 寄存器SFR, 128字节RAM
计数脉冲输入*
T0 T1
时钟源
定时器/ 计数器 T0,T1
8位CPU
并行I/O接口 串行接口 中断系统
字节地址D0H
进位标志位C： 表示运算结果是否有进位或借位。
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
AC：
低4位有无进(借)位的状况。
F0：
用户根据需要临时对F0赋予含义，通过编程设定。
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
RS1、RS0：
选定当前使用的4个工作寄存器
OV：
指示运算结果是否溢出。
3组(18H~1FH)
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
问题：
PSW 是什么？
PSW.4 和 PSW 什么关系？ ---- 后面部分将介绍
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
任务3：
在任务2的基础上，让8个灯循环点亮 （流水/跑马）
回忆一下之前我们掌握了什么知识？
亮/灭 指令
第2章 MCS-51单片机
（4）可寻址外部程序存储器和数据存储器，各64KB；
（5）两个16位定时器／计数器； （6）32位可编程并行I／O口； （7）一个可编程全双工串行I／O口； （8）二十多个特殊功能寄存器； （9）5个中断源，两个优先级嵌套中断结构。
2. 微处理器 8051微处理器的组成如下所示：
累 加 器 ACC（ Accumulator） 程 序 状 态 字 寄 存 器 PSW（ Program Status Word） 运算器 暂存寄存器 CPU 寄存器B 指 令 寄 存 器 IR 控制器 指 令 译 码 器 ID 程 序 计 数 器 PC
(2)位寻址区
内部RAM的0x20～0x2F为位寻址区，这16个字节的每
一位都对应一个8位地址，位地址范围为0x00～0x7F。该区 域可按字节读写，也可按位读写，位地址从0x20单元最低位 开始，共有16×8位，即128个位地址。 如果系统需要位操作，最好保留0x20～0x2F单元的部分
或全部，作为位存储区，以支持位处理操作。位寻址区的每
一位都可以直接进行位操作。通常把各种程序状态标志位控 制变量，设在位寻址区内，同时，位寻址区的RAM单元也 可以作一般的数据缓冲器使用。RAM寻址区位地址映象如 表2-5所示。
位 寻 址 区 地 址 映 象
(3)缓冲器区
内部RAM的0x30～0x7F的地址区，可作为数据缓冲器 使用，存放数据，由于该区有丰富的操作指令，使用十分 方便。 2.外部数据存储器 在51系列中，允许用户扩展外部数据存储器和I/O接口， 用户可以通过P0、P2口最多扩展连接64K个外部单元（每
片机系统。
MCS-51的典型产品是8051、8031、8751。8051是ROM型单片 机，内部有 4KB 掩膜 ROM ； 8031 无片内 ROM ， 8751 片内有
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。
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 . . .
郭天祥单片机教程 第2章硬件
第2章 单片机的硬件结构和原理
2.2 MCS - 51单片机硬件结构 单片机硬件结构
2.2.1 MCS - 51系列单片机的分类 系列单片机的分类
表 2.1 MCS - 51 系列单片机配置一览表
Atmel() 51系列 系列: 系列
AT89c51/52/s53/c2051/c1051;
第2章 单片机的硬件结构和原理
2.3.2 控制器
1. 时钟电路
图 2.2 单片机时钟电路 （a） 内部时钟电路； （b） 外部振荡源
第2章 单片机的硬件结构和原理 2. 复位电路
图 2.3 单片机复位电路 （a）上电复位电路；(b) 开关复位电路
第2章 单片机的硬件结构和原理
表 2.3 复位后内部寄存器状态
第2章 单片机的硬件结构和原理
特殊功能寄存器地址表 表 2.6 SFR特殊功能寄存器地址表 特殊功能寄存器地址表
第2章 单片机的硬件结构和原理 3. 外部数据存储器 外部数据存储器 外部数据存储器一般由静态RAM 外部数据存储器一般由静态 构成， 构成 ， 其容量大小由用户根据需要而 定, 最大可扩展到 64 KB RAM , 地址 是 0000H~0FFFFH。CPU通过 通过MOVX 。 通过 指令访问外部数据存储器, 指令访问外部数据存储器 用间接寻址 方式, 方式 R0、R1和 DPTR都可作间接寄 、 和 都可作间接寄 存器。注意, 外部RAM和扩展的 接 和扩展的I/O接 存器。注意 外部 和扩展的 口是统一编址的, 所有的外扩I/O口都 口是统一编址的 所有的外扩 口都 中的地址单元。 要占用 64 KB中的地址单元。 中的地址单元
第2章 单片机的硬件结构和原理 5. 堆栈指针 （Stack Pointer） 堆栈指针SP（ ） 堆栈操作是在内存RAM区专门开辟出来的按照 “ 先进 区专门开辟出来的按照“ 堆栈操作是在内存 区专门开辟出来的按照 后出”原则进行数据存取的一种工作方式, 后出”原则进行数据存取的一种工作方式 主要用于子程序 调用及返回和中断处理断点的保护及返回, 调用及返回和中断处理断点的保护及返回 它在完成子程序 嵌套和多重中断处理中是必不可少的。为保证逐级正确返回, 嵌套和多重中断处理中是必不可少的。为保证逐级正确返回 进入栈区的“断点”数据应遵循“先进后出”的原则。 用 进入栈区的“断点”数据应遵循“先进后出”的原则。SP用 来指示堆栈所处的位置, 在进行操作之前, 先用指令给SP赋值 赋值, 来指示堆栈所处的位置 在进行操作之前 先用指令给 赋值 以规定栈区在RAM区的起始地址 （ 栈底层 ） 。 当数据推入 区的起始地址（ 栈底层） 以规定栈区在 区的起始地址 栈区后, 的值也自动随之变化。 系统复位后, 栈区后 SP的值也自动随之变化。MCS - 51 系统复位后 SP 的值也自动随之变化 初始化为07H。 。 初始化为
第2章--AT89S52硬件结构S52
2
2.4.3 特殊功能寄存器 2.4.4 位地址空间 2.4.5 存储器结构总结 2.5 AT89S52的并行I/O端口 2.5.1 P0口 2.5.2 P1口 2.5.3 P2口 2.5.4 P3口 2.6 时钟电路与时序 2.6.1 时钟电路设计
3
2.6.2 时钟周期、机器周期、指令周期与指令时序 2.7 复位操作和复位电路
25
（3）P2口：P2.7～P2.0引脚 准双向I/O口，引脚内部接有上拉电阻，可驱动4个LS型TTL负载。 当AT89S52访问外部存储器及I/O口时，P2口作为高8位地址总线使用，
输出高8位地址。 当P2口不作为高8位地址总线时，可作为通用的I/O口使用。
26
（4）P3口：P3.7～P3.0 准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P3口的第一功能是作为通用的I/O口使用，可驱动4个LS型TTL负载。 P3口还可提供第二功能。第二功能定义见表2-1，应熟记。 综上所述，P0口可作为总线口，为双向口。作为通用的I/O口使用
6
图2-1 AT89S52单片机片内结构
7
（7）中断系统具有6个中断源、6个中断向量； （8）特殊功能寄存器（SFR）32个； （9）1个看门狗定时器； （10）低功耗模式有空闲模式和掉电模式，且具有掉电模式
下的中断恢复模式。
片内各功能部件通过片内单一总线连接而成（见图2-1），基本结构依 旧是CPU 加上外围芯片的传统微机结构。
复位，使程序恢复正常运行。 AT89S52完全兼容AT89C51/AT89S51单片机，使用AT89C51/
AT89S51单片机的系统，在保留原来软硬件的基础上，可用AT89S52直接 代换。
12
2.2 AT89S52的引脚功能
2.4.3 特殊功能寄存器 2.4.4 位地址空间 2.4.5 存储器结构总结 2.5 AT89S52的并行I/O端口 2.5.1 P0口 2.5.2 P1口 2.5.3 P2口 2.5.4 P3口 2.6 时钟电路与时序 2.6.1 时钟电路设计
3
2.6.2 时钟周期、机器周期、指令周期与指令时序 2.7 复位操作和复位电路
25
（3）P2口：P2.7～P2.0引脚 准双向I/O口，引脚内部接有上拉电阻，可驱动4个LS型TTL负载。 当AT89S52访问外部存储器及I/O口时，P2口作为高8位地址总线使用，
输出高8位地址。 当P2口不作为高8位地址总线时，可作为通用的I/O口使用。
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（4）P3口：P3.7～P3.0 准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P3口的第一功能是作为通用的I/O口使用，可驱动4个LS型TTL负载。 P3口还可提供第二功能。第二功能定义见表2-1，应熟记。 综上所述，P0口可作为总线口，为双向口。作为通用的I/O口使用
6
图2-1 AT89S52单片机片内结构
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（7）中断系统具有6个中断源、6个中断向量； （8）特殊功能寄存器（SFR）32个； （9）1个看门狗定时器； （10）低功耗模式有空闲模式和掉电模式，且具有掉电模式
下的中断恢复模式。
片内各功能部件通过片内单一总线连接而成（见图2-1），基本结构依 旧是CPU 加上外围芯片的传统微机结构。
复位，使程序恢复正常运行。 AT89S52完全兼容AT89C51/AT89S51单片机，使用AT89C51/
AT89S51单片机的系统，在保留原来软硬件的基础上，可用AT89S52直接 代换。
12
2.2 AT89S52的引脚功能
第2章 AT89S51单片机硬件结构
P3 P2
10
2. 2 AT89S51单片机的引脚与功能
11
2. 2 AT89S51单片机的引脚与功能
总结：外ROM占用单片机的三个控制脚
外RAM借用P3.6/WR P3.7/RD 做写读信号输出脚 逻辑符号
vcc vss P1 P3 晶振
P0 P2
DBUS/ABUS分时复用 ABUS高8位 （16地址线、8数据线）
25
2.4 AT89S51存储器的结构
三.区别四空间地址的三种方法 1.用/EA区别内外ROM /EA=0时（接地），CPU从外ROM取指执行（内ROM）不用 /EA=1时（接+5V），CPU从内ROM取指执行，但当地址>4KB 时，转而从外ROM取指执行（前4K浪费掉） 2.三种不同指令，使CPU分别指向（访问）四个不同的地址空 间之一 ①CPU—内RAM 使用MOV指令：使用8位地址码； 该指令不产生外部读写信号 ②CPU—外RAM 使用MOVX指令；一般使用16位地址码 该指令产生读/写信号之一 P3.6/WR—写外RAM P3.7/RD—读外RAM
控制器
振荡器
XTAL1 OSC C1 C2 XTAL2
P3口驱动器
P1口驱动器
P3口 锁存器
P1口 锁存器
I/O口
P3.0~P3.7 P1.0~P1.7
13
2. 3 AT89S51的CPU
中央处理器（CPU）
CPU由运算器和控制器组成，它是单片机的核心，完成 运算和控制操作。 一. 运算器 运算器：运算器的核心是ALU 另外三个：ACC.B.PSW 功能： 1.ALU可完成 + - * / —四则 与、或、非、异或—逻辑 其他：加1、减1、比较、移位
第2章 STC15F2K60S2单片机硬件结构
2.2 中央处理器（CPU）
单片机的中央处理器CPU由运算器和控制器组成。 它的作用是读入并分析每条指令，并根据各指令功能控制 单片机的各功能部件执行指定的运算或操作。 2.2.1 运算器 运算器主要用来对操作数进行算术、逻辑和位操作运算， 主要包括算术逻辑运算单元ALU、累加器ACC、寄存器B、 位处理器、程序状态字寄存器PSW及两个暂存器TMP1和 TMP2等。 算术逻辑运算单元ALU用来完成加、减、乘、除等基本算 术运算及完成8位变量的逻辑与、或、非、异或以及求补 等逻辑运算，还具有位操作功能。
速A/D转换器、CCP/PWM/PCA、看门狗、片内高精度RC振荡 器、高可靠性复位电路等组成，其内部结构如图2-1所示。
图2-1
STC15F2K60S2单片机内部结构
该单片机具有以下特点：
8位增加型8051内核，单时钟机器周期（1T），其指令代码与 8051完全兼容；
内部集成了高可靠复位电路和高精度RC时钟，常温下温飘 ±0.6%（－20℃～+65℃），ISP编程时内部时钟从5MHz～35MHz 可选，还可对外输出时钟。 内部集成有的Flash程序存储器和2048B的数据存储器SRAM， 包括常规的256B和内部扩展的1792B XRAM，并具有较强的加密 性； 芯片内集成有大容量的EEPROM功能；
RS1，RS0（PSW.4 ，PSW.3）：工作寄存器组选择标志位。 RS1、RS0与所选择的4组工作寄存器组的对应关系如表2-1所 示。
RS1 0 0 1 1 RS0 0 1 0 1 工作寄存器组 0组（片内RAM地址00H－07H） 1组片内RAM地址08H－0FH） 2组（片内RAM地址10H－17H） 3组（片内RAM地址18H－1FH）
程序Flash存储器可在线反复编程擦写10万次以上，大大 提高了芯片使用效率，增加了灵活性。
第2章 AT89S52单片机的片内硬件结构(2)存储器结构
pop
A
pop
B
pop
PSW
这样的指令顺序对不对？
30
2．寄存器B
为执行乘法和除法而设。
在不执行乘、除法操作的情况下，可把它当作一个 普通寄存器来使用。
乘数 A × 乘数 B
高8位 B 低8位 A
商 A 余数 B 除数 B 被除数 A
31
4. 数据指针DPTR0和DPTR1
双数据指针寄存器，便于访问数据存储器。 DPTR数据指针是唯一一个既可以当16位寄存器来用，
MOV 21H，ACC ；21H为字节地址
MOV 21H，P1.2 ；21H为位地址
17
２.数据存储器空间
AT89S52与AT89S51 片内数据存储器相比 ，片内数据存储器增 加了128B，对应的字 节地址为80H～FFH 。
这高128B的RAM单元 地址与特殊功能寄存 器区的字节地址重合 ，但它们是两个不同 的物理区域。
② 主要功能：保护断点和保护现场，为程序的正确返 回作准备。
③ 堆栈保护内容：累加器ACC，工作寄存器内容，寄 存器B，程序状态字PSW等。
27
④ 设立目的：为子程序调用和中断操作设立。 ⑤ 区域范围：由用户自己设置，通常设在30H-7FH的范围
内， SP值改置为60H 。 注意，设为堆栈的区域不能再用作普通RAM区。 单片机复位后，（SP）=07H，所以，必须在初始化时改变
18
２.数据存储器空间
对这两个具有相同地址区
域进行访问时，是由不同
的指令寻址方式（将在指
令系统一章中介绍）来区
分，对地址为80H～FFH
的RAM区，只能采用间
接寻址方式访问，而对地
址为80H～FFH的特殊功
第2章ATmega16单片机的系统结构
§2.2单片机指令系统
ATmega16指令表 (P9-12) 周建新，马潮，耿德根， 《AVR单片机BASIC语言编程 及开发》
§2.3单片机开发实验板
支持ISP编程的最小 硬件系统设计
补充：
电容102表示10*102 pF=1000pF=1nF，203表示 20*103 pF=20000pF=0.02nF 如电容104就是一种数标法， 代表0.1uF 10*104pF=100000pF=100nF= 0.1uF
(11) 像8051一样,有多个固定中断向量入口地 址,可快速响应中断。而PIC只有一个中断入 口,要查询后才能响应中断,失去了最佳响应 中断时间。 (12) AT90S1200/2343/ATtiny15等部分AVR 器件具有内部RC振荡器-1MHz的工作频率, 使该类单片机成为无外加元器件即可工作, 就是一片芯片,可谓简单方便,作加密器件使 用更妙。
1.高速（16MHz）、RISC AVR内核 2.1KB SRAM，16KB Flash ROM 3.512字节EEPROM，方便数据存储 4.4个8位并行IO口，驱动能力强 5.具有Jtag仿真接口与ISP下载接口 6.低功耗、宽电压（2.7V~5.5V） 7.丰富的片上外设：3个外部中断，3个定时器， USART，SPI，IIC，ADC 8.片内上电复位电路 9.片内RC振荡器，可以省去外部晶振
第一个实例：LED发光二极管实验
§2.3单片机开发实验板
第二实例：8 LED 管跑马灯实验
(13) 计数器/定时器,C/T有8位和16位,可作比 较器;计数器外部中断和PWM(也可当D/A)用 于控制输出,有的有3-4个PWM,作电机无级调 速是理想器件。 (14) 有串行异步通讯UART接口,不占用定 时器和SPI传输功能,因其高速故可以工作在 一般标准整数频率,而波特率可达576K。 (15) 工作电压范围宽(2.7 ～6.0V),电源抗干 扰性强。 AT90LXX为低电压器件(2.7～6.0V), AT90SXX电压为 (4.0～6.0V),最低器件 ATtiny12己到1.8V ～ 5.5V。
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。
30第2章 STC单片机结构与原理
1．电源引脚 （1）VCC（40脚）：+5V电源/+3V电源。 （2）VSS（20脚）：数字地。 2．时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：片内振荡器反相放大器和时 钟发生器电路输入端。用片内振荡器时，该脚接外部石 英晶体和微调电容。外接时钟源时，该脚接来自外部时 钟振荡器的信号。 （2）XTAL2（18脚）：片内振荡器反相放大器的输 出端。当使用片内振荡器，该脚接外部石英晶体和微调 电容。当使用外部时钟源时，本脚悬空。
5
5. STC单片机的型号特征。以STC12C5A60xx为例：
STC：出品的公司名
12：产品大系列，STC单片机有89、90、10、11、12、15、8这几 个大系列，每个系列都有自己的特点。89系列是早期传统的单片机， 可以和AT89系列完全兼容，是12T单片机。90是基于89系列的改进型 系列。10和11系列是有着便宜价格的1T单片机。12是增强型功能的1T 单片机，具有ADC功能。15、8系列是STC公司新推出的产品，内部 集成了高精度R/C时钟，可以不需要接外部晶振。
第22章stc系列单片机的结构与原理1章节目录21stc系列单片机简介22stc89系列单片机内部结构23stc89c52引脚及功能24中央处理器cpu25存储器及存储空间26stc89系列的io端口27时钟电路与时序828单片机复位929省电模式221stc系列单片机简介stc公司宏晶科技1999年成立于于深圳目前是全球最大的8051内核的单片机设计公司公司主要从事stc增强型8051内核单片机的研发生产和经销已有stc89c51系列stc90c51系列stc1110xx系列stc12系列stc15系列以及stcቤተ መጻሕፍቲ ባይዱfa系列几百个型号的单片机产品
引脚按其功能可分为如下3类：
5
5. STC单片机的型号特征。以STC12C5A60xx为例：
STC：出品的公司名
12：产品大系列，STC单片机有89、90、10、11、12、15、8这几 个大系列，每个系列都有自己的特点。89系列是早期传统的单片机， 可以和AT89系列完全兼容，是12T单片机。90是基于89系列的改进型 系列。10和11系列是有着便宜价格的1T单片机。12是增强型功能的1T 单片机，具有ADC功能。15、8系列是STC公司新推出的产品，内部 集成了高精度R/C时钟，可以不需要接外部晶振。
第22章stc系列单片机的结构与原理1章节目录21stc系列单片机简介22stc89系列单片机内部结构23stc89c52引脚及功能24中央处理器cpu25存储器及存储空间26stc89系列的io端口27时钟电路与时序828单片机复位929省电模式221stc系列单片机简介stc公司宏晶科技1999年成立于于深圳目前是全球最大的8051内核的单片机设计公司公司主要从事stc增强型8051内核单片机的研发生产和经销已有stc89c51系列stc90c51系列stc1110xx系列stc12系列stc15系列以及stcቤተ መጻሕፍቲ ባይዱfa系列几百个型号的单片机产品
引脚按其功能可分为如下3类：
第2章 89C51单片机硬件结构和原理
及指令译码器ID （2）指令寄存器 及指令译码器 ）指令寄存器IR及指令译码器 （3）振荡器和定时电路 ）
（1）程序计数器 （16位） ）程序计数器PC（ 位 由两个8位计数器PCH、PCL组成。 由两个8位计数器PCH、PCL组成。 PCH 组成 PC用来存放下一条将要执行的指令地址。 PC用来存放下一条将要执行的指令地址。 用来存放下一条将要执行的指令地址 改变PC内容，改变执行的流向。 改变PC内容，改变执行的流向。 PC内容 PC可对64KB的ROM直接寻址 也可对89C51 可对64KB 直接寻址， PC可对64KB的ROM直接寻址，也可对89C51 片内RAM寻址。 RAM寻址 片内RAM寻址。
PC增1 增 PC DPTR
P1锁存器 锁存器
P3锁存器 锁存器 P3驱动器 驱动器 P3.0-P3.7
P1驱动器 驱动器 P1.0-P1.7
二、结构组成
（一）、中央处理单元（CPU） ）、中央处理单元（ 中央处理单元 ） （二）、存储器 ）、存储器 （三）、I/O接口 ）、 接口
（一）、中央处理单元（CPU） ）、中央处理单元（ 中央处理单元 ） 1．运算器 ．
PSEN（29脚）： （ 脚
程序存储器允许信号输出端。 程序存储器允许信号输出端。 在访问片外ROM时，定时输出负脉冲作为 在访问片外ROM时 ROM 读片外ROM的选通信号，接片外ROM ROM的选通信号 读片外ROM的选通信号，接片外ROM 的OE 端。 它的负载能力为8 LS型TTL负载。 它的负载能力为8个LS型TTL负载。 负载
31脚 EA/Vpp（31脚）：
EA： 外部程序存储器地址允许输入端。 EA： 外部程序存储器地址允许输入端。 当该引脚接高电平时，CPU访问片内 访问片内EPROM/ROM 当该引脚接高电平时，CPU访问片内EPROM/ROM 并执行片内程序存储器中的指令，但当PC PC值超过 并执行片内程序存储器中的指令，但当PC值超过 0FFFH（片内ROM 4KB） ROM为 0FFFH（片内ROM为4KB）时，将自动转向执行片 ROM中的程序 中的程序。 外ROM中的程序。 当该引脚接低电平时，CPU只访问片外 当该引脚接低电平时，CPU只访问片外 EPROM/ROM并执行外部程序存储器中的程序 并执行外部程序存储器中的程序。 EPROM/ROM并执行外部程序存储器中的程序。 8751片内EPROM固化编程时 片内EPROM固化编程时， Vpp：对8751片内EPROM固化编程时，编程电压输入 12-21V）。 端（12-21V）。
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2012-2-16 20
中断入口：0003H～0023H 中断入口：0003H～
0003H～000AH ～ 000BH～0012H ～ 0013H～001AH ～ 001BH～0022H ～ 0023H～002AH ～
中断服务程序存放方法： 中断服务程序存放方法： （1）从中断地址区首地址开始，在中断地址区中直接存放； ）从中断地址区首地址开始，在中断地址区中直接存放； （2）从中断地址区首地址开始，存放一条无条件转移指令， ）从中断地址区首地址开始，存放一条无条件转移指令， 以便中断响应后，通过中断地址区， 以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务 程序的实际入口地址区去。 程序的实际入口地址区去。
字 节 地 址
位地址
3． 用户 ． 用户RAM区： 区
32个单元，地址为30H～7FH， 个单元，地址为 个单元 ～ ， 在一般应用中常作堆栈区。 在一般应用中常作堆栈区。
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2012-2-16
16
MCS-51的寄存器在片内 的寄存器在片内RAM都有映像地址。 都有映像地址。 的寄存器在片内 都有映像地址 寄存器名， 单元地址。 使用时，既可用寄存器名 也可用对应单元地址 使用时，既可用寄存器名，也可用对应单元地址。
80C51
2、控制线 控制线
ALE：地址锁存允许信号端 ： PSEN：外部程序存储器读选通信号端 ： EA/ VPP ：程序存储器选择信号端 程序存储器选择信号端/ 编程电源输入端
2、控制线
RST/VPD：复位信号端和后备电源输入端。 复位信号端和后备电源输入端。 输入10ms以上高电平脉冲，单片机复位。 以上高电平脉冲 输入 以上高电平脉冲，单片机复位。 VPD使用后备电源，可实现掉电保护 使用后备电源，可实现掉电保护。 复位电路： 复位电路： （1）上电复位 ） （2）外部信号复位 ）
程序状态字PSW （8位）： (4) 程序状态字 位
存放ALU运算过程的标志状态。 运算过程的标志状态。 存放 运算过程的标志状态
位序 位符号
B7
CY
B6 AC
B5 F0
B4 B3 B2 RS1 RS0 OV
B1
F1
B0
P
(5)
数据指针DPTR （16位）： 数据指针 位
存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。 存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。 可分成两个8位寄存器DPH、 使用。 可分成两个 位寄存器DPH、DPL使用。
2.2.4 内部程序存储器
80C51内有 内有4KB ROM，其地址为 内有 ，其地址为0000H～0FFFH其中 ～ 其中 0000H～0002H是系统的启动单元。 是系统的启动单元。 ～ 是系统的启动单元 系统复位后( ) 系统复位后(PC)＝0000H，开始取指令执行程序。 ，开始取指令执行程序。 如果不从0000H开始，应存放一条无条件转移指令， 如果不从 开始，应存放一条无条件转移指令， 开始 以便直接转去执行指定的程序。 以便直接转去执行指定的程序。 作用： 作用： （1）用来存放固化了的用户程序，取指令地址由程序计 ）用来存放固化了的用户程序， 数器PC给出 给出， 具有自动加 的功能； 具有自动加1的功能 数器 给出，PC具有自动加 的功能； （2）固化一片数据区，存放被查询的表格和参数等。 ）固化一片数据区，存放被查询的表格和参数等。
2
2.1.1 结构框图
8031无 无
MCS—51 CPU
CPU内部结构： 内部结构： 内部结构 （1）运算器电路：算术逻辑单元 ）运算器电路：算术逻辑单元ALU、 2个暂存器和累加 、 个暂存器和累加 寄存器B、程序状态字PSW等。 器A (ACC) 、寄存器 、程序状态字 等 算术逻辑运算单元ALU ( 8位 )： 算术逻辑运算单元 位 ： +、–、×、÷算术运算，与、或、非、异或逻辑运算，循 、 、 算术运算， 异或逻辑运算， 环移位、位处理。 环移位、位处理。 寄存器、 （2）控制器电路：程序计数器 、PC+1寄存器、指令寄 ）控制器电路：程序计数器PC、 寄存器 存器、指令译码器、定时与控制电路等。 存器、指令译码器、定时与控制电路等。
+5V
单片机
30µF F
3、电源及时钟引线 电源及时钟引线
工作电源： 工作电源：VCC、VSS 时钟输入： 时钟输入：XTAL1、XTAL2。 、 。
RESET 200 1K
RST
2.2 内部存储器
内部数据存储器高128 128单元 2.2.1 内部数据存储器高128单元 内部数据存储器低128 128单元 2.2.2 内部数据存储器低128单元 2.2.3 堆栈操作 2.2.4 内部程序存储器 2.2.5 存储器结构特点
中的两位PSW.4和 用PSW中的两位 中的两位 PSW.3来切换工作寄存器区，选用 来切换工作寄存器区， 一个工作寄存器区进行读写操作。 一个工作寄存器区进行读写操作
2． 位寻址区 ： ．
字节地址为20H～2FH，既可 ～ 字节地址为 ， 作RAM，也可位操作。 ，也可位操作。 共有16个 单元， 共有 个RAM单元，共128 单元 位，位地址为00H～7FH。 位地址为 ～ 。
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2.1.2 信号引脚
1、I/O口线功能 口线功能
4个8位并行 I/O 接口引脚 个 位并行 P0.0～P0.7 、P1.0～P1.7 、 ～ P2.0～P2.7和 P3.0～P3.7 ～ ～ 为多功能引脚， 为多功能引脚，可自动切换用作数 据总线、地址总线、控制总线和或I/O 据总线、地址总线、控制总线和或 接口外部引脚。 接口外部引脚。
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2. 专用寄存器的字节寻址
注意： 注意： 21个可字节寻址的专用寄存器是不连续地分散在内 个可字节寻址的专用寄存器是不连续地分散在内 个可字节寻址的专用寄存器是不连续 单元之中， 个寄存器， 个可位 部RAM高128单元之中，共11个寄存器，83个可位 高 单元之中 个寄存器 寻址。尽管还剩余许多空闲单元，但用户并不能使用。 寻址。尽管还剩余许多空闲单元，但用户并不能使用。 个专用寄存器中， 在22个专用寄存器中，唯一一个不可直接操作的寄 个专用寄存器中 存器是PC。 不占据 不占据RAM单元，它的位置在 单元， 存器是 。PC不占据 单元 它的位置在CPU 内部，是独立的。 内部，是独立的。 对专用寄存器的访问既可使用寄存器符号， 对专用寄存器的访问既可使用寄存器符号，也可使用 寄存器单元地址。 寄存器单元地址。
0000
程 序 存 储 区
0000
冯.诺依曼结构
哈佛结构
物理上4个存储器地址空间： 物理上 个存储器地址空间： 个存储器地址空间 片内程序存储器 片外程序存储器 片内数据存储器 片外数据存储器
单片机原理及应用
第2 章
单片机硬件结构
2.1 单片机的逻辑结构及引脚 2.2 单片机的内部存储器 2.3 并行输入/输出口电路 并行输入/ 2.4 时钟电路及时序 2.5 复位操作及复位电路
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2.1 逻辑结构及信号引脚
2.1.1 结构框图 2.1.2 信号引脚
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外部中断0（ 外部中断 （INT0）中断地址区 定时器/记数器 （ 定时器 记数器0（T0）中断地址区 记数器 外部中断1（ 外部中断 （INT1）中断地址区 定时器/计数器 （ 定时器 计数器1（T1）中断地址区 计数器 串行（RI/TI）中断地址区 串行（ ）
程序存储器保留的单元： 程序存储器保留的单元：
2.2.5 存储器结构特点
冯.诺依曼结构： 诺依曼结构： 程序和数据共用一个存 储器逻辑空间，统一编址。 储器逻辑空间，统一编址。
FFFF
哈佛结构： 哈佛结构： 程序与数据分为两个独立 存储器逻辑空间，分开编址。 存储器逻辑空间，分开编址。
FFFF
整 个 数据存储区 存 储 空 间 程序存储区
数 据 存 储 区
累加器A（ 位 (2) 累加器 （8位）： 需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过累加器 处理的数据和计算结果多数要经过累加器A。 需要 处理的数据和计算结果多数要经过累加器
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(3) 寄存器B （8位）： 寄存器 位
与A累加器配合执行乘、除运算。也可用作通用寄 累加器配合执行乘、除运算。 累加器配合执行乘 存器。 存器。
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运算和数据地址寄存
CPU内部 I/O口控制数据寄存 口控制数据寄存 内部SFR 内部 中断系统控制
定时/计数器相关 定时 计数器相关 串行口相关
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1、SFR（80H～FFH）介绍： 、 （ ～ ）介绍：
字节地址： 21个有效（其中仅11个有位地址） 字节地址：只21个有效（其中仅11个有位地址） 个有效 11个有位地址 有2套地址 套地址 位地址： 83位有效 位地址：只83位有效
字节地址 可被8整除 可被 整除
专用寄存器： 专用寄存器： A、B、PSW、 、 、 、 DPTR、SP。 、 。 I/O接口寄存器：P0、 接口寄存器： 、 接口寄存器 P1、P2、P3、SBUF、 、 、 、 、 TMOD、TCON、 、 、 SCON …
字 节 地 址
位地址
程序计数器PC（ 位 (1) 程序计数器 （16位）： CPU总是按 的指示读取程序。PC是一个 位的计 总是按PC的指示读取程序 是一个16位的计 总是按 的指示读取程序。 是一个 数器。其内容为将要执行的指令地址（ 数器。其内容为将要执行的指令地址（即下一条指令地 执行程序一般是顺序方式。 址），可自动加 。因此 ），可自动加1。因此CPU执行程序一般是顺序方式。当 可自动加 执行程序一般是顺序方式 发生转移、子程序调用、中断和复位等操作， 被强制改 发生转移、子程序调用、中断和复位等操作，PC被强制改 写，程序执行顺序也发生改变。 程序执行顺序也发生改变。
中断入口：0003H～0023H 中断入口：0003H～
0003H～000AH ～ 000BH～0012H ～ 0013H～001AH ～ 001BH～0022H ～ 0023H～002AH ～
中断服务程序存放方法： 中断服务程序存放方法： （1）从中断地址区首地址开始，在中断地址区中直接存放； ）从中断地址区首地址开始，在中断地址区中直接存放； （2）从中断地址区首地址开始，存放一条无条件转移指令， ）从中断地址区首地址开始，存放一条无条件转移指令， 以便中断响应后，通过中断地址区， 以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务 程序的实际入口地址区去。 程序的实际入口地址区去。
字 节 地 址
位地址
3． 用户 ． 用户RAM区： 区
32个单元，地址为30H～7FH， 个单元，地址为 个单元 ～ ， 在一般应用中常作堆栈区。 在一般应用中常作堆栈区。
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MCS-51的寄存器在片内 的寄存器在片内RAM都有映像地址。 都有映像地址。 的寄存器在片内 都有映像地址 寄存器名， 单元地址。 使用时，既可用寄存器名 也可用对应单元地址 使用时，既可用寄存器名，也可用对应单元地址。
80C51
2、控制线 控制线
ALE：地址锁存允许信号端 ： PSEN：外部程序存储器读选通信号端 ： EA/ VPP ：程序存储器选择信号端 程序存储器选择信号端/ 编程电源输入端
2、控制线
RST/VPD：复位信号端和后备电源输入端。 复位信号端和后备电源输入端。 输入10ms以上高电平脉冲，单片机复位。 以上高电平脉冲 输入 以上高电平脉冲，单片机复位。 VPD使用后备电源，可实现掉电保护 使用后备电源，可实现掉电保护。 复位电路： 复位电路： （1）上电复位 ） （2）外部信号复位 ）
程序状态字PSW （8位）： (4) 程序状态字 位
存放ALU运算过程的标志状态。 运算过程的标志状态。 存放 运算过程的标志状态
位序 位符号
B7
CY
B6 AC
B5 F0
B4 B3 B2 RS1 RS0 OV
B1
F1
B0
P
(5)
数据指针DPTR （16位）： 数据指针 位
存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。 存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。 可分成两个8位寄存器DPH、 使用。 可分成两个 位寄存器DPH、DPL使用。
2.2.4 内部程序存储器
80C51内有 内有4KB ROM，其地址为 内有 ，其地址为0000H～0FFFH其中 ～ 其中 0000H～0002H是系统的启动单元。 是系统的启动单元。 ～ 是系统的启动单元 系统复位后( ) 系统复位后(PC)＝0000H，开始取指令执行程序。 ，开始取指令执行程序。 如果不从0000H开始，应存放一条无条件转移指令， 如果不从 开始，应存放一条无条件转移指令， 开始 以便直接转去执行指定的程序。 以便直接转去执行指定的程序。 作用： 作用： （1）用来存放固化了的用户程序，取指令地址由程序计 ）用来存放固化了的用户程序， 数器PC给出 给出， 具有自动加 的功能； 具有自动加1的功能 数器 给出，PC具有自动加 的功能； （2）固化一片数据区，存放被查询的表格和参数等。 ）固化一片数据区，存放被查询的表格和参数等。
2
2.1.1 结构框图
8031无 无
MCS—51 CPU
CPU内部结构： 内部结构： 内部结构 （1）运算器电路：算术逻辑单元 ）运算器电路：算术逻辑单元ALU、 2个暂存器和累加 、 个暂存器和累加 寄存器B、程序状态字PSW等。 器A (ACC) 、寄存器 、程序状态字 等 算术逻辑运算单元ALU ( 8位 )： 算术逻辑运算单元 位 ： +、–、×、÷算术运算，与、或、非、异或逻辑运算，循 、 、 算术运算， 异或逻辑运算， 环移位、位处理。 环移位、位处理。 寄存器、 （2）控制器电路：程序计数器 、PC+1寄存器、指令寄 ）控制器电路：程序计数器PC、 寄存器 存器、指令译码器、定时与控制电路等。 存器、指令译码器、定时与控制电路等。
+5V
单片机
30µF F
3、电源及时钟引线 电源及时钟引线
工作电源： 工作电源：VCC、VSS 时钟输入： 时钟输入：XTAL1、XTAL2。 、 。
RESET 200 1K
RST
2.2 内部存储器
内部数据存储器高128 128单元 2.2.1 内部数据存储器高128单元 内部数据存储器低128 128单元 2.2.2 内部数据存储器低128单元 2.2.3 堆栈操作 2.2.4 内部程序存储器 2.2.5 存储器结构特点
中的两位PSW.4和 用PSW中的两位 中的两位 PSW.3来切换工作寄存器区，选用 来切换工作寄存器区， 一个工作寄存器区进行读写操作。 一个工作寄存器区进行读写操作
2． 位寻址区 ： ．
字节地址为20H～2FH，既可 ～ 字节地址为 ， 作RAM，也可位操作。 ，也可位操作。 共有16个 单元， 共有 个RAM单元，共128 单元 位，位地址为00H～7FH。 位地址为 ～ 。
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2.1.2 信号引脚
1、I/O口线功能 口线功能
4个8位并行 I/O 接口引脚 个 位并行 P0.0～P0.7 、P1.0～P1.7 、 ～ P2.0～P2.7和 P3.0～P3.7 ～ ～ 为多功能引脚， 为多功能引脚，可自动切换用作数 据总线、地址总线、控制总线和或I/O 据总线、地址总线、控制总线和或 接口外部引脚。 接口外部引脚。
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2. 专用寄存器的字节寻址
注意： 注意： 21个可字节寻址的专用寄存器是不连续地分散在内 个可字节寻址的专用寄存器是不连续地分散在内 个可字节寻址的专用寄存器是不连续 单元之中， 个寄存器， 个可位 部RAM高128单元之中，共11个寄存器，83个可位 高 单元之中 个寄存器 寻址。尽管还剩余许多空闲单元，但用户并不能使用。 寻址。尽管还剩余许多空闲单元，但用户并不能使用。 个专用寄存器中， 在22个专用寄存器中，唯一一个不可直接操作的寄 个专用寄存器中 存器是PC。 不占据 不占据RAM单元，它的位置在 单元， 存器是 。PC不占据 单元 它的位置在CPU 内部，是独立的。 内部，是独立的。 对专用寄存器的访问既可使用寄存器符号， 对专用寄存器的访问既可使用寄存器符号，也可使用 寄存器单元地址。 寄存器单元地址。
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程 序 存 储 区
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冯.诺依曼结构
哈佛结构
物理上4个存储器地址空间： 物理上 个存储器地址空间： 个存储器地址空间 片内程序存储器 片外程序存储器 片内数据存储器 片外数据存储器
单片机原理及应用
第2 章
单片机硬件结构
2.1 单片机的逻辑结构及引脚 2.2 单片机的内部存储器 2.3 并行输入/输出口电路 并行输入/ 2.4 时钟电路及时序 2.5 复位操作及复位电路
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2.1 逻辑结构及信号引脚
2.1.1 结构框图 2.1.2 信号引脚
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外部中断0（ 外部中断 （INT0）中断地址区 定时器/记数器 （ 定时器 记数器0（T0）中断地址区 记数器 外部中断1（ 外部中断 （INT1）中断地址区 定时器/计数器 （ 定时器 计数器1（T1）中断地址区 计数器 串行（RI/TI）中断地址区 串行（ ）
程序存储器保留的单元： 程序存储器保留的单元：
2.2.5 存储器结构特点
冯.诺依曼结构： 诺依曼结构： 程序和数据共用一个存 储器逻辑空间，统一编址。 储器逻辑空间，统一编址。
FFFF
哈佛结构： 哈佛结构： 程序与数据分为两个独立 存储器逻辑空间，分开编址。 存储器逻辑空间，分开编址。
FFFF
整 个 数据存储区 存 储 空 间 程序存储区
数 据 存 储 区
累加器A（ 位 (2) 累加器 （8位）： 需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过累加器 处理的数据和计算结果多数要经过累加器A。 需要 处理的数据和计算结果多数要经过累加器
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(3) 寄存器B （8位）： 寄存器 位
与A累加器配合执行乘、除运算。也可用作通用寄 累加器配合执行乘、除运算。 累加器配合执行乘 存器。 存器。
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运算和数据地址寄存
CPU内部 I/O口控制数据寄存 口控制数据寄存 内部SFR 内部 中断系统控制
定时/计数器相关 定时 计数器相关 串行口相关
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1、SFR（80H～FFH）介绍： 、 （ ～ ）介绍：
字节地址： 21个有效（其中仅11个有位地址） 字节地址：只21个有效（其中仅11个有位地址） 个有效 11个有位地址 有2套地址 套地址 位地址： 83位有效 位地址：只83位有效
字节地址 可被8整除 可被 整除
专用寄存器： 专用寄存器： A、B、PSW、 、 、 、 DPTR、SP。 、 。 I/O接口寄存器：P0、 接口寄存器： 、 接口寄存器 P1、P2、P3、SBUF、 、 、 、 、 TMOD、TCON、 、 、 SCON …
字 节 地 址
位地址
程序计数器PC（ 位 (1) 程序计数器 （16位）： CPU总是按 的指示读取程序。PC是一个 位的计 总是按PC的指示读取程序 是一个16位的计 总是按 的指示读取程序。 是一个 数器。其内容为将要执行的指令地址（ 数器。其内容为将要执行的指令地址（即下一条指令地 执行程序一般是顺序方式。 址），可自动加 。因此 ），可自动加1。因此CPU执行程序一般是顺序方式。当 可自动加 执行程序一般是顺序方式 发生转移、子程序调用、中断和复位等操作， 被强制改 发生转移、子程序调用、中断和复位等操作，PC被强制改 写，程序执行顺序也发生改变。 程序执行顺序也发生改变。