8051单片机基本结构与工作原理
第2章8051单片机硬件结构和原理
指令寄存器IR及指令译码器ID
• 由PC中的内容指定ROM地址，取出来的指令经IR送至ID， 由ID对指令译码产生一定序列的控制信号，以执行指令所 规定的操作。
振荡器和定时电路
• 8051单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体 和频率微调电容（2个30pF左右），其频率范围为 1.2MHz~12MHz。该信号作为8051工作的基本节拍
片外程序存储器
从程序员角度看存储器
程序存储器保留地址
（1）0000H～0002H三个单元：
• 用作上电复位后引导程序的存放单元。因
为复位后PC的内容为0000H，CPU总是从
0000H开始执行程序。将转移指令存放到 这三个单元，程序就被引导到指定的程序 存储器空间去执行。
程序存储器保留地址
（2）0003H～002AH单元：
使用。
SFR之 程序状态寄存器PSW(D0H)
• PSW是一个8位特殊功能寄存器，它的各位包含
了程序执行后的状态信息，供程序查询或判别之
用。各位的含义及其格式如表2－6所列。
• PSW除有确定的字节地址(D0H)外，每一位均有
位地址
Psw中的位
• CY(PSW.7)： 进位标志位。在执行加法(或减法)运算 指令时，如果运算结果最高位(位7)向前有进位(或借 位)，则CY位由硬件自动置1；如果运算结果最高位无 进位(或借位)，则CY清0。CY也是89C51在进行位操作 (布尔操作)时的位累加器，在指令中用C代替CY。 • AC(PSW.6)： 半进位标志位，也称辅助进位标志。当 执行加法(或减法)操作时，如果运算结果(和或差)的 低半字节(位3)向高半字节有半进位(或借位)，则AC位 将被硬件自动置1；否则AC被自动清0。 • F0(PSW.5)： 用户标志位。用户可以根据自己的需要 对F0位赋予一定的含义，由用户置位或复位，以作为 软件标志。
8051单片机工作原理
8051单片机工作原理8051单片机是一种常用的微控制器，广泛应用于各种电子设备中。
它采用哈佛结构，拥有强大的功能和灵活的扩展性，是许多嵌入式系统的首选。
8051单片机的工作原理可以简单概括为：输入输出、存储器和中央处理器三个主要模块的协同工作。
我们来看输入输出模块。
8051单片机通常具有多个I/O引脚，用于与外部设备进行数据的交互。
这些引脚可以用作输入或输出，可以连接到开关、传感器、显示器等外部电路。
通过读取或写入这些引脚的电平状态，单片机可以实现与外部设备的通信。
存储器模块在单片机中起到了至关重要的作用。
8051单片机通常包含多种类型的存储器，如RAM、ROM和EEPROM。
RAM用于临时存储数据，ROM用于存储程序代码，而EEPROM则用于存储永久性数据。
这些存储器可以存储原始数据、程序代码、变量和常量等信息，为单片机的正常运行提供了必要的支持。
中央处理器（CPU）是8051单片机的核心部件。
它包含了运算器、控制器和时钟等关键部件，负责执行指令、进行算术运算和逻辑判断。
CPU通过时钟信号控制指令的执行速度，保证单片机的正常工作。
同时，它还通过总线和存储器模块、输入输出模块进行数据交换，实现与外部设备的通信。
除了上述三个主要模块外，8051单片机还具有一些辅助功能，如定时器和串口通信等。
定时器可以提供准确的计时功能，用于测量时间间隔或生成特定的定时信号。
串口通信模块可以实现与外部设备的串行通信，如与计算机进行数据传输。
总结起来，8051单片机的工作原理是通过输入输出模块与外部设备进行数据交换，通过存储器模块存储相关数据，通过中央处理器执行指令和处理数据，最终实现各种功能。
它的工作原理简洁明了，但在实际应用中却可以实现各种复杂的功能，并且可以根据需求进行灵活扩展。
这使得8051单片机成为许多电子设备中不可或缺的核心部件。
51单片机基本结构详解
51单片机基本结构详解51单片机（也称为8051单片机）是一种8位微控制器，由Intel公司于1980年代推出。
它是目前市场上最广泛使用的低成本单片机之一，被广泛应用于各个领域，包括家电、工业控制、仪器仪表等。
本文将详细介绍51单片机的基本结构。
一、51单片机的总体结构51单片机的总体结构主要分为五个部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、IO口、定时器/计数器以及串行通信接口。
1. 中央处理器（CPU）51单片机中心的核心是一个8位的CPU，负责执行指令集中的操作。
它包括一个累加器（Accumulator）用于存放运算结果，以及一组寄存器用于存放操作数和地址。
2. 存储器51单片机的存储器主要包括内部RAM和内部ROM。
内部RAM用于存放程序和数据，容量通常较小，而内部ROM则用于存储不变的程序指令。
3. IO口51单片机提供了多个通用IO口，用于与外部设备进行数据交互。
这些IO口既可以作为输入口用于接收外部信号，也可以作为输出口用于发送信号控制外部设备。
4. 定时器/计数器51单片机内置的定时器/计数器模块可用于产生精确的时间延时和计数应用。
它能够协助实现各种时间相关的功能，如PWM输出、测速和脉冲计数等。
5. 串行通信接口51单片机的串行通信接口可用于与其他设备进行数据的串行传输。
常见的串行通信协议包括UART、SPI和I2C等。
二、51单片机的工作原理51单片机的工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 程序存储器中的指令被复制到内部RAM中。
2. CPU从内部RAM中取出指令并执行。
3. 根据指令的要求，CPU可能会与IO口、定时器/计数器或串行通信接口进行数据交互。
4. 执行完指令后，CPU将结果存回内部RAM或IO口。
三、51单片机的应用领域51单片机由于其成本低、技术成熟、易于开发和应用广泛等优点，被广泛应用于各个领域。
1. 家电控制51单片机可以用于家电控制，如空调、洗衣机、电视机等。
8051单片机的内部结构
8051单片机的内部结构首先，8051单片机的核心是一个具有8位数据总线、16位地址总线和14个通用寄存器的8051中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）。
CPU负责执行计算、逻辑和控制指令，并与其他外设进行数据交换。
它包含一个累加器（Accumulator）和一个数据指针（Data Pointer），用于存储数据和指示数据存储区。
除了CPU外，8051单片机内还包含两个片内存储器，分别是程序存储器（Program Memory）和数据存储器（Data Memory）。
程序存储器是用于存储程序指令的地方，通常包括ROM（只读存储器）或闪存。
程序存储器采用分时复用方式，既可以存储程序指令，也可以存储常量数据。
由于8051单片机是哈佛结构，程序存储器和数据存储器是分开的，可以同时进行取指令和读写数据操作。
数据存储器主要用于存储程序运行时需要使用的数据，包括RAM（随机存储器）和片内特殊功能寄存器（Special Function Registers，简称SFR）。
RAM负责存储变量、临时数据和堆栈信息。
SFR包含IO口控制、定时器配置、计数器设置等特殊功能寄存器，通过设置和读取其值，可以对相应的硬件模块进行控制。
除了上述核心部件，8051单片机还包含多个外设，用于完成具体的输入输出任务。
其中，IO口是最常用的外设之一，用于将单片机与外部设备连接起来。
IO口可以进行数字输入输出和模拟输入输出。
每个IO口引脚都具有独立的控制寄存器，通过这些寄存器可以设置引脚的输入输出方向、电平和驱动能力。
IO口的灵活性和可扩展性给了8051单片机很大的应用空间。
此外，8051单片机还包含多个片内计数器和定时器，用于时间测量、时间控制和脉冲宽度调制等任务。
其中，定时器主要用于产生精确的时间延迟，而计数器主要用于计算外部事件的频率和脉冲个数。
最后，8051单片机内还通过中断系统实现了实时响应外部事件的能力。
单片机原理及应用8051单片机基本结构
8051单片机的基本组成 单片机的基本组成
时钟源 T0 T1
时钟电路
SFR和RAM 和
ROM
定时/计数器 定时 计数器
CPU
系
统
总
线
并行端口
串行端口
中断系统
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1
一个8051单片机包含下列部件 单片机包含下列部件 一个
位微处理器CPU。 （1）一个 位微处理器 ）一个8位微处理器 。 和特殊功能寄存器SFR。 （2）片内数据存储器 ）片内数据存储器RAM和特殊功能寄存器 和特殊功能寄存器 。 （3）片内程序存储器 ）片内程序存储器ROM。 。 计数器T0、 ，可用作定时器， （4）两个定时 计数器 、T1，可用作定时器，也可用以 ）两个定时/计数器 对外部脉冲进行计 数。 I/O端口 （5）四个8位可编程的并行I/O端口，每个端口既可作输 ）四个8位可编程的并行I/O端口， 也可作输出。 入，也可作输出。 一个串行端口，用于数据的串行通信。 （6）一个串行端口，用于数据的串行通信。 中断控制系统。 （7）中断控制系统。 内部时钟电路。 （8）内部时钟电路。
8051单片机基本结构 单片机基本结构
8051单片机的特点 8051单片机的特点
8051单片机可分为无ROM型和ROM型两种 无ROM型的芯片，必须外接EPROM才能应 用（典型芯片为8031） ROM型芯片又分为EPROM型（典型芯片为 8751）、FLASH型（典型芯片为89C51）、 掩膜ROM型（典型芯片为8051 ）、一次性 可编程ROM（One Time Programming,简 称OTP）的芯片（典型芯片为97C51）。
8051单片机内部结构 单片机内部结构
8051单片机的内核的结构及运行过程解析
8051单片机的内核的结构及运行过程解析1.ALU(算术逻辑单元)：8051单片机内置了一个8位ALU，负责执行算术和逻辑运算。
ALU可以进行加法、减法、与、或、非、异或等操作。
2.寄存器组：8051单片机包括4个8位的通用寄存器(R0~R7)和一个16位的程序计数器(PC)。
通用寄存器可用于保存临时数据和中间结果，程序计数器则记录当前执行指令的地址。
3.存储器：8051单片机的存储器包括内部存储器和外部扩展存储器。
内部存储器包括片内RAM和片内ROM两部分。
片内RAM可以分为128字节的数据存储器(IDATA)和256字节的数据存储器(XDATA)。
片内ROM则存储程序代码。
4.定时器/计数器：8051单片机内核包含两个定时器/计数器(T0、T1)。
定时器模式用于产生一定的时间延迟，计数器模式用于计数外部事件的个数。
定时器/计数器具有可编程的工作模式和计数值。
5.中断源：8051单片机支持多组中断源，包括外部中断INT0和INT1、定时器/计数器中断、串口中断等。
中断源的优先级可以通过程序设置，以满足不同应用场景的需求。
1.取指令阶段：程序计数器(PC)保存了当前指令的地址。
8051单片机通过将PC指针输出地址，从存储器中读取指令。
读取的指令存储于指令寄存器(IR)中。
2.译码阶段：指令寄存器(IR)中的指令会被译码器解码，生成相应的控制信号和操作码。
控制信号会对单片机的内部功能模块进行控制，操作码则确定执行的操作类型。
3.执行阶段：根据指令的操作码，单片机执行相应的操作。
例如，如果操作码指示进行加法运算，则ALU会执行加法操作，并将结果保存在指定的寄存器或存储单元中。
4.访存阶段：在执行一些指令时，单片机需要从存储器中读取或写入数据。
在访存阶段，单片机会将需要访问的存储器地址输出，并根据控制信号读取或写入数据。
5.写回阶段：在一些指令执行结束后，单片机会将执行结果写回到寄存器或存储器中。
写回阶段会更新相应的寄存器或存储单元，以保存最新的结果。
单片机 第二章 80C51系列单片机内部结构与工作原理
2.2 80C51单片机内部基本结构及引脚功能
③检查单片机芯片的好坏，可用示波器查看ALE端
是否有脉冲信号输出。
④ALE端的负载能力为8个LS型TTL。 ：对EPROM型单片机，如对87C51BH编程时 的编程脉冲输入端。 ⑵、 (29脚)：程序存储允许输出端。片外程
序存储器的读选通信号，低电平有效。
2.2 80C51单片机内部基本结构及引脚功能
3、基本功能单元
功能： 满足单片机测控功能要求的基本计算机外 围电路，用来完善和扩大计算机的功能．
组成： 包括定时/计数器、中断系统、串行通信 接口等。 说明： (1)80C51有两个16位定时/计数器 (T0和T1)。 作用： 可以作为内部定时器或外部脉冲计数器使 用。作内部定时器时，是靠对时钟振荡器的12分频脉
2.1 2.2 2.3
2.4
2.5 2.6
2.7
2.8 2.9
80C51系列单片机简介 80C51单片机内部基本结构及引脚功能 80C51单片机CPU结构 80C51存储器结构 输入/输出（I/O）端口 单片机的工作过程 80C51的低功耗方式 本章小结 练习思考题
第二章
80C51系列单片机内部结构与工作原理
①CPU从外部ROM取指令时，在每个机器周期中两 次有效。但在访问片外RAM时，要少产生两次负脉冲信
2.2 80C51单片机内部基本结构及引脚功能
号。有效时，将外部ROM中的指令读到数据总线上。
②检查单片机系统上电后，CPU能否正常到 EPROM/ROM中读取指令码，可用示波器查看该端有无负 脉冲信号输出。 ③可驱动8个LS型TTL门电路。
⑶、 (31脚)：内部/外部ROM地址选择信号/ 固化编程电压输入端。 ：①为高电平，CPU访问ROM有两种情况： 当PC中的值小于0FFFH时，执行片内ROM指令; 当PC中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外 ROM指令。
8051系列单片机介绍
8051系列单片机介绍
8051系列（单片机）内部结构可以分为（CPU）、存储器、并行口、串行口、（定时器）/计数器和中断逻辑这几部分，如图。
（处理器）
（微处理器）又称CPU，由运算器和（控制器）两大部分组成。
1.算术逻辑单元
它在控制器所发内部控制（信号）的控制下进行各种算术操作和逻辑操作。
MCS-51系列单片机的算术逻辑单元能完成带进位位加法、不带进位位加法、带进位位减法、加1、减1、逻辑与、逻辑或、逻辑异或、循环移位以及数据传送、程序转移等一般操作外，其特点是：在B（寄存器）配合下，能完成乘法与除法操作。
可进行多种内容交换操作。
能作比较判跳转操作。
有很强的位操作功能。
2.累加器
累加器A是最常用的专用寄存器。
进入ALU作算术操作和逻辑操作的操作数很多来自A，操作的结果也常送回A。
有时很多单操作数操作指令都是针对A的，例如指令INC A是执行A中内容自加1的操作，指令CLR A是执行将A内容清零的操作，指令RL A是执行使A各位内容依次循环向左移动一位的操作.
程序状态字
程序状态字PSW是一个8位寄存器，它包含了许多程序状态信息，其各位的含义见图1-2-2
PSW各位的含义如表1-2-1
（RS）1、RS0与工作寄存器组的关系如表1-2-2。
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）。
8051单片机硬件结构
8051单片机硬件结构
8051单片机是一款广泛应用于嵌入式系统设计中的微控制器。
它由英特尔公司于1980年推出，是目前应用最广泛的8位单片机之一、8051单片机的硬件结构包括中央处理器、存储器、输入/输出接口和定时器/计数器等模块。
1.中央处理器（CPU）：
8051单片机使用的是Harvard结构的CPU，包括一个8位的ALU（算术逻辑单元）、一个8位的累加器（Accumulator）和一个8位的程序计数器（PC）。
该CPU还包括4个通用寄存器（R0-R3）和1个存储器指针寄存器（DPTR）。
它还具有处理器状态字寄存器（PSW）和堆栈指针（SP），用于管理程序的执行状态和堆栈操作。
2.存储器：
3.输入/输出接口：
8051单片机提供了大量的输入/输出引脚，用于连接外部设备。
它支持多种输入/输出方式，包括双向I/O口、专用I/O口、串行口和中断端口等。
每个I/O口都可以配置为输入或输出，并且可以通过寄存器编程来控制。
4.定时器/计数器：
8051单片机内置了2个独立的定时器/计数器模块，用于生成精确的时间延迟和测量外部事件。
定时器模块可以配置为定时器或计数器，并具有可编程的预分频器和计数器。
它还可以通过中断机制触发中断请求，用于实现实时操作和时序控制。
5.中断控制器：
6.时钟源：
总之，8051单片机的硬件结构包括中央处理器、存储器、输入/输出接口、定时器/计数器、中断控制器和时钟源等模块。
这些硬件模块相互配合，实现了单片机的功能扩展和系统控制能力。
它广泛应用于各种嵌入式系统设计中，如家电控制、工业自动化、汽车电子等。
第一章 8051单片机基本结构
交道时，完成数据传送。
3）寄存器 B（ 8位寄存器）
作用：在乘法和除法运算中用作ALU的输入之一。乘法
运算时，ALU的两个输入分别为A、B，运算结果存放在A、B 寄存器中，其中A存放积的低8位，B则存放积的高8位。除法 运算时，被除数取自A，除数取自B；运算结果商数存于A， 而余数存于B。不作乘、除运算时，寄存器B可作通用寄存器
1）程序计数器（PC）
16位专用寄存器，寻址范围为64KB。 作用：存放CPU执行的下一条待执行指令的地址 工作原理： 当一条指令按照PC所指的地址从程序存储器中取 出后，PC会自动加1，指向下一条指令。 执行 有条件或无条件转移指令时，程序计数器将 被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。
PSW.1 PSW.0
CY
AC
F0
RS1 RS0 OV
-
P
P（PSW.0） 奇偶标志位
P标志表明累加器ACC中1的个数的奇偶性。在 每条指令执行完后，单片机根据ACC的内容对P 位 自动置位或复位。
若累加器ACC中有奇数个“1”，则P=1； 若累加器ACC中有偶数个“1”，则P=0。
PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0
CY
AC
F0
RS1 RS0 OV
-
P
CY是PSW中最常用的标志位。 由硬件或软件置位和清零。 在字节运算时：它表示运算结果是否有进位（或借位）。 加法时：有进位 Cy由硬件置“1” 即Cy=1；
无进位 CY被硬件清“0” 即Cy=0。
减法时：有借位 Cy由硬件置“1” 即Cy=1； 无借位 CY被硬件清“0” 即Cy=0。
定 时 控 制
8051单片机的内部结构
8051单片机的内部结构8051单片机是一种经典的8位单片机，由Intel于1981年首次推出。
它被广泛应用于各种嵌入式系统中，具有高性能、低功耗和强大的通用性。
本文将详细介绍8051单片机的内部结构。
8051单片机的内部结构分为四个部分：中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）系统和总线结构。
1. 中央处理器（CPU）：8051单片机采用哈佛结构的中央处理器，包括一个8位的累加寄存器（Accumulator）和一个16位的程序计数器（Program Counter）。
Accumulator用于存储中间结果和运算数据，程序计数器用于存储下一条要执行的指令地址。
另外，还包括两个全局寄存器（DPTR和PCON），用于存放数据和地址。
中央处理器还包括一个时钟发生器（Clock Generator），用于产生系统时钟。
系统时钟驱动着所有的计时、计数和控制器，确保所有的操作都能按照正确的时间序列进行。
2. 存储器：8051单片机的存储器包含程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。
程序存储器用于存储程序代码和常量数据，通常为4KB或8KB的容量。
程序存储器是只读的，它存储了单片机的固件程序，即不可修改的程序。
数据存储器用于存储程序运行过程中需要读写的变量和中间结果。
数据存储器通常有128字节或256字节的容量，可以读写。
3. 输入/输出（I/O）系统：8051单片机的I/O系统包含了多个通用输入/输出端口（GPIO），用于与外部设备进行数据的输入和输出。
GPIO被划分为四个8位的端口：P0、P1、P2和P3。
每个端口的每一位都可以配置为输入或输出，并且可以通过特定的寄存器进行读写操作。
通过编程设置端口的输入输出方向和状态，可以实现与外部设备的数据交互。
4. 总线结构：8051单片机的总线结构包括数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线用于在CPU和存储器之间传输数据。
它是一个8位的双向总线，可以同时传输一个字节的数据。
8051单片机的结构和原理
8051单片机的结构和原理中央处理器(CPU)是单片机的核心部分，由时钟发生器和控制单元组成。
时钟发生器提供CPU工作需要的时钟信号，控制单元负责指令的获取、译码和执行。
8051单片机的CPU有一个8位的累加器(ACC)和一个可分成两个4位寄存器的B寄存器。
它还具有一个地址总线和一个数据总线，用于与其他芯片进行通信。
存储器是单片机的重要组成部分，用于存储程序和数据。
8051单片机有不同类型的存储器，包括ROM(只读存储器)和RAM(随机存储器)。
ROM用于存储程序代码，而RAM用于存储变量和临时数据。
在一些高级型号的8051单片机中，还可以通过外部存储器接口扩展存储容量。
输入输出(I/O)是单片机与外部设备进行信息交互的接口。
8051单片机的I/O口有两类，即通用I/O口和特殊功能I/O口。
通用I/O口可以配置为输入口或输出口，用于与外部设备进行数字信号输入输出。
特殊功能I/O口具有特定的功能，如串行通信、定时器/计数器控制等。
定时器/计数器是8051单片机的重要辅助模块，用于生成定时延时和计数操作。
它包括两个定时器/计数器(T0和T1)，可以用于测量时间、延时控制、产生波形等应用。
定时器/计数器可以通过编程设置工作模式、计数方式以及定时时间周期。
串行通信器是8051单片机与外部设备进行串行通信的接口。
它包括一个串口(UART)，支持异步串行通信和同步串行通信。
通过串行通信器，8051单片机可以与计算机、终端设备、传感器等进行数据的发送和接收。
中断控制器是8051单片机的另一个重要模块，用于处理外部中断和内部中断。
当外部设备发生中断请求时，中断控制器会暂停当前任务，转而执行中断服务程序。
中断控制器包括外部中断INT0、INT1和内部中断IE0、IE1、TF0、TF1等。
8051单片机的原理是基于冯·诺依曼结构和哈佛结构的混合结构。
它具有单指令多数据流(SISD)并行处理特性，在一条指令周期内可以同时对多个数据进行处理。
8051单片机的引脚及结构
P2 P1 P2
P1
P2 P1
P2
P1 P2 P1
P2 P1
P2
P1
P2 P1
P2 P1
P2 P1
P2
(OSC)
振荡周期
时钟周期
MCS-51单片机各种周期的相互关系
1．振荡周期：为单片机提供时钟信号的振荡源 的周期。
2．时钟周期：是振荡源信号经二分频后形成的 时钟脉冲信号。
3．机器周期：通常将完成一个基本操作所需的 时间称为机器周期。
片外RAM： 最大范围：0000H～FFFFH，
64KB；用指令MOVX访问。 片内RAM：
最大范围：00H～FFH， 256B；用指令MOV访问。又分 为两部分：低128B（00～7FH） 为真正的RAM区，高128B （80～FFH）为特殊功能寄存器 （SFR）区。如右图所示。
3．特殊功能寄存器（SFR）
1、复位方式
系统开始运行和重新启动靠复位电路来实现，这种工作 方式为复位方式。
单片机在开机时都需要复位，以便CPU及其他功能部件 都处于一种确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
MCS-51单片机在RST引脚产生两个机器周期（即24个 时钟周期）以上的高电平即可实现复位。
复位电路有两种：上电自动复位和上电/按键手动复位， 如下图所示。
1．HMOS单片机的掉电保护
当VCC突然掉电时，单片机通过中断将必须保护的数据送 入内部RAM，备用电源VPD可以维持内部RAM中的数据不丢失。
2．CHMOS单片机的节电方式
CHMOS 型 单 片 机 是 一 种 低 功 耗 器 件 ， 正 常 工 作 时 电 流 为 11～22mA，空闲状态时为1.7～5mA，掉电方式为5～50A。因 此，CHMOS型单片机特别适用于低功耗应用场合，它的空闲方 式和掉电方式都是由电源控制寄存器PCON中相应的位来控制。
51单片机定时时钟工作原理
51单片机定时时钟工作原理51单片机（也被称为8051微控制器）的定时器/计数器是一个非常有用的功能，它允许用户在特定的时间间隔内执行任务。
下面是其基本工作原理：1. 结构：8051单片机通常包含两个定时器/计数器，称为Timer0和Timer1。
每个定时器都有一个16位的计数器，可以用来跟踪经过的时间或事件。
2. 时钟源：定时器的核心是一个振荡器或外部时钟源，为计数器提供脉冲。
通常，这个时钟源可以是内部的，也可以是外部的。
内部时钟源通常基于系统时钟，而外部时钟源则直接从外部硬件输入。
3. 计数过程：每当振荡器产生一个脉冲，计数器就会增加（对于向上计数的定时器）或减少（对于向下计数的定时器）一个单位。
这取决于定时器的模式。
4. 溢出：当计数器达到其最大值（对于向上计数的定时器）或达到0（对于向下计数的定时器）时，会发生溢出事件。
这会导致一个中断，可以用来执行特定的任务或操作。
5. 分频：在某些模式下，计数器的输出可以用来分频系统时钟，从而产生更精确的定时器时钟。
6. 预分频器：预分频器允许用户设置一个值，该值决定了振荡器的输入脉冲被分频的次数。
这有助于控制计数器的速度，从而控制定时器的精度。
7. 工作模式：8051微控制器支持多种定时器模式，包括正常模式、自动重装载模式和比较模式。
每种模式都有其特定的应用和行为。
8. 中断：当定时器溢出时，可以产生一个中断。
这意味着微控制器可以暂时停止当前的任务，转而处理与定时器相关的特定任务。
通过合理配置和使用这些定时器/计数器，开发人员可以在8051单片机上实现精确的时间控制和事件调度。
这对于实现诸如延时、精确计时和脉冲生成等功能非常有用。
8051单片机基本结构
8051单片机基本结构8051单片机是一种经典的8位单片机，由Intel公司于1980年推出。
它被广泛应用于各种嵌入式系统，如家电、汽车、工业自动化等领域。
本文将介绍8051单片机的基本结构，包括其内部引导程序、CPU、存储器、IO口和定时器等。
1. 内部引导程序：8051单片机在上电时会执行内部存储器中的一段引导程序。
这个引导程序通常被称为"Bootstrap Loader"，它的主要功能是将外部存储器中的程序加载到内部RAM中，并运行这个程序。
2.中央处理器（CPU）：8051单片机的CPU由4个部分组成，包括控制单元（CU）、算术逻辑单元（ALU）、程序计数器（PC）和数据存储器（RAM）。
CU负责控制整个系统的操作，包括指令的解码和执行，ALU用于进行算术和逻辑运算，PC用于存储当前执行的指令的地址，RAM用于存储数据。
3.存储器：8051单片机包括多种类型的存储器，包括ROM、RAM和特殊功能寄存器（SFR）。
ROM用于存储程序代码和常量数据，RAM用于存储变量数据，SFR用于与外部设备进行通信和控制。
4.输入/输出口（IO口）：8051单片机包括多个IO口，用于连接外部设备，如按键、LED灯、数码管等。
这些IO口可以设置为输入或输出，通过程序可以对它们进行控制，实现与外部设备的交互。
5.定时器：8051单片机包括多个定时器/计数器，用于生成精确的时间延迟和计数。
定时器可以设置不同的工作模式，并可以与其他硬件模块一起使用，如中断和串行通信。
6.中断系统：8051单片机中包括一种灵活的中断系统，可以响应外部的中断请求。
当外部事件发生时，单片机会立即跳转到中断服务程序，执行相应的中断处理操作。
中断系统可以与定时器、IO口和串行通信等模块进行集成使用。
7.串行通信：8051单片机包括一个串行通信接口，允许与其他设备进行数据交换。
这个串行通信接口可以配置为异步串口或同步串口，支持不同的通信协议，如RS232、SPI和I2C等。
8051单片机的内部结构
8051单片机的内部结构8051单片机是一种经典的嵌入式微控制器，被广泛应用于各种电子设备中。
它的内部结构非常精巧，由多个功能模块组成，每个模块都有独特的作用和功能。
首先，我们来看一下8051单片机的整体结构。
它由中央处理器单元（CPU）、存储器单元、输入输出（I/O）端口、定时器/计数器和串行通信接口等部分组成。
中央处理器单元是8051单片机的核心部分，负责执行指令、进行运算和控制整个系统的操作。
它包括一个8位的累加寄存器（ACC）、一个8位的程序计数器（PC）和一个8位的数据指针寄存器（DPTR）。
累加寄存器用于存储运算结果，程序计数器用于存储当前执行的指令地址，数据指针寄存器用于存储数据的地址。
存储器单元包括程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储8051单片机的程序代码，数据存储器用于存储变量和数据。
8051单片机的程序存储器可以存储的程序代码有限，通常为4KB或8KB。
输入输出端口是8051单片机与外部设备进行数据交换的接口。
它包括4个8位的通用输入输出端口（P0、P1、P2和P3），它们可以通过寄存器的方式进行读写操作。
其中P0端口和P2端口还具有扩展功能，可以用来连接额外的外设。
定时器/计数器是8051单片机中非常重要的一个模块，用于生成精确的时间延迟和测量外部事件的时间。
8051单片机通常配备有两个定时器/计数器（Timer 0和Timer 1）。
它们可以设置为定时器模式或计数器模式，通过定时器中断可以实现各种时间相关的功能。
串行通信接口是8051单片机与外部设备进行串行通信的接口，通常用于与计算机或其他外设进行数据交换。
8051单片机通常配备有一个串行通信接口（UART）或两个串行通信接口（UART0和UART1），可以通过设置波特率、数据位数和停止位数等参数来配置通信方式。
除了上述核心模块外，8051单片机还包括中断系统、时钟和复位电路。
中断系统用于处理外部中断事件，可以提高系统的实时性和可靠性。
8051工作原理
8051工作原理
8051是一种经典的单片机，其工作原理主要包括指令的执行
和数据的处理。
8051的指令执行分为取指、译码、执行和访存等步骤。
首先，控制器从程序存储器中获取指令，然后通过指令寄存器进行译码以确定其具体操作。
接着，根据指令的要求执行相应的操作，并将结果存储到寄存器或者内存中。
在数据处理方面，8051主要通过寄存器和内存来存储和处理
数据。
它拥有多个通用寄存器，用于存储临时数据和计算结果。
同时，它还提供了片内RAM和片外扩展RAM，以及特殊功
能寄存器(SFR)来存储特定的功能数据。
通过读写这些寄存器
和内存，可以实现对数据的读取、存储和处理。
8051的工作原理基于时钟和定时器。
它的时钟信号作为基准
信号控制指令的执行速度，定时器可以在不同的时间间隔触发中断，用于处理实时的事件和监控系统的状态。
同时，8051
的工作原理还涉及外部中断、GPIO口、串口通信等多种外设，以满足不同的应用需求。
总结而言，8051的工作原理是基于指令的执行和数据的处理，它通过时钟信号、定时器、中断和外设等多个部分协同工作，实现了对数据的读取、存储和处理，以及与外部环境的交互。
这些特性使得8051成为一种广泛应用于嵌入式系统和物联网
领域的单片机。
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计算机技术与单片机
两大分支：通用计算机系统和嵌入式计算机系统。
在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口 电路，构成了单芯片微型计算机，即单片机。
单片机的设计理念是：微型化、低成本、低功耗及具有很 好的性价比。是通用计算机所无法取代的。
广泛地应用于工业自动化、仪器仪表、电子产品、通讯等 等重要的场合。
通用计算机与单片机在硬件结构上的比较
微型计算机
CPU 数据RAM 程序ROM 中断控制器
单片机
系统总线（DB、AB、CB）
并行I/O 串行端口 定时/计数器 扩展I/O端口
微型计算机的组成框图 （由多个IC芯片组装在一个主电路板上）
大而全
8051单片机
所有单元都组装 在一个IC芯片上
小而精
绪论结束
RAM分配图
【举例】：有两个数0FH和F8H，试将两数相加
MOV A，#0FH ADD A，#0F8H
；将立即数0FH 送累加器A ；A的内容与立即数0F8H相加，结果送A
0000 1111 + 1111 1000 Cy→1 0000 0111
运算结果：A=07H CY=1 OV=0
AC=1 P=1
（4学时）
（4学时）
（8学时） （4学时）
如何学习本门课程
学习基础：
1. 掌握基础的电路常识 2. 常用器件概念 3. 简单的C语言基础
学习重点：
1. 掌握基本的单片机硬件结构 ---- RAM、定时器、并行和串行口中断系统，以及特殊功能寄存器SFR 2. 掌握8051单片机的C语言编程，熟练使用Keil软件。 3. 掌握单片机与外围电路的接口。单片机应用的高级阶段。 4. 实践第一！
指令部件
程序计数器PC： 16位计数器，下一条待执行指令的地 址，64KB寻址范围；
指令寄存器IR：存放当前执行的指令； 指令译码器ID：解释指令，产生控制信号； 数据指针DPTR：16位地址寄存器，用于寻址外部数据程
序存储器：64KB寻址范围。
1.2.2存储器
存储器组织：
◦ 哈佛结构 --- 独立编址 ◦ 普林斯顿结构--- 统一编址
1.2 8051的内部结构
◦ CPU ◦ 存储器 ◦ 并行口 ◦ 串行口 ◦ 定时器 ◦ 中断
1.2.1CPU
1. 以ALU为中心的运算器
运算器
◦ 包括： ALU、寄存器ACC、B、TMP等 ◦ 功能：
算术运算：+，—，×，÷ 逻辑运算：与,或,非,等
程序状态字与工作寄存器 P4
CY AC F0 RS1 RS0 OV - P
2. 在8051单片机中，包含有CPU、程序存储器ROM、数 据存储器RAM、定时/计数器、并行I/O端口、串行口、中断 系统等；
3. 由于在设计理念上的不同，单片机内部包含的模块从性 能上一般要比通用机简单，这样使工程技术人员在使用、编 程和设计上非常简单、方便，也利于降低单片机的制造成本 。
一、 8051单片机内部方框图
如何根据PSW来分析运算结果是否有溢出？
2 控制器、时钟Βιβλιοθήκη 路和基本时序周 期控制逻辑包括： 定时和控制逻辑 指令寄存器 译码器 数据指针DPTR 程序计数器PC 等
8051的时钟电路
8051的基本时序周期（p5，振荡周期、时 钟周期、机器周期、指令周期）
P1 P2 振荡周期
时钟周期 机器周期
指令周期=1-4个机器周期
从物理结构上单片机系统的存储器结构图 （四个部分）
8051 单片机
片内 RAM 256B
FFFH
片内 ROM 4K
(/EA=1)
000H
FFFFH
片外 ROM 64K
1000H 0FFFH (/EA=0
或片内 溢出）
0000H
片外 RAM 64K
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（一） 程序存储器(片内与片外)
1、程序存储器（ROM）是存放程序、常数和表格的。 2、在8051单片机中：
FFFFH
/EA=1时，
PC>FFFH
系统执行片内的4KROM中的程序 1000H
单片机内部 程序存储器
（4K）
0FFFH 0000H
0FFFH 0000H
片外程序存储器 （最大64K）
/EA=0时， 系统执行片外的程序
程序存储器六个特殊的单元
1. 8051单片机的存储器的配置特点(哈佛结构)
①内部集成了4K的程序存储器ROM； ②内部具有256B的数据存储器RAM； ③可以外接64K的程序存储器和数据存储器。
从物理结构的角度讲，8051单片机的存储系统可 以分为四个存储空间：即片内ROM，RAM和片 外ROM、RAM。
从逻辑上讲（即用户编程的角度讲）8051单片机 的存储系统又可分为三个存储空间。即片内RAM， 片外RAM, 片内或外的程序存储器ROM。
时钟电路
4KROM
256BRAM
2X16位
程序存储器 数据存储器 定时/计数器
CPU 处理器
中断控制
64KB总线 扩展控制器
可编程I/O 端口P0-3
可编程 串行口
图1-1 8051 单片机的基本结构
二、8051系列芯片及制造工艺
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8051、8031和8751单片机结构特点 P2
8位CPU 片内振荡器及时钟电路 32根I/O线 外部存储器ROM和RAM寻址范围各64KB 2个16位定时器/计数器 5个中断源，2个中断优先级 全双工串行口 布尔处理器
第一章 单片机基础知识
1.1 8051单片机的特点 1.2 8051单片机内部结构 1.3 8051系统扩展 1.4 8051指令系统
1.1 8051单片机的特点
1. 单片机具有计算机的基本特征，因此在其芯片内部包 含着与通用计算机相同的基本部件和模块。由于其特殊性， 在高档单片机中还包含了通用机所没有的一些特殊的电路模 块（A/D、D/A、PWM等）；
参考资料
1. 《单片机原理及其接口技术》（第2版） ----胡汉才 清华大学出版社（42元）
2.《新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓 展》 ---- 郭天祥 电子工业出版社（69元）
3. proteus仿真软件
本课主要内容及课时安排
第1章 单片机基础知识 第3章 Cx51数据与运算 第5章 Cx51构造数据类型中指针 第6章 C51函数 第8章 8051内部资源的编程 第13章 8051人机交互的c编程