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
指 令 译 码 器
OSC
指 令 寄 存 器
P1锁存器
P1驱动器 P1.0-P1.7
P3锁存器
P3驱动器 P3.0-P3.7
XTAL1
XTAL2
1.1.1 CPU
作用：主要完成运算和控制功能。
P0驱动器 RAM地 址寄存器 128B RAM
P0.0-P0.7
P2.0-P2.7
P2驱动器
P1锁存器
P3锁存器
OSC 运算部件以算术逻辑单元 ALU为核心，加上累加器 ACC、 P1驱动器 P3驱动器
寄存器B、暂存器、程序状态字寄存器PSW等组成。
XTAL1
作用：把传送到微处理器的数据进行算术运算或逻辑运算
XTAL2
P1.0～P1.7
P3.0～P3.7
1）算术逻辑单元（ ALU—Arithmetic Logic Unit）
P0锁存器
P2锁存器
4KB ROM
程序地址 寄存器 B寄存器 暂存器1 暂存器2 ACC SP 缓冲器
控制器 和控制 成
运算器（ALU、 专用寄存器）
PSEN ALE EA RET 定 时 控 制 指 令 译 码 器
OSC
ALU 指 令 寄 存 器 中断、串行口和定时器 PSW
PC增1 PC DPTR P1锁存器 P1驱动器 P3锁存器 P3驱动器
第一章 8051单片机基本结构
1.1
8051单片机的基本结构
MCS-51系列单片机是英特尔公司推出的高档8位机 分为二个子系列
存储器类型 单片机系列
8031
8051 8751 8032 8052
掩膜 ROM
/
4KB / / 8KB
EPROM
/
/ 4KB / /
MCS51
51子系 列 52子系 列
算和控制功能
时钟电路
ROM
RAM
定时计数器
CPU
并行接口 串行接口 中断系统
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1
结构框图
特点： 以CPU为核心 CPU与其他部件间通过总线连接
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
中央处理器CPU：8位，运算和控制功能 内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元， 用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。 内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表 格。 定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功 能。 并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。 串行口：一个全双工串行口。 中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2 个，串行中断1个） 时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和 12MHZ
8051单片机 内部结构图
RAM地 址寄存器 128B RAM
P0.0-P0.7 P0驱动器
P2.0-P2.7
P2驱动器
P0锁存器
P2锁存器
4KB ROM
程序地址 寄存器 B寄存器 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
PSEN ALE EA RET
PSW.1 PSW.0
CY
AC
F0
RS1 RS0 OV
-
P
RS1（PSW.4）、RS0（PSW.3)
寄存器区选择控制位。
RS1 0 0 1 1
RS0 0 1 0 1
寄存器组 第 0组 第 1组 第 2组 第 3组
片内RAM地址 00H-07H 08H-0FH 10H-17H 18H-1FH
CPU通过对PSW中的D4、D3位内容的 修改，就能任选一个工作寄存器区。 例如： PSW.3 =1;
指令 译码器ID
分析指令
3) 数据指针（DPTR）16bit 4) 堆栈指针
电源及时钟引脚 : Vcc 、 Vss ； XTAL1 、XTAL2 I/O口引脚： P0、P1、P2、P3，4个8位I/O口 控制引脚： PSEN* 、EA* 、ALE、RESET
1.1.2 引脚功能
1.电源及时钟引脚 （1）电源引脚 Vcc（40脚） ：+5V电源； Vss（20脚） ：接地。 （2）时钟引脚 XTAL1（19脚）：接外部晶体 的一端;采用外接晶体振荡器时 ，此引脚应接地。 XTAL2（18脚）：接外部晶体 的一端;
8051单片机硬件结构
T0 T1
并行I/O口：4个8位 中央处理器 的 I/O口P0、P1、 P2 、P3 。 CPU ： 8位，运 内部ROM：4KB 串行口：一个全双 掩膜ROM，用于 中断控制系统： 5 工串行口。 存放程序、原始数 时钟电路：可产生 个中断源（外部中 据和表格。 时钟脉冲序列，允 断2个，定时/计数 内部2 ：共 256 许晶振频率 6MHZ 中断 个，串行中 定时 /RAM 计数器：两个 个 RAM 和 12MHZ 断 1 个） 单元，用 16 位的定时 /计数器 户使用前 128 个单 ，实现定时或计数 元，用于存放可 功能。 读写数据，后128 个单元被专用寄 存器占用。
2) 指令寄存器IR和指令译码器ID
指令寄存器IR：8位寄存器 作用：用于暂存待执行的指令，等待译码。 指令译码器ID： 作用：对指令寄存器中的指令进行译码，即将指令转变为所需
的电平信号。
取指令 PC 程序 存储器
取出 指令码
把指令转变 成所需要得 电平信号
指令 寄存器IR
CPU 产生 执行该指令所需 的各种控制信号 执行指令
在带符号的加减运算中，若运算超出了累加器A所能表示 的符号数的有效范围（-128~127），则自动置1，表示产生了 溢出，说明运算结果是错误的。否则为0。 乘法运算中，Ov=1表示乘积超过255，即乘积分别在A和B 中；否则为0，表示乘积只在A中。 除法运算中，Ov=1表示除数为0。
PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2
使用。
4）程序状态字寄存器PSW（程序状态标志寄存器）
8位寄存器。
作用：存放当前指令执行后操作结果的某些特征，为下一 条指令的执行提供依据。
程序状态字PSW各位标志的含义
PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0
CY
AC
F0
RS1 RS0 OV
-
组成：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器（ID） 、数据 指针（ DPTR）、堆栈指针（SP）以及定时控制电路等。 OSC P1驱动器 P3驱动器 功能：对来自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控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定 XTAL2 P1.0～P1.7 XTAL1 P3.0～P3.7 的功能
程序地址 寄存器 B寄存器 暂存器1 暂存器2 ACC SP 缓冲器
ALU
指 指 定 令 令 时 译 寄 控 码 存 制 器 器 PSW
PCON TH0 SBUF
SCON TL0 SBUF
TCON TH1 IE
TMOD TL1 IP
PC增1
N
E
中断、串行口和计数器/定时器
PC
DPTR
T
P1锁存器
P3锁存器
ALU
PSEN ALE EA RST 指 指 定 令 令 时 译 寄 控 码 存 制 器 器 PSW
PCON TH0 SBUF
SCON TL0 SBUF
TCON TH1 IE
TMOD TL1 IP
运算器 缓冲器 （ALU、 专用寄存 PC增1 器）
PC
中断、串行口和计数器/定时器
DPTR
（1） 运算器
CY
AC
F0
RS1 RS0 OV
-
P
溢出和进位是两种不同性质的概念。 溢出是指有正负号的两个数运算时，运算结果超 出了累加器以补码所能表示一个有符号数的范围。 而进位则表示两数运算最高位（D7）相加（或相 减）有无进位（或借位）。