第二章单片机芯片的硬件结构
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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
单片机的硬件结构
以1/6振荡频率（即1/2机器周期）周期性输出
②PROG：在对8751片内EPROM编程时，编程 脉冲由此输入。
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33
3、EA/VDD：访外允许/编程电压输入
①、8031中EA必须接地。 8051/8751中 EA＝1，单片机使用片内ROM/EPROM （由PC值决定）； EA＝0，单片机片内程序存储器失效，而 使用片外程序存储器。
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27
• MCS－51单片机的振荡器有内部和外部两种 方式。
1、接石英晶体和微调电容 2、接外部时钟
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28
• 时序：时间的先后顺序，控制器按照指令功能发出一系列 在时间上有一定次序的信号，控制和启动一部分逻辑电路， 完成某种操作。
• 机器周期＝12个时钟周期（振荡周期） 有6个状态（S1~S6），一个状态为2个振荡周期，分为P1和P2
电话铃响 中断信号如INT=0 中断请求
暂停看书 暂停执行主程序 中断响应
书中作记号 当前PC入栈 保护断点
电话谈话 执行中断程序
中断服务
继续看书 返回主程序 中断返回
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中 断 服 务 程 序
21
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22
八、布尔处理器
MCS－51单片机内含有一个布尔处理器，是单片机 CPU中运算器的一个重要组成部分。
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19
六、串行口 完成单片机和其他计算机或通讯设备之
间的串行数据通讯。
MCS－51系列P3口的RXD(P3.0)和 TXD(P3.1)构成
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20
七、中断系统
日
常
中断系统是计算机的重要指标之一。
②PROG：在对8751片内EPROM编程时，编程 脉冲由此输入。
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3、EA/VDD：访外允许/编程电压输入
①、8031中EA必须接地。 8051/8751中 EA＝1，单片机使用片内ROM/EPROM （由PC值决定）； EA＝0，单片机片内程序存储器失效，而 使用片外程序存储器。
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• MCS－51单片机的振荡器有内部和外部两种 方式。
1、接石英晶体和微调电容 2、接外部时钟
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• 时序：时间的先后顺序，控制器按照指令功能发出一系列 在时间上有一定次序的信号，控制和启动一部分逻辑电路， 完成某种操作。
• 机器周期＝12个时钟周期（振荡周期） 有6个状态（S1~S6），一个状态为2个振荡周期，分为P1和P2
电话铃响 中断信号如INT=0 中断请求
暂停看书 暂停执行主程序 中断响应
书中作记号 当前PC入栈 保护断点
电话谈话 执行中断程序
中断服务
继续看书 返回主程序 中断返回
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中 断 服 务 程 序
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八、布尔处理器
MCS－51单片机内含有一个布尔处理器，是单片机 CPU中运算器的一个重要组成部分。
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六、串行口 完成单片机和其他计算机或通讯设备之
间的串行数据通讯。
MCS－51系列P3口的RXD(P3.0)和 TXD(P3.1)构成
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七、中断系统
日
常
中断系统是计算机的重要指标之一。
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。
17:43
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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。
17:43
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：
17:43
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单片机原理及接口技术
1）运算器 （1）8位的ALU： 可对4位、8位、16位数据进行操作。
17:43
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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。
17:43
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。
第2章-AT89S51单片机的片内硬件结构
30
（5）OV（PSW.2）溢出标志位：当执行算术指令时，OV用来 指示运算结果是否产生溢出。如果结果产生溢出，OV=1；否则， OV=0。
（6）PSW.1位：保留位，未用。 （7）P（PSW.0）奇偶标志位：该标志位表示指令执行完时， 累加器A中“1”的个数是奇数还是偶数。 P=1，表示A中“1”的个数为奇数。 P=0，表示A中“1”的个数为偶数。 该标志位对串行口通信中的数据传输有重要的意义。在串行通 信中，常用奇偶检验的方法来检验数据串行传输的可靠性。
RESET）； （3）I/O口引脚—P0、P1、P2与P3，为4个8位并行I/O口的外
部引脚。 下面结合图2-2介绍各引脚的功能。
2.2.1 电源及时钟引脚
1．电源引脚 （1）VCC（40脚）：接+5V电源。 （2）VSS（20脚）：接数字地。
12
2．时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：片内振荡器的反相放大器和外 部时钟发生器的输入端。使用片内的振荡器时，该引 脚外接石英晶体和微调电容。当采用外部的独立时钟 源时，本引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。当使用片内振荡器时，该引脚连接外部石英晶体 和微调电容。当使用外部时钟源时，本引脚悬空。
负载。 P3口还可提供第二功能，其第二功能定义如表2-1
所示，8位）及数据总线使用时， 为双向口。作为通用的I/O口使用时，需加上拉电阻，这时为准双 向口。而P1口、P2口、P3口均为准双向口。
双向口P0与P1口、P2口、P3口这3个准双向口相比，多了一 个高阻输入的“悬浮”态。这是由于P0口作为数据总线使用时， 多个数据源都挂在数据总线上，当P0口不需与其他数据源打交道 时，需要与数据总线高阻“悬浮”隔离。而准双向I/O口则无高阻 的“悬浮”状态。另外，准双向口作通用I/O的输入口使用时，一 定要向该口先写入“1”。以上的准双向口与双向口的差别，在学 习本章2.5节的P0~P3口的内部结构后，将会有更深入的理解。
（5）OV（PSW.2）溢出标志位：当执行算术指令时，OV用来 指示运算结果是否产生溢出。如果结果产生溢出，OV=1；否则， OV=0。
（6）PSW.1位：保留位，未用。 （7）P（PSW.0）奇偶标志位：该标志位表示指令执行完时， 累加器A中“1”的个数是奇数还是偶数。 P=1，表示A中“1”的个数为奇数。 P=0，表示A中“1”的个数为偶数。 该标志位对串行口通信中的数据传输有重要的意义。在串行通 信中，常用奇偶检验的方法来检验数据串行传输的可靠性。
RESET）； （3）I/O口引脚—P0、P1、P2与P3，为4个8位并行I/O口的外
部引脚。 下面结合图2-2介绍各引脚的功能。
2.2.1 电源及时钟引脚
1．电源引脚 （1）VCC（40脚）：接+5V电源。 （2）VSS（20脚）：接数字地。
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2．时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：片内振荡器的反相放大器和外 部时钟发生器的输入端。使用片内的振荡器时，该引 脚外接石英晶体和微调电容。当采用外部的独立时钟 源时，本引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。当使用片内振荡器时，该引脚连接外部石英晶体 和微调电容。当使用外部时钟源时，本引脚悬空。
负载。 P3口还可提供第二功能，其第二功能定义如表2-1
所示，8位）及数据总线使用时， 为双向口。作为通用的I/O口使用时，需加上拉电阻，这时为准双 向口。而P1口、P2口、P3口均为准双向口。
双向口P0与P1口、P2口、P3口这3个准双向口相比，多了一 个高阻输入的“悬浮”态。这是由于P0口作为数据总线使用时， 多个数据源都挂在数据总线上，当P0口不需与其他数据源打交道 时，需要与数据总线高阻“悬浮”隔离。而准双向I/O口则无高阻 的“悬浮”状态。另外，准双向口作通用I/O的输入口使用时，一 定要向该口先写入“1”。以上的准双向口与双向口的差别，在学 习本章2.5节的P0~P3口的内部结构后，将会有更深入的理解。
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 AT89S52单片机的片内硬件结构(1)内部结构及引脚
17
（2）EA/ VPP (Enable Address/Voltage Pulse of Programming，31脚)
第一功能：
当EA接高电平时，在PC值不超出1FFFH （即不超出片内8KB Flash存储器的地址 范围）时，单片机读片内程序存储器 （8KB）中的程序，但PC值超出1FFFH （即超出片内8KB Flash地址范围）时， 将自动转向读取片外60KB（2000H-FFFFH）
Port 0
P1.2 P1.3
P0.0～P0.7统称为P0口。
P1.4 P1.5
❖ 地址/数据总线复用
P1.6 P1.7
❖ 地址总线低8位
RST/VPD RXD/P3. 0
（2）P2口（21脚～28脚）:
TXD/P3.1 INT0/ P3.2
P2.0～P2.7统称为P2口,
一
INT1/ P3.3 T0/ P3.4
EA ALE PSEN
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0
16
补充知识： 210=1024=1K =0000 0011 1111 1111B =03FFH 216=65536=64K =1111 1111 1111 1111B =FFFFH 213=8192=8K =0001 1111 1111 1111B =1FFFH
储器中的内容，读取的地址范围为
T0/ P3.4
12 13 14
29 28 27
0000H～FFFFH，片内的8KB Flash 程序存 T1/P3.5 15
26
储器不起作用。 第二功能： 对片内Flash编程，接编程电压。
WR/P3.6 26
25
RD/P3.7 17
（2）EA/ VPP (Enable Address/Voltage Pulse of Programming，31脚)
第一功能：
当EA接高电平时，在PC值不超出1FFFH （即不超出片内8KB Flash存储器的地址 范围）时，单片机读片内程序存储器 （8KB）中的程序，但PC值超出1FFFH （即超出片内8KB Flash地址范围）时， 将自动转向读取片外60KB（2000H-FFFFH）
Port 0
P1.2 P1.3
P0.0～P0.7统称为P0口。
P1.4 P1.5
❖ 地址/数据总线复用
P1.6 P1.7
❖ 地址总线低8位
RST/VPD RXD/P3. 0
（2）P2口（21脚～28脚）:
TXD/P3.1 INT0/ P3.2
P2.0～P2.7统称为P2口,
一
INT1/ P3.3 T0/ P3.4
EA ALE PSEN
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0
16
补充知识： 210=1024=1K =0000 0011 1111 1111B =03FFH 216=65536=64K =1111 1111 1111 1111B =FFFFH 213=8192=8K =0001 1111 1111 1111B =1FFFH
储器中的内容，读取的地址范围为
T0/ P3.4
12 13 14
29 28 27
0000H～FFFFH，片内的8KB Flash 程序存 T1/P3.5 15
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储器不起作用。 第二功能： 对片内Flash编程，接编程电压。
WR/P3.6 26
25
RD/P3.7 17
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
北华航天工业学院
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
第二章 80c51硬件结构
•
• • •
(2) 寄存器B （8位）：
2.1.2
80C51内部逻辑结构组成
2.内部数据存储器(RAM)
低128字节区：用户RAM区为128x8Byte，地址为00H～
7FH。用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓 冲等。 高128字节区：特殊寄存器RAM区128x8Byte，地址为 80H～FFH。有21个特殊功能寄存器（SFR），存放功能 部件的控制命令、状态或数据等。 特点：掉电数据丢失。
失，使得复位后能继续正常运行。
三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EA
ALE/PROG（30脚）：
ALE：地址锁存允许信号端。正常工作时，该引脚以 振荡频率的1/6固定输出正脉冲，可作为外部定时 脉冲使用。 CPU访问片外存储器时，该引脚输出信号作为锁存 低8位地址的控制信号。它的负载能力为8个LS型 TTL负载。
字 节 地 址
位地址
2.2.3
内部数据存储器高128单元
1 特殊寄存器概述
用于存放单片机各个功能部件的控制命令、状态或数据的寄存 器叫特殊寄存器，其功能已经由单片机规定。
1. 有21个特殊功能功能寄存器，地址不连续分布在80H～FFH的 RAM空间，剩余空闲单元用户并不能使用，读出不确定，写入 被舍弃。
片内数据存储器 MOV,
片外数据存储器 MOVX, RD WR作选通信号操作 逻辑上3个存储器地址空间（软件角度） ： 64KB 程序存储器： 统一编地址，0000H-FFFFH 256B 片内数据存储器:独立编地址 0000H-00FFH 64KB 片外数据存储器：独立编地址 0000H-FFFFH
(1)运算电路 构成: 运算部件以算术逻辑运算单元ALU为核心，包 含累加器ACC、B寄存器、暂存器、标志寄存器PSW等， 功能: 它能实现算术运算、逻辑运算 。
第2章 AT89C51单片机片内硬件结构
（2）XTAL2（18脚）：接外部晶体，采用外接振荡器时悬空。
2.2.2 控制引脚
提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。
(1) RST/VPD (9脚)：复位/备用电源（“1”电平令CPU硬件复位） (2) EA/VPP (Enable Address/Voltage Pulse of ProgRam-ing，31脚)
输出，此频率约为时钟振荡器频率fosc的1/6。
第二功能:PROG 为编程脉冲输入端。 (4) PSEN （29脚）：外部程序存储器的读选通信号。在单片机读 外部程序存储器时，此引脚输出脉冲的负跳沿作为读外部程序存
2.2.3
并行I/O口引脚 （简介）
P0口： 8位准双向I/O口，可驱动8个LS型TTL负载。
接电源 地端 ①复位信号
VSS RST/VDD
输入。 EA/VPP 1、访问外 ②接备用电 串行口接收 部程序存储 PSEN 源。 器控制信号； ALE/PROG 串行口发送 2、 编程电 源VPP。 RXD 1、ALE 地址锁存允许。 外部中断请求
AT89C51
TXD 2、编程脉冲由该引脚 INT0 P3口 定时/计数器外部计 INT1 引入。 数信号输入端 T0 T1 片外数据存储器 1、准双向I/O口 WR 2、第二功能 写选通 RD 片外数据存储器 读选通
由于两入口地址之间的存储空间有限，因此在 编程时，通常在这些入口地址开始的两三个地址单 元中，放入一条转移类指令，使相应的程序转到指 定的程序存储器区域中执行。
2、外部数据存储器
作用：用于存放随机读写的数据。 外部I/O口地址影像区。
FFFFH
包括两部分空间： 1、外部RAM 2、扩展的I/O口地址 64KB
内部ROM
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 . . .
89C51单片机硬件结构和原理
• 经过12分频，成为机器周期信号（ MC = 12 /fosc）
需要指出的是，CPU的运算操作 在P1期间，数据传送在P2期间。
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2.1.2 89C51单片机芯片内部结构
振荡周期 晶振的振荡周期，单片机的最小时间单位。
若时钟的晶体的振荡频率为fosc，则时钟周期 Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。
ACC
PSW
可完成的操作：加减法及8位数的乘除法运算；与、或、异或、循环移位等逻辑操作。
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2.1.2 89C51单片机芯片内部结构
累加器ACC
CPU 中 使 用 最频 繁 的 寄 存 器 ， 简 称 ACC或A寄存器。
其作用为： ALU的数据输入源之一，同时在ALU 运算结束后，其结果经内部总线又 送回ACC存放。 数据传送中转站，在某些情况下， 数据必须经过寄存器A进行中转。如 变址寻址指令： movc a,@a+dptr movc a,@a+pc
程序计数器PC变化的轨迹决定了程序的流程。
程序计数器PC是一个16位的计数器，故可以对64KB程序存储器进行寻址。 程序计数器PC的基本工作方式： PC自动加1，这是最基本的工作方式，也是被称为计数器的原因。 执行条件或无条件转移指令时，PC将被置入新值，程序流向发生变化。 在执行调用指令或响应中断时： PC的当前值，即下一条将要执行的指令的地址，被送入堆栈。 将子程序的入口地址或者中断矢量地址送入PC，程序流向发生变化， 执行子程序或中断服务程序。待子程序或中断服务程序结束后，将栈 顶的内容送到PC中，程序流程又返回到原来的地方，继续执行。
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2.1.2 89C51单片机芯片内部结构
需要指出的是，CPU的运算操作 在P1期间，数据传送在P2期间。
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2.1.2 89C51单片机芯片内部结构
振荡周期 晶振的振荡周期，单片机的最小时间单位。
若时钟的晶体的振荡频率为fosc，则时钟周期 Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。
ACC
PSW
可完成的操作：加减法及8位数的乘除法运算；与、或、异或、循环移位等逻辑操作。
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2.1.2 89C51单片机芯片内部结构
累加器ACC
CPU 中 使 用 最频 繁 的 寄 存 器 ， 简 称 ACC或A寄存器。
其作用为： ALU的数据输入源之一，同时在ALU 运算结束后，其结果经内部总线又 送回ACC存放。 数据传送中转站，在某些情况下， 数据必须经过寄存器A进行中转。如 变址寻址指令： movc a,@a+dptr movc a,@a+pc
程序计数器PC变化的轨迹决定了程序的流程。
程序计数器PC是一个16位的计数器，故可以对64KB程序存储器进行寻址。 程序计数器PC的基本工作方式： PC自动加1，这是最基本的工作方式，也是被称为计数器的原因。 执行条件或无条件转移指令时，PC将被置入新值，程序流向发生变化。 在执行调用指令或响应中断时： PC的当前值，即下一条将要执行的指令的地址，被送入堆栈。 将子程序的入口地址或者中断矢量地址送入PC，程序流向发生变化， 执行子程序或中断服务程序。待子程序或中断服务程序结束后，将栈 顶的内容送到PC中，程序流程又返回到原来的地方，继续执行。
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2.1.2 89C51单片机芯片内部结构
《单片机第二章》课件
单片机在智能仪表系统中主要负责接收和处理各 种传感器的信息，控制执行器的动作，实现精确 的测量和自动控制。
THANKS
感谢观看
04
05
单片机应用实例
智能家居控制系统
01
智能家居控制系统是利用单片机技术，实现家庭设备的智能化控制， 提高生活便利性和舒适度。
02
智能家居控制系统可以实现的功能包括：智能照明、智能安防、智能 家电控制、智能环境监测等。
03
单片机在智能家居控制系统中主要负责接收和处理各种传感器和设备 的信息，控制设备的运行，并通过网络与其他设备进行通信。
《单片机第二章》ppt课 件
目录
• 单片机基础知识 • 单片机硬件结构 • 单片机软件编程 • 单片机开发流程 • 单片机应用实例
01
单片机基础知识
单片机定义
总结词
单片机的定义
详细描述
单片机是一种集成电路芯片，它将计算机的中央处理器（CPU）、随机存储器 （RAM）、只读存储器（ROM）以及输入/输出（I/O）接口等主要部件集成在 一块芯片上，具有体积小、功耗低、可靠性高的优点。
02
03
调试程序
通过仿真器等工具，对单片机程序进 行调试，确保程序逻辑正确、功能实 现无误。
系统集成与测试
01
系统集成
将硬件和软件整合在一起，构建完 整的单片机系统。
性能测试
测试系统的性能指标，如处理速度 、功耗等是否达标。
03
02
功能测试
对系统进行全面的功能测试，确保 满足需求。
可靠性测试
模拟恶劣环境条件，测试系统的稳 定性和可靠性。
优化代码
优化代码可以提高程序的执行效 率和可读性。可以通过减少冗余 代码、合理分配内存、使用高效 的数据结构和算法等方式进行优 化。
THANKS
感谢观看
04
05
单片机应用实例
智能家居控制系统
01
智能家居控制系统是利用单片机技术，实现家庭设备的智能化控制， 提高生活便利性和舒适度。
02
智能家居控制系统可以实现的功能包括：智能照明、智能安防、智能 家电控制、智能环境监测等。
03
单片机在智能家居控制系统中主要负责接收和处理各种传感器和设备 的信息，控制设备的运行，并通过网络与其他设备进行通信。
《单片机第二章》ppt课 件
目录
• 单片机基础知识 • 单片机硬件结构 • 单片机软件编程 • 单片机开发流程 • 单片机应用实例
01
单片机基础知识
单片机定义
总结词
单片机的定义
详细描述
单片机是一种集成电路芯片，它将计算机的中央处理器（CPU）、随机存储器 （RAM）、只读存储器（ROM）以及输入/输出（I/O）接口等主要部件集成在 一块芯片上，具有体积小、功耗低、可靠性高的优点。
02
03
调试程序
通过仿真器等工具，对单片机程序进 行调试，确保程序逻辑正确、功能实 现无误。
系统集成与测试
01
系统集成
将硬件和软件整合在一起，构建完 整的单片机系统。
性能测试
测试系统的性能指标，如处理速度 、功耗等是否达标。
03
02
功能测试
对系统进行全面的功能测试，确保 满足需求。
可靠性测试
模拟恶劣环境条件，测试系统的稳 定性和可靠性。
优化代码
优化代码可以提高程序的执行效 率和可读性。可以通过减少冗余 代码、合理分配内存、使用高效 的数据结构和算法等方式进行优 化。
单片机-第二章 单片机硬件结构
程序计数器PC（Program Counter）
PC是一个十六位的计数器。其内容为下 一个将要读取的指令码地址。PC有自动加1 功能，从而实现程序的顺序执行，在执行当
前指令后，PC的内容应是下一条要执行指令
的首地址。PC没有地址，是不可寻址的。因
此用户无法对它进行读写。但可以通过转移、
调用、返回等指令改变其内容，以实现程序
5. 串行I/O口 MCS－51单片机具有一个采用通用异步工作方式的 全双工串行通信接口，可以同时发送和接收数据。 6. 中断控制系统 8051共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断 2个，串行中断1个。 7. 时钟电路 MCS－51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微 调电容必须外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列， 振荡器的频率范围为1.2MHz～12MHz，典型取值为 6MHz。 8. 总线 以上所有组成部分都是通过总线连接起来，从而构 成一个完整的单片机。系统的地址信号、数据信号和控 制信号都是通过总线传送的，总线结构减少了单片机的 连线和引脚，提高了集成度和可靠性。
第二章 MCS-51单片机结构组成
本章要点
• MCS-51单片机的逻辑结构及信号 引脚 • MCS-51单片机的内部存储器 • MCS-51单片机并行输入/输出口电 路 • MCS-51单片机时钟电路与时序 • MCS-51单片机工作方式
2.1.1 MCS-51单片机结构框图
频率基准源 计数器
振荡器及 定时电路
（２）专用寄存器的位地址
• 在21个可寻址的专用寄存器中，有11个寄存器 是可以位寻址的，凡是字节地址能够被8整除的 专用寄存器都具有位寻址功能。下面把各寄存器 的字节地址及位地址一并列于表中。 • 表中凡字节地址不带括号的寄存器都是可进行位 寻址的寄存器，而带括号的是不可位寻址的。如 表中所列，全部专用寄存器可寻址的位共83位， 这些位都具有专门的定义和用途。这样加上位寻 址区的128位，在MCS-51的内部RAM中共有 83+128=211个可寻址位。
MCS-51
第二章MCS-51单片机的硬件结构和原理重点与难点：本章重点是让学生掌握MCS-51单片机引脚功能、单片机存储器结构和单片机工作方式。
难点是数据存储器结构及内部数据存储器高128位单元专用存储器SFR的工作原理和方式。
教学基本要求：1.熟悉MCS-51单片机40个引脚（DIP封装）及其功能；2.掌握数据存储器结构，熟悉专用存储器SFR的工作原理和方式；3.理解MCS-51单片机工作时序及其基本概念，时钟电路的结构和单片机的工作过程；4.对MCS-51单片机复位、程序执行、单步执行、掉电保护、低功耗以及EPROM编程和校验6种工作方式有所了解，为以后学习指令系统和编写程序打下基础。
教学内容：1．MCS-51单片机的内部结构；2．MCS-51单片机的信号引脚；3．MCS-51单片机的存储器；4．输入/输出端口结构；5．MCS-51单片机的时钟电路与时序；6．MCS-51单片机的工作方式。
§2-1单片机内部结构MCS-51单片机和微型机一样，是由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备5个基本部分组成，如图2-1。
MCS-51单片机的主要资源如下：①8位CPU，即MCS-51单片机的CPU能处理8位二进制数或代码。
②片内带振荡器，其振荡频率为f osc = 1.2～12MHz，MCS-51芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接，时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，系统允许的最高晶振频率为12MHz。
③128B片内数据存储器RAM。
内部数据存储器RAM低128字节用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终及欲显示的数据等。
高128字节被特殊功能寄存器占用。
能作为寄存器供用户使用的只有前128字节。
④4KB片内程序存储器ROM。
8051有4KB的存储单元，用以存放程序、一些原始表格，简称为内部ROM，但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031、8032、80C31等。
第2章MCS-51系列单片机的基本硬件结构
1000H 0FFFH
片外程序存储器 最大64K） （最大 ）
0000H
1. 需要注意几点： 需要注意几点：
程序存储器是用来存放编好的程序、 程序存储器是用来存放编好的程序、常数 和表格的。 和表格的。 当引脚EA=1时，系统使用片内的4KROM 时 系统使用片内的 当引脚 来存储程序。 来存储程序。EA=0时，系统使用片外的 时 ROM。 。 无论是使用片内还是使用片外的ROM（既 （ 无论是使用片内还是使用片外的 EA=1或EA=0），其起始地址都是从 ），其 或 ）， 起始地址都是从 0000H单元开始。 单元开始。 单元开始
控制器
运算器
时钟电路
4KROM 程序存储器
256BRAM 数据存储器
2X16位 位 定时/计数器 定时 计数器
CPU 处理器
64KB总线 总线 扩展控制器
可编程I/O 可编程 端口P0-3 端口
可编程 串行口
2.1.2 MCS-51单片机的引脚定义 单片机的引脚定义
1. MCS-51单片机有两种封装形式： MCS-51单片机有两种封装形式： 单片机有两种封装形式
P3.2 INT0 P3.3 INT1
2.2 MCS-51单片机的存储器的配置 单片机的存储器的配置
2.2.0 MCS-51单片机存储器的 MCS-51单片机 单片机存储器的 配置特点 2.2.1 程序存储器(片内与片外) 程序存储器 片内与片外) 存储器( 2.2.2 内部数据存储器RAM 内部数据存储器 存储器RAM 2.2.3 外部数据存储器
RST/Vpd（9脚）： （ 脚 在系统上电震荡器开始工作时， 在系统上电震荡器开始工作时， 在内部加 在此引脚上有一个两个时钟周期的高电平 两个时钟周期的高电平使单 在此引脚上有一个两个时钟周期的高电平使单 片机复位。但为了使系统复位可靠，建议外加 片机复位。但为了使系统复位可靠， 一个上电复位电路，延长复位的时间。 一个上电复位电路，延长复位的时间。当单片 机掉点时， 机掉点时，此引脚可以接入备用电源向单片机 内部的RAM供电，以防止 供电， 中的数据丢失。 内部的 供电 以防止RAM中的数据丢失。 中的数据丢失 注意：在复位状态下：所有SFR的内容全 注意：在复位状态下：所有 的内容全 变为“ ，端口输出“ 。 内容不变。 变为“0”，端口输出“1”。RAM内容不变。 内容不变
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。
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）。
第2章AT89S51单片机硬件结构
冯·诺依曼型
存储器
控A制LU部）件
中央处理器 CPU
输入/输出 部件
算逻部件 （ALU）
单片机体系结构
程序存储器
数据存储器
控制部件 中央处理器
CPU
23
输入/输出 部件
哈佛型
23
AT89S51单片机存储器的结构
89S51存储器
程序存储器ROM 数据存储器RAM
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
每个口可以用作输入，也可以用作输出，还兼有其它复合功能。
两个可编程16位定时/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。
一个看门狗定时器
5
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。 UART:Universal Asynchronous Receiver/Transmitter， 通用异步接收/发送装置
EA=0 0000H
7FH
内部 RAM 128B
00H
0000H
程序存储器地址空间
数据存储器地址空间
பைடு நூலகம்26
程序存储器（ROM）
ROM用于存放程序及表格常数 ，读取 ROM的指令为 “MOVC”。
89C51片内有4KB的ROM，外部可用16位地址线扩展到 最大64KB的ROM空间。
片内ROM和外部扩展ROM是统一编址的。
由用户定义使用的标志位。用户可根据需要用软件方法置 位或复位。
16
16
PSW（程序状态字）
RS1和RS0（PSW.4 和 PSW.3 ）—— 工作寄存器组选择位
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值 程自变序就动PC执是执的行相行值对的目来第指的改一令地变指条址程令数送序的。入的偏P执C移行，地方即址向通，。过即改
MCS-51单片机信号引脚 封装形式， 见右图：
引脚及功能 1、主电源引脚 Vss、Vcc 2、外接晶振引脚 XTAL1、XTAL2
3、控制或复位引脚
RST / VPD —— 当出现两个机器周期高电平时，单片 机复位 。
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。 RS1、RS0 ——寄存器区选择控制位。
（1）工作寄存器组区（
字节地址00H~1FH） 4组32个单元，每组8个寄存器 R0、R1、R2……R7
R7
0FH MOV 08H,#12H
R6
0EH MOV R0,#12H
R5
0DH
R4
0CH 通过寄存器PSW的
R3
两个位RS1、RS0 0BH 来控制当前工作寄
R2
0AH 存器组的选择。
R1
09H
可编程 串行口
串行输入 / 输出
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、片内程序存储器ROM（4KB） 用于存放程序、原始数据及表格
3、片内数据存储器RAM（128B） 用于存放可以读或写的数据，如运算的中间结果，最终
结果以及欲显示的数据等 4、并行输入/输出口 I / O（32线）
F0H
ACC
E7
E6
E5
E4
E3
E2
E1
E0
E0
PSW
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
D0H
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
/
P
IP
BF
BE
BD
BC
BB
BA
B9
B8
B8H
P3
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
B0H
P3.7 P3.6 P3.5 P3. 4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0
IE
A8H
P2
用作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片 5、串行输入/输出口 UART （二线）
串行通信、扩展I / O接口芯片
6、定时/计数器 T（16位增量可编程） 每个定时器/计数器都是可以设置成计数方式，用以对外
部事件计数，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
7、时钟电路 fosc 分为内部振荡器、外接振荡电路，最高允许振荡频率是
EA = 1 时，访问内部程序存储器,即内ROM EA = 0 时，只访问外部程序存储器,即外ROM
对于8751单片机编程时，该端施加编程电压
4、输入/输出引脚
P0.0 ~ P0.7 ； P1.0 ~ P1.7 ； P2.0 ~ P2.7 ；P3.0 ~ P3.7 四个I / O口，每口八条线；还兼作地址/数据线。
1、算术运算寄存器
（1）A——累加器。
功能:A.累加器用于存放操作数,是ALU数据输入的一个重 要来源,单片机中大部分单操作数指令的操作数取自累加 器,许多双操作数指令的一个操作数也取自累加器.
B.累加器是ALU运算结果的暂存单元,用于存放运算的中 间结果.
C.累加器是数据传送的中转站,单片机中的大部分传送都 通过累加器进行.
2.控制器
控制器包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、堆栈 指针SP、数据指针DPTR、振荡器及定时电路等。
1）程序计数器PC：由两个8位的计数PCH及PCL组成，共16位。 P2）C实指际令上寄是存程器序IR的及字指节令地译址码计器数ID器:由，PPCC中中的的内内容容指是定将R要O执M行地的址下， 一对取并3）条6出送4堆K指来P栈LB令的A的指产的指R针生地令OSM一址经P （定。指程序改令序列变寄存的存PC储控器的器制I内R）信送容直号至就接，指可寻以令改址执译变。行码程指器序令I执D所,行由规的ID定方对的向指操。令作P译C。码可 4）数据指针DPTR:
20H~2FH） 16个字节，128个可操作位。
每一位都有一个位地址，范围 为：00H—7FH
（2）位寻址区
访位问操方作式：：置1或清0 置清12序、、10号::直字SC接节ELTR位地B 地址址.位SSEETTBB
0DH 21H.5
位寻址区（20H—2FH）16个字节。 16*8=128位，每一位都有一个位地址，范围为： 00H—7FH，位地址区也可作为一般RAM使用。
程序存储器
数据存储器
2.2 MCS-51单片机的内部存储器
三类不同存储空间（逻辑空间）的访问方法：
用不同的指R外O令部M 区别：
外部 RAM
/EA=0
（64K）
访问片内外ROM用MOVC指令；
访问片外RAM用MOVX指令；
访问片内RAM用MOV指令；
程序存储器
数据存储器
一、程序存储器
寻址范围：0000H ~ FFFFH 容量64KB，即地址长度：16位
（3）用户RAM区（字节地址30H~7FH） 共80个字节单元，为用户RAM区（堆栈、数据缓冲）
注意：
在源程序中用到子程序调用时或者说是用到堆栈时，首先设 置SP的值在（30H～7FH）之间。因系统复位时SP的值为07H ，即指向第0组工作寄存器的R7单元。
3.特殊功能寄存器
MCS-51单片机内共有22个专用功能寄存器，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:
复位后，PC=0000H,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。
复位电路的实现：
ALE / PROG —— 地址锁存控制端 提供1/6 fosc振荡频率；为其内的EPROM输入编程脉冲 PSEN —— 外部程序存储器的读选通信号端
EA / Vpp —— 内\外ROM选择端
第二章单片机芯片的硬件结 构
2.1 MCS - 51单片机逻辑结构及信号引脚
频率基准源 振荡器及定 时电路
CPU
中断 中断
4 K /8K 字节程序 存储器 ROM
内部总线
128 /256 字 节数据存储 器 RAM
64K 字节总 线扩展控制
控制
可编程 I/O 口 4× 8 位
并行 I/O 口
计数器 2 个 16 位定 时器 / 计数器
逻辑上分为: 3个空间（程序员的角度） 1、片内、外外部统一编址的程序存储空间，外部 020、00片H外~F数F/据FREOAFM=存H0 共储6空4K间B，（01060位0H地~F址F）FFH（R6A共4KM）64KB （16位地址） 3、片内数据存储空间，00H~7FH共128B （8位地 址）。
（1）工作寄存器组区（字R7
R7
R6 R5 R4 R3
R2 R1 R0 12H
07H 06H
05H 04H 03H 02H 01H 00H
MOV 00H,#12H
通过直接数值 地址进行访问
MOV R0,#12H 通过寄存器名 字（即符号 地址）进行访问
R0 12H 08H
（1）工作寄存器组区（
字节地址00H~1FH） 4组32个单元，每组8个寄存器 R0、R1、R2……R7
RS1 RS0 工作寄存 器组
0 0 第0组工作 寄存器组
数值地址范围
0 1 第1组工作 寄存器组
1 0 第2组工作 寄存器组
1 1 第3组工作 寄存器组
（2）位寻址区（字节地址
D.在变址寻址方式中把累加器作为变址寄存器用.
（2）B——B寄存器，乘、除法运算用。
B寄存器是一个8位寄存器,主要用于乘除运算.乘 法运算时,B为乘数.乘法操作后,乘积的高8位存 于B中.除法运算时,B为除数.除法操作后,余数存 于B中.此外B寄存器也可作为一般数据寄存器使 用.
（3）PSW——程序状态字寄存器：包含程序运行状态、信息。
12MHZ 8、中断系统
五源中断、两级优先，可编程进行控制。
9、位处理器
10、总线
MCS-51单片机芯片内部逻辑结构
1.CPU又称为微处理器，由运算器和控制器二部组成。
1.运算器
组成：由算术运算单元ALU 及相关的专用寄存器组组成 。
功能：1）算术逻辑单元ALU 在控制信号作用下可进行各 种算术运算操作各逻辑操作 。
2）专用寄存器组主要用于 指示当前所执行指令的内存 地址、存放操作数和指示指
MCS-51单片机芯片内部逻辑结构
说明： 1）运算器包括一个可进行8位算术运算和逻辑运算的单元ALU， MCS-51CPU的字长为8位. 2）8位的暂存器1、暂存器2。
3）8位的累加器ACC 累加器A是一个最常用的专用寄存器，大部分操作指令的操作数取自累加器A， 其运算结果大多也存放于累加器A中，指令系统用A作为累加器的助记符。 4）寄存器B：与累加器A一起完成乘除运算，乘法指令的两个操作数分别取自A 和B，相乘结果高8位存于B中，低8位存于A中。其他指令，B可当作一般寄存器 存取数据。
（3）数据指针DPTR
@DPTR；指明访问的数据存储器的单元地址，16位， 寻址范围64KB。 DPTR = DPH + DPL，也可单独使 用。
3、并行输入/输出端口 寄存器P0、P1、P2、P3实为相应端口锁存器。 4、串行输入/输出端口 （1）串行数据缓冲器 SBUF 是物理上独立的两个寄存器，共同使用一个地址（99H） 。 （2）串行控制/状态寄存器SCON 控制监视串行口的工作状态 （3）电源控制寄存器PCON 控制单片机的低功耗工作方式及波特率选择。
MCS-51单片机信号引脚 封装形式， 见右图：
引脚及功能 1、主电源引脚 Vss、Vcc 2、外接晶振引脚 XTAL1、XTAL2
3、控制或复位引脚
RST / VPD —— 当出现两个机器周期高电平时，单片 机复位 。
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。 RS1、RS0 ——寄存器区选择控制位。
（1）工作寄存器组区（
字节地址00H~1FH） 4组32个单元，每组8个寄存器 R0、R1、R2……R7
R7
0FH MOV 08H,#12H
R6
0EH MOV R0,#12H
R5
0DH
R4
0CH 通过寄存器PSW的
R3
两个位RS1、RS0 0BH 来控制当前工作寄
R2
0AH 存器组的选择。
R1
09H
可编程 串行口
串行输入 / 输出
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、片内程序存储器ROM（4KB） 用于存放程序、原始数据及表格
3、片内数据存储器RAM（128B） 用于存放可以读或写的数据，如运算的中间结果，最终
结果以及欲显示的数据等 4、并行输入/输出口 I / O（32线）
F0H
ACC
E7
E6
E5
E4
E3
E2
E1
E0
E0
PSW
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
D0H
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
/
P
IP
BF
BE
BD
BC
BB
BA
B9
B8
B8H
P3
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
B0H
P3.7 P3.6 P3.5 P3. 4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0
IE
A8H
P2
用作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片 5、串行输入/输出口 UART （二线）
串行通信、扩展I / O接口芯片
6、定时/计数器 T（16位增量可编程） 每个定时器/计数器都是可以设置成计数方式，用以对外
部事件计数，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
7、时钟电路 fosc 分为内部振荡器、外接振荡电路，最高允许振荡频率是
EA = 1 时，访问内部程序存储器,即内ROM EA = 0 时，只访问外部程序存储器,即外ROM
对于8751单片机编程时，该端施加编程电压
4、输入/输出引脚
P0.0 ~ P0.7 ； P1.0 ~ P1.7 ； P2.0 ~ P2.7 ；P3.0 ~ P3.7 四个I / O口，每口八条线；还兼作地址/数据线。
1、算术运算寄存器
（1）A——累加器。
功能:A.累加器用于存放操作数,是ALU数据输入的一个重 要来源,单片机中大部分单操作数指令的操作数取自累加 器,许多双操作数指令的一个操作数也取自累加器.
B.累加器是ALU运算结果的暂存单元,用于存放运算的中 间结果.
C.累加器是数据传送的中转站,单片机中的大部分传送都 通过累加器进行.
2.控制器
控制器包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、堆栈 指针SP、数据指针DPTR、振荡器及定时电路等。
1）程序计数器PC：由两个8位的计数PCH及PCL组成，共16位。 P2）C实指际令上寄是存程器序IR的及字指节令地译址码计器数ID器:由，PPCC中中的的内内容容指是定将R要O执M行地的址下， 一对取并3）条6出送4堆K指来P栈LB令的A的指产的指R针生地令OSM一址经P （定。指程序改令序列变寄存的存PC储控器的器制I内R）信送容直号至就接，指可寻以令改址执译变。行码程指器序令I执D所,行由规的ID定方对的向指操。令作P译C。码可 4）数据指针DPTR:
20H~2FH） 16个字节，128个可操作位。
每一位都有一个位地址，范围 为：00H—7FH
（2）位寻址区
访位问操方作式：：置1或清0 置清12序、、10号::直字SC接节ELTR位地B 地址址.位SSEETTBB
0DH 21H.5
位寻址区（20H—2FH）16个字节。 16*8=128位，每一位都有一个位地址，范围为： 00H—7FH，位地址区也可作为一般RAM使用。
程序存储器
数据存储器
2.2 MCS-51单片机的内部存储器
三类不同存储空间（逻辑空间）的访问方法：
用不同的指R外O令部M 区别：
外部 RAM
/EA=0
（64K）
访问片内外ROM用MOVC指令；
访问片外RAM用MOVX指令；
访问片内RAM用MOV指令；
程序存储器
数据存储器
一、程序存储器
寻址范围：0000H ~ FFFFH 容量64KB，即地址长度：16位
（3）用户RAM区（字节地址30H~7FH） 共80个字节单元，为用户RAM区（堆栈、数据缓冲）
注意：
在源程序中用到子程序调用时或者说是用到堆栈时，首先设 置SP的值在（30H～7FH）之间。因系统复位时SP的值为07H ，即指向第0组工作寄存器的R7单元。
3.特殊功能寄存器
MCS-51单片机内共有22个专用功能寄存器，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:
复位后，PC=0000H,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。
复位电路的实现：
ALE / PROG —— 地址锁存控制端 提供1/6 fosc振荡频率；为其内的EPROM输入编程脉冲 PSEN —— 外部程序存储器的读选通信号端
EA / Vpp —— 内\外ROM选择端
第二章单片机芯片的硬件结 构
2.1 MCS - 51单片机逻辑结构及信号引脚
频率基准源 振荡器及定 时电路
CPU
中断 中断
4 K /8K 字节程序 存储器 ROM
内部总线
128 /256 字 节数据存储 器 RAM
64K 字节总 线扩展控制
控制
可编程 I/O 口 4× 8 位
并行 I/O 口
计数器 2 个 16 位定 时器 / 计数器
逻辑上分为: 3个空间（程序员的角度） 1、片内、外外部统一编址的程序存储空间，外部 020、00片H外~F数F/据FREOAFM=存H0 共储6空4K间B，（01060位0H地~F址F）FFH（R6A共4KM）64KB （16位地址） 3、片内数据存储空间，00H~7FH共128B （8位地 址）。
（1）工作寄存器组区（字R7
R7
R6 R5 R4 R3
R2 R1 R0 12H
07H 06H
05H 04H 03H 02H 01H 00H
MOV 00H,#12H
通过直接数值 地址进行访问
MOV R0,#12H 通过寄存器名 字（即符号 地址）进行访问
R0 12H 08H
（1）工作寄存器组区（
字节地址00H~1FH） 4组32个单元，每组8个寄存器 R0、R1、R2……R7
RS1 RS0 工作寄存 器组
0 0 第0组工作 寄存器组
数值地址范围
0 1 第1组工作 寄存器组
1 0 第2组工作 寄存器组
1 1 第3组工作 寄存器组
（2）位寻址区（字节地址
D.在变址寻址方式中把累加器作为变址寄存器用.
（2）B——B寄存器，乘、除法运算用。
B寄存器是一个8位寄存器,主要用于乘除运算.乘 法运算时,B为乘数.乘法操作后,乘积的高8位存 于B中.除法运算时,B为除数.除法操作后,余数存 于B中.此外B寄存器也可作为一般数据寄存器使 用.
（3）PSW——程序状态字寄存器：包含程序运行状态、信息。
12MHZ 8、中断系统
五源中断、两级优先，可编程进行控制。
9、位处理器
10、总线
MCS-51单片机芯片内部逻辑结构
1.CPU又称为微处理器，由运算器和控制器二部组成。
1.运算器
组成：由算术运算单元ALU 及相关的专用寄存器组组成 。
功能：1）算术逻辑单元ALU 在控制信号作用下可进行各 种算术运算操作各逻辑操作 。
2）专用寄存器组主要用于 指示当前所执行指令的内存 地址、存放操作数和指示指
MCS-51单片机芯片内部逻辑结构
说明： 1）运算器包括一个可进行8位算术运算和逻辑运算的单元ALU， MCS-51CPU的字长为8位. 2）8位的暂存器1、暂存器2。
3）8位的累加器ACC 累加器A是一个最常用的专用寄存器，大部分操作指令的操作数取自累加器A， 其运算结果大多也存放于累加器A中，指令系统用A作为累加器的助记符。 4）寄存器B：与累加器A一起完成乘除运算，乘法指令的两个操作数分别取自A 和B，相乘结果高8位存于B中，低8位存于A中。其他指令，B可当作一般寄存器 存取数据。
（3）数据指针DPTR
@DPTR；指明访问的数据存储器的单元地址，16位， 寻址范围64KB。 DPTR = DPH + DPL，也可单独使 用。
3、并行输入/输出端口 寄存器P0、P1、P2、P3实为相应端口锁存器。 4、串行输入/输出端口 （1）串行数据缓冲器 SBUF 是物理上独立的两个寄存器，共同使用一个地址（99H） 。 （2）串行控制/状态寄存器SCON 控制监视串行口的工作状态 （3）电源控制寄存器PCON 控制单片机的低功耗工作方式及波特率选择。