第2章 MCS-51系列单片机的结构

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1、第2章MCS-51系列单片机的结构2.1MCS-51单片机的内部结构2.2MCS-51单片机的存储器结构2.3MCS-51单片机的并行输入/输出（I/O）接口2.4MCS-51单片机应用系统的构成2.1MCS-51单片机的内部结构2.1.1MCS-51的结构框图前面已经提到单片机是在一块芯片集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、I/O接口以及串行通信接口等基本功能部件的一个完整的单片微型计算机。如图2-1所示为8051单片机功能结构图。如图2-2所示为8051单片机内部结构图。下一页返回2.1MCS-51单片机的内部结构MCS-51单片机内部包括以下部件:(1)一个

2、8位CPU。(2)一个片内时钟振荡器，最高时钟频率为12MHzo(3)4KB程序存储器ROM/EPROM(8031片内无ROM)。(4)128B数据存储器RAM。(5)可寻址的外部程序存储器和数据存储器空间64KB的机构。(6)21个特殊功能寄存器SFR。(7)4个8位并行I/O口，共32根I/O线。下一页返回上一页2.1MCS-51单片机的内部结构(8)1个全双工串行口。(9)2个16位定时器/计数器。(10)具有5个中断源，2个优先级的中断结构。(11)具有位寻址功能的位处理器，适用于位(布尔)处理。MCS-51系列单片机典型芯片是8051。与8051结构相同的产品有8

3、031和875108031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下一页返回上一页2.1MCS-51单片机的内部结构2.1.2CPU结构CPU从功能上可分为控制器和运算器两部分，下面分别介绍这两部分的组成及功能。1.控制器控制器由程序计数器PC、指令寄存器、指令译码电路、定时控制与条件转移逻辑电路、数据地址指针DPTR等组成。其功能是对来自程序存储器中的指令进行译码，通过定时控制电路，在规定的时

4、刻发出各种操作所需的内部和外部的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的功能。控制器各功能部件简述如下。下一页返回上一页2.1MCS-51单片机的内部结构1)程序计数器PC(ProgramCounter)PC是一个16位的地址寄存器，用于存放将要从ROM中读出的下一字节指令码的地址，并具有自动加1的功能，因此也称为地址指针。当CPU要取指令时，将PC的内容送到地址总线上，从而指向程序存储器中存放当前指令的单元地址，以便从存储器中取出指令加以分析、执行，同时PC内容自动加1，指向下一条指令，以保证程序按顺序执行。也可以通过控制转移指令改变PC值，实现程序的转移。PC不可访

5、问，在物理结构上是独立的，因此不属于特殊功能寄存器。下一页返回上一页2.1MCS-51单片机的内部结构2)指令寄存器IR(InstructionRegister)指令寄存器是一个8位寄存器，用于暂存待执行的指令，等待译码。指令译码电路是对指令寄存器中的指令进行译码，将指令转变为执行此指令所需要的电信号，再经定时控制电路定时产生执行该指令所需要的各种控制信号。在MSC-51单片机中这部分电路对用户是透明的。下一页返回上一页2.1MCS-51单片机的内部结构3)数据地址指针DPTR数据地址指针DPTR是一个16位的专用地址指针寄存器，它由DPH和DPL这两个特殊功能寄存器组成。

6、DPH是DPTR的高8位，DPL是DPTR的低8位，其组成如下:DPTR用于存放16位地址，可对外部数据存储器RAM64KB(0000H~0FFFFH)地址空间寻址。下一页返回上一页2.1MCS-51单片机的内部结构2.运算器运算器由算术逻辑运算部件ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存寄存器、程序状态字寄存器PSW、堆栈指针SP等组成，另外为提高数据处理和位操作功能，还增加了一些专用寄存器。运算器各功能部件简述如下。1)算术逻辑运算部件ALU算术逻辑运算部件ALU在定时控制逻辑电路发出的内部控制信号的控制下，可以进行如下的算术/逻辑操作:下一页返回上一页2.1MCS-51单

7、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。下一页返回上一页2.1MCS-51单片机的内部结构2)累加器ACC累加器ACC是一个8位寄存器，它通过暂存器和ALU相连，它是CPU中工作最繁忙、最常用的专用寄存器，许多指令的操作数取自于ACC，许多运算结果也存放在ACC中。在指令系统中，累加器ACC的助