《第2章MCS-51单片机组成原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章MCS-51单片机组成原理（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 MCS-51 单片机 组成原理2.1 MCS-51单片机的内部结构 2.2 CPU的结构 2.3 MCS-51单片机存储器 2.4 时钟电路及时序 2.5 输入/输出端口 2.6 MCS-51单片机的引脚功能 2.7 MCS-51单片机的工作方式退出退出2.1 MCS-51单片机的内部结构MCS-51MCS-51单片机的内部结构框单片机的内部结构框 图如图图如图2.12.1所示所示2.2 CPU的结构CPUCPU包括运算器和控制器二大部分。包括运算器和控制器二大部分。 2.2.1 2.2.1 运算器运算器运算器包括算术逻辑部件运算器包括算术逻辑部件( (ALU)ALU)、累加器累加器A
2、 A、暂暂 存寄存器、寄存器存寄存器、寄存器B B、程序状态寄存器（程序状态寄存器（PSWPSW），），十十 进制调整电路等。运算器主要用于实现算术进制调整电路等。运算器主要用于实现算术/ /逻辑运算逻辑运算 及位操作运算。下面介绍运算器的各组成部分。及位操作运算。下面介绍运算器的各组成部分。 1 1、算术逻辑部件、算术逻辑部件ALUALU 2 2、累加器累加器A A 3 3、寄存器寄存器B B 4 4、程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSWC CY Y（PSW.7PSW.7）：）：进位标志位。在进行加法（或减进位标志位。在进行加法（或减 法）运算时，若运算结果最高位有进位或借位，则法）
3、运算时，若运算结果最高位有进位或借位，则C CY Y自动置自动置“1”“1”，否则，否则C CY Y置置“0”“0”，在进行布尔操作运算时，在进行布尔操作运算时，C CY Y（简称简称C C）作为布尔处理器。作为布尔处理器。ACAC：辅助进位标志位。当进行加法或减法时，若辅助进位标志位。当进行加法或减法时，若 低低4 4位向高位向高4 4位有进位（或借位）时，位有进位（或借位）时，ACAC被置被置“1”“1”，否，否 则则ACAC被置被置“0”“0”。在十进制调整指令中。在十进制调整指令中ACAC还作为十进制还作为十进制调整的判别位。调整的判别位。F0F0：用户标志位。用户可用软件对用户标志位
4、。用户可用软件对F0F0位置位置“1”“1”或清或清 “0”“0”以决定程序的流向。以决定程序的流向。OVOV：溢出标志位，当运算结果溢出时溢出标志位，当运算结果溢出时OVOV为为“1”“1”， 否则为否则为“0”“0”，此标志位反映了运算结果是否溢出。，此标志位反映了运算结果是否溢出。PSW.1PSW.1：未定义位。未定义位。P P（PSW.0PSW.0）：）：奇偶标志位。奇偶标志位。MCS-51MCS-51单片机采用单片机采用 的是偶校验。当累加器的是偶校验。当累加器A A中中“1”“1”的个数为奇数时，的个数为奇数时，P P置置 “1”“1”，否则，否则P P置置“0”“0”。此位反映累
5、加器。此位反映累加器A A中内容中内容“1”“1”的奇的奇偶性，它常常用于机间通信。偶性，它常常用于机间通信。RS1RS1、RS0RS0：工作寄存器区选择位。用来选择当前工作寄存器区选择位。用来选择当前 工作的寄存器区。用户通过改变工作的寄存器区。用户通过改变RS1 RS1 、RS0RS0的内容来的内容来 选择当前工作寄存器区。选择当前工作寄存器区。RS1RS1、RS0RS0的内容与工作寄存的内容与工作寄存 器区的对应关系如表器区的对应关系如表2-12-1所示。所示。 2.2.2 2.2.2 控制器控制器 1 1、指令寄存器、指令寄存器IRIR和指令译码器和指令译码器IDID。指令寄存器是存放
6、指令代码的地方。当执行指令指令寄存器是存放指令代码的地方。当执行指令时，时，CPUCPU把从程序存储器中读取的指令代码送入指令把从程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器，然后指令译码器译码后由定时控制电路发生寄存器，然后指令译码器译码后由定时控制电路发生相应的控制信号，最终完成指令所规定的操作。相应的控制信号，最终完成指令所规定的操作。2 2、程序计数器程序计数器PCPC程序计数器程序计数器PCPC的功能与普通微机相同，它用来存的功能与普通微机相同，它用来存放放CPUCPU执行的下一条指令的地址。当一条指令按照执行的下一条指令的地址。当一条指令按照PCPC所指的地址从程序存储器中取出后，所指
7、的地址从程序存储器中取出后，PCPC会自动加会自动加1 1，指向下一条指令。程序计数器指向下一条指令。程序计数器PCPC是一个是一个1616位的寄存器位的寄存器，可寻址，可寻址6464KBKB的程序存储器空间。的程序存储器空间。3 3、堆栈指针堆栈指针SPSP4 4、数据指针寄存器数据指针寄存器DPTRDPTR2.2.3 2.2.3 工作寄存器和特殊功能寄存器工作寄存器和特殊功能寄存器 1 1、工作寄存器工作寄存器MCS-51MCS-51有有3232个工作寄存器，分为四个区（或组）个工作寄存器，分为四个区（或组） 每个区为每个区为8 8个寄存器个寄存器R0R0、R1R1、R2R2、R3R3、R
8、4R4、R5R5、R6R6 、R7R7，每一时刻只有一个区工作。由每一时刻只有一个区工作。由PSWPSW寄存器中的寄存器中的 RS1RS1、RS0RS0的值来决定当前的工作区：的值来决定当前的工作区：当当 RS1 RS0RS1 RS00000时，时，0 0区为工作区，区为工作区，RS1RS1 RS0RS00101时，时，1 1区为工作区区为工作区RS1RS1 RS0RS01010时，时，2 2区为工作区区为工作区RS1RS1 RS0RS01111时，时，3 3区为工作区区为工作区这这3232个工作寄存器不但有它们的名称和区号，而个工作寄存器不但有它们的名称和区号，而且还有地址。且还有地址。00
9、00H-1FHH-1FH共共3232个单元。个单元。00 00HH07H07H为为0 0区，分别对应区，分别对应R0R0R7R708H 08H0FH0FH为为1 1区，分别对应区，分别对应R0R0R7R710H 10H17H17H为为2 2区，分别对应区，分别对应R0R0R7R718H 18H1FH1FH为为3 3区，分别对应区，分别对应R0R0R7R7这这3232个单元为内部数据存储器（即片内个单元为内部数据存储器（即片内RAMRAM）的的0000HH1FH1FH存贮空间，这与普通微机中的通用寄存器基存贮空间，这与普通微机中的通用寄存器基本相同，所不同的是，普通微机的通用寄存器只有名本相同，
10、所不同的是，普通微机的通用寄存器只有名 称，不占有称，不占有RAMRAM空间，因此只有名字，没有对应的地空间，因此只有名字，没有对应的地址；而址；而MCS-51MCS-51单片机的工作寄存器单片机的工作寄存器R0R0R7R7既可以用既可以用名字也可以用它的地址来表示名字也可以用它的地址来表示。其中。其中R0R0、R1R1寄存器除寄存器除做工作寄存器外还常做间址寻址的地址指针。做工作寄存器外还常做间址寻址的地址指针。2 2、特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR（又称专用寄存器）又称专用寄存器）这这2121个特殊功能寄存器详情见表个特殊功能寄存器详情见表2-22-2。这这2121个特殊功能寄存
11、器中，有个特殊功能寄存器中，有1111个个寄存器具有位寻址功能，即寄存器中的寄存器具有位寻址功能，即寄存器中的每位都具有位地址，可以按位寻址。每位都具有位地址，可以按位寻址。1111个寄存器的位地址如图个寄存器的位地址如图2-32-3所示。所示。2.3 MCS-51单片机存储器2.3.1 2.3.1 程序存储器程序存储器80518051单片机内部有单片机内部有4 4KBKB的掩膜的掩膜ROMROM、87518751单片机单片机内部有内部有4 4KBKB的的EPROMEPROM，而而80318031内部没有程序存储器，内部没有程序存储器，必须外接程序存储器。必须外接程序存储器。2.3.2 2.3
12、.2 数据存储器数据存储器MCS-51MCS-51系列单片机数据存储器分内部数据存储器系列单片机数据存储器分内部数据存储器（即片内（即片内RAMRAM）和外部数据存储器（即片外和外部数据存储器（即片外RAMRAM）。1 1、内部数据存储器内部数据存储器2 2、外部数据存储器外部数据存储器由于由于MCS-51MCS-51子系列单片机内部数据存储器只有子系列单片机内部数据存储器只有128128个字节，往往不够用，这就需要扩展外部数据存储个字节，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器，外部数据存储器最多可扩至6464KBKB。2.4 时钟电路及时序2.4.1 2.4.1
13、时钟电路时钟电路1 1、内部方式时钟电路内部方式时钟电路2 2、外部方式时钟电路外部方式时钟电路2.4.2 2.4.2 时序时序1 1、基本概念基本概念（1 1）振荡周期振荡周期振荡周期指为单片机提供定时信号的振荡源的周振荡周期指为单片机提供定时信号的振荡源的周期，即晶体振荡器直接产生的振荡信号的振荡周期。期，即晶体振荡器直接产生的振荡信号的振荡周期。（2 2）时钟周期时钟周期 时钟周期是振荡周期的两倍。是对振荡器时钟周期是振荡周期的两倍。是对振荡器2 2分频的分频的 信号。时钟周期又称状态周期，用信号。时钟周期又称状态周期，用S S来表示，一个时钟来表示，一个时钟 周期，分为两个节拍，周期，
14、分为两个节拍，P1P1和和P2P2节拍。节拍。P1P1节拍通常完成节拍通常完成 算术逻辑操作，算术逻辑操作，P2P2节拍通常完成内部寄存器间数据的节拍通常完成内部寄存器间数据的 传递。传递。 （3 3）机器周期机器周期 一个机器周期由一个机器周期由6 6个时钟周期组成，即个时钟周期组成，即S1S1S6S6，如如 果把一条指令的执行过程划分为几个基本操作，则完果把一条指令的执行过程划分为几个基本操作，则完 成一个基本操作所需的时间称为机器周期。成一个基本操作所需的时间称为机器周期。 （4 4）指令周期指令周期 指令周期是执行一条指令所需的全部时间。指令周期是执行一条指令所需的全部时间。MCS-M
15、CS- 5151单片机的指令周期通常由单片机的指令周期通常由1 14 4个机器周期组成。个机器周期组成。 2 2、几种典型的取指和执行时序几种典型的取指和执行时序（1 1）单字节单周期指令单字节单周期指令（2 2）双字节单周期指令双字节单周期指令（3 3）单字节双周期指令单字节双周期指令（4 4）访问外部数据存储器指令访问外部数据存储器指令MOVXMOVX时序时序2.5 输入/输出端口2.5.1 2.5.1 P0P0口口P0P0口有位，每一位由一个锁存器、两个三态输口有位，每一位由一个锁存器、两个三态输入缓冲器以及控制电路和驱动电路组成，其位结构如入缓冲器以及控制电路和驱动电路组成，其位结构如图图2-72-7（a a）所示。所示。1 1、P0P0口作通用口作通用I/OI/O口口2 2、作分时复用的地址作分时复用的地址/ /数据总线数据总线 2.5.2 2.5.2 P1P1口口P1P1口是一个专用的口是一个专用的8 8位准双向位准双向I/OI/O口，只具有通用口，只具有通用输入输入/ /输出口功能，每一位都能设定为输入或输出，它输出口功能，每一位都能设定为输入或输出，它的位结构如图的位结构如图2-72-7（b b）所示。所示。2.5.3 2.5.3 P2P2口口P2P2口是一个口是一个8 8位准双向位准双向I/OI/O口，具有两种功能。一口，具有
