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1、1,第二章 MCS-51单片机芯片硬件结构(2-5),2.1 MCS-51系列单片机结构及组成 2 .1 .1 MCS-51系列单片机结构框图,MCS-51系列单片机属于总线结构,2,3,2 .1 .2 MCS-51系列单片机组成,一个8位CPU,包括运算器、控制器以及若干寄存器等部件组成。,算术和逻辑运算，可对半字节（4位）和单字节数据进行操作； 加、减、乘、除、加1、减1、比较等算术运算； 与、或、异或、求补、循环等逻辑运算； 布尔处理器。,（1）运算器,4,PC用来存放即将要执行的指令地址，共16位，可对64KROM直接寻址。PC低8位经P0口输出，高8位经P2口输出。,（2）程序计数器
2、PC,指令寄存器存放指令代码。,CPU执行指令过程： 由程序存储器（ROM）中读取指令代码送入指令寄存器，经译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。,（3）指令寄存器,5,时钟电路： MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为XTAL1，输出端为XTAL2。 有两种时钟生成电路，内部方式，外部方式。,（4）定时与控制部件,6,7,可寻址64k外部数据存储器（RAM）和64k外部程序存储器（ROM）,32条可编程I/O口线（4个8位并行I/O端口）,一个可编程全双工串行口；,五个中断源、两个优先级嵌套中断结构,8,2 .1 .3 MCS-51系列单片机芯片引脚,
3、9,1）主电源引脚；,2）外接晶体或外部振荡器引脚；XTAL1、XTAL2,引脚分布（40脚双列直插封装（DIP）方式）,3）控制、选通或复用电源引脚：,10,非访问外部存储器期间，ALE以1/6振荡频率输出，访问外部存储器时以1/12振荡频率输出。,为编程脉冲输入端，对片内程序存储器进行 编程时，此脚输入编程脉冲。,RST（9脚）：复位信号 延续两个机器周期以上的高电平，复位有效。,11,（29脚）：访问外部程序存储器选通信号， 低电平有效。,/Vpp（31脚）：访问内部或外部ROM选择信号。 高电平时( ) ，访问内部ROM（PC指针超过4K，0FFFH时，自动转向外部ROM），保持低电平
4、，则访问外部ROM。（对于8031， 接低电平）,12,四个8位双向I/O端口（P0、P1、P2、P3）; 每一条I/O线都能独立地作输入或输出。 P0口（32-39）低8位地址/数据线复用或I/O口。 P1口（18）常用的I/O口。 P2口（2128）常用I/O口或高8位地址线。 P3口（1017）双功能口。,4）I/O口引脚（32个引脚）,13,信号引脚的第二功能,P3口第二功能,14,2-2 MCS-51存储器,数据存储器（RAM）-用来存放程序运行中所需要的常数和变量。当然，全局数据也可以放在RAM中。,特点：程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）分开，各有各的寻址系统、控制信号和
5、功能。,程序存储器（ROM）-用来存放程序和始终要保留的数据。,15,从物理空间上看： MCS-51单片机有四个存储器地址空间。 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,16,8051存储器映象,17,2.2.1 程序存储器,程序存储器以PC（程序计数器）作地址指针，可寻址空间为64K（0000HFFFFH）字节。 8051/8751单片机内部分别驻留4K（0000H0FFFH） 字节ROM/EPROM。 8031则没有片内程序存储器。,18,8031单片机 接低电平。,51系列单片机64K字节程序存储器统一编址。,程序从片内ROM开始执行，当PC值超过片内ROM容量时
6、会自动转向外部存储器空间。,程序从外部存储器开始执行。,19,51系列单片机复位后PC=0000H，系统从0000H开始执行程序。安排一条跳转指令。 0003H0032H单元被保留专用于中断服务程序（入口地址）。 每个中断服务程序只有8个字节单元存放，显然不够，故此8个单元通常放一条跳转指令。指向被实际分配的中断服务程序段。,20,21,中断服务程序首地址： 外部中断0（ ） 0003H 定时器0溢出中断 000BH 外部中断1（ ） 0013H 定时器1溢出中断 001BH 串行口中断 0023H 定时器2溢出/T2EX（负跳变） 002BH,22,2-2-2 数据存储器,MCS-51系列单
7、片机的数据存储器在物理和逻辑上都分为两个地址空间。,00H7FH（0127）128字节RAM区； 80HFFH（128255）128字节专用寄存器区。,23,内部RAM低128字节（00H7FH）,四个通用寄存器区，每个区有8个工作寄存器R0R7,D4D3=000区； D4D3=011区； D4D3=102区； D4D3=113区,根据程序状态字PSW（特殊功能寄存器，地址D0H）中的D4D3位来指示的。通过对PSW的D4D3的修改，便能任意选择一个工作寄存器区。,寄存器区,24,位寻址区（20H2FH）16个字节。 16*8=128位，每一位都有一个位地址，范围为：00H7FH，位地址区也可
8、作为一般RAM使用。,位寻址区,25,用户RAM区（数据缓冲区）,单元地址：30H7FH 在此区域中，用户只能以存储单元（字节）形式使用。,通常将堆栈建立在此区域中。,26,内部RAM高128字节（80HFFH）,专用功能寄存器区（SFR）,2-2-3 外部数据存储器 以后介绍(外部扩展时会讲到),27,2-2-3 专用功能寄存器（SFR）,分布位置：在（内部）RAM区域“80HFFH”中，这区域不做一般RAM使用，而作为专用功能寄存器使用，具体执行功能如下： 锁存器、定时器、串行口数据缓冲器、各种控制寄存器、状态寄存器等。(不同情况执行不同功能),28,累加器ACC（最常用专用寄存器） 暂存
9、寄存器，用于提供操作数和存放运算结果。 直接与内部总线相连，所以传输速度很快。 一般信息传递和交换都要通过ACC。,常用专用功能寄存器,29,寄存器B 乘法指令两个操作数分别取自A、B，其结果放在A、B寄存器队中；除法指令，被除数取自A，除数取自B，商放A，余数放B。,30,程序状态控制字PSW,RS1，RS0-选择工作寄存器区；（前面提到的第3和第4位） CY-高位进位标志，8位运算产生进位或借位； AC-辅助进位标志，半字节（4位）进位标志； OV-溢出标志位，用于带符号数运算的溢出。 P奇偶校验标志位，A寄存器中奇偶性判别。 “1” 的个数为偶P=0 ； “1” 的个数位奇P=1 F0用
10、户定义标志位：可定义成“0”或者“1”，用于判断程序的转向等等，它不是系统产生的，是用软件的形式写入或者清除的。,程序执行过程中，状态控制字始终跟踪着程序的执行，一条语句执行完后，处于什么状态，从状态字中能够反映出来。,31,数据指针DPTR 16位寄存器，DPH（高8位），DPL（低8位） 用来访问外部RAM的地址寄存器，地址范围64K。,“端口P0P3”与“专用寄存器P0P3”“端口名”和“寄存器名”一一对应 可采用直接寻址方式参与操作。MOV A，P0,32,串行数据缓冲器SBUF 存放欲发送或已接收的数据。虽然用一个缓冲器99H，但却以两个独立的缓冲器出现。一个发送，一个接收。 一个名
11、字=一个地址/单元（99H）=两个作用（接收和发送）发送和接收不会同时进行。,定时器/计数器 两个16位定时/计数器T0、T1。各有两个8位独立寄存器组成，TH0、TL0，TH1、TL1。,其他控制寄存器,33,寄存器,位地址,/,位定义,地址,F7,F6,F5,F4,F3,F2,F1,F0 位地址,B,F0H 字节地址,E7,E6,E5,E4,E3,E2,E1,E0,ACC,E0,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,PSW,CY,AC,F0,RS1,RS0,OV,/,P,D0H,BF,BE,BD,BC,BB,BA,B9,B8,IP,B8H,B7,B6,B5,B4,B3,B2,B1
12、,B0,P3,P3.7,P3.6,P3.5,P3.4,P3.3,P3.2,P3.1,P3.0,B0H,IE,A8H,A7,A6,A5,A4,A3,A2,A1,A0,P2,P2.7,P2.6,P2.5,P2.4,P2.3,P2.2,P2.1,P2.0,A0H,SBUF,99H,34,位地址和字节地址的区分和表达：,根据具体语句进行区分，例如：1. MOV P0 , F0 因为P0是字节地址，所以此时的F0为“字节地址”。2. MOV C , F0 因为C是位地址（近位位），所以此时的F0为“位地址”。,35,36,注意：通常情况下，单元地址能够被8整除的，通常都能够进行“位寻址”或称为“位操作” 例如：80H,88H等等。,37,2-3 并行I/O端口电路（了解即可）,38,锁存器：数据输出 三态输入数据缓冲器 多路转换器MUX，控制电路,
