MCS-51单片机结构介绍

MCS-51介绍

MCS-51系列单片机产品有8051，8031，8751，80C51，80C31等型号（前三种为CMOS芯片，后两种为CHMOS芯片）。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上。8051内部设有4K字节的掩模ROM程序存储器，8031片内没有程序存储器，而8751是将8051片内的ROM换成EPROM。由ATMEL公司生产的89C51将EPROM改成了4K的闪速存储器，他们的结构大同小异，本章将对8051单片机的结构作一介绍。

1 MCS-51单片机内部结构

1.1、MCS-51单片机组成

MCS-51单片机是在一块芯片中集成了CPU，RAM，ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件。MCS-51单片机内包含下列几个部件：

◆一个8位CPU；

◆一个片内振荡器及时钟电路；

◆4K字节ROM程序存储器；

◆128字节RAM数据存储器；

◆两个16位定时器/计数器；

◆可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路；

◆32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）；

◆一个可编程全双工串行口；

◆具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。

串行串行中断控制并行I/O 口输入输出

图2-1 8051单片机框图

8051单片机框图如图2-1所示。各功能部件由内部总线联接在一起。

图中4K（4096）字节的ROM存储器部分用EPROM替换就成为8751；图中去掉ROM 部分就成为8031的结构图。

1、CPU

CPU是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成。

⑴运算器

运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。可以对半字节（4位）、单字节等数据进行操作。例如能完成加、减、乘、除、加1、减1、BCD码十进制调整、比较等算术运算和与、或、异或、求补、循环等逻辑操作，操作结果的状态信息送至状态寄存器。

8051运算器还包含有一个布尔处理器，用来处理位操作。它是以进位标志位C为累加器的，可执行置位、复位、取反、等于1转移、等于0转移、等于1转移且清0以及进位标志位与其他可寻址的位之间进行数据传送等位操作。也能使进位标志位与其他可位寻址的位之间进行逻辑与、或操作。

1）程序计数器PC

程序计数器PC用来存放即将要执行的指令地址，共16位，可对64K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。

2）令寄存器

指令寄存器中存放指令代码。CPU执行指令时，由程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器，经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）定时与控制部件

①时钟电路

8051片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路，XTAL1和XTAL2分别为振荡

电路的输入和输出端，时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式时钟电路如图2-2所示。在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振可以在1.2MHz到12MHz 之间选择，电容值在5-30PF之间选择，电容的大小可起频率微调作用。

电容2

图2-2 内部方式时钟电路

外部方式的时钟很少用，若要用时，只要将XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器就行。对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。

时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟信号P1和P2供单片机使用。P1在每一个状态S的前半部分有效，P2在每个状态的后半部分有效。

②时序

MCS-51典型的指令周期（执行一条指令的时间称为指令周期）为一个机器周期，一个机器周期由六个状态（十二振荡周期）组成。每个状态又被分成两个时相P1和P2。

所以，一个机器周期可以依次表示为S1P1，S1P2……，S6P1，S6P2。通常算术逻辑操作在P1时相进行，而内部寄存器传送在P2时相进行。

图2-3给出了8051单片机的取指和执行指令的定时关系。这些内部时钟信号不能从外部观察到，所用XTAL2振荡信号作参考。在图中可看到，低8位地址的锁存信号ALE 在每个机器周期中两次有效：一次在S1P2与S2P1期间，另一次在S4P2与S5P1期间。

图2-3 8051时序

对于单周期指令，当操作码被送入指令寄存器时，便从S1P2开始执行指令。如果是双字节单机器周期指令，则在同一机器周期的S4期间读入第二个字节，若是单字节单机器周期指令，则在S4期间仍进行读，但所读的这个字节操作码被忽略，程序计数器也不加1，在S6P2结束时完成指令操作。图2-3的(a)和(b)给出了单字节单机器周期和双字节单机器周期指令的时序。8051指令大部分在一个机器周期完成。乘（MUL）和除（DIV）

指令是仅有的需要两个以上机器周期的指令，占用4个机器周期。对于双字节单机器周期指令，通常是在一个机器周期内从程序存储器中读入两个字节，唯有MOVX指令例外。MOVX是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令。在执行MOVX指令期间，外部数据存储器被访问且被选通时跳过两次取指操作。图2-3中(c)给出了一般单字节双机器周期指令的时序。

2、存储器

MCS-51单片机的程序存储器和数据存储器空间是互相独立的，物理结构也不同。程序存储器为只读存储器（ROM）。数据存储器为随机存取存储器（RAM）。单片机的存储器编址方式采用与工作寄存器、I/O口锁存器统一编址的方式。有关存储器的内容将在下一节中详述。

3、I/O端口

I/O端口又称为I/O接口，也叫做I/O通道或I/O通路，I/O端口是MCS-51单片机对外部实现控制和信息交换的必经之路，I/O端口有串行和并行之分，串行I/O端口一次只能传送一位二进制信息，并行I/O端口一次能传送一组二进制信息。

⑴、并行I/O端口

MCS-51单片机设有四个8位双向I/O端口（P0、P1、P2、P3），每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。P0口为三态双向口，能带8个LSTTL电路。P1、P2、P3口为准双向口（在用作输入线时，口锁存器必须先写入“1”，故称为准双向口），负载能力

为4个LSTTL 电路。

1）、P0端口功能（P0.0～P0.7、32～39脚）

地址/数据

写锁存器

图2-4 P0口位结构

图2-4 是 P0口位结构，包括1个输出锁存器，2个三态缓冲器，1个输出驱动电路和1个输出控制端。输出驱动电路由一对场效应管组成，其工作状态受输出端的控制，输出控制端由1个与门、1个反相器和1个转换开关MUX 组成。对8051/8751来讲P0口既可作为输入输出口，又可作为地址/数据总线使用，

① P0口作地址/数据复用总线使用

若从P0口输出地址或数据信息，此时控制端应为高电平，转换开关MUX 将反相器输出端与输出级场效应管V2接通，同时与门开锁，内部总线上的地址或数据信号通过与门去驱动V1管，又通过反相器去驱动V2管，这时内部总线上的地址或数据信号就传送到P0口的引脚上。工作时低8位地址与数据线分时使用P0口。低8位地址由ALE 信号的负跳变使它锁存到外部地址锁存器中，而高8位地址由P2口输出（P0口和P2口的

地址/数据总线功能，请阅第八章MCS-51扩展技术）。

②P0口作通用I/O端口使用

对于有内部ROM的单片机，PO口也可以作通用I/O，此时控制端为低电平，转换开关把输出级与锁存器的Q端接通，同时因与门输出为低电平，输出级V1管处于截止状态，输出级为漏极开路电路，在驱动NMOS电路时应外接上拉电阻；作输入口用时，应先将锁存器写“1”，这时输出级两个场效应管均截止，可作高阻抗输入，通过三态输入缓冲器读取引脚信号，从而完成输入操作。

③PO口线上的“读一修改一写”功能

图2-4上面一个三态缓冲器是为了读取锁存器Q端的数据。Q端与引脚的数据是一致的。结构上这样安排是为了满足：“读一修改一写”指令的需要，这类指令的特点时：先读口锁存器，随之可能对读入的数据进行修改再写入到端口上。例如：ANL PO，A；ORL PO，A；XRL PO，A；…。

这类指令同样适合与P1～P3口，其操作是：先将口字节的全部8位数读入，再通过指令修改某些位，然后将新的数据写回到口锁器中。

2）P1口（P1.0～P1.7、1～8脚）准双向口

①P1口作通用I/O端口使用

P1口是一个有内部上拉电阻的准双向口，位结构入图2-5所示，P1口的每一位口线能独立用作输入线或输出线。作输出时，如将“0”写入锁存器，场效应管导通，输出线为低电平，即输出为“0”。因此在作输入时，必须先将“1”写入口锁存器，使场效应管

截止。该口线由内部上拉电阻提拉成高电平，同时也能被外部输入源拉成低电平，即当外部输入“1”时该口线为高电平，而输入“0”时，该口线为低电平。P1口作输入时，可被任何TTL电路和MOS电路驱动，由于具有内部上拉电阻，也可以直接被集电极度开路和漏极开路电路驱动，不必外加上拉电阻。P1口可驱动4个LSTTL门电路。

图2-5 P1口位结构

②P1口其他功能

P1口在EPROM编程和验证程序时，它输入低8位地址；在8032/8052系列中P1.0 和P1.1是多功能的，P1.0可作定时器/计数器2的外部计数触发输入端T2，P1.1可作定时器/计数器2的外部控制输入端T2EX。

3）P2口（P2.0～P2.7，21～28脚）准双向口

P2口的位结构如图2-6所示，引脚上拉电阻同P1口。在结构上，P2口比P1口多一个输出控制部分。

读锁

内部

写锁

读引

图2-6 P2口位结构

①P2口作通用I/O端口使用

当P2口作通用I/O端口使用时，是一个准双向口，此时转换开关MUX倒向左边，输出级与锁存器接通，引脚可接I/O设备，其输入输出操作与P1口完全相同。

②P2口作地址总线口使用

当系统中接有外部存储器时，P2口用于输出高8位地址A15～A8。这时在CPU的控制下，转换开关MUX倒向右边，接通内部地址总线。P2口的口线状态取决于片内输出的地址信息，这些地址信息来源于PCH、DPH等。在外接程序存储器的系统中，由于访问外部存储器的操作连续不断,P2口不断送出地址高8位。例如，在8031构成的系统中，P2口一般只作地址总线口使用，不再作I/O端口直接连外部设备。

在不接外部程序存储器而接有外部数据存储器的系统中，情况有所不同。若外接数据存储器容量为256B，则可使用MOVX A，@Ri类指令由PO口送出8位地址，P2口上引脚的信号在整个访问外部数据存储器期间也不会改变，故P2口仍可作通用I/O端口使用。若外接存储器容量较大，则需用MOVX A，@DPTR类指令,由PO口和P2口送

出16位地址。在读写周期内，P2口引脚上将保持地址信息，但从结构可知，输出地址时，并不要求P2口锁存器锁存“1”，锁存器内容也不会在送地址信息时改变。故访问外部数据存储器周期结束后，P2口锁存器的内容又会重新出现在引脚上。这样，根据访问外部数据存储器的频繁程度，P2口仍可在一定限度内作一般I/O端口使用。P2口可驱动4个LSTTL门电路。

4）P3口（P3.0～P3.7、10～17脚）双功能口

P3口是一个多用途的端口，也是一个准双向口，作为第一功能使用时，其功能同P1口。P3口的位结构如图2-7。

当作第二功能使用时，每一位功能定义如表2-1所示。P3口的第二功能实际上就是系统具有控制功能的控制线。此时相应的口线锁存器必须为“1”状态，与非门的输出由第二功能输出线的状态确定，从而P3口线的状态取决于第二功能输出线的电平。在P3口的引脚信号输入通道中有两个三态缓冲器，第二功能的输入信号取自第一个缓冲器的输出端，第二个缓冲器仍是第一功能的读引脚信号缓冲器。P3口可驱动4个LSTTL门电路。

读锁存写锁存内部总 图 2-7 P3口位结构

每个I/O 端口内部都有一个八位数据输出锁存器和一个八位数据输入缓冲器，四个数据输出锁存器与端口号P0、P1、P2和P3同名，皆为特殊功能寄存器。因此，CPU 数据从并行I/O 端口输出时可以得到锁存，数据输入时可以得到缓冲。

四个并行I/O 端口作为通用I/O 口使用时，共有写端口、读端口和读引脚三种操作方式。写端口实际上就是输出数据，是将累加器A 或其它寄存器中数据传送到端口锁存器中，然后由端口自动从端口引脚线上输出。读端口不是真正的从外部输入数据，而是将

端口锁存器中输出数据读到CPU的累加器。读引脚才是真正的输入外部数据的操作，是从端口引脚线上读入外部的输入数据。端口的上述三种操作实际上是通过指令或程序来实现的，这些将在以后章节中详细介绍。

⑵、串行I/O端口

8051有一个全双工的可编程串行I/O端口。这个串行I/O端口既可以在程序控制下将CPU的八位并行数据变成串行数据一位一位地从发送数据线TXD发送出去，也可以把串行接收到的数据变成八位并行数据送给CPU，而且这种串行发送和串行接收可以单独进行，也可以同时进行。

8051串行发送和串行接收利用了P3口的第二功能，即利用P3.1 引脚作为串行数据的发送线TXD和P3.0引脚作为串行数据的接收线RXD，如表2-1所示。串行I/O口的电路结构还包括串行口控制器SCON、电源及波特率选择寄存器PCON和串行数据缓冲器SBUF等，它们都属于特殊功能寄存器SFR。其中PCON和SCON用于设置串行口工作方式和确定数据的发送和接收波特率，SBUF实际上由两个八位寄存器组成，一个用于存放欲发送的数据，另一个用于存放接收到的数据，起着数据的缓冲作用，这些将在第七章中详细加以介绍。

4、总线

MCS-51单片机属总线型结构，通过地址/数据总线可以与存储器（RAM、EPROM）、并行I/O接口芯片相连接。

在访问外部存储器时，P2口输出高8位地址，P0口输出低8位地址，由ALE（地址

锁存允许）信号将P0口（地址/数据总线）上的低8位锁存到外部地址锁存器中，从而为P0口接受数据作准备。

在访问外部程序存储器（即执行MOVX）指令时，PSEN（外部程序存储器选通）信号有效，在访问外部数据存储器（即执行MOVX）指令时，由P3口自动产生读/写（RD/WR）信号，通过P0口对外部数据存储器单元进行读/写操作。

MCS-51单片机所产生的地址、数据和控制信号与外部存储器、并行I/O接口芯片连接简单、方便。有关这部分内容将在第8章叙述。

1.2 MCS-51单片机存储器结构

MCS-51存储器结构与常见的微型计算机的配置方式不同，它把程序存储器和数据存储器分开，各有自已的寻址系统，控制信号和功能，程序存储器用来存放程序和始终要保留的常数，例如：所编程序经汇编后的机器码。数据存储器通常用来存放程序运行中所需要的常数或变量。例如：做加法时的加数和被加数、做乘法时的乘数和被乘数、模/数转换时实时记录的数据等等。

从物理地址空间看，MCS-51有四个存储器地址空间，即:片内程序存储器和片外程序存储器以及片内数据存储器和片外数据存储器。

MCS-51系列各芯片的存储器在结构上有些区别，但区别不大，从应用设计的角度可分为如下几种情况：片内有程序存储器和片内无程序存储器、片内有数据存储器且存

储单元够用和片内有数据存储器且存储单元不够用。

1、程序存储器

程序存储器用来存放程序和表格常数。程序存储器以程序计数器PC作地址指针，通过16位地址总线，可寻址的地址空间为64K字节。片内、片外统一编址。

⑴、片内有程序存储器且存储空间足够

在8051/8751片内，带有4K 字节ROM/EPROM程序存储器(内部程序存储器)，4K字节可存储约两千多条指令，对于一个小型的单片机控制系统来说就足够了，不必另加程序存储器，若不够还可选8K或16K内存的单片机芯片，例如：89C52等，总之，尽量不要扩展外部程序存储器，这会增加成本、增大产品体积。

⑵、片内有程序储器且存储空间不够

若开发的单片机系统较复杂，片内程序存储器存储空间不够用时，可外扩展程序存储器，具体扩展多大的芯片要计算一下，由两个条件决定：一是看程序容量大小，二是看扩展芯片容量大小，64K总容量减去内部4K即为外部能扩展的最大容量，2764容量为8K、27128容量为16K、27256容量为32K、27512容量为64K。（具体扩展方法见存储器扩展）。若再不够就只能换芯片，选16位芯片或32位芯片都可。定了芯片后就要算好地址，再将EA引脚接高电平，使程序从内部ROM开始执行，当PC值超出内部ROM的容量时，会自动转向外部程序存储器空间。

对8051/8751而言，外部程序存储器地址空间为1000H –FFFFH。对这类单片机，若把EA接低电平，可用于调试程序，即把要调试的程序放在与内部ROM空间重叠的外

部程序存储器内，进行调试和修改。调试好后再分两段存储，再将EA接高电平，就可运行整个程序。

⑶、片内无程序存储器

8031芯片无内部程序存储器，需外部扩展EPROM 芯片，地址从0000H-FFFFH 都是外部程序存储器空间，在设计时EA应始终接低电平，使系统只从外部程序储器中取指令。

MCS-51单片机复位后程序计数器PC的内容为0000H ，因此系统从0000H单元开始取指，并执行程序，它是系统执行程序的起始地址，通常在该单元中存放一条跳转指令，而用户程序从跳转地址开始存放程序。

2、数据存储器

⑴、内部数据存储器

MCS-51单片机的数据存储器无论在物理上或逻辑上都分为两个地址空间，一个为内部数据存储器，访问内部数据存储器用MOV指令，另一个为外部数据存储器，访问外部数据存储器用MOVX指令。

MCS-51系列单片机各芯片内部都有数据存储器，是最灵活的地址空间，它分成物理上独立的且性质不同的几个区：00H - 7FH(0 - 127)单元组成的128字节地址空间的RAM区；80H - FFH（128 - 255）单元组成的高128字节地址空间的特殊功能寄存器(又称SFR)区。注意:8032/8052单片机将这一高128字节作为RAM区。

图

图2-8 MCS-51内部RAM存储器结构

在8051，8751和8031单片机中，只有低128字节的RAM区和128字节的特殊功能寄存器区，两区地址空间是相连的，特殊功能寄存器(SFR)地址空间为80H-FFH。注意:128字节的SFR区中只有26个字节是有定义的，若访问的是这一区中没有定义的单元，则得到的是一个随机数。

内部RAM区中不同的地址区域功能结构如上图2-8所示。其中00H-1FH(0-31)共32个单元是四个通用工作寄存器区，每一个区有八个工作寄存器，编号为R0-R7，每一区中R0-R7，地址见表2-2。

当前程序使用的工作寄存区是由程序状态字PSW(特殊功能寄存器，字节地址为0D0H)中的D4、D3位（RS1和RS0）来指示的，PSW的状态和工作寄存区对应关系见表2-3。

表2-3 工作寄存器区选择

0 1 1区（08 - 0FH）

1 0 2区（10 - 17H）

1 1 3区（18 - 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：SETB PSW．3

CLR PSW．4 ；选定第１区

SETB PSW．4

CLR PSW．3 ；选定第2区

SETB PSW．3

SETB PSW．４；选定第３区

不设定为第0区，也叫默认值，这个特点使MCS-51具有快速现场保护功能。特别注意的是，如果不加设定，在同一段程序中R0 - R7只能用一次，若用两次程序会出错。

如果用户程序不需要四个工作寄存器区，则不用的工作寄存器单元可以作一般的RAM使用。

内部RAM的20H -2FH为位寻址区(见表2-4)这16个单元和每一位都有一个位地

AT89C51单片机的基本结构和工作原理

AT89C51单片机的主要工作特性： ·内含4KB的FLASH存储器，擦写次数1000次； ·内含28字节的RAM； ·具有32根可编程I/O线； ·具有2个16位可编程定时器； ·具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构； ·具有1个全双工的可编程串行通信接口； ·具有一个数据指针DPTR; ·两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式； ·具有可编程的3级程序锁定定位； AT89C51的工作电源电压为5（1±0.2）V且典型值为5V,最高工作频率为24MHz. AT89C51各部分的组成及功能： 1.单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和操作控制，主要包括运算器和控制器两部分。

（1）运算器 运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。其中包括算术和逻辑运算单元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器等。 ALU是运算电路的核心，实质上是一个全加器，完成基本的算术和逻辑运算。算术运算包括加、减、乘、除、增量、减量、BCD码运算；逻辑运算包括“与”、“或”、“异或”、左移位、右移位和半字节交换，以及位操作中的位置位、位复位等。 暂存器1和暂存器2是ALU的两个输入，用于暂存参与运算的数据。ALU的输出也是两个：一个是累加器，数据经运算后，其结果又通过内部总线返回到累加器；另一个是程序状态字PSW，用于存储运算和操作结果的状态。 累加器是CPU使用最频繁的一个寄存器。ACC既是ALU处理数据的来源，又是ALU运算结果的存放单元。单片机与片外RAM或I/O扩展口进行数据交换必须通过ACC来进行。 B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一，另一个输入来自ACC。运算结果存于AB寄存器中。 （2）控制器 控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件，主要包括程序计数器PC、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等，其功能是控制指令的读入、译码和执行，并对指令执行过程进行定时和逻辑控制。AT89C51单片机中，PC是一个16位的计数器，可对64KB程序存储器进行寻址。复位时PC的内容是0000H. (3)存储器 单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。AT89C51单片机的程序存储器采用4KB的快速擦写存储器Flash Memory,编程和擦除完全是电器实现。 （4）外围接口电路 AT89C51单片机的外围接口电路主要包括：4个可编程并行I/O口,1个可编程串行口，2个16位的可编程定时器以及中断系统等。 AT89C51的工作原理： 1.引脚排列及功能 AT89C51的封装形式有PDIP,TQFP,PLCC等，现以PDIP为例。 （1）I/O口线 ·P0口 8位、漏极开路的双向I/O口。 当使用片外存储器及外扩I/O口时，P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时，P0口可用于接收指令代码字节；程序校验时，可输出指令字节。P0口也可做通用I/O口使用，但需加上拉电阻。作为普通输入时，应输出锁存器配置1。P0口可驱动8个TTL负载。 ·P1口 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P1口是为用户准备的I/O双向口。在编程和校验时，可用作输入低8位地址。用作输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。 ·P2 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 当使用外存储器或外扩I/O口时，P2口输出高8位地址。在编程和校验时，P2口接收高字节地址和某些控制信号。 ·P3 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P3口可作为普通I/O口。用作输入时，应先将输出锁存器置1。在编程/校验时，P3口接收某些控制信号。它可驱动4个TTL负载。 （2）控制信号线

8051单片机的内部结构

8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。 8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明： 中央处理器(CPU)是整个单片机的核心 部件，是8位数据宽度的处理器，能处理 8位二进制数据或代码，CPU负责控制、 指挥和调度整个单元系统协调的工作，完 成运算和控制输入输出功能等操作。 ·数据存储器(RAM)： 8051内部有128个8位用户数据存储 单元和128个专用寄存器单元，它们是统 一编址的，专用寄存器只能用于存放控制 指令数据，用户只能访问，而不能用于存 放用户数据，所以，用户能使用的的RAM 只有128个，可存放读写的数据，运算的 中间结果或用户定义的字型表。 ·程序存储器(ROM)： 8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 ·定时/计数器(ROM)： 8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 ·并行输入输出(I/O)口： 8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。 ·全双工串行口： 8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以 用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 ·中断系统： 8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可 满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。 ·时钟电路： 8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051 单片机需外置振荡电容。

51单片机的结构及其组成

51单片机的结构及其组成 在前面的五节课当中，我们讲述的都是一些基础概念的知识，从这节开始，我们就正式的切入到我们所在学习的对象--51单片机。 学习单片机的内部结构之前，我们先了解下我们现在正在使用的计算机的几大组成部份： 计算机的五个组成部份： 运算器：用于实现算术和逻辑运算。计算机的运算和处理都在这里进行； 控制器：是计算机的控制指挥部件，使计算机各部份能自动协调的工作； 存储器：用于存放程序和数据；（又分为内存储器和外存储器，内存储器就如我们电脑的硬盘，外存储器就如我们的U盘） 输入设备：用于将程序和数据输入到计算机（例如我们电脑的键盘、扫描仪）； 输出设备：输出设备用于把计算机数据计算或加工的结果以用户需要的形式显示或保存（例如我们的打印机）。 注： 1、通常把运算器和控制器合在一起称为中央处理器（Central Processing Unit）,简称CPU。 2、通常把外存储器、输入设备和输出设备合在一起称之为计算机的外部设备。 上面讲的是我们的个人办公计算机，那么51单片机的内部又有些什么部件组成呢？ 1、中央处理单元（8位） 数据处理、测试位，置位，复位位操作 2、只读存储器（4KB或8KB） 永久性存储应用程序，掩模ROM、EPROM、EEPROM 3、随机存取内存（128B、128B SFR） 在程序运行时存储工作变量和资料 4、并行输入/输出口（I / O）（32条） 作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片 5、串行输入/输出口（2条） 串行通信、扩展I / O接口芯片 6、定时/计数器（16位、加1计数） 计满溢出、中断标志置位、向CPU提出中断请求，与CPU之间独立工作 7、时钟电路 内振、外振。

51单片机的P0口工作原理详细讲解

51单片机的P0口工作原理详细讲解 一、P0端口的结构及工作原理P0端口8位中的一位结构图见下图： 由上图可见，P0端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关、一个与非门、一个与门及场效应管驱动电路构成。再看图的右边，标号为P0.X引脚的图标，也就是说P0.X引脚可以是P0.0到 P0.7的任何一位，即在P0口有8个与上图相同的电路组成。下面，我们先就组成P0口的每个单元部份跟大家介绍一下：先看输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，在学数字电路时，我们已知道，三态门有三个状态，即在其的输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种就是高阻状态(或称为禁止状态)，大家看上图，上面一个是读锁存器的缓冲器，也就是说，要读取D锁存器输出端Q的数据，那就得使读锁存器的这个缓冲器的三态控制端(上图中标号为‘读锁存器’端)有效。下面一个是读引脚的缓冲器，要读取P0.X引脚上的数据，也要使标号为‘读引脚’的这个三态缓冲器的控制端有效，引脚上的数据才会传输到我们单片机的部数据总线上。D锁存器：构成一个锁存器，通常要用一个时序电路，时序的单元电路在学数字电路时我们已知道，一个触发器可以保存一位的二进制数(即具有保持功能)，在51单片机的32根I/O口线中都是用一个D触发器来构成锁存器的。大家看上图中的D 锁存器，D端是数据输入端，CP是控制端(也就是时序控制信号输入端)，Q是输出端，Q非是反向输出端。对于D触发器来讲，当D输入端有一个输入信号，如果这时控制端CP没有信号(也就是时序脉冲没有到来)，这时输入端D的数据是无法传输到输出端Q及反向输出端Q非的。如果时序控制端CP的时序脉冲一旦到了，这时D端输入的数据就会传输到Q及Q非端。数据传送过来后，当CP时序控制端的时序信号消失了，这时，输出端还会保持着上次输入端D的数据(即把上次的数据锁存起来了)。如果下一个时序控制脉冲信号来了，这时D端的数据才再次传送到Q端，从而改变Q端的状态。多路开关：在51单片机中，当部的存储器够用(也就是不需要外扩展存储器时，这里讲的存储器包括数据存储器及程序存储器)时，P0口可以作为通用的输入输出端口(即I/O)使用，对于8031(部没有ROM)的单片机或者编写的程序超过了单片机部的存储器容量，需要外扩存储器时，P0口就作为‘地址/数据’总线使用。那么这个多路选择开关就是用于选择是做为普通I/O口使用还是作为‘数据/地址’总线使用的选择开关了。大家看上图，当多路开关与下面接通时，P0口是作为普通的I/O口使用的，当多路开关是与上面接通时，P0口是作为‘地址/数据’总线使用的。输出驱动部份：从上图中我们已看出，P0口的输出是由两个MOS管组成的推拉式结构，也就是说，这两个MOS管一次只能导通一个，当V1导通时，V2就截止，当V2导通时，V1截止。 前面我们已将P0口的各单元部件进行了一个详细的讲解，下面我们就来研究一下P0口做为I/O口及地址/数据总线使用时的具体工作过程。1、作为I/O端口使用时的工作原理P0口作为I/O端口使用时，多路开关的控制信号为0(低电平)，看上图中的线线部份，多路开关的控制信号同时与与门的一个输入端是相接的，我们知道与门的逻辑特点是“全1出1，

MCS-51单片机的结构与原理

第1章MCS-51单片机的结构与原理主要内容：典型单片机（ MCS-51, MSP430, EM78, PIC, Motorola, AVR ）的性能，MCS-51内部结构、特点、工作方式、时序和最小应用系统。为学生后续学习单片机应用系统设计、利用单片机解决工程实际问题打下坚实的基础。重点在于基本概念、组成原理、特点及MCS-51的最小应用系统，难点在于时序。 1.1 典型单片机性能概览 典型单片机有MCS-51、MSP430、EM78、PIC、Motorola、AVR等。MSP430为低功耗产品，功能较强。EM78为低功耗产品，价格较低。PIC为低电压、低功耗、大电流LCD驱动、低价格产品。Motorola是世界上最大的单片机生产厂家之一，品种全、选择余地大、新产品多。其特点是噪声低，抗干扰能力强，比较适合于工控领域及恶劣的环境。AVR为高速、低功耗产品，支持ISP、IAP，I/O口驱动能力较强。 1.2 MCS-51单片机硬件结构及引脚 MCS-51系列单片机都是以Intel公司最早的典型产品8051为核心，增加了一定的功能部件后构成的，因此，本章以8051为主介绍MCS-51系列单片机。 1.2.1 MCS-51单片机的内部结构 MCS-51单片机的组成： CPU(进行运算、控制)、RAM(数据存储器)、ROM(程序存储器）、I/O口(串口、并口）、内部总线和中断系统等。组成框图如下： 内部结构如下：

1. 中央处理器（CPU） 组成：运算器、控制器。8051的CPU包含以下功能部件： （1）8位CPU。 （2）布尔代数处理器，具有位寻址能力。 （3）128B内部RAM数据存储器，21个专用寄存器。 （4）4KB内部掩膜ROM程序存储器。 （5）2个16位可编程定时器/计数器。 （6）32个（4×8位）双向可独立寻址的I/O口。 （7）1个全双工UART（异步串行通信口）。 （8）5个中断源、两级中断优先级的中断控制器。 （9）时钟电路，外接晶振和电容可产生1.2MHz～12 MHz的时钟频率。 （10）外部程序/数据存储器寻址空间均为64KB。 （11）111条指令，大部分为单字节指令。 （12）单一+5V电源供电，双列直插40引脚DIP封装。 （1）运算器 组成：8位算术逻辑运算单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、8位累加器A（Accumulator）、8位寄存器B、程序状态字寄存器PSW（Program Status Word）、8位暂存寄存器TMP1和TMP2 等。

MCS51单片机课后作业解答

MCS51单片机作业解答 第二章 MCS-51单片机的结构和原理 (1) MCS-51单片机芯片包含哪些主要功能部件? 答：CPU、4KBROM、128B RAM、4个8位I/O口、2个定时计数器、串行I/O口、中断系统、时钟电路、位处理器、总线结构。 (2)MCS-51单片机的 /EA端有何用途? 答：当/EA =0 只访问片外程序区；当/EA=1时，先访问片程序区，当PC超过片程序容量时，自动转向外部程序区。 (3)MCS-51单片机有哪些信号需要芯片引脚以第二功能的方式提供? 答：RXD、TXD、/INT0、/INT1、T0、T1、/WR、/RD (4)MCS-51单片机的4个I/O口在使用上各有什么功能和特点？ 答：P1口通用输入输出；P0口数据总线、地址总线低8位、通用输入输出 P2口地址总线高8位、通用输入输出 P3第2功能信号、通用输入输出。 (5)单片机的存储器分哪几个空间? 试述各空间的作用。 答：程序存储器：部ROM、外部ROM 数据存储器：部基本RAM、专用寄存器区、外部RAM (6)简述片RAM中包含哪些可位寻址单元? 答：20H～2FH共16个可寻址单元 (7)什么叫堆栈? 堆栈指针SP的作用是什么? 在程序设计中为何要对SP重新赋值? 答：只允许数据单端输入输出的一段存储空间。 SP的作用是用来存放堆栈栈顶的地址。 因为SP的初值是07H，后继的是寄存器区和位寻址区，为了便于编程工作，要修改SP. (8)程序状态字寄存器PSW 的作用是什么?简述各位的作用。 答：PSW用来存放程序执行状态的信息， CY—加减运算的进位、借位 AC—辅助进位标志，加减运算的低4位进位、借位 (9)位地址65H 与字节地址65H 如何区别? 位地址65H具体在片RAM中什么位置? 答：位地址65H中是一位0/1的数据，字节地址65H是8位0/1的数据。 位地址65H在片RAM中2CH单元第5位。 (10)什么是振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期? 如何计算机器周期的确切时间? 答：振荡周期——为单片机提供信号的振荡源的周期 时钟周期——振荡脉冲2分频的信号 机器周期——完成一个基本操作需要的时间，是振荡周期/12=1T 指令周期——执行1条指令需要的时间 1～4T (11)单片机工作时在运行出错或进入死循环时,如何处理? 答：复位处理，在单片机的RESET加持续1段时间的高电平 (12)使单片机复位的方法有几种?复位后单片机的初始状态如何?

外文翻译---51系列单片机的结构和功能

外文翻译---51系列单片机的结构和功能

外文资料翻译 英文原文： Structure and function of the MCS-51 series Structure and function of the MCS-51 series one-chip computer MCS-51 is a name of a piece of one-chip computer series which Intel Company produces. This company introduced 8 top-grade one-chip computers of MCS-51 series in 1980 after introducing 8 one-chip computers of MCS-48 series in 1976. It belong to a lot of kinds this line of one-chip computer the chips have such as 8051, 8031, 8751, 80C51BH, 80C31BH,etc., their basic composition, basic performance and instruction system are all the same. 8051 daily representatives- 51 serial one-chip computers . An one-chip computer system is made up of several following parts: (1) One microprocessor of 8 (CPU). (2) At slice data memory RAM (128B/256B),it use not depositing not can reading /data that write, such as result not middle of operation, final result and data wanted to show, etc. (3) Procedure memory ROM/EPROM (4KB/8KB ), is used to preserve the procedure , some initial data and form in slice. But does not take ROM/EPROM within some one-chip computers, such as 8031 , 8032, 80C ,etc.. (4) Four 8 run side by side I/O interface P0 four P3, each mouth can use as introduction, may use as exporting too. (5) Two timer / counter, each timer / counter may set up and count in the way, used to count to the external incident, can set up into a timing way too, and can according to count or result of timing realize the control of the computer. (6) Five cut off cutting off the control (universal asynchronous receiver/transmitter (UART) ), is it realize one-chip computer or one-chip computer and serial communication of computer to use for. (8) Stretch oscillator and clock produce circuit, quartz crystal finely tune electric capacity need outer. Allow oscillation frequency as 12 megahertz now at most. Every the above-mentioned part was joined through the inside data bus .Among them, CPU is a core of the one-chip computer, it is the control of the computer and command center, made up of such parts as arithmetic unit and controller , etc.. The arithmetic unit can carry on 8 persons of arithmetic operation and unit ALU of logic operation while including one, the 1 storing devices temporarily of 8, storing device 2 temporarily, 8's accumulation device ACC, register B and procedure state register PSW, etc. Person who accumulate ACC count by 2 input ends entered of checking etc. temporarily as one operation often, come from person who store 1 operation is it is it make operation to go on to count temporarily , operation result and loop back ACC with another one. In addition, ACC is often regarded as the transfer station of data transmission on 8051 inside. The same as general microprocessor, it is the busiest register. Help remembering that agreeing with a expresses in the order. The controller includes the procedure counter, the order is deposited, the

51单片机的内部结构

51单片机的内部结构 MCS-51单片机内部结构 8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。 8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、 并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明： ·中央处理器： 中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位 二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控 制输入输出功能等操作。 ·数据存储器(RAM)： 8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据， 所以，用户能使用的的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义 的字型表。 ·程序存储器(ROM)： 8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 ·定时/计数器(ROM)： 8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 ·并行输入输出(I/O)口： 8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。 ·全双工串行口： 8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 ·中断系统： 8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

80C51单片机内部结构和工作原理

第2章80C51单片机内部结构和工作原理 本章要点 80C51系列单片机内部结构 外部引脚功能 存储空间配置和功能 片内RAM结构和功能 特殊功能寄存器的用途和功能 程序计数器PC的作用和基本工作方式 I/O端口结构、工作原理及功能 时钟和时序 复位电路、复位条件和复位后状态 低功耗工作方式的作用和进入退出的方法 §2-1 内部结构和引脚功能 一、 二、引脚功能 40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。

⒈电源: ⑴VCC - 芯片电源，接+5V； ⑵VSS - 接地端； ⒉时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 ⒊控制线:控制线共有4根， ⑴ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ①ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 ②PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 ⑵PSEN:外ROM读选通信号。 ⑶RST/VPD:复位/备用电源。 ①RST（Reset）功能：复位信号输入端。 ②VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 ⑷EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 ①EA功能：内外ROM选择端。 ②Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 ⒋I/O线 80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。 P3.0 ——RXD：串行口输入端； P3.1 ——TXD：串行口输出端； P3.2 ——INT0：外部中断0请求输入端； P3.3 ——INT1：外部中断1请求输入端； P3.4 ——T0：定时/计数器0外部信号输入端； P3.5 ——T1：定时/计数器1外部信号输入端； P3.6 ——WR：外RAM写选通信号输出端； P3.7 ——RD：外RAM读选通信号输出端。 §2-1 存储空间配置和功能 80C51的存储器组织结构可以分为三个不同的存储空间，分别是： ⑴64KB程序存储器(ROM),包括片内ROM和片外ROM； ⑵64KB外部数据存储器（外RAM）； ⑶256B内部数据存储器(内RAM) (包括特殊功能寄存器）。 80C51存储空间配置图 一、程序存储器（ROM） 地址范围：0000H～FFFFH，共64KB。其中:

文献翻译-51系列单片机的结构和功能

Structure and function of the MCS-51 series Structure and function of the MCS-51 series one-chip computer MCS-51 is a name of a piece of one-chip computer series which Intel Company produces. This company introduced 8 top-grade one-chip computers of MCS-51 series in 1980 after introducing 8 one-chip computers of MCS-48 series in 1976. It belong to a lot of kinds this line of one-chip computer the chips have ,such as 8051, 8031, 8751, 80C51BH, 80C31BH,etc., their basic composition, basic performance and instruction system are all the same. 8051 daily representatives- 51 serial one-chip computer .An one-chip computer system is made up of several following parts:(1) One microprocessor of 8 (CPU).(2) At slice data memory RAM (128B/256B),it used to depositing not can reading /data that write, such as result not middle of operation, final result and data wanted to show, etc.(3)Procedure memory ROM/EPROM (4KB/8KB ), is used to preserve the procedure , some initial data and form in slice. But does not take ROM/EPROM within some one-chip computers, such as 8031 , 8032, 80C ,etc..(4)Four 8 run side by side I/O interface P0 four P3, each mouth can use as introduction , may use as exporting too.(5)Two timer / counter, each timer / counter may set up and count in the way, used to count to the external incident, can set up into a timing way too, and can according to count or result of timing realize the control of the computer.(6)Five cut off cutting off the control system of the source .(7)One all duplex serial I/O mouth of UART (universal asynchronous receiver/transmitter(UART)), is it realize one-chip computer or one-chip computer and serial communication of computer to use for.(8) Stretch oscillator and clock produce circuit, quartz crystal finely tune electric capacity need outer. Allow oscillation frequency as 12 now at most. Every the above-mentioned part was joined through the inside data bus . Among them, CPU is a core of the one-chip computer, it is the control of the computer and command centre, made up of such parts as arithmetic unit and controller, etc.. The arithmetic unit can carry on 8 persons of arithmetic operation and unit ALU of logic operation while including one, the 1 storing device temporarily of 8, storing device 2 temporarily, 8's accumulation device ACC, register B and procedure state register PSW, etc. Person who accumulate ACC count by 2 input ends entered of checking etc. temporarily as one operation often, come from person who store 1 operation is it is it make operation to go on to count temporarily , operation result and loop back ACC with another one. In addition, ACC is often regarded as the transfer

AT89C51单片机的基本结构

A T89C51单片机的主要工作特性： ·内含4KB 的FLASH 存储器，擦写次数1000次； ·内含28字节的RAM ； ·具有32根可编程I/O 线； ·具有2个16位可编程定时器； ·具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构； ·具有1个全双工的可编程串行通信接口； ·具有一个数据指针DPTR; ·两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式； ·具有可编程的3级程序锁定定位； AT89C51的工作电源电压为5（1±0.2）V 且典型值为5V,最高工作频率为24MHz. AT89C51各部分的组成及功能： 1. 中央处理器 1.单片机的中央处理器（CPU ）是单片机的核心，完成运算和操作控制，主要包括运算器和控制器两部分。 振荡器和时钟电路 数据存储器 128字节 程序存储器 14KB CPU 两个16位定时器 计数器 中断 控制 总线扩展控制器 并行可编程 I/O 口 可编程 串行口 内部总线 外部中断 扩展控制 P0 P1 P2 P3 RXD TXD B 寄存AC 暂存器2 暂存器1 片内ROM 地址寄存器 PC 增量器 程序计数器 指令指令定时PSEN ALE

（1）运算器 运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。其中包括算术和逻辑运算单元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器等。 ALU是运算电路的核心，实质上是一个全加器，完成基本的算术和逻辑运算。算术运算包括加、减、乘、除、增量、减量、BCD码运算；逻辑运算包括“与”、“或”、“异或”、左移位、右移位和半字节交换，以及位操作中的位置位、位复位等。 暂存器1和暂存器2是ALU的两个输入，用于暂存参与运算的数据。ALU的输出也是两个：一个是累加器，数据经运算后，其结果又通过内部总线返回到累加器；另一个是程序状态字PSW，用于存储运算和操作结果的状态。 累加器是CPU使用最频繁的一个寄存器。ACC既是ALU处理数据的来源，又是ALU运算结果的存放单元。单片机与片外RAM或I/O扩展口进行数据交换必须通过ACC来进行。 B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一，另一个输入来自ACC。运算结果存于AB寄存器中。 （2）控制器 控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件，主要包括程序计数器PC、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等，其功能是控制指令的读入、译码和执行，并对指令执行过程进行定时和逻辑控制。AT89C51单片机中，PC是一个16位的计数器，可对64KB程序存储器进行寻址。复位时PC的内容是0000H. (3)存储器 单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。AT89C51单片机的程序存储器采用4KB的快速擦写存储器Flash Memory,编程和擦除完全是电器实现。 （4）外围接口电路 AT89C51单片机的外围接口电路主要包括：4个可编程并行I/O口,1个可编程串行口，2个16位的可编程定时器以及中断系统等。 AT89C51的工作原理： 1.引脚排列及功能 AT89C51的封装形式有PDIP,TQFP,PLCC等，现以PDIP为例。 （1）I/O口线 ·P0口 8位、漏极开路的双向I/O口。 当使用片外存储器及外扩I/O口时，P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时，P0口可用于接收指令代码字节；程序校验时，可输出指令字节。P0口也可做通用I/O口使用，但需加上拉电阻。作为普通输入时，应输出锁存器配置1。P0口可驱动8个TTL负载。 ·P1口 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P1口是为用户准备的I/O双向口。在编程和校验时，可用作输入低8位地址。用作输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。 ·P2 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 当使用外存储器或外扩I/O口时，P2口输出高8位地址。在编程和校验时，P2口接收高字节地址和某些控制信号。 ·P3 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P3口可作为普通I/O口。用作输入时，应先将输出锁存器置1。在编程/校验时，P3口接收某些控制信号。它可驱动4个TTL负载。 （2）控制信号线

51系列单片机的结构和功能

1.外文资料翻译译文： 51系列单片机的结构和功能 51系列单片机是英特尔公司生产的具有一定结构和功能的单片机产品。这家公司在1976年引入8位MCS - 48系列单片机后，于1980年又推出了8位高档的MCS - 51系列单片机。它包含很多种这类型的单片机，如8051，8031，8751，80C51BH，80C31BH等，它们的基本组成，基本性能和指令系统都是一样的。一般情况习惯用8051来代表51系列单片机。 一个单片机的系统是由以下几部分组成：（1）一个8位CPU微处理器。（2）静态随机存取存储器，能够储存程序运行过程中产生的数据。（3）程序存储器ROM / EPROM中（4KB/8KB），用来保存程序和一些初始数据。但是在一些单片机中不使用ROM / EPROM中，如8031，8032，80c系列等。（4）4个8排的I / O 并行接口P0 ~P3，每个口可以用作输入，也可以用作输出。（5）2个定时器/计数器，每个定时器/计数器可设置计数用来计数外部事件，可以设置成常用的定时方式，并可以根据计算或结果控制单片机的运行。（6）五个中断源控制系统。（7）1个双向串行I / O口的UART（通用异步接收器/发送器UART），用于实现单片机的串行通信。（8）振荡器和时钟产生电路，需要外部电源的石英晶体微调电路，允许接在12v的振荡频率上。上述部分通过内部数据总线连接。其中，CPU 是单片机的核心，它是单片机的控制和指挥中心，ALU算数逻辑运算单元可进行算术运算和逻辑运算，由1个 8暂时存储器，和2个 8位的累加器组成。Acc 累加器是ALU运算结果的存放单元，一般数据通过它来传送。此外，Acc往往被视为对8051内的数据传输中转站。和通常的微处理器一样，它是最繁忙的寄存器。有记忆功能并执行命令。该控制器包括程序计数器，可读写的存储器，振荡器和定时电路等。该程序计数器是有两对8或16位计数器，它是一个字节地址计数器，在个人电脑运行程序时，执行下一个单元的内容，程序执行时可以改变它的内容从而改变运行的结果。在8051芯片震荡电路中，需要外接石英晶体和微调电容，其频率范围为1.2MHz—12MHz。该脉冲信号，即为8051的工作周期，是最小的时间单位。8051和其他单片机一样，都有相同的控制和功能，就像乐

51单片机P0口的结构及功能

51单片机P0口的结构及功能 下图画出了P0口的某位P0.n 的结构图，它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动器及控制电路组成； 由于P0口既可以作为通用I/O 口使用，又可以作为地址/数据总线使用，所以在P0口的 电路中有一个多路转换开关MUX 。在内部控制信号的作用下，多路开关MUX 可以分别接通锁存器输出和地址/数据总线。 数据/地址 两个输入缓 当P0口作为I/O 口使用时，CPU 内部发控制电平0封锁与门，将输出上拉场效应管T1截止，同时使多路开关MUX 把锁存器的Q 非端与输出场效应管T2的栅极接通。 当P0口作为输出口使用时，显然内部总线与P0口同相位。（内部总线为1时候，Q 非端为0，T2截止，则引脚电平为1,；当内部总线为0时候，Q 非端为1，T2导通，则引脚电平为0 ）写脉冲加在D 触发器的CL 上，内部总线就会向端口引脚输出数据。由于输出驱动级是漏极开路电路，故需要加上拉电阻。 当P0口作为输入口使用时候，具有读引脚和读端口两种情况，因而端口中设有两个三态输入缓冲器用于读操作。下面一个缓冲器用于读端口引脚处数据，当执行一条由端口输入的指令时候，读脉冲把该三态门打开，这样端口引脚处数据经过缓冲器进去内部总线。这类操作由直接传送类指令实现。在端口有输出口转变为输入口的时候，必须先向对应的锁存器写1，使FET 管子截止，这样做是为了防止T2导通后把该引脚嵌位到低电平。P1-P3口在执行读操作时候也要先向相应的端口锁存器写1. 读端口是通过上面的缓冲器读锁存器Q 端的状态。这样设计的目的是为了适应对端口的“读-写-改”指令的需要。这个操作是CPU 自动进行的，用户不必关心。其他三个端口也有相应的硬件电路设计。 在扩展系统中，P0口作为低八位地址线，数据线使用，可分为两种情况。一种是以P0口引脚输出地址/数据信息。这时候CPU 内部发控制电平1，打开与门，同时使多路开关MUX 把CPU 内部地址数据线与T2栅极反相接通。从图上可以看出上下两个FET 处于反相。 构成了推拉式的输出电路，驱动能力大大增加。P0口的输出级可以驱动8个LSTTL 负载。

MCS-51单片机结构介绍

MCS-51介绍 MCS-51系列单片机产品有8051，8031，8751，80C51，80C31等型号（前三种为CMOS 芯片，后两种为CHMOS芯片）。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上。8051内部设有4K字节的掩模ROM程序存储器，8031片内没有程序存储器，而8751是将8051片内的ROM换成EPROM。由ATMEL公司生产的89C51将EPROM改成了4K的闪速存储器，他们的结构大同小异，本章将对8051单片机的结构作一介绍。 1 MCS-51单片机内部结构 1.1、 MCS-51单片机组成 MCS-51单片机是在一块芯片中集成了CPU，RAM，ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件。MCS-51单片机内包含下列几个部件： ◆一个8位CPU； ◆一个片内振荡器及时钟电路； ◆ 4K字节ROM程序存储器； ◆ 128字节RAM数据存储器； ◆两个16位定时器/计数器； ◆可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路； ◆ 32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）； ◆一个可编程全双工串行口； ◆具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。 中断控制并行 I/O 口输入输出 图2-1 8051单片机框图 8051单片机框图如图2-1所示。各功能部件由内部总线联接在一起。

图中4K（4096）字节的ROM存储器部分用EPROM替换就成为8751；图中去掉ROM部分就成为8031的结构图。 1、 CPU CPU是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成。 ⑴运算器 运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。可以对半字节（4位）、单字节等数据进行操作。例如能完成加、减、乘、除、加1、减1、BCD码十进制调整、比较等算术运算和与、或、异或、求补、循环等逻辑操作，操作结果的状态信息送至状态寄存器。 8051运算器还包含有一个布尔处理器，用来处理位操作。它是以进位标志位C为累加器的，可执行置位、复位、取反、等于1转移、等于0转移、等于1转移且清0以及进位标志位与其他可寻址的位之间进行数据传送等位操作。也能使进位标志位与其他可位寻址的位之间进行逻辑与、或操作。 1）程序计数器PC 程序计数器PC用来存放即将要执行的指令地址，共16位，可对64K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。 2）令寄存器 指令寄存器中存放指令代码。CPU执行指令时，由程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器，经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）定时与控制部件 ①时钟电路 8051片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路，XTAL1和 XTAL2分别为振荡电路的输入和输出端，时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式时钟电路如图2-2所示。在XTAL1和 XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振可以在1.2MHz到12MHz之间选择，电容值在5-30PF之间选择，电容的大小可起频率微调作用。 图 2-2 内部方式时钟电路 外部方式的时钟很少用，若要用时，只要将XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器就行。对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。 时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟信号P1和P2供单片机使用。P1在每一个状态S的前半部分有效，P2在每个状态的后半部分有效。