MCS-51系列单片机的结构

MCS-51系列单片机的结构

MCS-51 系列基本产品型号：8051、8031、8751 称为51 子系列，采用40 脚双列直插封装。不同型号MCS-51 单片机CPU 处理能力和指令系统完全

兼容，只是存储器和I/O 接口的配置有所不同。一. 基本组成 1.基本结构：①一个8 位的微处理器(CPU)。②片内数据存储器RAM(128B／256B)，用以存放可以读／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。

③片内程序存储器ROM／EPROM(4KB／8KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也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 接口PO-P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。⑤两个定时器／计数器，每个定时器／计取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。⑥五个中断源的中断控制系统。⑦一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I／O 口，用于实现单片机之间或单片机与

微机之间的串行通信。⑧片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12 MHz。二.内部结构(如图1:MCS-51 内部结构图所示) 8051／8751／8031 芯片的外部引脚和指令系统完全兼容，内部结构除ROM／EPROM 不同外，其余完全相同。完整的计算机应该由运算器、控制器、存储器(ROM 及RAM)和I／O 接口组成。一般微处理器(如Z80)只包括

运算器和控制器两部分。和一般微处理器相比，8051 增加了四个8 位I／O 口、一个串行口、4KBROM、128BRAM、很多工作寄存器及特殊功能寄存器(SFR)。

(一) 中央处理单元CPU：是单片机有核心，是单片机的控制和指挥中心，由运算器和控制器等部件组成。 1.运算器：（1）算术逻辑运算单元ALU(8 位),完成+、-、乘以、÷算术运算，与、或、非、异或逻辑运算、循环移位、

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。

89C51单片机硬件结构和原理

目 录
第一章 微机基础知识 第 章 89C51单片机的结构和原理 单片机的结构和原理 第 章 89C51指 系统 指 第四章 汇编语言程序 计知识 第五章 中断系统 第六章 定时器及应用 第七章 89C51串行口及通信技术 串行口及通信技术 第八章 单片机小系统片外扩展 附录A 89C51指 系统表 附录 指 参考资料

第
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8
章 MCS-51单片机的结构和原理 单片机的结构和原理
MCS-51单片机的结构 单片机的结构 MCS-51单片机引脚及 单片机引脚及 89C51 储器配置 能
CPU时时序 时时序 复 及复 电路 89C51单片机的 单片机的 输出/输入端口结构 输出 输入端口结构 思考题 题 耗工 方式

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一
组成
MCS-51系列单片机简介 系列单片机简 系列单片机

89C51单片机结构框图 如图 所示 单片机结构框图 如图2-1所示
外部时钟源 外部 件计数
振荡器和时序 OSC
程序 储器 4KBROM
数据 储器 256B RAM/SFR
2×16 × 定时器/计数器 定时器 计数器
89C51 CPU 64KB 总线 扩展控制器
可编程I/O 可编程
可编程全双工 串行口
内中断 外中断 控制 并行口 串行通信

8051单片机的引脚及其功能

今天我们学习8051单片机的引脚及其功能。 8051系列各种芯片的引脚是互相兼容的，8051，8751和8031均采用40脚双列直播封装型式。当然，不同芯片之间引脚功能也略有差异。8051单片机是高性能的单片机，因为受到引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能，其中有些功能是8751芯片所专有的。各引脚功能简要说明如下： Vcc（40脚）：电源端，为＋5V。 Vss（20脚）：接地端。 时钟电路引脚XLAL2(18脚)：接外部晶体和微调电容的一端。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外时钟脉冲，要检查8051的振荡电路是否正确工作，可用示波器查看XLAL2端是否有脉冲信号输出。 时钟电路引脚XLAL1(19脚)：接外部晶体的微调电容的另一端。在片内它是振荡电路方相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。 RST(9脚)：RST是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期，即24个时钟振荡周期的高电平时，就可以完成复位操作。RST引脚的第二功能是VPD,即备用电源的输入端。当主电源Vcc发生故障降低到低电平规定值时，将＋5V电源自动接入RST端，为RAM 提供备用电源，以保证存储在RAM中的信息不丢失，以使电源正常后能继续正常运行。 ALE（30脚）：地址锁存允许信号端。当8051上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fosc的1/6。CPU访问片外存储器时，ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。在CPU访问片外数据存储器时，会丢失一个脉冲。平时不访问外存储器时，ALE端也可1/6的振荡频率固定输出正脉冲，因而ALE也可以用作对外输出时钟或定时信号。如果你想看一下8051芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出，如有，则8051基本上是好的。ALE端的负载驱动能力为8个LS型TTL。此引脚的第二功能PROG是对片内带有4K EPROM的8751固化程序时，作为编程脉冲输入端。 PSCN（29脚）：程序存储器允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端口定时输出脉冲作为读片外程序存储器的选通信号。此引脚EPROM的OE端，PSCN端有效，即允许读出片

单片机原理及应用知识点汇总复习

单片机原理及应用知识点汇总 一、填空题 1、单片机是将微处理器、一定容量的RAM和ROM以及I/O 口、定时器等电路集成在一块芯片上而构成的微型计算机。 2、单片机80C51片内集成了 4 KB的FLASH ROM，共有 5 个中断源。 3、两位十六进制数最多可以表示256 个存储单元。 4、在80C51中，只有当EA引脚接高电平时，CPU才访问片内的Flash ROM。 5、当CPU访问片外的存储器时，其低八位地址由P0 口提供，高八位地址由P2 口提供，8位数据由P0 口提供。 6、在I/O口中，P0 口在接LED时，必须提供上拉电阻，P3 口具有第二功能。 7、80C51具有64 KB的字节寻址能力。 特 第 持 ，其 。 IP。 边沿 计数 / 22 、串行通信有同步通信和异步通信两种通信方式。 23、在异步通信中，数据的帧格式定义一个字符由4部分组成，即：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。 24、串行通信中，为使设备同步工作，需要通信双方有两个共同的要求，一是通信双方必须采用统一的编码方式，二是通信双方必须能产生相同的传送速率。 25、单片机80C51中的串行通信共有 4 种方式，其中方式0 是用作同步移位寄存器来扩展I/O口的。 26、设80C51的晶振频率为11.0592MHz，选用定时器T工作模式2作波特率发生器，波特率为2400b/s，且SMOD置0，则定时器的初值为F4H 27、键盘可分为独立连接式和矩阵式两类。键盘可分为编码式和非编 码式两类。 28、LED数码管有静态显示和动态显示两种方式。 29、在执行下列指令后，A=___60H___，R0=__45H____，（60H）=___45H___。

(完整版)单片机原理及应用考试复习知识点

单片机原理及应用考试复习知识点 第1章计算机基础知识 考试知识点： 1、各种进制之间的转换 （1）各种进制转换为十进制数 方法：各位按权展开相加即可。 （2）十进制数转换为各种进制 方法：整数部分采用“除基取余法”，小数部分采用“乘基取整法”。 （3）二进制数与十六进制数之间的相互转换 方法：每四位二进制转换为一位十六进制数。 2、带符号数的三种表示方法 （1）原码：机器数的原始表示，最高位为符号位（0‘+’1‘-’），其余各位为数值位。 （2）反码：正数的反码与原码相同。负数的反码把原码的最高位不变，其余各位求反。 （3）补码：正数的补码与原码相同。负数的补码为反码加1。 原码、反码的表示范围：-127～+127，补码的表示范围：-128～+127。 3、计算机中使用的编码 （1）BCD码：每4位二进制数对应1位十进制数。 （2）ASCII码：7位二进制数表示字符。0～9的ASCII码30H～39H，A的ASCII码41H，a的ASCII码61H。 第2章80C51单片机的硬件结构 考试知识点： 1、80C51单片机的内部逻辑结构 单片机是把CPU、存储器、输入输出接口、定时/计数器和时钟电路集成到一块芯片上的微型计算机，主要由以下几个部分组成。 （1）中央处理器CPU 包括运算器和控制器。 运算电路以ALU为核心，完成算术运算和逻辑运算，运算结果存放于ACC中，运算结果的特征存放于PSW中。 控制电路是单片机的指挥控制部件，保证单片机各部分能自动而协调地工作。程序计数器PC是一个16位寄存器，PC的内容为将要执行的下一条指令地址，具有自动加1功能，以实现程序的顺序执行。 （2）存储器 分类： 随机存取存储器RAM：能读能写，信息在关机后消失。可分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种。 只读存储器：信息在关机后不会消失。 掩膜ROM：信息在出厂时由厂家一次性写入。 可编程PROM：信息由用户一次性写入。

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。

51单片机CPU的内部结构

51单片机CPU的内部结构 在前面的课程中，我们已知道了单片机内部有一个8位的CPU，同时知道了CPU 内部包含了运算器，控制器及若干寄存器。在这节课，我们就与大家一起来讨论一下51单片机CPU的内部结构及工作原理。 从上图中我们可以看到，在虚线框内的就是CPU的内部结构了，8位的MCS-51单片机的CPU内部有数术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、累加器A （8位）、寄存器B（8位）、程序状态字PSW（8位）、程序计数器PC（有时也称为指令指针，即IP，16位）、地址寄存器AR（16位）、数据寄存器DR（8位）、指令寄存器IR（8位）、指令译码器ID、控制器等部件组成。 1、运算器（ALU）的主要功能 A）算术和逻辑运算，可对半字节（一个字节是8位，半个字节就是4位）和单字节数据进行操作。 B）加、减、乘、除、加1、减1、比较等算术运算。 C）与、或、异或、求补、循环等逻辑运算。 D）位处理功能（即布尔处理器）。 由于ALU内部没有寄存器，参加运算的操作数，必须放在累加器A中。累加器A 也用于存放运算结果。 例如：执行指令 ADD A，B 执行这条指令时，累加器A中的内容通过输入口In_1输入ALU，寄存器B通过内部数据总线经输入口In_2输入ALU，A+B的结果通过ALU的输出口Out、内部

数据总线，送回到累加器A。 2、程序计数器PC PC的作用是用来存放将要执行的指令地址，共16位，可对64K ROM直接寻址，PC低8位经P0口输出，高8位经P2口输出。也就是说，程序执行到什么地方，程序计数器PC就指到哪里，它始终是跟蹿着程序的执行。我们知道，用户程序是存放在内部的ROM中的，我们要执行程序就要从ROM中一个个字节的读出来，然后到CPU中去执行，那么ROM具体执行到哪一条呢？这就需要我们的程序计数器PC来指示。 程序计数器PC具有自动加1的功能，即从存储器中读出一个字节的指令码后，PC自动加1（指向下一个存储单元）。 3、指令寄存器IR 指令寄存器的作用就是用来存放即将执行的指令代码。 在这里我们先简单的了解下CPU执行指令的过程，首先由程序存储器（ROM）中读取指令代码送入到指令寄存器，经译码器译码后再由定时与控制电路发出相应的控制信号，从而完成指令的功能。关于指令在单片机内部的执行过程，我们在后面将会以另一节课来进行详细的讲解。 4、指令译码器ID 用于对送入指令寄存器中的指令进行译码，所谓译码就是把指令转变成执行此指令所需要的电信号。当指令送入译码器后，由译码器对该指令进行译码，根据译码器输出的信号，CPU控制电路定时地产生执行该指令所需的各种控制信号，使单片机正确的执行程序所需要的各种操作。 5、地址寄存器AR（16位） AR的作用是用来存放将要寻址的外部存储器单元的地址信息，指令码所在存储单元的地址编码，由程序计数器PC产生，而指令中操作数所在的存储单元地址码，由指令的操作数给定。从上图中我们可以看到，地址寄存器AR通过地址总线AB与外部存储器相连。 6、数据寄存器DR 用于存放写入外部存储器或I/O端口的数据信息。可见，数据寄存器对输出数据具有锁存功能。数据寄存器与外部数据总线DB直接相连。 7、程序状态字PSW 用于记录运算过程中的状态，如是否溢出、进位等。 例如，累加器A的内容83H，执行： ADD A，#8AH ；累加器A与立即数8AH相加，并把结果存放在A中。 指令后，将产生和的结果为[1]0DH，而累加器A只有8位，只能存放低8位，即0DH，元法存放结果中的最高位B8。为些，在CPU内设置一个进位标志位C，当执行加法运算出现进位时，进位标志位C为1。 8、时序部件 由时钟电路和脉冲分配器组成，用于产生微操作控制部件所需的定时脉冲信号在后面的课程中我们将会安排一节课来讲解这些专用的寄存器。

第2章 单片机的硬件结构(附答案)

第2章单片机的硬件结构 （一）填空题 1.通过堆栈实现子程序调用，首先要把（PC）的内容入栈，以进行断点保护。调用返回时 再进行出栈操作，把保护的断点送回（PC）。 2.80C51单片机的时钟电路包括两部分内容，即芯片内的（高增益反相放大器）和芯片外 跨接的（晶振）与（微调电容）。若调高单片机的晶振频率，则单片机的机器周期会变（低）。 3.通常单片机有两种复位操作，即（上电自动复位）和（按键手动复位）。复位后，PC值 为（0000H），SP值为（07H），通用寄存器的当前寄存器组为（第0）组，该组寄存器的地址范围是从（00H）到（07H）。 4.80C51单片机中，一个机器周期包含（6）个状态周期，一个状态周期又可划分为（2） 个拍节，一个拍节为（1）个振荡脉冲周期。因此，一个机器周期应包含（12）个振荡脉冲周期。 5.单片机程序存储器的寻址范围由PC的位数决定。80C51的PC为16位，因此程序存储 器地址空间是（64KB）。 6.MCS-51单片机由（8位CPU）、（程序存储器）、（数据存储器）、（并行I/O口）、（串行I/O 口）、（定时器/计数器）、（中断系统）、振荡器和时钟电路组成，各部分通过（内部总线（地址总线、数据总线和控制总线））相连。 （二）单项选择题 1. 下列概念叙述正确的是（D） ] （A）80C51中共有5个中断源，因此在芯片上相应地有5个中断请求输入引脚 （B）特殊的存取规则使得堆栈已不是数据存储区的一部分 （C）可以把PC看成是数据存储空间的地址指针 （D）CPU中反映程序运行状态和运算结果特征的寄存器是PSW 2. 取址操作后，PC的值是（C） （A）当前指令前一条指令的地址（B）当前正在执行指令的地址 （C）下一条指令的地址（D）控制寄存器中指令寄存器的地址 3. 80C51单片机中，设置堆栈指针SP为37H后就发生子程序调用，这时SP的值变为（C） （A）37H （B）38H （C）39H （D）3AH 4. 设置堆栈指针SP = 30H后，进行一系列的堆栈操作。当进栈数据全部弹出后，SP应指

89C51单片机硬件结构和原理

第1部分 89C51单片机硬件结构和原理 1. 89C51单片机片内包含哪些主要逻辑功能部件? 答：89C51单片机是个完整的单片微型计算机。芯片内部包括下列硬件资源： （1）8位CPU； （2）4KB的片内Flash ROM。可寻址64KB程序存储器和64KB外部数据存储器；（3）256B内部 RAM/SFR； （4）21个 SFR； （5）4个8位并行I/O口P0～P3（共32位I/O线）； （6）一个全双工uart的异步串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通讯； （7）两个16位定时器/计数器； （8）5个中断源，两个中断优先级； （9）内部时钟发生器。 2. 89C51的ＥＡ端有何用途? 答：作外部程序存储器地址允许输入端和固化编程电压输入端。 3. 89C51的存储器分哪几个空间?如何区别不同空间的寻址? 答：89C51存储器包括程序存储器和数据存储器，从逻辑结构上看，可以分为三个不同的空间： （1）64KB的程序存储器地址空间：0000H~FFFFH，其中0000H~0FFFH为片内4KB的Flash ROM地址空间，1000H~FFFFH为外部ROM地址空间； （2）256B的内部数据存储器地址空间，00H~FFH，分为两大部分，其中00H~7FH（共128B单元）为内部静态RAM的地址空间，80H~FFH为特殊功能寄存器的地址空间，21个特殊功能寄存器离散地分布在这个区域； （3）64KB的外部数据存储器地址空间：0000H~FFFFH，包括扩展I/O地址空间。 MCS-51单片机存储器三类空间地址存在重叠，单片机设计了不同的数据传送指令符号来区分：CPU访问片内、片外ROM指令用MOVC，访问片外RAM指令用MOVX，访问片内RAM 指令用MOV。 4. 简述89C51片内RAM的空间分配。 答：89C51内部256B的数据RAM区，包括有工作寄存器组区、可直接位寻址区和数据缓冲区、特殊功能寄存器组区。各区域的特性如下： （1）00H~1FH为工作寄存器组区，共分4组，每组占用8个RAM字节单元，每个单元作为一个工作寄存器，每组的8个单元分别定义为8个工作寄存器 R0~R7。当前工作寄存器组的选择是由程序状态字PSW的RS1、RS0两 位来确定。如果实际应用中并不需要使用工作寄存器或不需要使用4组

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:

8051 单片机的结构和原理

8051 单片机的结构和原理 2.1 51 系列单片机的结构 51 单片机最初是由Intel 公司开发设计的，但后来Intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如SST、Philip、Atmel 等大公司。如是市面上出现了各式各样的但均以51 为内核的单片机，倒是Intel 公司自己的单片机却显得逊色了。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51 一致的，在前一章我们已经提到51 单片机在今后很长一段时间内仍是主流，所以我们的教材将还是以51 核为例给大家进行详细的介绍。 2.1.1 51 系列单片机的结构框图 我们假设读者是已经学完了计算机的组成原理，所以下面出现的有关计算机的专有名词 就不做详细介绍了。 我们知道我们PC 机的CPU 是基于冯诺伊曼的体系结构，然而MCU（单片机）、Dsp（数字信号处理器）都是基于哈佛结构的体系结构。哈佛结构与冯诺伊曼结构有很大的不同，在冯诺伊曼体系结构下只有一个地址空间，ROM 和RAM 可以随意安排在这一地址范围内的不同空间，即ROM 和RAM 地址统一分配。CPU 访问存储器时，一个地址对应唯一的存储单元，可能是ROM，也可能是RAM。而哈佛结构下ROM 和RAM 是分开编址，即程序和数据分开保存，访问时用不同的指令加以区分，并可同时访问，在这样的体系结构下有利于提高指令的执行速度。在后面的章节我们将详细介绍单片机的存储器配置。 图2－1 所示为MCS－51 系列单片机的基本结构框图。 从结构框图我们可以看出在这一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个组成部分。这些部分包括：

51单片机存储器内部结构

MCS-51单片机在物理结构上有四个存储空间： 1、片内程序存储器 2、片外程序存储器 3、片内数据存储器 4、片外数据存储器 但在逻辑上，即从用户的角度上，8051单片机有三个存储空间： 1、片内外统一编址的64K的程序存储器地址空间（MOVC） 2、256B的片内数据存储器的地址空间（MOV） 3、以及64K片外数据存储器的地址空间（MOVX） 在访问三个不同的逻辑空间时，应采用不同形式的指令（具体我们在后面的指令系统学习时将会讲解），以产生不同的存储器空间的选通信号。 程序内存ROM 寻址范围：0000H ~ FFFFH 容量64KB EA = 1，寻址内部ROM；EA = 0，寻址外部ROM 地址长度：16位 作用：存放程序及程序运行时所需的常数。 七个具有特殊含义的单元是： 0000H ——系统复位，PC指向此处； 0003H ——外部中断0入口 000BH —— T0溢出中断入口 0013H ——外中断1入口 001BH —— T1溢出中断入口 0023H ——串口中断入口 002BH —— T2溢出中断入口 内部数据存储器RAM 物理上分为两大区：00H ~ 7FH即128B内RAM 和 SFR区。 作用：作数据缓冲器用。 下图是8051单片机存储器的空间结构图

程序存储器 一个微处理器能够聪明地执行某种任务，除了它们强大的硬件外，还需要它们运行的软件，其实微处理器并不聪明，它们只是完全按照人们预先编写的程序而执行之。那么设计人员编写的程序就存放在微处理器的程序存储器中，俗称只读程序存储器（ROM）。程序相当于给微处理器处理问题的一系列命令。其实程序和数据一样，都是由机器码组成的代码串。只是程序代码则存放于程序存储器中。 MCS-51具有64kB程序存储器寻址空间，它是用于存放用户程序、数据和表格等信息。对于内部无ROM的8031单片机，它的程序存储器必须外接，空间地址为64kB，此时单片机的端必须接地。强制CPU从外部程序存储器读取程序。对于内部有ROM的8051等单片机，正常运行时，则需接高电平，使CPU先从内部的程序存储中读取程序，当PC值超过内部ROM的容量时，才会转向外部的程序存储器读取程序。 当=1时，程序从片内ROM开始执行，当PC值超过片内ROM容量时会自动转向外部ROM空间。 当=0时，程序从外部存储器开始执行，例如前面提到的片内无ROM的8031单片机，在实际应用中就要把8031的引脚接为低电平。 8051片内有4kB的程序存储单元，其地址为0000H—0FFFH，单片机启动复位后，程序计数器的内容为0000H，所以系统将从0000H单元开始执行程序。但在程序存储中有些特殊的单元，这在使用中应加以注意： 其中一组特殊是0000H—0002H单元，系统复位后，PC为0000H，单片机从

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，先访问片内程序区，当PC超过片内程序容量时，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：内部ROM、外部ROM 数据存储器：内部基本RAM、专用寄存器区、外部RAM (6)简述片内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具体在片内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在片内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?

AT89S51 单片机的硬件结构

第二章 AT89S51 单片机的硬件结构 第二章 AT89S51 单片机的硬件结构 本章“从内到外”主要讲述关于AT89S51单片机的一些基础知识。首先介绍AT89S51单片机的组成、CPU 、存储器组织以及特殊功能寄存器（SFR），然后，详细讲解了AT89S51的引脚分布及其功能；最后，讨论了使用AT89S51单片机时的时钟和复位电路。 2.1 AT89S51 单片机的组成 如前所述，AT89S51单片机与MCS-51完全兼容，内部的结构如图2.1所示： 从功能上分，它包括如下部件：一个8位中央处理器（CPU）；4K可在线编程Flash ；128字节RAM与特殊功能寄存器；2个16位定时/计数器；中断逻辑控制电路；一个全双工串行接口（UART）；32 条可编程的I／O口线；另外，还包括一些寄存器如程序计数器PC 、程序状态寄存器PSW 、堆栈指针寄存器SP 、数据指针寄存器DPTR等部件。 2.2 AT89S51 单片机 CPU 的结构 CPU是单片机的核心，它主要由运算器（ALU）、时序控制逻辑电路（控制器）以及各种寄存器等部件组成。 （ 1 ）运算器的功能是进行算术和逻辑运算。它主要由算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）和寄存器组成，实现“加、减、乘、除、比较”等算术运算和“与、或、异或、求补、循环”等逻辑操作。运算器中还包含一个布尔处理器，可以执行置位、清零、求补、取反、测试、逻辑与、逻辑或等操作，为单片机的应用提供了极大的便利。 （ 2 ）控制器的主要功能是产生各种控制信号和时序。在CPU内部协调各寄存器之间的数据传送，

完成ALU的各种算术或逻辑运算操作；在CPU访问外部存储器或端口时，提供地址锁存信号ALE、外部程序存贮器选通信号PSEN以及读（/RD）、写（/WR）等控制信号。 （ 3 ）寄存器。CPU中还有一些寄存器，如累加器（ACC）、程序状态字（PSW）、B寄存器、程序计数器PC 、堆栈指针（SP）、指令寄存器（IR）等，这些寄存器有的在片内特殊功能寄存器空间有地址映像，它们既可看作CPU的寄存器，也可看作具有确定单元的存储单元。 ?累加器ACC（Accumulator）。ACC是一个8位的寄存器，也是CPU中最重要、最繁忙的寄存器，许多运算中的数据和结果都要经过累加器。 ?程序状态字PSW（Program Status Word）。PSW是一个8位的寄存器，用于存放程序运行结果的一些特征，本书拟在特殊功能寄存器一节详细介绍。 ? B寄存器。B寄存器主要是和ACC配合完成乖法和除法运算，存放运算结果，不进行乖、除运算时，B寄存器可作为RAM使用。 ?程序计数器PC。程序计数器PC用来存放即将执行的指令地址。它是一个独立的16位寄存器，没有内存映射单元，总是指向将要执行的指令的地址，并具有内容自动加l功能。 ?堆栈指针SP（Stack Pointer）。为一个指向堆栈顶部的指针，当执行子程序调用或中断服务程序时，需要将下一条要执行的指令地址即PC值压入堆栈保存起来，当子程序或中断返回时，再将SP 指向单元的内容回送到程序计数器PC中。这是一个很重要的指针。 ?指令寄存器IR（Instruction Register）。指令寄存器的功能是存放指令代码，CPU执行指令时，由程序存储器中读取指令代码送入指令寄存器，经译码器译码后，由定时与控制部分发出相应的控制信号，以完成指令功能，它也没有内存映射单元。 （ 4 ）布尔（位）处理器。除对字节（Byte）进行操作外，AT89S51单片机借用PSW中的C可以直接对位（Bit）进行操作，在进行位操作时，C就类似进行字节操作的ACC用作数据源或存放结果。通过位操作指令可以实现置位、清零、取反以及位逻辑运算等操作。 2.3 AT89S51 单片机系统的存贮器组织 单片机系统中，存放程序的存储器称为程序存储器，类似与通用计算机系统中的ROM，只能进行读操作，存放数据的存储器称为数据存储器，相当于通用计算机系统中的RAM。与通用计算机系统不同，单片机系统中的程序存储器和数据存储器都有各自的读信号（PSEN 、/RD ），换言之，单片机系统的存储器可以分成两个物理存储器，即程序存储器和数据存储器，它们的范围都是64KB 。

单片机io口工作原理及结构框图

单片机IO口工作原理及结构框图 8051单片机I/O引脚工作原理 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内部数据总线上。 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，当内部的存储器够用（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（内部没有ROM）的单片机或者编写的程序超过了单片机内部的存储器容量，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

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

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。