1、第二章 单片机基本原理 第二章 单片机基本原理 2.1 MCS-51系列单片机简介MCS-51系列单片机是美国 Intel公司在 1980年推出的高性能 8位单片机，它包含 51和 52 两个子系列。对于 51子系列，主要有 8031、 8051、 8751 三种机型，它们的指令系统与芯片引脚完全兼容，仅片内程序存储器有所不同，8031芯片不带 ROM， 8051芯片带 4KROM， 8751芯片带 4KEPROM。 51子系列的主要特点为： 8位 CPU。 片内带振荡器，频率范围 1 212MHZ。 片内带 128字节的数据存储器。 片内带 4K的程序存储器。 程序存储器的寻址空间为 64K
2、字节。 片外数据存储器的寻址空间内 64K字节。 128个用户位寻址空间。 。 第二章 单片机基本原理 21个字节特殊功能寄存器。 4个 8位的并行 I/O接口： P0、 P1、 P2、 P3。 2个 16位定时器 /计数器 2个优先级别的 5个中断源。 1个全双工的串行 I/O接口，可多机通信。 111条指令，含乘法指令和除法指令。 片内采用单总线结构。 有较强的位处理能力。 采用单一 +5V电源。对于 52子系列，有 8032、 8052、 8752 三种机型。 52子系列与 51子系列相比大部分相同，不同之处在于：片内数据存储器增至256字节； 8032芯片不带 ROM， 8052芯片带
3、 8KROM， 8752芯片带8KEPROM；有 3个 16位定时器 /计数器； 6个中断源。本书以 51子系列的 8051介绍 MCS-51单片机的基本原理 第二章 单片机基本原理 CPUROM/EPROMRAM 定时 /计数器并行接口 串行接口 中断系统P0P1P2P3 TXD RXD INT0INT1T0 T1XTAL1 XTAL2时钟电路2.2 MCS-51系列单片机的结构原理 2.2.1 MCS-51系列单片机的基本组成第二章 单片机基本原理 2.2.2 MCS-51系列单片机的内部结构MCS-51单片机的内部结构框图如图 2-2所示。由图 2-2可以看到：它集成中央处理器（ CPU
4、）、存储器系统（ RAM和 ROM）、定时计数器、并行接口、串行接口、中断系统及一些特殊功能寄存器（ SFR），它们通过内部总线紧密的联系在一起。它的总体结构仍是通用 CPU加上外围芯片的总线结构。只是在功能部件的控制上与一般微机的通用寄存器加接口寄存器控制不同， CPU与外设的控制不再分开，采用了特殊功能寄存器集中控制，使用更方便。内部还集成了时钟电路，只须在外接上晶振就可形成时钟。另外注意， 8031和 8032内部没有集成 ROM。第二章 单片机基本原理 PSENALERESETXLAT1P0.0P0.7 P2.0P2.7RAM地址寄存器RAM P0锁存器 P2锁存器 EPROM或ROM
5、程序地址寄存器缓冲器B寄存器 ACC暂存器 2暂存器 1ALUPSWSPPC增量器PCDPTRP0驱动器 P2驱动器特殊功能寄存器指令寄存器定时及控制 P1锁存器 P3锁存器P1驱动器 P3驱动器振荡器VssP1.0P1.7 P3.0P3.7EAXLAT2Vcc第二章 单片机基本原理 2.2.3 MCS-51系列单片机的中央处理器（ CPU）一运算部件运算部件以算术逻辑运算单元 ALU为核心，包含累加器 ACC、 B寄存器、暂存器、标志寄存器 PSW等许多部件，它能实现算术运算、逻辑运算、位运算、数据传输等处理。算术运算单元 ALU是一个 8位的运算器，它不仅可以完成 8位二进制数据加、减、乘
6、、除等基本的算术运算，还可以完成 8位二进制数据逻辑 “与 ”、 “或 ”、 “异或 ”、循环移位、求补、清零等逻辑运算，并具有数据传输、程序转移等功能。 ALU还有一个一般微型计算机没有的位运算器，它可以对一位二进制数据进行置位、清零、求反、测试转移及位逻辑 “与 ”、 “或 ”等处理。这对于控制方面很有用。 累加器 ACC（简称为 A）为一个 8位的寄存器，它是 CPU中使用最频繁的寄存器， ALU进行运算时，数据绝大多数时候都来自于累加器 ACC，运算结果也通常送回累加器 ACC。 第二章 单片机基本原理 寄存器 B称为辅助寄存器，它是为乘法和除法指令而设置的。在乘法运算时，累加器 A和
7、寄存器 B在乘法运算前存放乘数和被乘数，运算完后，通过寄存器 B和累加器 A存放结果。除法运算时，运算前，累加器 A和寄存器 B存入被除数和除数，运算后用于存放商和余数。标志寄存器 PSW是一个 8位的寄存器，它用于保存指令执行结果的状态，以供程序查询和判别。 D7D6D5D4D3D2D1D0C AC F0 RS1RS0OV - PC（ PSW.7）：进位标志位。 AC（ PSW.6）：辅助进位标志位。 F0（ PSW.5）：用户标志位。 RS1、 RS0（ PSW.4、 PSW.3）：寄存器组选择位。 第二章 单片机基本原理 RS1 RS0 工作寄存器 组0 0 0组 （ 00H-07H）0
8、 1 1组 （ 08H-0FH）1 0 2组 （ 10H-17H）1 1 3组 （ 18H-1FH）OV（ PSW.2）：溢出标志位。 P（ PSW.0）：奇偶标志位。 若累加器 A中 1的个数为奇数，则 P置位，若累加器 A中 1的个数为偶数，则 P清零。 【 例 2-1】 试分析下面指令执行后，累加器 A，标志位 C、 AC、 OV、 P的值？MOV A， #67HADD A， #58H分析：第一条指令执行时把立即数 67H送入累加器 A，第二条指令执行时把累加器 A中的立即数 67H与立即数 58H相加，结果回送到累加器 A中。加法运算过程如下： 第二章 单片机基本原理 67H=0110
9、0111B 58H=01011000B0 1 1 0 0 1 1 1B+ 0 1 0 1 1 0 0 0B1 0 1 1 1 1 1 1=0BFH则执行后累加器 A中的值为 0BFH，由相加过程得 C=0、 AC=0、 OV=1、 P=1。二控制部件 控制部件是单片机的控制中心，它包括定时和控制电路、指令寄存器、指令译码器、程序计数器 PC、堆栈指针 SP、数据指针 DPTR以及信息传送控制部件等。它先以振荡信号为基准产生 CPU的时序，从ROM中取出指令到指令寄存器，然后在指令译码器中对指令进行译码，产生指令执行所需的各种控制信号，送到单片机内部的各功能部件，指挥各功能部件产生相应的操作，完
10、成对应的功能。 第二章 单片机基本原理 2.2.4 MCS-51系列单片机的存储器结构MCS-51单片机存储器结构与一般微机的存储器结构不同，分为程序存储器 ROM和数据存储器 RAM。程序存储器存放程序、固定常数和数据表格。数据存储器用作工作区及存放数据。 一程序存储器1程序存储器的编址与访问MCS-51单片机的程序存储器，从物理结构上分为片内和片外程序存储器，而对于片内程序存储器，在 MCS-51系列中，不同的芯片各不相同， 8031和 8032内部没有 ROM， 8051内部有 4KBROM， 8751内部有 4KBEPROM， 8052内部有 8KBROM， 8752内部有8KBEPROM。 对于内部没有 ROM的 8031和 8032，工作时只能扩展外部 ROM，最多可扩展 64K，地址范围为 0000HFFFFH
