第二章 MCS--51单片机结构和工作原理

MCS--51单片机

第二章 MCS-51单片机 结构和时序

本章基本要求 ：掌握MCS-51的组成、工作原理及引脚的含义 教学重点难点： 重点 MCS-51单片机的内部结构及工作原理 难点 MCS-51单片机内部RAM区的划分及@Ri的应用。

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第一节 MCS-51单片机内部结构 一、MCS-51单片机的基本组成如图 2--1 对图2-1按这个定义对号入座 MC=CPU+ M+ I/OP

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T0 T1 时钟电路 ROM RAM 定时/计数器

CPU 并行接口P0 P1 P2 P3

串行接口TXD RXD

中断系统INT0 INT1

图2-1 8051基本组成框图

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图2-1概括如下： 1.中央处理器(CPU) 2.内部存储器(RAM、ROM)

RAM---Random Access MemoryROM---Read Only Memory 3.定时/计数器(T/C) 4.并行I/O接口(P0、P1、P2、P3) 5.串行口(S0)

6.中断控制系统(5个中断源)7.时钟电路

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二、中央处理单元 CPU(图2-2所示)

三部分组成：算术逻辑部件----ALU(运算器) 运算器有8位和1位两个，1位运算器又叫布尔处理器。布尔处 理器是CPU的重要组成部分，图中没有画出，是一个独立的位 处理器。 定时控制部件----定时控制逻辑、指令寄存器(IR)、 振荡器(OSC—OSCillator)。 专用寄存器组 1. PC(Program Counter) ----程序计数器，16位 2000H

用于存放程序存储器地址， 比如右图中的2000H。

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P0.0-P0.7

P2.0-P2.7

注：相互之间用 内部总线连接

P0驱动器RAM地址 寄存器 128 RAM

P2驱动器 P2锁存器

P0锁存器

4EPROM ROM

B/PSEN

暂存器1 暂存器2

ACC

SP

ALE/EA RST

定 时 控 制

指 令 译 码 器

指 令 寄 存 器

PSWP1锁存器

中断、串行口、定时器

程序地址 寄存器 缓冲器 PC增1 PC DPTR

P3锁存器P3驱动器P3.0-P3.7

振荡器 OSC

P1驱动器P1.0-P1.7

图2-2 8051内部结构图

前M

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2. A(Accumulator)----累加器，8位 运算前常提供一个操作数,之后存放结果 3. B(General Purpose Register)----数据通用寄存器，8位 乘除法时存放乘数或除数

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4. PSW(Program Status Word)----程序状态字， 8位Cy AC F0 RS1RS0 OV P

PSW.7=Cy(Carry) ----进位标志。CY=1:有。 PSW.6=AC ----辅助进位标志(半进位标志)。AC=1:有 RS1 RS0 0 0 PSW.4,PSW.3=RS1,RS0---0 1 1 0 1 1 PSW.2=OV(Overflow)----溢出标志。OV=1:有 PSW.5=F0(Flag zero) ----用户标志。

0区 1区 2区 3区

----奇偶标志。P=1:A中1的个数为奇数个。 PSW.0=P(Parity)

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5. DPTR(Data Pointer)----数据指针2000H

DPTR亦可拆成两个8位使用----DPH、DPL DPTR=2000H 即：DPH=20H,DPL=00H

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6 堆栈及堆栈指针 22H 33H 54H 53H 52H 51H 50H 54H 53H 52H 51H 50H 入栈 出栈

SP

33H 22H

33H 22H

堆栈指针SP(Stack Pointer)----始终指向栈顶 堆栈性质： 先进后出

队列 FIFO

FILO

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三、存储器结构MCS--51存储器M分： RAM 和 ROM MCS--51存储器分成了四类： 内部程序存储器 内部数据存储器 外部程序存储器 外部数据存储器 程序存储器：内、

外之和不超过64K; 内部如有，编排小地址。 数据存储器： 内、外无联系，外部根据需要扩充， 内部已固定分配 又分内和外

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FFFFH

FFH

FFFFH

1000H

外部 ROM

SFR数据缓冲 区

0FFFH

位寻址区

外部 RAM

0000H

片内 ROM EA=1

片外 ROM EA=0

工作寄存器 (0—3组)00H 片内数据存储器

0000H 片外数据存储器

程序存储器

图2-5 8051存储 器配置图

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注：1. 片内ROM存储器 8031:无，8051:4KROM,8751:4KEPROM 8032:无，8052:8KROM,8752:8KEPROM 2. 片内RAM存储器 8位地址： 00H----FFH分以下四个区： 寄存器区 位寻址区 数据缓冲区 特殊功能寄存器区

其地址范围如图2-6所示。

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FFH

特殊功能寄存器区

80H 7FH30H 2FH 20H 1FH 18H 10H 08H 00H bank3 bank2

数据缓冲区

位寻址区

寄存器 区 图2-6 8051内部数据 存储器配置图

bank1bank0

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1 寄存器区(00H—1FH)32个单元÷4组=8个单元/组 2 位寻址区(20H—2FH) 8bit*16个单元=128位 (20H.5)的位地址？ R0、R1、…R7, PSW.4、PSW.3决定哪一组 2FH

…

20H

表2-3

3 数据缓冲区(30H--7FH) 堆栈区、数据单元

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4 特殊功能寄存器SFR(Special Function Register)区80H—FFH,共128个单元，只开发了

其中21个单元，表2-421个特殊功能寄存器有些可位寻址，图2-7 。