单片机原理及应用-第2章 MCS-51单片机的结构和工作原理

单片机原理及应用

第2章 MCS-51单片机的 MCS-51单片机的 结构和工作原理

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本章学习任务： 掌握单片机内部结构。 掌握单片机引脚功能。 掌握单片机的存储器空间分配。 掌握单片机的复位电路、时钟电路及指令 时序。

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2.1 单片机的内部结构8051单片机内部结构如图2 8051单片机内部结构如图2-1所示，包含中 央处理器CPU、存储器、定时器/计数、I/O 央处理器CPU、存储器、定时器/计数、I/O 接口器、中断控制系统等。

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1.存储器 1.存储器 (1)ROM(Read Only Memory) ROM一 ROM( Memory) ROM一 般为1 32K字节，用于存放应用程序，故 般为1~32K字节，用于存放应用程序，故 又称为程序存储器。 根据片内ROM的结构，单片机又可分为无 根据片内ROM的结构，单片机又可分为无 ROM型、ROM型和可擦除可编程只读存储 ROM型、ROM型和可擦除可编程只读存储 器EPROM(Electrically Programmable EPROM( ReadRead-Only Memory)型三类。 Memory)型三类。

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(2)RAM(Random Access Memory) RAM主要用来存放实时数据或作为通用寄 存器、数据堆栈和数据缓冲器之用。正常 工作时，既能读又不能写，停电后再加电 期间信息会丢失。

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2.中央处理器(CPU) 2.中央处理器(CPU)

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8051内部CPU由运算器(ALU),控制器 (定时控制部件等)和专用寄存器三部分 构成。 (1)算术逻辑部件ALU(Arithmetic Logic Unit) 8051的ALU是一个运算器，进行加、减、乘、 除四则运算，进行与、或、非、异或等逻 辑运算，还具有数据传送、移位、判断和 程序转移等功能。

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(2)定时控制部件 定时控制部件起着控制器作用，由定时控制逻辑、 指令寄存器IR和振荡器OSC等电路组成。指令寄 存器IR用于存放从程序存储器中取出的指令码， 定时控制逻辑用于对IR中指令码译码，并在OSC 配合下产生指令的时序脉冲，以执行相应的指令。 OSC(Oscillator)是控制器的心脏，能为控制 器提供时钟脉冲。 定时与控制逻辑：时序部件(时钟系统和脉冲分 配器构成)和微操作控制部件组成；发送控制信 号，协调各部件工作。

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(3)专用寄存器组 累加器A(Accumulator) 它既可用于存放操作数，也可用于存放运 算的中间结果。在进行算术或逻辑运算时， 通常两个操作数中的一个放在A中，运算完 成后，运算结果也存放在A中。 指令系统中A表示累加器，ACC表示累加器 的符号地址。

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通用寄存器B(General Purpose Register): 是一个8位的特殊功能寄存器，主要用于 乘法和除法运算。乘法运算时，A中存放被 乘数，B中存放乘数，完成乘法操作后，乘 积的高8位存于B中，低8位存于A中；除法 运算时，A中存放被除数，B中存放除数， 完成除法操作后，商存于A中，余数存于B 中

。在其它指令中，B可作为一般的寄存器 使用，用于暂存数据。

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程序状态字寄存器PSW( 程序状态字寄存器PSW(Promgram Status Word) Word) PSW是一个八位标志寄存器，用来存放指 PSW是一个八位标志寄存器，用来存放指 令执行后的有关状态。

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① 进位标志位Cy(Carry) 在加法运算时，若累加器最高位A7有 进位，则Cy=1;否则Cy=0。在减法 运算时，若A7有了借位，则Cy=1; 否则Cy=0。 ② 辅助进位标志位AC(Auxiliary Carry) 若AC=0,则表示加减过程中A3没有 向A4进位或借位；若AC=1,则表示 加减过程中A3向A4有进位或借位。

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③ 用户标志位F0(Flag zero) 通常不是机器在执行指令过程中自动 形成的，而是由用户根据程序执行的 需要通过传送指令确定。

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④ 寄存器选择位RS1和RS0 用户通过改变RS1和RS0的状态可以方便地 决定R0—R7的实际物理地址，工作寄存器 R0—R7的物理地址和RS1、RS0之间的关 系如表2-1所示。