51單片機(jī)結(jié)構(gòu)功能

1、第二徘車片機(jī)80518051單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與功能8051的基本功能1. 8位數(shù)據(jù)總線，16位地址總線的CPU；2. 具有布爾處理能力和位處理能力；3. 采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間各自獨(dú) 立，便于程序設(shè)計(jì)；4. 相同地址的64KB程序存儲(chǔ)器和64KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；5. 0-8KB片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（8031無，8051有4KB, 8052有8KB, 89C55有20KB）；6. 128字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（8051有256字節(jié)）;7. 32根雙向并可以按位尋址的I/O線；8. 兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器（8052有3個(gè)）；9. 一個(gè)全雙工的串行I/O接口；10. 多個(gè)中斷源的中斷結(jié)構(gòu)，具有兩

2、個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。第二徘車片機(jī)8051第二徘車片機(jī)8051微處理器CPUK存儲(chǔ)器輸出設(shè)備uII/O接口I/O接口單片機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：:以微處理器(CPU)為核心AB: Address BusDB: Data BusCB: Control Bus CPU與其他部件間通過三總線連接總線:指能為多個(gè)部件服務(wù)的信息傳送線。1、地址總線（Address Bus,簡(jiǎn)寫為AB）地址總線可傳送單片機(jī)送出的地址信號(hào)，用于訪問外部存 儲(chǔ)器單元或I/O端口。地址總線是單向的，地址信號(hào)只是由單片機(jī)向外發(fā)出;地址總線的數(shù)目決定了可直接訪問的存儲(chǔ)器單元的數(shù)目。例如N位地址，可以產(chǎn)生2"個(gè)連續(xù)地址編碼，因

3、此可訪rrJ問2N個(gè)存儲(chǔ)單元，即通常所說的尋址范圍為2N個(gè)地址單元。MCS-51單片機(jī)有十六位地址線，因此存儲(chǔ)器擴(kuò)展范圍 可達(dá)2" = 64KB地址單元。掛在總線上的器件，只有地址被選中的單元才能與CPU交 換數(shù)據(jù)，其余的都暫時(shí)不能操作，否則會(huì)引起數(shù)據(jù)沖突。2、數(shù)據(jù)總線（Data Bus,簡(jiǎn)寫為DB）數(shù)據(jù)總線用于在單片機(jī)與存儲(chǔ)器之間或單片機(jī)與I/O 端口之間傳送數(shù)據(jù)。單片機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的位數(shù)與單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的字長(zhǎng) 一致。例如MCS-51單片機(jī)是8位字長(zhǎng)，所以數(shù)據(jù)總線的 位數(shù)也是8位。數(shù)據(jù)總線是雙向的，即可以進(jìn)行兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳送。3、控制總線（Control Bus,簡(jiǎn)寫為CB）控制

4、總線實(shí)際上就是一組控制信號(hào)線，包括單片機(jī)發(fā)出的, 以及從其它部件送給單片機(jī)的各種控制或聯(lián)絡(luò)信號(hào)。對(duì)于一條控制信號(hào)線來說，其傳送方向是單向的，但是由 不同方向的控制信號(hào)線組合的控制總線則表示為雙向的?？偩€結(jié)構(gòu)形式大大減少了單片機(jī)系統(tǒng)中連接線的數(shù)目， 提高了系統(tǒng)的可靠性，增加了系統(tǒng)的靈活性。此外，總線 結(jié)構(gòu)也使擴(kuò)展易于實(shí)現(xiàn)，各功能部件只要符合總線規(guī)范， 就可以很方便地接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)擴(kuò)展。MCS-51單片機(jī)總線結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)總線結(jié)構(gòu)/o口01234567012345P3.6/WR P3.7/RI5 ALE PSEN EARSTP2.7P26P2.5P2.4P23P2.2P2.1P2.0

5、P0.7P06P0.5P0.4P03P0.2 PO.l PO.O8 7 o 7 oA AA DD地址總線g)數(shù)勰線MCS-51單片機(jī)總線結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)總線結(jié)構(gòu)地址總線、數(shù)據(jù)總線和若干控制線把存儲(chǔ)器和微處理器連 接起來。存儲(chǔ)器從CPU接收控制信號(hào)，以確定存儲(chǔ)器執(zhí)行讀/寫操作 地址總線將地址信息送入地址譯碼器，地址譯碼器的輸出可以確定唯一的存儲(chǔ)單元。數(shù)據(jù)總線用來傳送存儲(chǔ)器到CPU或CPU到存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)信 單片機(jī)總線的應(yīng)用：擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。時(shí)鐘電路：可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，允許 晶振頻率6MHZ和12MHZi-a-i振蕩器和時(shí)序OSC內(nèi) SISRAM： 55256TRAM單元，用

6、戶使用 前128個(gè)單元，用于ROM,用于存放程序、育製辱豐愛班128個(gè)單兀被專用寄 存 內(nèi)部ROM： 4KB掩膜原始數(shù)據(jù)和表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器：兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。外部事冊(cè)數(shù)M/SFR內(nèi)中斷8051CPU程序存儲(chǔ)器4KBROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256B2X16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器P央處理 冒 CPU： 位，運(yùn) $和控 ilj功能64KB總線 擴(kuò)展控制器可編程I/O可編程全雙工 串行口外中斷中斷控制系統(tǒng): 5個(gè)中斷源（外 中斷2個(gè)，定時(shí) /計(jì)數(shù)中斷2個(gè), 串行中斷1個(gè)）控制串行通信051功能框圖并行口 I/O口： 4個(gè)8位的I/O口P0、P1> P2、 P3o串行口： 一個(gè)

7、全雙 工串行口。MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部組成中央處理器（CPU）；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；程序存儲(chǔ)器（ROM）； 2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器; 并行I/O 口（32根I/O線，4個(gè)P 口）；外部存貯器尋址范圍ROM、RAM各64K；全雙工串行口；中斷系統(tǒng)（5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)） 時(shí)鐘電路。8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖XB寄存器定時(shí)控制XTAL1P2.0-P2.7P2驅(qū)動(dòng)器EPROM用 EPROM, 為 8751車 P0.0-P0.7P0驅(qū)動(dòng)器11H3 128B, UU/ =丄trampo鎖存器P2鎖存器4KB'TT_frIRAM地 址寄存器無班為80指令譯碼器指令寄存器寄存器暫存器2

8、匚ACC緩沖器ALUPC增1DPTRP1鎖存器=P1驅(qū)動(dòng)器暫存器1n ePSW寸口中斷、串行口和定時(shí)器OSCXTAL2P3鎖存器P3驅(qū)動(dòng)器P3.0-P3.74KB運(yùn)算器（ALU、暫存器1B寄存器RAMP0鎖存器P2鎖存器ROM址寄存器暫存器2 U ACCPSENALE-EA RET定時(shí)控制指令譯碼器程序地 寄存壽卞斷、串行口和定時(shí)器Pl鎖存器Pl鎖存器PC增1DPTR緩沖器指令寄存器中央處理器CPU是單片機(jī)的核心，是單片機(jī)的大腦和 h CPU 心臟。它由運(yùn)算器和控制器等部件組成。作用：主要完成運(yùn)算和控制功能。址徘車片機(jī)8051B寄存器暫存器1暫存器2< ACCSP<運(yùn)算器(ALU、

9、'專用寄存器)PCONSCONTCONTMODTH0TL0THlTLlSBUFSBUFIEIP中斷、串行口和計(jì)數(shù)器/定時(shí)器1-/ - nrr I11 0s 、" Z nn1PSW(1)運(yùn)算器運(yùn)算部件以算術(shù)邏輯單元ALU為核心，加上累加器ACC、 寄存器B、暫存器、程序狀態(tài)字PSW以及十進(jìn)制調(diào)整電路和布爾 處理器等許多部件組成的。運(yùn)算器的作用/是把傳送到微處理器的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算。(1) 執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算。(2) 執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試。如零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較。/ ALU可對(duì)兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行加、減、與、或、比較大小等 操作，最后將結(jié)果存入累加器?！?ALU的

10、兩個(gè)主要的輸入來源-累加器數(shù)據(jù)寄存器“ ALU執(zhí)行不同的運(yùn)算操作是由不同控制線上的信息所確定 的。兩個(gè)數(shù)(7和9)相加，在相加之前，操作數(shù)9放在累加 器中，7放在數(shù)據(jù)寄存器中，執(zhí)行兩數(shù)相加運(yùn)算的控制線 發(fā)出“加”操作信號(hào)，ALU即把兩個(gè)數(shù)相加并把結(jié)果(16 )存入累加器，取代累加器前面存放的數(shù)9。1）算術(shù)邏輯單元（ALUArithmetic Logic Unit）可以對(duì)4位（半字節(jié)）8位（一字節(jié)）和16位（雙字節(jié)）數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。作用：完成算術(shù)四則運(yùn)算和邏輯運(yùn)算、位操作及循環(huán)移位等 邏輯操作，操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器（PSW） o2）累力口器ACC，在指令中用助記符A來表示A是一個(gè)8位寄

11、存器，是CPU中工作最繁忙的寄存器。MCS-51指令系統(tǒng)中多數(shù)指令的執(zhí)行都通過它進(jìn)行。作用：在算數(shù)邏輯運(yùn)算中，它經(jīng)常作為一個(gè)運(yùn)算數(shù)經(jīng)暫存器2進(jìn)入ALU的輸入端，與另一個(gè)來自暫存器1的運(yùn)算數(shù)進(jìn) 行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果又送回ACC。在與外部存儲(chǔ)器和I/O接口打 交道時(shí)，完成數(shù)據(jù)傳送。3）寄存器B（8位寄存器）除數(shù)取自B；運(yùn)算結(jié)果商數(shù)存于A, 除運(yùn)算時(shí)，寄存器B可作通用寄存器使用。4） 2個(gè)8位暫存器： （暫存器1和暫存器2）ALU的兩個(gè)入口處。暫存器1暫存器2ACCSP中斷、串行口和定時(shí)話作用：在乘法和除法運(yùn)算中用作ALU的輸入之一。乘法 運(yùn)算時(shí)，ALU的兩個(gè)輸入分別為A、B,運(yùn)算結(jié)果存放在A、B 寄存

12、器中，其中A存放積的低8位，B則存放積的高8位。除法 運(yùn)算時(shí)，被除數(shù)取自A, 而余數(shù)存于B。不作乘、5）程序狀態(tài)字寄存器PSW （程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器）8位寄存器。作用：存放當(dāng)前指令執(zhí)行后操作結(jié)果的某些特征，為下一 條指令的執(zhí)行提供依據(jù)。程序狀態(tài)字PSW各位標(biāo)志的含義PSWJ PSW4 PSW5 PSW FSW3 PSW PSW1 PSWCYACF0RS1RSOOVpPSW.7 CY進(jìn)位標(biāo)志位PSW.6 AC輔助進(jìn)位（或稱半進(jìn)位）標(biāo)志PSW.5 FO用戶標(biāo)志位PSW.4, PSW.3 RS1和RSO工作寄存器組選擇位PSW.2 OV溢出標(biāo)志位PSW.1未定義位PSW.O P奇偶標(biāo)志位PSW7 P

13、SW PSW5 PS碾4 PSW3 PSW3 PSW PS楓QCYACF0RS1RS0OVP CY是PSW中最常用的標(biāo)志位。由硬件或軟件置位和清零。在字節(jié)運(yùn)算時(shí)：它表示運(yùn)算結(jié)果是否有進(jìn)位（或借位）o加法時(shí)：有進(jìn)位Cy由硬件置“1”即Cy=l； 無進(jìn)位CY被硬件清“0”即Cy=0。減法時(shí)：有借位Cy由硬件置“1”即Cy=l；無借位CY被硬件清“（T即Cy=0o在位操作（布爾操作）時(shí):CY作為累加器使用，其作用相當(dāng)于字節(jié)操作的累加器ACCo位傳送、位與位等位操作,進(jìn)位標(biāo)志位是固定的操作位之一。PSW7 PSW PSW5 PSW PSW3 PSW PSW PSWACF0RS1RSOOVPAC (PS

14、W.6)輔助進(jìn)位(或稱半進(jìn)位)標(biāo)志。當(dāng)執(zhí)行加減運(yùn)算時(shí),其運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生低四位向高四位進(jìn)位或借位W, AC由硬件置“叫 否則AC位被自動(dòng)清“0叭一般在BCD碼運(yùn)算時(shí)，系統(tǒng)用于進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整。PSWJ PSWeS PSW5 PSW PSW3 PSW PSW1 PSWORSOOVPCY ACFO RS1FO (PSW.5)用戶標(biāo)志位。0用戶可根據(jù)自己的需要對(duì)FO位賦予一定的含 義，由用戶置位或復(fù)位，作為軟件標(biāo)志。SETB F0 ;置位 CLR F0 ;復(fù)位PSW17 PSW PSWS PSW PSW3 PSTO PSW1 PSWQCYACFORS1RSOOVpRS1 (PSW.4)、RSO (PSW.

15、3) 寄存器區(qū)選擇控制位。RS1RSO寄存器組片內(nèi)RAM地址00第0組00H-07H01第4組08H-0FH10第2組10H-17H11第3組18H-1FHCPU通過對(duì)PSW中的D4、D3位內(nèi)容的 修改，就能任選一個(gè)工作寄存器區(qū)。PSWA3 =1;PSWA4 =0 ;PSWM =1;PSWa3=0;PSWa3=1PSWa 4 =1 ;選定第1區(qū)選定第2區(qū)選定第3區(qū)PSW7 RS碾6 PSW5 PSW4 PSW3 PSW2 PSW1 PSWO它反映運(yùn)算結(jié)果是否溢出，溢出時(shí)則由硬件將OV 位置“儼；否則置“0叭在帶符號(hào)的加減運(yùn)算中，若運(yùn)算超出了累加器A所能表示 的符號(hào)數(shù)的有效范圍(-128-127

16、),則自動(dòng)置1,表示產(chǎn)生了 溢出，說明運(yùn)算結(jié)果是錯(cuò)誤的。否則為0。乘法運(yùn)算中，Ov二1表示乘積超過255,即乘積分別在A和B中；否則為0,表示乘積只在A中。除法運(yùn)算中，Ov二1表示除數(shù)為0。PSWJ PSW4 PSW.5 PSWPS陰 PSW PSWOACFORS1RSOOVCYP (PSW.O)奇偶標(biāo)志位P標(biāo)志表明累加器ACC中1的個(gè)數(shù)的奇偶性。在 每條指令執(zhí)行完后，單片機(jī)根據(jù)ACC的內(nèi)容對(duì)P位 自動(dòng)置位或復(fù)位。若累加器ACC中有奇數(shù)個(gè)“1”，則P=l； 若累加器ACC中有偶數(shù)個(gè)“1”，則P=0。PSWJ PSW.i PSW.5 PSW4 PS碾3 PSWJPSWOCYACFORS1RSOO

17、VPaOF 與 Cy溢出和進(jìn)位是兩種不同性質(zhì)的概念。溢出是指有正負(fù)號(hào)的兩個(gè)數(shù)運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算結(jié)果超 出了累加器以補(bǔ)碼所能表示一個(gè)有符號(hào)數(shù)的范圍。而進(jìn)位則表示兩數(shù)運(yùn)算最高位（D7）相加（或 相減）有無進(jìn)位（或借位）。（2）控制器 t iB寄存器指令寄存器 指令譯碼器 定時(shí)控制 LJJ控制器是CPU的大腦中樞，是計(jì)算 機(jī)的指揮控制部件。ACC程序地址寄存器ALU暫存器2暫存器1緩沖器 4->PSWPCONSCONTCONTMODTHOTL0TH1TL1SBUFSBUFIEIP中斷、串行口和計(jì)數(shù)器/定時(shí)器SP-L、” . / Itl Ipc 增PCDPTR A -lilt組成：程序計(jì)數(shù)器（PC）、

18、指令寄存器（IR）、指令譯碼器（ID）、數(shù)據(jù) 指針（DPTR）、堆棧指針（SP）以及定時(shí)控制電路等。功能：對(duì)來自存儲(chǔ)器中的指令進(jìn)行譯碼，通過定時(shí)控制電路在規(guī)定的時(shí)刻 發(fā)出各種操作所需的控制信號(hào)，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定 的功能1）程序計(jì)數(shù)器（PC） 16位計(jì)數(shù)器（重要）PC是程序的字節(jié)地址計(jì)數(shù)器，16位專用寄存器， 尋址范圍為64KBo作用：存放CPU執(zhí)行的下一條待執(zhí)行指令的地址, 具有自動(dòng)加1的功能。工作原理：當(dāng)一條指令按照PC所指的地址從程序 存儲(chǔ)器中取出后，PC會(huì)自動(dòng)加1,指向下一條指令。基本工作過程可以描述為：PC中的數(shù)作為指令地 址輸出給程序存儲(chǔ)器，程序存儲(chǔ)器按此地址輸出指令

19、 字節(jié)，同時(shí)PC本身自動(dòng)加1,指向下一條指令。2）指令寄存器IR和指令譯碼器ID指令寄存器IR： 8位寄存器 作用：用于暫存待執(zhí)行的指令，等待譯碼。指令譯碼器ID：作用：對(duì)指令寄存器中的指令進(jìn)行譯碼，即將指令轉(zhuǎn)變?yōu)樗?的電平信號(hào)。根據(jù)譯碼器輸出的電平信號(hào)，再經(jīng)定時(shí)控制電路定時(shí)產(chǎn)生 執(zhí)行該指令所需要的各種控制信號(hào)。PC程序存儲(chǔ)器CPU產(chǎn)生執(zhí)行該指令所需 的各種控制信號(hào)執(zhí)行指令取指令寄存器m把指令轉(zhuǎn)變譯碼器ID咸所需要得十 電平信號(hào)分析指令3）數(shù)據(jù)指針（DPTR） 16bit16位專用寄存器。它可以對(duì)64K的外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器和I/O口進(jìn)行尋址。也可作為兩個(gè)8位寄存器。DPL （地址82H） : DPTR的低字節(jié)，DPH （地址為83H） : DPTR的高字節(jié)。作用：用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址指針，DPTR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或外部程序存儲(chǔ)器空間O主要用來存放16位地址，可通過它訪問64 KBXu4)堆棧指針(SP)8 bit(1)堆棧的概念堆棧是在RAM中專門開辟的一個(gè)特殊用途的存儲(chǔ)區(qū)。只能從一端存取數(shù)據(jù)的一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)。(2)堆棧的訪問原則："先進(jìn)后出"、"后進(jìn)先出”。即先進(jìn)入堆棧的數(shù)據(jù) 后移出堆棧，即后進(jìn)入堆棧的數(shù)據(jù)先移出堆棧。(3)