51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

單片機(jī)的結(jié)構(gòu)一、MCS-51的核心電路

單片機(jī)8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

一個(gè)8位CPU；

一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；

4K字節(jié)片內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM；

128字節(jié)片內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；

可尋址64K外部程序存儲(chǔ)器；

可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；

21個(gè)特別功能寄存器(專用寄存)；

32條可編程的I/O線（4個(gè)8位并行I/O端口）；

兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；

一個(gè)可編程全雙工串行口；

具有5個(gè)中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。

單片機(jī)各功能部件由內(nèi)部總線聯(lián)系在一起。簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如下圖所示

MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖

二、中心處理單元CPU

CPU是單片機(jī)的核心部件，如上圖所示，各方框表示功能部件，可以看出本單片機(jī)是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)掌握、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成各種運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)各功能部件的指揮和掌握任務(wù)，它是由運(yùn)算器和掌握器等部件組成的。各功能部件實(shí)際上是CPU的有機(jī)組成部分，各功能部件通過運(yùn)行程序相聯(lián)系

（1）運(yùn)算器

運(yùn)算器的功能是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和規(guī)律運(yùn)算，它還包含一個(gè)布爾處理器，用來處理位的操作。運(yùn)算器模塊包括算術(shù)和規(guī)律運(yùn)算部件ALU、布爾處理器，累加器ACC、B寄存器、暫存器TMP1和TMP2、程序狀態(tài)字寄存器PSW和十進(jìn)制數(shù)調(diào)整電路等。

1、累加器ACC是一個(gè)最常用的專用寄存器。大部分單操作數(shù)據(jù)指令的操作數(shù)取自累加器。許多雙操作數(shù)指令中的一個(gè)操作數(shù)也取自累加器。加、減、乘、除算術(shù)運(yùn)算指令的運(yùn)算結(jié)果都存放在累加器A或AB寄存器對(duì)中。指令系統(tǒng)中用A作為累加器的助記符。

2、B寄存器

3、程序狀態(tài)字PSW

程序狀態(tài)字記錄程序狀態(tài)信息，反映程序運(yùn)算結(jié)果的特征，它是一個(gè)8位寄存器。其中PSW的1位未用，格式如下：（按D7～D0挨次排列）

Cy

Ac

F0

RS

1

RS

0

OV

-

P

①Cy（PSW.7）—進(jìn)位標(biāo)志。在執(zhí)行某些算術(shù)和規(guī)律指令時(shí)，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的最高位有進(jìn)位或借位時(shí)，Cy將被硬件置位，否則就被清零。不同的是在布爾處理機(jī)中，它被認(rèn)為是位累加器，可由軟件置位或清零。

②AC（PSW.6）—幫助進(jìn)位標(biāo)志。在進(jìn)行加法或減法操作中，當(dāng)?shù)?位數(shù)向高4位數(shù)有進(jìn)位或借位時(shí)，AC將被硬件置位，否則就被清零。AC被用于十進(jìn)制調(diào)整。

③FO（PSW.5）—用戶定義標(biāo)志?？捎捎脩糇屍溆涗洺绦驙顟B(tài)，用作標(biāo)記，即用軟件使其置位或復(fù)位。

④RS1、RS0（PSW.4,PSW.3）—工作寄存器組選擇掌握位?？梢杂密浖梦换蚯辶?，以確定當(dāng)前工作寄存器組。

⑤OV（PSW.2—溢出標(biāo)志位。在對(duì)有符號(hào)數(shù)作加減運(yùn)算時(shí)，用C6表示D6位向D7位的進(jìn)位或借位，用C7表示D7位向更高位的進(jìn)位或借位，則OV標(biāo)志可由下式求得：OV=C6⊕C7。OV=1表示加減運(yùn)算的結(jié)果超出了目的寄存器A所能表示的帶符號(hào)數(shù)的范圍（-128～+127）。

無符號(hào)數(shù)乘法指令MUL的執(zhí)行結(jié)果也會(huì)影響溢出標(biāo)志。若置于累加器A和寄存器B的兩個(gè)數(shù)的乘積超過255時(shí)（8位數(shù)），OV=1，否則OV=0。此積的高8位放在B內(nèi)，低8位放在A內(nèi)。因此，OV=0時(shí)，只要從A中取得乘積即可，否則還要從B中取得乘積的高8位。

除法指令DIV也會(huì)影響溢出標(biāo)志，當(dāng)除數(shù)為0時(shí)，OV=1，否則OV=0。

⑥（PSW.0）—奇偶標(biāo)志。每個(gè)指令周期都由硬件來置位或清零，以表示累加器A中有1的位數(shù)的奇偶數(shù)。若1的位數(shù)為奇數(shù)，則P置位，否則清零。該標(biāo)志位對(duì)串行通信中的數(shù)據(jù)傳輸有重要意義。和數(shù)學(xué)中的數(shù)據(jù)本身的奇偶性有區(qū)分。當(dāng)A=10101000B時(shí)，因數(shù)中是三個(gè)1使P置位。在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，當(dāng)把一批數(shù)的P位和原8位放在一起構(gòu)成9位數(shù)，這批9位數(shù)中1的個(gè)數(shù)應(yīng)全為偶數(shù)。接收端如收到的數(shù)沒有偶數(shù)個(gè)1則認(rèn)為出錯(cuò)。

（2）掌握器

掌握器部件是由指令寄存器、程序計(jì)數(shù)器PC，定時(shí)與掌握電路等組成的。

①指令寄存器和譯碼

指令寄存器中存放指令代碼。

②程序計(jì)數(shù)器PC

程序計(jì)數(shù)器PC用來存放即將要執(zhí)行的指令地址，共16位，可對(duì)64K程序存儲(chǔ)器直接尋址。

③定時(shí)與掌握電路

定時(shí)與掌握電路是產(chǎn)生CPU操作時(shí)序的，它是單片機(jī)的心臟。掌握各種操作的時(shí)間。

8051芯片內(nèi)部有一個(gè)反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端。放大器可以產(chǎn)生自激振蕩，此時(shí)時(shí)鐘由內(nèi)部方式產(chǎn)生。當(dāng)XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器時(shí)，時(shí)鐘由外部方式產(chǎn)生。

三、8051內(nèi)部ROM存儲(chǔ)器

ROM：ReadOnlyMemory

一般用于存放程序和表格等不常轉(zhuǎn)變的數(shù)據(jù)

8051單片機(jī)的ROM是掩摸ROM

容量：4096byte(212)

地址范圍：0000H～1FFFH

四、8051內(nèi)部的RAM存儲(chǔ)器