第一章138051单片机的内部结构2课时

1、辽 宁 省 交 通 高 等 专 科 学 校备 课 用 纸第 8 页1.3 8051单片机的内部结构教学目标1. 了解单片机的内部组成2. 熟记各个部件在单片机中起到的作用3. 理解单片机的复位和周期4. 了解各种寄存器的用途单片机的内部集成了非常丰富的资源，下面我们会详细的介绍一下单片机内部的结构。单片机内部结构如图1.4所示。图 1.4单片机内部结构（1） CPU8051 内部 CPU 是一个二进制的 8 位的中央处理单片机，也就是说它对数据的处理是按照字节为单位进行的。与计算机CPU类似，8051内部CPU也是由运算器（ALU）、控制器（定时控制部件等）和专用寄存器组三部分电路构成。算术逻

2、辑器件（ALU）8051 的 ALU 是一个性能极强的运算器，它既可以进行加、减、乘、除运算，也可以进行与、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。8051的ALU提供了丰富的指令系统和极快的指令执行速度，大部分指令的执行时间为1s,乘法指令可达4s。8051 的ALU由一个加法器、两个8位暂存器（TMP1与TMP2）和一个性能卓著的布尔处理器组成。定时器控制部件定时控制部件起着控制器的作用，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指令寄存器IR中的指令码进行编码，并在OSC的配合下

3、产生执行指令的时序脉冲，以完成相应的指令执行。OSC是控制器的心脏，能为控制器提供时钟脉冲。时钟频率越高，单片机控制器的控制节拍就越快，运算速度就越快。专用寄存器组专用寄存器组主要用来指示当前要执行指令的内存地址、存放寄存器和指示指令执行后的状态等。专用寄存器组主要包括程序计数器PC、累加器A、程序状态字PSW、堆栈指示器SP、数据指针DPRT和通用寄存器B等。1）程序计数器 PC程序计数器PC是一个二进制的16位的程序地址寄存器，专门用来存放下一条需要执行指令的内存地址，能自动加1。8051程序计数器PC由16个触发器构成，故它的编码范围为0000HFFFFH,共64K。也就是说，8051对

4、程序存储器的寻址范围为64K。2）累加器 A累加器 A又写做 ACC，是一个具有特殊用途的二进制 8 位寄存器，专们用来存放操作数和运算结果。在CPU执行某种运算前，两个操作数中的一个通常应放在累加器A中，运算完成后累加器A便可得到运算结果。3）通用寄存器 B通用寄存器B是专门为乘法和除法设置的寄存器，也是一个二进制8位寄存器，由8个触发器组成。该寄存器在乘法或者除法前，用来存放乘数或除数，在乘法或者除法完成后用于存放乘积的高8位或除法的余数。4）程序状态字 PSWPSW是一个8位标志寄存器，用来存放指令执行后的有关状态。在表1-2中列出了 PSW的各位。5)堆栈指针 SP堆栈指针SP是一个8

5、位寄存器，能自动加1或减1，专门用来存放堆栈的栈顶的地址。它依据 “先进后出”的原则进行存取。6)数据指针 DPTR数据指针 DPTR 是一个16位的寄存器，由两个8位寄存器DPH和DPL构成。其中DPH为DPTR的高8位，DPL为DPTR的低8位。DPTR可以用来存放片内ROM的地址，也可以用来存放片外RAM和片外ROM的地址（2）单片机的复位和周期复位8051的复位是将高电平加到单片机的复位引脚，并保持超过两个机器周期以上，或者用手按 8051 电路中的复位开关，因为复位引脚上肯定会有一个远大于两个机器周期的高电平，所以都会引起8051单片机进行复位。当系统复位时，内部寄存器将回归初始状态

6、，程序将从0000H处开始执行。如下表1.2所示AT89S52单片机复位时寄存器的初始状态。寄存器状态寄存器状态ACC00000000BTMOD00000000BB00000000BTCON00000000BPSW00000000BT2CON00000000BSP00000111BTH000000000BDPH00000000BTL000000000BDPL00000000BTH100000000BP011111111BTL100000000BP111111111BTH200000000BP211111111BTL200000000BP311111111BRCAP2H00000000BIPXX

7、000000BRCAP2L00000000BIE0X000000BSCON00000000BPC0000HSBUF00000000B表 1.2 AT89S52的复位时寄存器的初始状态周期单片机的时序就是 CPU 在执行指令时所需要控制信号的时间顺序。我们这里给大家介绍两个经常用到的概念：1)时钟周期又称为振荡周期，由单片机片内振荡电路OSC产生，通常定义为时钟脉冲频率的倒数，是时序中最小的时间单位。例如，单片机的时钟频率为12MHz，则它的时钟周期为 1/12us。2)机器周期定义为实现特定功能所需要的时间，通常由若干个时钟周期构成。8051单片机的机器周期由12个时钟周期构成。例如，单片机的

8、时钟频率为12MHz，则它的机器周期为 1us。(3)存储器结构程序存储器程序存储器（ROM）是用来存放程序的，CPU将自动从程序存储器读取所要执行的指令码。程序存储器的地址分配如图1.5所示。图 1.5 程序存储器结构1) 当EA引脚接高电平时，CPU将使用内部存储器，空间大小0x00000x0FFF(8x51系列)或者0x0000x1FFF(8x52)系列，若程序超过相应的空间大小后，CPU会自动从外部程序存储器里读取超过部分的程序代码。2) 当EA引脚接低电平时，CPU将使用外部存储器。对于片内无程序存储器8031、8032，EA引脚应保持低电平，使其只能访问片外程序存储器。 当 CPU

9、 复位后，程序将从程序存储器0000H位置开始执行。程序存储器的某些单元是保留给系统使用的。中断复位函数的入口地址为 0003H002BH，用户不应进入上述区域进行操作。我们将在中断的章节再进行详细的说明。数据存储器数据存储器RAM也有64KB的寻址区，它与程序存储器是分开的独立区域。8051的RAM虽然字节数不是很多，但是作用十分重要。256字节被划分为两个区域：00H7FH是真正的 RAM 区，可以读/写各种数据。数据存储器的地址分配如图1.6所示。图 1.6数据存储器结构51系列单片机片内RAM共分为三个区域：工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区。他们的地址分配如表1.3所示片内数据存储区

10、地址工作寄存器区工作寄存器0组00H07H工作寄存器1组08H0FH工作寄存器2组10H17H工作寄存器3组18H1FH位寻址区20H2FH数据缓冲区30H7FH表 1.3 片内数据存储区工作寄存器也称作通用寄存器，供用户编程时使用，临时保存8位信息。位寻址就是每一位都被赋予了一个位地址，有了位地址就可以位寻址，对特定位进行处理、内容传送等，给编程带来极大的方便。数据缓冲区即用户RAM区，它用来存储在单片机代码运行时的变量的值。8051单片机真正让用户使用的RAM只有80字节，即30H7FH。对于8052单片机，片内多安排了128字节 RAM 单元，地址也为 80HFFH，与特殊功能寄存器区域

11、地址重叠，使用时可以通过指令加以区别。特殊功能寄存器特殊功能寄存器实际上是CPU里特定地址的数据存储器。地址为0080H00FFH 之间的128个字节。特殊功能寄存器用于控制、管理片内逻辑部件、并行I/O 口，串行I/O 口、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作，用户编程时可以对寄存器的值进行配置。特殊功能寄存器地址分配如表1.4所示。物理地址符号名称80HP0P0 口81HSP堆栈指针82HDPL数据寄存器指针(低 8 位)83HDPH数据寄存器指针(高 8 位)87HPCON电源控制88HTCON定时器/计数器控制器89HTMOD定制器/计数器方式选择器8AHTL0定制器/计数器 0 低 8 位8BHTH0定制器/计数器 1 低 8 位8CHTH0定制器/计数器 0 高 8 位8DHTH1定制器/计数器 1 高 8 位90HP1P1 口98HSCON串行控制器99HSBUF串行数据缓冲器A0HP2P2 口A8HIE中断允许