第二章单片机芯片的硬件结构

1、振荡器及振荡器及定时电路定时电路 4KB 程序存储器程序存储器 128B 数据存储器数据存储器2个个16位定位定时时 /计数器计数器CPU 64KB总线总线 控制扩展器控制扩展器 可编程可编程I/O 可编程可编程 串行口串行口中断中断中断中断频率基频率基准源准源计数器计数器控制控制并行并行I/O口口串行串行输入输入串行串行输出输出中央处理器（中央处理器（CPU)是整个单片机的核心部件，是是整个单片机的核心部件，是8位位数据宽度的处理器，能处理数据宽度的处理器，能处理8位二进制数或代码，位二进制数或代码，CPU负负责控制，指挥和调整整个单元系统协调的工作，完成运责控制，指挥和调整整个单元系统协调

2、的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。算和控制输入输出功能等操作。 CPU由运算器和控制器组成由运算器和控制器组成80C51片内有两个片内有两个16位的定时位的定时/计数器，以实现定时功能和计数功计数器，以实现定时功能和计数功能，并可以根据定时或计数的结果对单片机进行控制。能，并可以根据定时或计数的结果对单片机进行控制。80C51共有共有4个个8位的并行位的并行I/O口，口，P0P3，以实现单片机与外界交以实现单片机与外界交换信息。换信息。80C51内部具有一个全双工的串行口，以实现单片机与其它数据内部具有一个全双工的串行口，以实现单片机与其它数据设备如上位计算机之间的数据传递。设备如上位

3、计算机之间的数据传递。 80C51内部共有内部共有5个中断源，有两个外中断、两个定时个中断源，有两个外中断、两个定时/计数器中断计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选级的优先级别选择。择。80C51内部有时钟电路，但晶振和微调电容需外接，典型晶振频内部有时钟电路，但晶振和微调电容需外接，典型晶振频率为率为12MHz。也可直接引入外部脉冲信号。也可直接引入外部脉冲信号。单片机主要用于控制，需要有较强的位处理功能。故与字节处理单片机主要用于控制，需要有较强的位处理功能。故与字节处理器相对应，还特别设置布尔（位）处理器。主要

4、包括：器相对应，还特别设置布尔（位）处理器。主要包括：Cy：进位：进位标志位、位寻址寄存器、位寻址标志位、位寻址寄存器、位寻址RAM、位寻址的并行、位寻址的并行I/O口、位口、位操作指令系统。操作指令系统。单片机内部通过总线相连接。总线中传送的信号包括：地址信号、单片机内部通过总线相连接。总线中传送的信号包括：地址信号、数据信号、控制信号。数据信号、控制信号。8051P0P2锁存器锁存器ALE8 8位数据位数据低低8 8位地址位地址高高8 8位地址位地址P3口线的第二功能口线的第二功能 编程脉冲：编程脉冲： 30脚脚 (ALE/PROG) 编程电压编程电压(25V)： 31脚脚 (EA/VPP

5、)备用电源引入：备用电源引入： 9脚脚(RST/VPD) 口口 线线第二功能第二功能 信号名称信号名称 P3.0 RXD串行数据接收串行数据接收 P3.1 TXD 串行数据发送串行数据发送 P3.2 INT0外部中断外部中断0申请申请 P3.3 INT1外部中断外部中断1申请申请 P3.4 T0定时器定时器/计数器计数器0计数输入计数输入 P3.5 T1定时器定时器/计数器计数器1计数输入计数输入 P3.6 WR外部外部RAM写选通写选通 P3.7 RD外部外部RAM读选通读选通内内部部结结构构内部数据存储器内部数据存储器内部程序存储器内部程序存储器并行输入并行输入/输出口输出口时钟电路时钟电

6、路复位电路复位电路MCS-51内部内部RAM共有共有256个单元，这个单元，这256个单元共分为两部分：个单元共分为两部分： 低低128个字节：个字节：00H7FH单元，用户数据单元，用户数据RAM。 高高128个字节：个字节：80HFFH单元，特殊功能寄存器（单元，特殊功能寄存器（SFR）单元。单元。寄存器区寄存器区位寻址区位寻址区用户用户RAM区区专用寄存器区专用寄存器区内部内部RAM的前的前32个字节作为寄存器使用，共分为个字节作为寄存器使用，共分为4组，每组含组，每组含8个寄存器，在组中按个寄存器，在组中按R0R7编号。地址：编号。地址：00H1FH单元。单元。 由由PSW中的中的RS

7、0RS1位的状态组合决定是哪一组。位的状态组合决定是哪一组。 通用寄存器有两种用法：通用寄存器有两种用法： MOV A，R0 和和 MOV A，00H 片内片内20H2FH，位地址：位地址：00H7FH 供用户使用的一般供用户使用的一般RAM区，其单元地址为区，其单元地址为30H7FH单元。单元。 对于用户对于用户RAM区，只能以存储单元（字节地址）的区，只能以存储单元（字节地址）的形式来使用，在一般应用中常把堆栈开辟在此区中。形式来使用，在一般应用中常把堆栈开辟在此区中。 专用寄存器，也称为特殊功能寄存器（专用寄存器，也称为特殊功能寄存器（Special Function Register，

8、SFR），用于控制、管理单片机内部算术逻辑部件），用于控制、管理单片机内部算术逻辑部件、并行、并行I/O口、串行口、串行I/O口、定时器口、定时器/计数器、中断系统等功能模计数器、中断系统等功能模块的工作。块的工作。标识符号标识符号地址地址寄存器名称寄存器名称标识符号标识符号地址地址 寄存器名称寄存器名称ACC 0E0H累加器累加器PCON 87H波特率选择寄存器波特率选择寄存器B0F0HB寄存器寄存器SCON98H串行口控制寄存器串行口控制寄存器PSW0D0H程序状态字程序状态字SBUF99H串行数据缓冲寄存器串行数据缓冲寄存器SP 81H堆栈指针堆栈指针TCON88H定时控制寄存器定时控制

9、寄存器DPTR82H、83H数据指针（数据指针（16位）含位）含DPL和和DPHTMOD89H定时器方式选择寄存器定时器方式选择寄存器IE0A8H中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器TL0 8AH定时器定时器0低低8位位IP 0B8H中断优先控制寄存器中断优先控制寄存器TH08CH定时器定时器0高高8位位P080HI/O口口0寄存器寄存器TL18BH定时器定时器1低低8位位P1 90HI/O口口1寄存器寄存器TH1 8DH定时器定时器1高高8位位P20A0HI/O口口2寄存器寄存器P30B0HI/O口口3寄存器寄存器 用于存放操作数，是用于存放操作数，是ALUALU输入的一个重要来源。输入的一

10、个重要来源。 是是ALUALU运算结果的暂存单元，用于存放运算的中间结果。运算结果的暂存单元，用于存放运算的中间结果。 是数据传输的中间站，单片机的大部分数据传送都通过是数据传输的中间站，单片机的大部分数据传送都通过 累加器进行。累加器进行。 在变址寻址方式中把累加器作为变址寄存器使用。在变址寻址方式中把累加器作为变址寄存器使用。8 8位寄存器，地址为：位寄存器，地址为：F0H,F0H,主要用于乘除运算。主要用于乘除运算。 乘法运算：乘积的高乘法运算：乘积的高8 8位存于位存于B B中，低中，低8 8位存于位存于A A中。中。除法运算：除法运算：B B为除数，运算后，为除数，运算后，B B为余

11、数，为余数，A A为商值。为商值。例如：例如： MUL ABMUL AB；A A* *B-(BA)B-(BA) B B中放高中放高8 8位数据，位数据，A A中放低中放低8 8位数据。位数据。 DIV ABDIV AB；A/B-A/B-(A)(A)商值商值 (B)(B)余数余数位序位序PSW.7PSW.7PSW.6PSW.6PSW.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位标志位标志CYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOV/ /P P定义定义进位进位标志标志辅助辅助进位进位用户用户标志标志 寄存器寄存器 组

12、选择位组选择位溢出溢出奇偶奇偶 8 8位寄存器，用于寄存指令执行的状态信息。位寄存器，用于寄存指令执行的状态信息。 PSW PSW的各位定义如下：的各位定义如下：v CY CY（PSW.7PSW.7）：）：进位标志位进位标志位v AC AC（PSW.6PSW.6）：）：辅助进位标志位辅助进位标志位v F0 F0（PSW.5PSW.5）：）：用户标志位用户标志位 RS RS1 1 RSRS0 0寄存器组寄存器组 片内片内RAM地址地址对应寄存器对应寄存器 0 0组组 00007H R0R7 0 1 组组 1 080FH R0R7 1 0 组组 2 1017H R0R7 1 1 组组 3 181F

13、H R0R7v RS1 RS1和和RS0RS0（PSW.4PSW.4和和PSW.3PSW.3）：工作寄存器组选择位）：工作寄存器组选择位v OV OV（PSW.2PSW.2）：溢出标志位）：溢出标志位符号数的加减运算：符号数的加减运算： OVOV1 1表示加减运算的范围超出了表示加减运算的范围超出了A A所表所表 达的符号数范围：达的符号数范围：12128 8127 127 乘法运算：乘法运算：OVOV1 1乘积超过乘积超过255255，即乘积分别在，即乘积分别在B B与与A A中。中。v P P（PSW.0PSW.0）：奇偶校验位）：奇偶校验位1616位寄存器，在访问外部位寄存器，在访问外部

14、6464K K数据存储器时作地址指针用。数据存储器时作地址指针用。DPTRDPTR为为1616位，可分为两个位，可分为两个8 8位寄存器位寄存器DPH DPTRDPH DPTR高位字节，高位字节，8 8位位DPL DPTRDPL DPTR低位字节，低位字节，8 8位位 特点：特点： 后进先出；后进先出； 功能：功能： 保护断点和保护现场保护断点和保护现场 定义：定义： 堆栈指示器堆栈指示器SPSP是一个是一个8 8位寄存器，位寄存器， 用来指示堆栈顶部在内部用来指示堆栈顶部在内部RAMRAM中中 的位置；的位置； 初始化：系统复位后，初始化：系统复位后，SPSP的初始值为的初始值为0707H

15、H， 使得堆栈实际上是从使得堆栈实际上是从0808H H开始的。开始的。 但但0808H H1FH1FH隶属隶属1 13 3工作寄存器工作寄存器 区，因此必须对堆栈指针区，因此必须对堆栈指针SPSP进行进行 初始化，一般设在初始化，一般设在3030H H7FH7FH之间之间 较为适宜。较为适宜。 操作方法：自动方式；人工指令方式。操作方法：自动方式；人工指令方式。ROM0FFFFH1000H0FFFH0000H0000H0FFFHEA=1EA=0片内程序存储器片内程序存储器片外程序存储器片外程序存储器程序存储器程序存储器80H0FFH7FH00H0FFH80H片内片内RAM（80c52/80C

16、32)片内片内RAM特殊特殊功能功能寄存寄存器器片内数据存储器片内数据存储器片外数据存储器片外数据存储器数据存储器数据存储器0000H0FFFFHRAM P0P0和和P2P2有多路转接器有多路转接器, ,可以进行两种用途的转换可以进行两种用途的转换. .P0P0有两个有两个FETFET组成的三态输出缓冲器组成的三态输出缓冲器, ,以便芯片内外隔以便芯片内外隔离离. . P3P3具有第二功能具有第二功能, ,增加了第二功能控制逻辑增加了第二功能控制逻辑. . 单片机时序的定时单位共有单片机时序的定时单位共有4 4个，从小到大以次是：拍节，状态，个，从小到大以次是：拍节，状态，机器周期和指令周期。机器周期和指令周期。振