第二章 MCS-51单片机结构和工作原理

本章基本要求：掌握MCS-51的组成、工作原理及引脚的含义教学重点难点：重点MCS-51单片机的内部结构及工作原理难点MCS-51单片机内部RAM区的划分及@Ri的应用。第二章MCS-51单片机结构和时序第一节

MCS-51单片机内部结构对图2-1按这个定义对号入座MC=CPU+M+I/OP一、MCS-51单片机的基本组成如图2--1时钟电路ROMRAM定时/计数器CPU并行接口串行接口中断系统P0P1P2P3TXD

RXDINT0

INT1T0T1图2-18051基本组成框图1.中央处理器（CPU）2.内部存储器（RAM、ROM）3.定时/计数器（T/C）4.并行I/O接口（P0、P1、P2、P3）5.串行口（S0）6.中断控制系统（5个中断源）7.时钟电路RAM---RandomAccessMemoryROM---ReadOnlyMemory图2-1概括如下：二、中央处理单元

CPU（图2-2所示）

三部分组成：定时控制部件----定时控制逻辑、指令寄存器（IR）、

振荡器(OSC—OSCillator)。算术逻辑部件----ALU（运算器）专用寄存器组1.PC（ProgramCounter)----程序计数器，16位2000H用于存放程序存储器地址，比如右图中的2000H。运算器有8位和1位两个，1位运算器又叫布尔处理器。布尔处理器是CPU的重要组成部分，图中没有画出，是一个独立的位处理器。图2-28051内部结构图P0驱动器P0锁存器程序地址寄存器缓冲器PC增1PCDPTR指令寄存器指令译码器定时控制RAM地址寄存器128RAM4EPROMROMB暂存器1暂存器2ACCSPPSW中断、串行口、定时器P2驱动器P3驱动器P1驱动器P3锁存器P1锁存器P2锁存器/PSENALE/EARSTP2.0-P2.7P0.0-P0.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7注：相互之间用内部总线连接M前振荡器OSC2.A（Accumulator）----累加器，8位运算前常提供一个操作数,之后存放结果3.B(GeneralPurposeRegister)----数据通用寄存器，8位乘除法时存放乘数或除数4.PSW（ProgramStatusWord）----程序状态字，8位ACRS1OVCyF0RS0PPSW.7=Cy(Carry)PSW.6=ACPSW.5=F0(Flagzero)PSW.2=OV(Overflow)PSW.0=P(Parity)RS1RS0000区011区102区113区PSW.4,PSW.3=RS1,RS0--------进位标志。CY=1:有。----辅助进位标志（半进位标志）。AC=1：有----用户标志。----溢出标志。OV=1：有----奇偶标志。P=1：A中1的个数为奇数个。DPTR=2000H即：DPH=20H，DPL=00H5.DPTR（DataPointer)----数据指针DPTR亦可拆成两个8位使用----DPH、DPL2000H6堆栈及堆栈指针54H53H52H51H50H22H33H22H33HSP堆栈指针SP（StackPointer)----始终指向栈顶堆栈性质：入栈出栈先进后出FILO54H53H52H51H50H22H33H队列FIFO

MCS--51存储器M分：又分内和外MCS--51存储器分成了四类：内部程序存储器内部数据存储器外部程序存储器外部数据存储器三、存储器结构RAM和ROM数据存储器：内、外无联系，外部根据需要扩充，内部已固定分配程序存储器：内、外之和不超过64K；

内部如有，编排小地址。0FFFH1000HSFR数据缓冲区位寻址区工作寄存器（0—3组）外部RAMFFFFH0000H00HFFH外部ROM片内ROMEA=1片外ROMEA=00000HFFFFH图2-58051存储器配置图程序存储器片内数据存储器片外数据存储器2.片内RAM存储器8位地址：00H----FFH分以下四个区：注：1.片内ROM存储器8031：无，8051：4KROM，8751：4KEPROM8032：无，8052：8KROM，8752：8KEPROM寄存器区位寻址区数据缓冲区特殊功能寄存器区其地址范围如图2-6所示。08H18H10Hbank0bank1bank2bank300H20H1FH30H2FH80H7FHFFH特殊功能寄存器区数据缓冲区位寻址区寄存器区图2-68051内部数据存储器配置图1寄存器区（00H—1FH）

2位寻址区（20H—2FH）3数据缓冲区（30H--7FH）

堆栈区、数据单元R0、R1、…R7，PSW.4、PSW.3决定哪一组表2-3(20H.5)的位地址？20H…2FH32个单元÷4组=8个单元/组8bit*16个单元=128位4特殊功能寄存器SFR(SpecialFunctionRegister)区21个特殊功能寄存器有些可位寻址，图2-7。80H—FFH，共128个单元，只开发了其中21个单元，表2-4四、

I/O端口（并行）

4个:P0~P3P0和P2口通常用作地址、数据总线P2P0AB：****************DB：

********0011101020H

P3口有第二功能（CB）：P3.0---RXD串行输入通道P3.1---TXD串行输入通道P3.2---/INT0外部中断0P3.3---/INT1外部中断1P3.4---T0定时/计数器0外部输入P3.5---T1定时/计数器1外部输入P3.6---/WR外部数据存储器写选通P3.7---/RD外部数据存储器读选通五、定时/计数器(2个）：T0、T1六、串行口（1个）：S0

第二节8051单片机引脚功能Vss:接地,Vcc:电源线XTAL1,XTAL2:接外部晶体的二个引脚图2-10所示，8051共40管脚，去掉4个P口（4*8=32根），剩8根，如下：图2-17XTAL1XTAL2RST/Vpd:Vpd---RAM备用电源。Vcc掉电时用

RST-----复位ALE----地址锁存允许低8位地址ALE/PROG:PROG-----编程脉冲

EA/Vpp:Vpp----编程电源，21V（EPROM芯片）EA----区别CPU访问内、外程序存储器.

PSEN：外部程序存储器读选通。（类似于/RD）第三节

MCS-51单片机时序1、指令周期2、机器周期（M--machine周期）一个指令周期由1、2、4个M周期组成。3、状态周期（S--status周期）1M=6S4、T周期（节拍P、主频、晶振）1S=2T（P1、P2）MCS—51的主频=6MHZ或12MHZ1M=1/6MHZ*12=2μsS1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2时钟读操作码读操作码（无效）

S1S2

S3

S4

S5

S6

读第二字节

S1