1.2单片机内结构讲解

1.2单片结构单片机应用技术内容引入MCS-51系列单片机产品有8051，8031，8751，80C51，80C31，89C51等型号（前三种为CMOS芯片，后两种为CHMOS芯片）。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上有所不同。8051内部设有4K字节的掩模ROM程序存储器，8031片内没有程序存储器，而8751是将8051片内的ROM换成EPROM。89C51将EPROM改成了4K的闪速存储器，可擦写1万次以上不坏，本章将对8051单片机的结构作一介绍。MCS-51型单片机的内部结构8051单片机片内集成了中央处理器(CPU)、4KB程序存储器(ROM)、128B数据存储器(RAM)、128B特殊功能寄存器(SFR)、2个16位的定时器/计数器(T0和T1)、4个8位的并行I/O端口(P0、P1、P2、P3)、1个串行口、中断系统等。它们是通过片内单一总线连接起来的。如图所示为8051单片机功能方框图。8051内部组成部件介绍1．中央处理器CPU(8位机)CPU由运算器和控制器组成，是单片机的核心，完成运算和控制操作。1)运算器ALU运算器是单片机的运算部件，用于实现二进制的算术运算和逻辑运算。它由图2.2中的ALU(算术运算单元)、累加器ACC、寄存器B、程序状态字PSW、两个暂存器和位处理机等组成。8051内部组成部件介绍(1)算术逻辑单元ALU与累加器ACC、寄存器B。运算器以ALU为核心，它不仅能完成8位二进制的加、减、乘、除、加1、减1及BCD加法的十进制调整等算术运算，还能对8位变量进行逻辑“与”、“或”、“异或”、循环移位、求补、清零等逻辑运算，并具有数据传输、程序转移等功能。累加器(ACC，简称累加器A)为一个8位寄存器，它是CPU中使用最频繁的寄存器。进入ALU作算术和逻辑运算的操作数多来自A，运算结果也常送回A保存。寄存器B是为ALU进行乘除法运算而设置的。若不作乘除运算时，则可作为通用寄存器使用。8051内部组成部件介绍(2)程序状态字程序状态字PSW是一个8位的标志寄存器，它保存指令执行结果的特征信息，以供程序查询和判别。其各位的定义如下：8051内部组成部件介绍(3)布尔处理机（位处理机）它可对直接寻址的位(bit)变量进行位处理，如置位、清零、取反、测试转移以及逻辑“与”、“或”等位操作，使用户在编程时可以利用指令完成原来单凭复杂的硬件逻辑所完成的功能，并可方便地设置标志等。8051内部组成部件介绍2)控制器控制器是单片机的神经中枢，它保证单片机各部分能自动而协调地工作。控制器由定时和控制电路单元、程序计数器PC、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、堆栈指针SP和数据指针DPTR等部件组成。8051内部组成部件介绍2．内部程序存储器(ROM)8051单片机内有4KB掩膜ROM，主要用于存放程序、原始数据和表格等内容，因此称为内部程序存储器或片内ROM。3．内部数据存储器(RAM)8051单片机中共有256个RAM单元，但其中后128个单元被特殊功能寄存器(SFR)占用，可供用户用来存放可读取数据的只有前128个单元，通常把这部分单元称为内部数据存储器或片内RAM。4．定时器/计数器8051单片机片内有2个16位的定时器/计数器(T0、T1)，并能以其定时或计数的结果对系统进行控制。5．并行I/O接口8051单片机片内有4个8位并行I/O接口(P0、P1、P2、P3)。它们可双向使用，实现数据的并行输入/输出。8051内部组成部件介绍6．串行通信口8051单片机片内有一个全双工的串行通信口，实现单片机和其他数据设备间的串行数据传送。该串行通信口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位寄存器使用。7．中断控制系统8051单片机共有5个中断源，即如下所列：(1)2个外部中断源。(2)2个定时器/计数器中断源。(3)1个串行中断源。中断优先级分为高、低两级。MCS-51型单片机外部引脚说明双列直插式封装(DIP)的8051单片机有40条引脚，其引脚图及逻辑符号如图2.3所示。除了DIP封装外，它还有其他封装格式，如TQFP、PLCC等。使用芯片时，具体的封装格式可查阅有关手册。MCS-51型单片机外部引脚说明1.电源及外接晶体引脚(1)VCC(40脚)：接+5V电源正端。(2)VSS(20脚)：接+5V电源地端。(3)XTAL1、XTAL2：晶体振荡电路反相输入端和输出端。XTAL1(19脚)：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外接晶体振荡器时，该引脚接地。XTAL1(18脚)：接外部石英晶体的另一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输出端。当采用外接晶体振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。MCS-51型单片机外部引脚说明2．输入/输出(I/O)引脚8051共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3端口，共32个引脚。P3端口还具有第二功能，用于特殊信号输入/输出和控制信号(属控制总线)。(1)P0端口通常用作8位数据总线或低8