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1、8051单片机的结构与功能单片机的结构与功能8051的基本功能的基本功能1.1.8 8位数据总线，位数据总线，1616位地址总线的位地址总线的CPUCPU；2.2. 具有布尔处理能力和位处理能力；具有布尔处理能力和位处理能力；3.3.采用哈佛结构，程序存储器与数据存储器地址空间各自独采用哈佛结构，程序存储器与数据存储器地址空间各自独立，便于程序设计；立，便于程序设计；4.4. 相同地址的相同地址的64KB64KB程序存储器和程序存储器和64KB64KB数据存储器；数据存储器；5.5.0-8KB0-8KB片内程序存储器片内程序存储器(8031(8031无，无，80518051有有4KB4KB，8
2、0528052有有8KB8KB，89C5589C55有有20KB)20KB)；6.6. 128128字节片内数据存储器（字节片内数据存储器（80518051有有256256字节）；字节）；7.7.3232根双向并可以按位寻址的根双向并可以按位寻址的I/OI/O线；线；8.8. 两个两个1616位定时位定时/ /计数器计数器(8052(8052有有3 3个个) )；9.9.一个全双工的串行一个全双工的串行I/OI/O接口；接口；10.10.多个中断源的中断结构，具有两个中断优先级；多个中断源的中断结构，具有两个中断优先级；11.11.片内时钟振荡器。片内时钟振荡器。 第二讲第二讲 单片机单片机8
3、051单片机结构单片机结构地址总线地址总线 AB存存储储器器I/OI/O接接口口输输入入设设备备I/OI/O接接口口输输出出设设备备微微处处理理器器CPU数据总线数据总线 DBDB控制总线控制总线 CBCBI/OI/O接接口口特点：特点：v以以微处理器微处理器（CPU）为核心）为核心vCPU与其他部件间通过与其他部件间通过三总线三总线连接连接AB: Address BusDB: Data BusCB: Control Bus第二讲第二讲 单片机单片机80511、地址总线（、地址总线（Address Bus，简写为，简写为AB） 地址总线可传送单片机送出的地址信号，用于访问外部存地址总线可传送单
4、片机送出的地址信号，用于访问外部存储器单元或储器单元或I/O端口。端口。 地址总线是单向的，地址信号只是由单片机向外发出；地址总线是单向的，地址信号只是由单片机向外发出； 地址总线的数目决定了可直接访问的存储器单元的数目地址总线的数目决定了可直接访问的存储器单元的数目。 例如例如N位地址，可以产生位地址，可以产生2N个连续地址编码，因此可访个连续地址编码，因此可访问问2N个存储单元，即通常所说的寻址范围为个存储单元，即通常所说的寻址范围为 2N个地址单元。个地址单元。 MCS51单片机有十六位地址线，因此存储器扩展范围单片机有十六位地址线，因此存储器扩展范围可达可达216 = 64KB地址单元
5、。地址单元。 挂在总线上的器件，只有地址被选中的单元才能与挂在总线上的器件，只有地址被选中的单元才能与CPU交交换数据，其余的都暂时不能操作，否则会引起数据冲突。换数据，其余的都暂时不能操作，否则会引起数据冲突。总线总线: 指能为多个部件服务的信息传送线。指能为多个部件服务的信息传送线。2、数据总线（、数据总线（Data Bus，简写为，简写为DB） 数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机与数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机与I/O端口之间传送数据。端口之间传送数据。 单片机系统数据总线的位数与单片机处理数据的字长单片机系统数据总线的位数与单片机处理数据的字长一致一致。例如。例如MCS
6、51单片机是单片机是8位字长，所以数据总线的位字长，所以数据总线的位数也是位数也是8位。位。 数据总线是双向的，即可以进行两个方向的数据传送。数据总线是双向的，即可以进行两个方向的数据传送。3、控制总线（、控制总线（Control Bus，简写为，简写为CB）控制总线实际上就是一组控制信号线，包括单片机发出的，控制总线实际上就是一组控制信号线，包括单片机发出的，以及从其它部件送给单片机的各种控制或联络信号。以及从其它部件送给单片机的各种控制或联络信号。对于一条控制信号线来说，其传送方向是单向的，但是由对于一条控制信号线来说，其传送方向是单向的，但是由不同方向的控制信号线组合的控制总线则表示为双
7、向的。不同方向的控制信号线组合的控制总线则表示为双向的。总线结构形式大大减少了单片机系统中连接线的数目，总线结构形式大大减少了单片机系统中连接线的数目，提高了系统的可靠性，增加了系统的灵活性。此外，总线提高了系统的可靠性，增加了系统的灵活性。此外，总线结构也使扩展易于实现，各功能部件只要符合总线规范，结构也使扩展易于实现，各功能部件只要符合总线规范，就可以很方便地接入系统，实现单片机扩展。就可以很方便地接入系统，实现单片机扩展。地址总线、数据总线和若干控制线地址总线、数据总线和若干控制线把存储器和微处理器连把存储器和微处理器连接起来。接起来。存储器从存储器从CPU接收控制信号，以确定存储器执行
8、读接收控制信号，以确定存储器执行读/写操作写操作。地址总线将地址信息送入地址译码器，地址译码器的输出地址总线将地址信息送入地址译码器，地址译码器的输出可以确定唯一的存储单元。可以确定唯一的存储单元。 数据总线用来传送存储器到数据总线用来传送存储器到CPU或或CPU到存储器的数据信到存储器的数据信息息单片机总线的应用：单片机总线的应用： 扩展数据存储器、扩展程序存储器。扩展数据存储器、扩展程序存储器。MCS-51单片机总线结构8051 功能框图功能框图8051CPU振荡器和时序振荡器和时序OSC64KB 总线总线扩展控制器扩展控制器数据存储器数据存储器256B RAM/SFR216位位定时器定时
9、器/计数器计数器可编程可编程I/O程序存储器程序存储器4KBROM可编程全双工可编程全双工串行口串行口外中断外中断内中断内中断控制控制并行口并行口I/OI/O口口：4 4个个8 8位位的的I/OI/O口口P0P0、P1P1、P2P2、P3P3。串行通信串行通信外部时钟源外部时钟源外部事件计数外部事件计数中央处理中央处理器器CPUCPU：8 8位，运位，运算和控算和控制功能制功能串行口串行口：一个全双：一个全双工串行口。工串行口。时钟电路：时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率晶振频率6MHZ6MHZ和和12MHZ12MHZ中断控制系统中断控制系统：5 5个中断源（外
10、个中断源（外中断中断2 2个，定时个，定时/ /计数中断计数中断2 2个，个，串行中断串行中断1 1个）个）内部内部ROMROM：4KB4KB掩膜掩膜ROMROM，用于存放程序、，用于存放程序、原始数据和表格。原始数据和表格。定时定时/ /计数器计数器：两个：两个1616位的定时位的定时/ /计数器，计数器，实现定时或计数功能。实现定时或计数功能。内部内部RAMRAM：共：共256256个个RAMRAM单元，用户使用单元，用户使用前前128128个单元，用于个单元，用于存放可读写数据，后存放可读写数据，后128128个单元被专用寄个单元被专用寄存器占用。存器占用。MCS-51系列单片机内部组成
11、系列单片机内部组成 中央处理器（中央处理器（CPU）；）； 数据存储器（数据存储器（RAM）；）； 程序存储器（程序存储器（ROM）；）； 2个个l6位的定时器位的定时器/计数器；计数器； 并行并行I/O口（口（32根根I/O线，线，4个个P口）；口）； 外部存贮器寻址范围外部存贮器寻址范围ROM、RAM各各64K； 全双工串行口；全双工串行口； 中断系统（中断系统（ 5个中断源，个中断源，2个中断优先级）个中断优先级） 时钟电路。时钟电路。P0驱动器驱动器P2驱动器驱动器P0锁存器锁存器P2锁存器锁存器RAM地地址寄存器址寄存器128BRAM4KBROMB寄存器寄存器暂存器暂存器1暂存器暂存
12、器2ACCSP程序地址程序地址寄存器寄存器 缓冲器缓冲器PC增增1PCDPTR中断、串行口和定时器中断、串行口和定时器PSWP1锁存器锁存器P1驱动器驱动器P3锁存器锁存器P3驱动器驱动器定定时时控控制制指指令令寄寄存存器器指指令令译译码码器器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1 XTAL2PSENALEEARET用EPROM,为875180518051单片机单片机内部结构图内部结构图无ROM为8031EPROM运算器运算器（ALU、专用专用寄存器）寄存器）控制器控制器( (由由定时定时和和控制部件构控制部件构成）成） 中央处理器中央处
13、理器CPUCPU是单片机的核心，是单片机的大脑和是单片机的核心，是单片机的大脑和心脏。它由心脏。它由运算器运算器和和控制器控制器等部件组成。等部件组成。作用：主要完成运算和控制功能。作用：主要完成运算和控制功能。第二讲第二讲 单片机单片机8051运算器运算器（ALU、专用寄存专用寄存器）器）（1 1） 运算器运算器 运算部件以算术逻辑单元运算部件以算术逻辑单元ALUALU为核心，加上为核心，加上累加器累加器ACCACC、寄、寄存器存器B B、暂存器、程序状态字、暂存器、程序状态字PSWPSW以及十进制调整电路和布尔处以及十进制调整电路和布尔处理器等许多部件组成的。理器等许多部件组成的。运算器的
14、作用运算器的作用 是把传送到微处理器的数据进行是把传送到微处理器的数据进行算术运算算术运算或或逻辑运算逻辑运算。（1 1）执行各种算术运算。）执行各种算术运算。（2 2）执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试。）执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试。如零值测试或两个值的比较。如零值测试或两个值的比较。 ALUALU可对两个操作数进行加、减、与、或、比较大小等可对两个操作数进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将操作，最后将结果存入累加器结果存入累加器。数据寄存器数据寄存器累加器累加器 ALUALU的两个主要的输入来源的两个主要的输入来源 ALUALU执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定执行不
15、同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定的的。 两个数（两个数（7 7和和9 9）相加，在相加之前，操作数）相加，在相加之前，操作数9 9放在放在累加累加器器中，中，7 7放在数据寄存器中，执行两数相加运算的控制线放在数据寄存器中，执行两数相加运算的控制线发出发出“加加”操作信号，操作信号，ALUALU即把两个数相加并把结果（即把两个数相加并把结果（1616）存入）存入累加器累加器，取代累加器前面存放的数，取代累加器前面存放的数9 9。1）算术逻辑单元）算术逻辑单元 可以对可以对4位（半字节）位（半字节）8位（一字节）和位（一字节）和16位（双字节）位（双字节）数据进行操作。数据进行操作。作用
16、：作用：完成算术四则运算和逻辑运算、位操作及循环移位等完成算术四则运算和逻辑运算、位操作及循环移位等逻辑操作，逻辑操作，操作结果的状态信息送至状态寄存器（操作结果的状态信息送至状态寄存器（PSW）。2）累加器）累加器ACC，在指令中用助记符在指令中用助记符A来表示来表示 A是一个是一个8位寄存器，是位寄存器，是CPU中工作最繁忙的寄存器。中工作最繁忙的寄存器。MCS-51指令系统中多数指令的执行都通过它进行。 作用：在算数逻辑运算中，作用：在算数逻辑运算中，它经常作为一个运算数经暂它经常作为一个运算数经暂存器存器2 2进入进入ALUALU的输入端，与另一个来自暂存器的输入端，与另一个来自暂存器1 1的运算数进的运算数进行运算，运算结果又送回行运算，运算结果又送回ACCACC。在与外部存储器和在与外部存储器和I/O接口打接口打交道时，完成数据传送。交道时，完成数据传送。寄存器寄存器 B8 8位寄存器位寄存器4） 2个个8位暂存器：位暂存器：（暂存器暂存器1 和和 暂存器暂存器2）ALUALU的两个入口处。的两个入口处。 作用：在乘法和除法运算中用作作用：在乘法和除法运算中用作ALUALU
