文章目錄

• • 一、MCS-51單片機內部結構
  • 二、CPU
  • 三、存儲器
  • 四、特殊功能寄存器SFR
  • 五、時鐘電路與復位電路
  • 六、引腳功能

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一、MCS-51單片機內部結構

單片機是在一塊芯中集成了CPU、RAM、ROM、定時/計數器和多功能I/O接口等基本部件的大規模集成電路，又稱MCU。

51系列單片機內包含下列部件：
一個8位CPU
一個片內振蕩器及時鐘電路
4KBROM程序存儲器
128BRAM數據存儲器
可尋址64KB外部數據存儲器和64KB外部程序存儲器的控制電路
32條可編程的I/O線（4個8位并行I/O接口）
兩個16位的定時/計數器
一個可編程全雙工串行接口
五個中斷源和兩個優先級嵌套中斷結構

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二、CPU

核心部件，由運算器和控制器等部件組成。

運算器：算術運算，邏輯運算，位操作。

程序計數器PC：16位寄存器，用來存放即將要執行的指令地址，可對64KB程序存儲器直接尋址。執行指令時，PC內容的低8位經P0口輸出，高8位經P2口輸出。

指令寄存器：用來存放指令代碼，CPU執行指令時，將程序存儲器中讀取的指令代碼送入指令寄存器，經指令譯碼器譯碼后由定時與控制電路發出相應的控制信號，完成指令功能。

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三、存儲器

分程序存儲器和數據存儲器，分片內和片外，從邏輯地址空間看，又可分為片內數據存儲器、片外數據存儲器、片內片外統一編址的程序存儲器。

引腳EA（上面一橫）的接法決定了程序存儲器0000H~0FFFH的4KB地址范圍是在片內還是片外。為1時，片內0000H~0FFFH，片外1000H~FFFFH；為0時，0000H~FFFFH64KB都是片外。

程序存儲器：以PC作為地址指針，通過16位地址總線，可尋址64KB地址空間。

程序存儲器中的特殊地址：

地址用途

0000H	復位操作后的程序入口
0003H	外部中斷0服務程序入口
000BH	定時器0中斷服務程序入口
0013H	外部中斷1服務程序入口
001BH	定時器1中斷服務程序入口
0023H	串行口中斷服務程序入口

由于兩入口地址直接的存儲空間有限，通常在這些入口地址開始的兩三個地址單元中，放入一條轉移類指令（跳轉指令），使得相應程序跳轉到指定的程序存儲器區域。

外部數據存儲器：51單片機具有擴展64KB外部數據存儲器RAM和I/O端口的能力，它們統一編址，使用相同的選通控制信號、相同的訪問指令MOVX，以及相同的寄存器間接尋址。

內部數據存儲器：51單片機中只有128字節RAM，地址為00H~7FH，它和SFR的地址（80H~FFH）空間是連續的，而在增強型52子系列中有256字節RAM，高128字節RAM和SFR的地址是重合的，訪問高128字節RAM采用寄存器間接尋址，訪問SFR則采用直接尋址。

前32個單元（00H~1FH）為寄存器區，共分4組，每組有8個8位寄存器R0~R7，R0和R1可作為間址寄存器使用。使用時，只能選其中一組寄存器，寄存器的選組由程序狀態字PSW的RS1和RS0位定。一旦選中了一組寄存器，其它3組只能作為數據存儲器使用，而不能作為寄存器使用。初始化或者復位時，自動選中0組。

20H~2FH為位地址區，共16個單元，每個單元有8位，共128位，每位有一個位地址，范圍為00H~7FH，該區既可位尋址，又可字節尋址。

51單片機的堆棧設在內部RAM區，深度不大于128字節，初始化時SP指向07H。

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四、特殊功能寄存器SFR

用途：
A累加器、狀態標志寄存器
單片機內部各部件專用的控制、狀態寄存器
并行口、串行口影射寄存器

地址空間：
21個特殊功能寄存器不連續地分布在80H~FFH128個字節地址空間，地址為X0H和X8H是可位尋址的寄存器。

A——累加器，帶有全零標志Z，A=0，則Z=1；A不等于0，則Z=0。該標志常用于程序分支轉移的判斷條件。

B——寄存器，常用于乘除法運算。

PSW——程序狀態字，主要起著標志寄存器的作用：
Cy：進/借位標志，反映運算中最高位有無進/借位，有進/借位時為1
AC：輔助進/借位標志，反映運算中低半字節與高半字節間的進/借位情況
F0：用戶標志位，可由用戶設定其含義
RS1、RS2：工作寄存器組選擇位
OV：溢出標志位，補碼運算的結果有溢出時為1，OV=Cy異或Cy-1
-：無效位
P：奇偶標志位，反映對累加器A操作后，A累加器中“1”個數的奇偶，奇為1
SP：堆棧指針寄存器
DPTR：16位數據指針寄存器，分DPL和DPH
P0~P3：I/O端口寄存器

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五、時鐘電路與復位電路

51單片機的時鐘信號通常有兩種電路形式：內部振蕩方式和外部振蕩方式。

內部振蕩：在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器（晶振），C1和C2起穩定振蕩頻率、快速起振作用。

外部振蕩：把已有的時鐘信號引入單片機，這種方式適宜用于使單片機的時鐘與外部信號保持一致。對HMOS的單片機（8031），由XTAL2引入，對CHMOS的單片機（8XCXX），由XTAL1引入。

振蕩周期：晶振的振蕩周期，又稱時鐘周期，為最小的時序單位。

狀態周期：振蕩頻率經單片機內的二分頻器分頻后提供給片內CPU的時鐘周期，因此，一個狀態周期包含兩個振蕩周期。

機器周期MC：1個機器周期由6個狀態周期即12個振蕩周期組成，是計算機執行一種基本操作的時間單位。

指令周期：執行一條指令所需的時間，一個指令周期由1~4個機器周期組成，依據指令不同而不同。

振蕩周期和機器周期是單片機內計算其它時間值（例如波特率、定時器的定時時間等）的基本單位。

單片機外接晶振頻率12MHZ時：

復位：使片內電路初始化，當復位引腳RST出現5ms以上的高電平時，單片機就完成復位操作。

兩種復位操作的形式：上電復位，開關復位

上電復位：接通電源后自動復位

開關復位：在運行期間，按鈕使單片機復位

單片機的復位操作使SFR寄存器初始化，而不改變片內RAM中的內容。

幾個主要特殊功能寄存器復位狀態：
PC=0000H：程序計數器為0表明單片機復位后程序從0000H地址單元開始執行
A=00H：累加器清零
PSW=00H：選寄存器0組為工作寄存器組
SP=07H：堆棧指針指向片內RAM的07H單元，根據先加后壓的法則，第一個被壓入的數據被寫入08H單元中
P0~P3=FFH：向各端口寫入1，各端口即可用于輸入又可用于輸出

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六、引腳功能

Vss：接地端
Vcc：電源端
XTAL1、XTAL2：接外部晶體或外部時鐘信號
RST/VPD：①復位信號輸入②接備用電源
ALE：地址鎖存允許，輸出脈沖的頻率為振蕩頻率的六分之一
PR0G（上面一橫）：對片內EPROM編程時，編程脈沖由該引腳引入
PSEN（上面一橫）：程序存儲器允許，輸出讀取外部程序存儲器的選通信號
EA（上面一橫）：選擇訪問程序存儲器
P0.0~P0.7：P0口，數據/低八位地址復用總線端口
P1.0~P1.7：P1口，靜態通用端口
P2.0~P2.7：P2口，高八位地址總線端口
P3.0~P3.7：P3口，雙功能靜態端口

總結

以上是生活随笔為你收集整理的第一章MCS-51单片机结构，单片机原理、接口及应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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