MCS51单片机的结构和原理

RAM地址 寄存器
存储器
P0.0-P0.7 P0驱动器
P2.0-P2.7 I/O接口
P2驱动器
128B RAM
P0锁存器
P2锁存器
4KBROM
程序地址 寄存器
B寄存器 运算器
暂存器1
暂存器2
ACC
SP
缓冲器
ALU PC增1 中断、串行口和定时器 PSW PC
DPTR
PSEN ALE EA RESET
XTAL2: 芯片内部反相放大器输出端，使用外部振荡时接振荡器输 入的信号。
XTAL2
外部振荡器
XTAL2
XTAL1
XTAL1
内部振荡方式
外部振荡方式
控制线 ALE/PROG
ALE：
地址锁存信号端，频率为晶体振荡器的 1/6 正脉冲信 号。当CPU访问片外扩展存储器时，该信号作为锁存低 8位地址的控制信号。 PROG：
当片内有EPROM时，该管脚提供编程写入时的编程 脉冲信号输入端。
控制管脚 RST/VPD
RST：
复位信号输入端，高电平有效。保持两个机器周期以上，并变 为低电平，单片机开始从0000地址执行，即可完成单片机复位。单
片机复位不改变片内RAM的值。
VPD:
备用电源。
+5V
10uF RESET
控制管脚 PSEN
（4）8位程序状态寄存器PSW：
（5）布尔处理器：
（6）2个8位暂存器：
中央处理器(CPU)—控制器
（1）程序计数器(PC)
（2）指令寄存器(IR)
控制器 （3）指令译码器(ID) （4）振荡器及定时与控制电路
16位程序计数器-PC
由两个 8 位的计数器 (PCL,PCH) 组成， PC 存储将要 执行的下一条指令的地址， 16 位可容纳的最大数值为 65535, 为 64KB ，因此， MCS-51 可寻址 64KB 的程序存 储器。改变PC内的值，就可改变程序执行的方向。
§2-2 MCS-51单片机的引脚及其功能
p 1.0
1、电源管脚： Vcc,Vss 2、时钟电路管脚： XTAL1,XTAL2 3、控制信号脚： RST/VPD, ALE/PROG PSEN及Vpp/EA 4、I/O管脚 P0,P1,P2,P3
p 1.7
1
40 39
VCC
p 0. 0
8
9
10
RST
5、串行输入/输出口UART（二线） 串行通信、扩展I / O接口芯片 6、定时/计数器T/C(16位增量可编程） 它与CPU之间各自独立工作，当它计数满时向CPU中断 7、时钟电路 fosc
分为内部振荡器、外接振荡电路 8、中断系统 五源中断、两级优先，可编程进行控制。
8051单片机 内部结构图
PSEN：
程序存储器允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，CPU 控制该端输出负脉冲作为外部存储器的选通信号，允许 CPU 读出 EPROM中被选中单元中的指令码。该管脚一般连程序存储器的选 通信号端(OE)。
控制管脚 EA/Vpp
EA：
外部程序存储器地址允许输入端 /固化编程电压输入端。程序 存储器允许输出信号端。当 EA 接高时，前 4KB或 8KB程序在单片 机内，当EA接地时，所有程序均在外存储器。 Vpp:
控制器
定 时 控 制
指 令 译 码 器
OSC
指 令 寄 存 器
P1锁存器 P1驱动器 P1.0-P1.7
P3锁存器
P3驱动器
P3.0-P3.7
XTAL1
XTAL2
返回
可对4位（半字节）， 8位（单字节）和16位 累加器，它是最繁忙的8 （双字节）数据进行操作， 位特殊功能寄存器，用A 中央处理器(CPU) 数据来自两个暂存器。 表示，ALU的运算结果存 在此处。 包含运算器和控制器两部分 8位寄存器，在乘除运算 （1）8位的ALU： 时，用来存放另一个操作 数，并存放一部分结果。 8位程序状态字寄存器， （2）8位累加器ACC（A用于存放指令执行后的状 ）： 态信息，供程序查询和判 （3）8位寄存器B： 别。 运算器 布尔操作器
指令存储器及指令译码器
由PC内容指定的ROM地址单元中取出的指令，经指 令寄存器送至指令译码器进行译码，进而 CPU 产生相应 的控制信号，执行指令所规定的操作。
振荡器及定时控制电路
MCS-51 片 内 有 振 荡 器 OSC ， 通 过 单 片 机 的 XTAL1,XTAL2连接片外的石英晶体及两个频率微调电容， 产生单片机工作所需要的基本时钟—节拍。
30
29
ALE / PROG PSEN
p 2.7
28
VSS
21
p 2. 0
电源管脚
Vcc：电源端，为5V，允许电源有偏差；
GND(VSS):地。
注：为了防止电源脉冲对单片机的影响，一般在 VCC和GND之间接上一个1uF的电容。
时钟电路管脚
XTAL1：芯片内部反相放大器输入端，使用外部振荡器时需接地。
p 3.0 / R 0.7
Vpp / EA
11 12
p 3.2 / INT 0
p 3.3 / INT1 p 3.4 / T0
p 3.5 / T1
p 3.6 / WR p 3.7 / RD XTAL2 XTAL1
13 14 15 16 17 18 20
19
8051
§2-1 MCS-51单片机的组成与结构
8位中央处理单元(CPU) 128B/256B的数据存储器RAM 4KB/8KB的片内ROM/EPROM 4个8位并行I/O口P0-P3 2个定时器/计数器 5个中断源 1个全双工的UART（通用异步 接收、发送器） 片内振荡与时钟产生电路
1、中央处理单元CPU（8位） 用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位） 2、只读存储器ROM（4KB或8KB） 用于永久性存储应用程序，掩膜ROM、EPROM、EEPROM 3、随机存取存取器RAM（128B/256B） 用于程序运行中存储工作变量和数据 4、并行输入/输出口I/O（32线） 用作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片
对单片机内程序存储器编程时施加的高电平输入端。
§2-3 MCS-51单片机的存储器配置
计算机存储结构：
哈佛结构：程序存储与数据存储分开——单片机 冯.诺依曼结构：程序与数据存储在一起——通用计算机 单片机的存储器结构（ROM＋RAM）： ROM：常用于存放程序和需要长时间存放的数据，掉电不丢失;
RAM：随时可读可写的存储器，掉电后数据立即丢失。