8051单片机的内部结构
8051单片机的内部结构
8051单片机的内部结构
1.寄存器组：
8051单片机有4个8位的通用寄存器A、B、R0、R1，以及一个16位的程序计数器PC、一个8位的累加器ACC和一个8位的数据指针DPTR。
通用寄存器用于存储临时数据，程序计数器用于存储当前指令的地址，累加器用于存储算术和逻辑运算的结果，数据指针用于存储数据的地址。
2.ALU（算术逻辑单元）：
3.内存：
4.I/O端口：
5.时钟和定时器/计数器：
6.中断系统：
7.控制单元：
控制单元是8051单片机的核心，负责控制指令的执行、数据的传输和操作的协调。
它包括指令译码部分、程序状态字寄存器PSW、指令寄存器IR等。
指令译码部分解释并执行指令，程序状态字寄存器包含标志位和状态信息，指令寄存器用于存储当前执行的指令。
8.外部中断：
总结：
8051单片机的内部结构包括寄存器组、ALU、内存、I/O端口、时钟和定时器/计数器、中断系统、控制单元和外部中断等。
它具有强大的计算能力和丰富的外设，适合用于各种嵌入式系统开发。
通过充分理解
8051单片机的内部结构，可以更好地利用其特性，设计和开发高效、稳定的嵌入式系统。
8051单片机的体系结构
8051单片机的体系结构中央处理器：8051单片机采用的中央处理器由一个8位的累加器（Acc）和一个8位的算术逻辑单元（ALU）组成。
它还配备了一组标志寄存器，用于存储运算过程中的标志位，例如进位标志、零标志、溢出标志等。
该中央处理器支持多种数据操作，包括算术运算、逻辑运算、位操作等。
存储器：8051单片机具有多种类型的存储器。
它包括ROM（只读存储器）、RAM（随机存储器）和特殊功能寄存器（SFR）。
ROM用于存储程序代码和常量数据，RAM用于存储变量和临时数据，而SFR用于存储与特殊功能相关的寄存器。
其中，ROM和RAM的大小可以根据系统需求进行扩展。
输入/输出：8051单片机的输入/输出部分是其最重要的功能之一、它提供了多个通用输入和输出引脚，可以与外部设备进行数据通信。
此外，还提供了一些特殊功能引脚，用于与外围设备（如计时器、串行通信接口等）进行连接。
通过这些引脚，8051单片机可以与外部世界进行高效的数据交换。
时钟：8051单片机需要一个时钟源来提供时序控制和计时功能。
它可以使用外部晶振或者外部时钟源。
时钟源会被输入到时序逻辑单元（TLU），对程序进行节拍控制和计时。
特别值得一提的是，基于提供的根据时钟源产生的节拍信号，8051单片机能够实现采样输入、执行指令并输出结果的协调操作。
除了上述基本组件之外，8051单片机还有一些其他的特点和功能。
其中，片内计时器和串行通信接口（UART）是值得注意的。
片内计时器可以用于计时、延时、脉冲宽度测量等应用，而UART提供了串口通信功能。
另外，8051单片机还具有中断系统，可以在特定事件发生时中断正在执行的程序，并执行响应的中断服务程序。
总的来说，8051单片机的体系结构以其紧凑、高效的设计而著称。
它通过统一的总线结构，实现了不同部件之间的高速通信和数据传输。
这使得它成为一个理想的嵌入式控制器，适用于各种应用领域，如家电、汽车、工业自动化等。
8051单片机功能与结构介绍
Philips 芯片ISP功能
33 32
21
P2.0 22
P2.1 P2.2 P2.3 P2.4
23 24 25 26
P2.5 P2.6 P2.7
27 28
17
RD 16
WR PSEN ALE/P
TXD
29 30 11 10
RXD
中断矢量位址
中断
RESET INT0 INT1 TIMER0 TIMER1 TIMER2 UART
8051内部结构图
8051内部组成
中央处理单元(CPU)。 内部程序存储器(ROM)-4KB。 内部资料存储器(RAM)-256Bytes。 振荡与时序电路(12MHZ)。 I/O埠(P0,P1,P2,P3)。 计时/计数器。 中断控制电路。 串列通讯UART
MCS-51内部结构图
一般通用暂存器
程序发展流程
早期8051组译器(2500 A.D.)
Kei μ Vision2 简介
一套整合性开发界面， 可编写C语言的C51编
译器(ANSI C) 可编写汇编语言的A51
组译器) 除错测试 嵌入式系统程序
(RTX51) 适用各种51核心芯片
Keil 芯片选择
Keil 整体发展环境
程序语言
机械码：机械码由一串０与１所构成，指挥CPU 运作，指令包括：运算码＋操作数
汇编语言：利用容易记忆的符号称为助忆符号以 助忆符号构成的程序语言称为汇编语言,程序透过 组译(Assembler),连结(Link)产生可执行的机械码, 如HEX,TSK档
C语言:利用高阶语言的便利性,可携性,可嵌入性,经 编译/连结产生可执行的机械码,如HEX,TSK档
ACC：最重要的暂存器，运算与资料转移都透过 ACC PC :程序计数器, 记载着程序下一个待执行指令位址。 B 暂存器：用于乘法，除法指令的辅助暂存器。 PSW 程序状态字组：记录程序运作时，CPU各种状态。 SP堆栈指标：重置(RESET)时，堆栈指标设为07H DPTR资料指标暂存器16位元暂存器。由DPH，DPL两个 8位元暂存器组成。 工作暂存器：共有 RB0、RB1、RB2、RB3四组工作暂存 器库。每个暂存器库有8个8位元暂存器，分别为R0、R1、 R2、R3、R4、R5、R6、R7。
8051单片机CPU的内部组成及功能介绍
8051单片机CPU的内部组成及功能介绍一、运算器运算器以完成二进制的算术/逻辑运算部件ALU为核心，再加上暂存器TMP、累加器ACC、寄存器B、程序状态标志寄存器PSW及布尔处理器。
累加器ACC是一个八位寄存器，它是CPU中工作最频繁的寄存器。
在进行算术、逻辑运算时，累加器ACC往往在运算前暂存一个操作数（如被加数），而运算后又保存其结果（如代数和）。
寄存器B主要用于乘法和除法操作。
标志寄存器PSW也是一个八位寄存器，用来存放运算结果的一些特征，如有无进位、借位等。
其每位的具体含意如下所示。
PSW CY AC FO RS1 RS0 OV －P对用户来讲，最关心的是以下四位。
1？进位标志CY（PSW？7）。
它表示了运算是否有进位（或借位）。
如果操作结果在最高位有进位（加法）或者借位（减法），则该位为1，否则为0。
2？辅助进位标志AC。
又称半进位标志，它反映了两个八位数运算低四位是否有半进位，即低四位相加（或减）有否进位（或借位），如有则AC为1状态，否则为0。
3？溢出标志位OV。
MCS－51反映带符号数的运算结果是否有溢出，有溢出时，此位为1，否则为0。
4？奇偶标志P。
反映累加器ACC内容的奇偶性，如果ACC中的运算结果有偶数个1（如11001100B，其中有4个1），则P为0，否则，P=1。
PSW的其它位，将在以后再介绍。
由于PSW存放程序执行中的状态，故又叫程序状态字？运算器中还有一个按位（bit）进行逻辑运算的逻辑处理机（又称布尔处理机）。
其功能在介绍位指令时再说明。
二、控制器控制器是CPU的神经中枢，它包括定时控制逻辑电路、指令寄存器、译码器、地址指针DPTR及程序计数器PC、堆栈指针SP等。
这里程序计数器PC是由16位寄存器构成的计数器。
要单片机执行一个程序，就必须把该程序按顺序预先装入存储器ROM的某个区域。
单片机动作时应按顺序一条条取出指令来加以执行。
因此，必须有一个电路能找出指令所。
8051单片机的内部结构
8051单片机的内部结构首先，8051单片机的核心是一个具有8位数据总线、16位地址总线和14个通用寄存器的8051中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）。
CPU负责执行计算、逻辑和控制指令，并与其他外设进行数据交换。
它包含一个累加器（Accumulator）和一个数据指针（Data Pointer），用于存储数据和指示数据存储区。
除了CPU外，8051单片机内还包含两个片内存储器，分别是程序存储器（Program Memory）和数据存储器（Data Memory）。
程序存储器是用于存储程序指令的地方，通常包括ROM（只读存储器）或闪存。
程序存储器采用分时复用方式，既可以存储程序指令，也可以存储常量数据。
由于8051单片机是哈佛结构，程序存储器和数据存储器是分开的，可以同时进行取指令和读写数据操作。
数据存储器主要用于存储程序运行时需要使用的数据，包括RAM（随机存储器）和片内特殊功能寄存器（Special Function Registers，简称SFR）。
RAM负责存储变量、临时数据和堆栈信息。
SFR包含IO口控制、定时器配置、计数器设置等特殊功能寄存器，通过设置和读取其值，可以对相应的硬件模块进行控制。
除了上述核心部件，8051单片机还包含多个外设，用于完成具体的输入输出任务。
其中，IO口是最常用的外设之一，用于将单片机与外部设备连接起来。
IO口可以进行数字输入输出和模拟输入输出。
每个IO口引脚都具有独立的控制寄存器，通过这些寄存器可以设置引脚的输入输出方向、电平和驱动能力。
IO口的灵活性和可扩展性给了8051单片机很大的应用空间。
此外，8051单片机还包含多个片内计数器和定时器，用于时间测量、时间控制和脉冲宽度调制等任务。
其中，定时器主要用于产生精确的时间延迟，而计数器主要用于计算外部事件的频率和脉冲个数。
最后，8051单片机内还通过中断系统实现了实时响应外部事件的能力。
8051单片机的内核的结构及运行过程解析
8051单片机的内核的结构及运行过程解析1.ALU(算术逻辑单元)：8051单片机内置了一个8位ALU，负责执行算术和逻辑运算。
ALU可以进行加法、减法、与、或、非、异或等操作。
2.寄存器组：8051单片机包括4个8位的通用寄存器(R0~R7)和一个16位的程序计数器(PC)。
通用寄存器可用于保存临时数据和中间结果，程序计数器则记录当前执行指令的地址。
3.存储器：8051单片机的存储器包括内部存储器和外部扩展存储器。
内部存储器包括片内RAM和片内ROM两部分。
片内RAM可以分为128字节的数据存储器(IDATA)和256字节的数据存储器(XDATA)。
片内ROM则存储程序代码。
4.定时器/计数器：8051单片机内核包含两个定时器/计数器(T0、T1)。
定时器模式用于产生一定的时间延迟，计数器模式用于计数外部事件的个数。
定时器/计数器具有可编程的工作模式和计数值。
5.中断源：8051单片机支持多组中断源，包括外部中断INT0和INT1、定时器/计数器中断、串口中断等。
中断源的优先级可以通过程序设置，以满足不同应用场景的需求。
1.取指令阶段：程序计数器(PC)保存了当前指令的地址。
8051单片机通过将PC指针输出地址，从存储器中读取指令。
读取的指令存储于指令寄存器(IR)中。
2.译码阶段：指令寄存器(IR)中的指令会被译码器解码，生成相应的控制信号和操作码。
控制信号会对单片机的内部功能模块进行控制，操作码则确定执行的操作类型。
3.执行阶段：根据指令的操作码，单片机执行相应的操作。
例如，如果操作码指示进行加法运算，则ALU会执行加法操作，并将结果保存在指定的寄存器或存储单元中。
4.访存阶段：在执行一些指令时，单片机需要从存储器中读取或写入数据。
在访存阶段，单片机会将需要访问的存储器地址输出，并根据控制信号读取或写入数据。
5.写回阶段：在一些指令执行结束后，单片机会将执行结果写回到寄存器或存储器中。
写回阶段会更新相应的寄存器或存储单元，以保存最新的结果。
8051系列单片机介绍
8051系列单片机介绍
8051系列（单片机）内部结构可以分为（CPU）、存储器、并行口、串行口、（定时器）/计数器和中断逻辑这几部分，如图。
（处理器）
（微处理器）又称CPU，由运算器和（控制器）两大部分组成。
1.算术逻辑单元
它在控制器所发内部控制（信号）的控制下进行各种算术操作和逻辑操作。
MCS-51系列单片机的算术逻辑单元能完成带进位位加法、不带进位位加法、带进位位减法、加1、减1、逻辑与、逻辑或、逻辑异或、循环移位以及数据传送、程序转移等一般操作外，其特点是：在B（寄存器）配合下，能完成乘法与除法操作。
可进行多种内容交换操作。
能作比较判跳转操作。
有很强的位操作功能。
2.累加器
累加器A是最常用的专用寄存器。
进入ALU作算术操作和逻辑操作的操作数很多来自A，操作的结果也常送回A。
有时很多单操作数操作指令都是针对A的，例如指令INC A是执行A中内容自加1的操作，指令CLR A是执行将A内容清零的操作，指令RL A是执行使A各位内容依次循环向左移动一位的操作.
程序状态字
程序状态字PSW是一个8位寄存器，它包含了许多程序状态信息，其各位的含义见图1-2-2
PSW各位的含义如表1-2-1
（RS）1、RS0与工作寄存器组的关系如表1-2-2。
8051单片机的内部结构
8051是MCS—51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。
8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器（RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：·中央处理器：中央处理器(CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作.·数据存储器(RAM)：8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据,所以，用户能使用的的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。
·程序存储器（ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。
·定时/计数器（ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
·并行输入输出（I/O）口：8051共有4组8位I/O口（P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。
·全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。
·中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。
·时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容.单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛（Harvard）结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿（P rinceton)结构.INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MC S—96系列单片机则采用普林斯顿结构.下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图。
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8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。
8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心
部件，是8位数据宽度的处理器，能处理
8位二进制数据或代码，CPU负责控制、
指挥和调度整个单元系统协调的工作，完
成运算和控制输入输出功能等操作。
·数据存储器(RAM)：
8051内部有128个8位用户数据存储
单元和128个专用寄存器单元，它们是统
一编址的，专用寄存器只能用于存放控制
指令数据，用户只能访问，而不能用于存
放用户数据，所以，用户能使用的的RAM
只有128个，可存放读写的数据，运算的
中间结果或用户定义的字型表。
·程序存储器(ROM)：
8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。
·定时/计数器(ROM)：
8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
·并行输入输出(I/O)口：
8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。
·全双工串行口：
8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以
用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。
·中断系统：
8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可
满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。
·时钟电路：
8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051
单片机需外置振荡电容。
单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Pri nceton)结构。
INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的M CS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。
下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图。
■MCS-51的引脚说明：
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用
40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，
40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时
钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线
复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明：
·Pin20:接地脚。
·Pin40:正电源脚，正常工作或对片内EPROM烧写程
序时，接+5V电源。
·Pin19:时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。
<>
·Pin18:时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。
8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，
但需在18和19脚外接石英晶体(2-12MHz)和振荡电容，振荡电容的值一般取10p-30p 。
另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。
·输入输出(I/O)引脚：
Pin39-Pin32为P0.0-P0.7输入输出脚，Pin1-Pin1为P1.0-P1.7输入输出脚，Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚，Pin10-Pin17为P3.0-P3.7输入输出脚，这些输入输出脚的功能说明将在以下内容阐述。
Pin9:RESET/V pd 复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET 引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。
初始化后，程序计数器PC 指向0000H ，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H ，其它专用寄存器被清“0”。
RESET 由高电平下降为低电平后，系统即从0000H 地址开始执行程序。
然而，初始复位不改变RAM （包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态如下表：
8051
也可以是手动复位，见下图。
此外，RESET/V pd 还是一复用脚，V
cc 间，此脚可接上备用电源，机内部RAM 的数据不丢失。
·Pin30:ALE/
当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。
而访问内部程序存储器时，ALE 端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。
更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE 会跳过一个脉冲。
如果单片机是EPROM ，在编程其间，将用于输入编程脉冲。
·Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。
·Pin31:EA/V pp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。
如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。
显然，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。
在编程时，EA/V pp脚还需加上21V的编程电压。