优选51单片机的结构与原理
51单片机原理
51单片机原理
51单片机原理介绍
51单片机是一种常用的微控制器，它采用哈佛结构体系，通
过处理和控制数据和信号来完成各种任务。
下面将介绍51单
片机的基本原理。
1. 架构
51单片机采用8位的数据总线，具有以8051内核为基础的架构。
它包括存储器、中央处理单元（CPU）、输入/输出端口、定时器/计数器和串行通信接口等组件。
2. 存储器
51单片机内部包括片内ROM和RAM。
ROM用于存储程序代码，RAM用于存储数据。
51单片机可以通过访问存储器来读
取和写入数据。
3. 中央处理单元（CPU）
51单片机的CPU是它的核心部件，负责执行指令和控制各个
组件的操作。
它包括累加寄存器、程序计数器、指令寄存器、标志寄存器等。
4. 输入/输出端口
51单片机具有多个输入/输出端口，用于与外部设备进行通信。
它可以接收来自外部设备的输入信号，并且可以输出信号给外部设备。
5. 定时器/计数器
51单片机内部包含多个定时器/计数器，它们可以用来产生和测量时间间隔。
通过配置这些定时器/计数器，可以实现连接传感器、驱动电机等功能。
6. 串行通信接口
51单片机具备串行通信接口，可以通过串口与外部设备进行通信。
这使得它可以实现与计算机之间的数据传输、与其他单片机之间的通信等功能。
总结：
51单片机是一种高度集成的微控制器，具有强大的处理和控制能力。
它的架构包括存储器、CPU、输入/输出端口、定时器/计数器和串行通信接口等组件。
通过合理配置和编程，可以实现各种功能和应用。
51单片机结构和原理
51单片机结构和原理单片机（Microcontroller）是一种集成了中央处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）、定时/计数器（Timer/Counter）等功能模块于一体的微型计算机系统。
单片机由以下几个部分组成：1. 中央处理器（CPU）：单片机的核心部分，负责控制和处理数据。
它包括指令执行单元、算术逻辑单元和寄存器等。
CPU 根据存储在ROM中的程序指令，按照一定的时序进行执行。
2. 存储器：单片机包括两种存储器，即只读存储器（ROM）和随机访问存储器（RAM）。
- ROM存储器：用于存放程序代码和常量数据。
其内容在生产过程中被烧写进去，无法被修改。
- RAM存储器：用于存放程序运行时的变量和临时数据。
由于RAM是可读写的，所以数据可以在程序运行过程中进行修改。
3. 输入/输出接口（I/O）：用于与外部设备进行数据交互。
单片机提供了多个I/O引脚，可以连接各种传感器、执行器和外部存储器等。
4. 定时/计数器（Timer/Counter）：用于产生精确的时间延迟和计数功能。
可以用来控制程序的执行周期和进行定时任务。
单片机的工作原理如下：1. 外部设备通过I/O接口与单片机连接，将输入信号传递给单片机，或接收单片机输出的数据。
2. 单片机根据预先编写的程序指令，通过CPU执行程序。
3. CPU从ROM中读取指令，并将其加载到寄存器中进行操作。
4. CPU执行指令，可以进行算术和逻辑运算、数据传输、控制跳转等操作。
5. 根据需要，CPU可以读写RAM存储器中的数据。
6. 当需要与外部设备进行交互时，CPU通过I/O接口控制数据的输入和输出。
7. 定时/计数器可以提供精确的时间控制和计数功能，用于执行定时任务或计算某个事件的频率。
通过这样的工作原理，单片机可以实现各种功能，例如控制和监测系统、数据采集和处理、自动化控制等。
它具有体积小、功耗低、成本低等优点，广泛应用于电子产品、通信设备、工业控制和嵌入式系统等领域。
51单片机基本结构详解
51单片机基本结构详解51单片机（也称为8051单片机）是一种8位微控制器，由Intel公司于1980年代推出。
它是目前市场上最广泛使用的低成本单片机之一，被广泛应用于各个领域，包括家电、工业控制、仪器仪表等。
本文将详细介绍51单片机的基本结构。
一、51单片机的总体结构51单片机的总体结构主要分为五个部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、IO口、定时器/计数器以及串行通信接口。
1. 中央处理器（CPU）51单片机中心的核心是一个8位的CPU，负责执行指令集中的操作。
它包括一个累加器（Accumulator）用于存放运算结果，以及一组寄存器用于存放操作数和地址。
2. 存储器51单片机的存储器主要包括内部RAM和内部ROM。
内部RAM用于存放程序和数据，容量通常较小，而内部ROM则用于存储不变的程序指令。
3. IO口51单片机提供了多个通用IO口，用于与外部设备进行数据交互。
这些IO口既可以作为输入口用于接收外部信号，也可以作为输出口用于发送信号控制外部设备。
4. 定时器/计数器51单片机内置的定时器/计数器模块可用于产生精确的时间延时和计数应用。
它能够协助实现各种时间相关的功能，如PWM输出、测速和脉冲计数等。
5. 串行通信接口51单片机的串行通信接口可用于与其他设备进行数据的串行传输。
常见的串行通信协议包括UART、SPI和I2C等。
二、51单片机的工作原理51单片机的工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 程序存储器中的指令被复制到内部RAM中。
2. CPU从内部RAM中取出指令并执行。
3. 根据指令的要求，CPU可能会与IO口、定时器/计数器或串行通信接口进行数据交互。
4. 执行完指令后，CPU将结果存回内部RAM或IO口。
三、51单片机的应用领域51单片机由于其成本低、技术成熟、易于开发和应用广泛等优点，被广泛应用于各个领域。
1. 家电控制51单片机可以用于家电控制，如空调、洗衣机、电视机等。
51单片机原理介绍
51单片机原理介绍以前的计算机系统需要大量的芯片和电路来实现各种功能，而现在的单片机技术使得整个计算机系统可以集成到一个芯片上。
51单片机是一种非常常见和广泛应用的单片机，它在各种电子设备中发挥着重要的作用。
本文将详细介绍51单片机的原理。
1. 51单片机概述51单片机是由Intel公司推出的一种8位单片机系列，其内部包含了处理器核心、存储器、输入输出接口等多种功能。
它采用哈弗曼体系结构，具有高性能、低功耗、易于开发和应用等优点，被广泛应用于各种嵌入式系统和电子设备中。
2. 51单片机的内部结构51单片机的内部结构主要由中央处理器、存储器、输入输出端口和定时器等几个主要部分组成。
中央处理器是51单片机的核心，它执行程序指令并完成各种计算任务。
存储器用于存储程序指令和数据，其中ROM（只读存储器）用于存储程序代码，RAM（随机存储器）用于存储数据。
输入输出端口用于与外部设备进行数据交互，例如控制LED灯、驱动电机等。
定时器用于控制任务的执行时间，实现各种定时功能。
3. 51单片机的工作原理在51单片机的工作过程中，首先将程序代码和数据存储到内存中，然后由中央处理器逐条执行程序指令，并根据需要从存储器中读取或写入数据。
中央处理器执行指令时，会根据指令的类型进行相应的运算和控制操作，例如算术运算、逻辑运算、循环控制等。
同时，中央处理器还可以通过输入输出端口与外部设备进行数据交互，实现各种功能。
4. 51单片机的应用领域由于51单片机具有性能稳定、成本低廉、易于开发等优点，它在各种电子设备中得到广泛应用。
例如在家电控制领域，51单片机可以用于控制空调、洗衣机、电视等设备；在工业自动化领域，51单片机可以用于控制机器人、生产线等设备；在信息通信领域，51单片机可以用于控制手机、电子支付设备等。
5. 51单片机的发展趋势随着科技的不断进步，单片机技术也在不断演进和改进。
当前，51单片机已经发展到了第四代，性能和功能进一步提升，并且加入了更多的外设接口和通信接口，例如USB接口、以太网接口等。
8051单片机的结构和原理
8051 单片机的结构和原理2.1 51 系列单片机的结构51 单片机最初是由Intel 公司开发设计的，但后来Intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如SST、Philip、Atmel 等大公司。
如是市面上出现了各式各样的但均以51 为内核的单片机，倒是Intel 公司自己的单片机却显得逊色了。
这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51 一致的，在前一章我们已经提到51 单片机在今后很长一段时间内仍是主流，所以我们的教材将还是以51 核为例给大家进行详细的介绍。
2.1.1 51 系列单片机的结构框图我们假设读者是已经学完了计算机的组成原理，所以下面出现的有关计算机的专有名词就不做详细介绍了。
我们知道我们PC 机的CPU 是基于冯诺伊曼的体系结构，然而MCU（单片机）、Dsp（数字信号处理器）都是基于哈佛结构的体系结构。
哈佛结构与冯诺伊曼结构有很大的不同，在冯诺伊曼体系结构下只有一个地址空间，ROM 和RAM 可以随意安排在这一地址范围内的不同空间，即ROM 和RAM 地址统一分配。
CPU 访问存储器时，一个地址对应唯一的存储单元，可能是ROM，也可能是RAM。
而哈佛结构下ROM 和RAM 是分开编址，即程序和数据分开保存，访问时用不同的指令加以区分，并可同时访问，在这样的体系结构下有利于提高指令的执行速度。
在后面的章节我们将详细介绍单片机的存储器配置。
图2－1 所示为MCS－51 系列单片机的基本结构框图。
从结构框图我们可以看出在这一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个组成部分。
这些部分包括：（1）一个8 位的微处理器（CPU）。
（2）片内数据存储器RAM（128B／256B），用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。
（3）片内程序存储器ROM／EPROM（4KB／8KB），用以存放程序、一些原始数据和表格。
C51单片机的基本结构及工作原理
• 堆栈是开辟在存储器中的具有“先 进后出”特点的一段缓冲区。 80C51 的 堆栈开辟在内部 RAM 的 08H~7FH 的区 域，考虑工作寄存器区和位寻址区，一 般设在 30H~7FH 范围内。复位后 SP 的 初始值为 07H 。 内部 RAM 低 128B 中，除了作为工 作寄存器、位寻址和堆栈区以外的单元 都可以作为数据缓冲器使用。
I/O口小结（应用功能）
• P0：系统扩展；一般I/O口（输出时，需 接上拉电阻。）
• P1：专供用户使用的I/O口 • P2：系统扩展；通用I/O口 • P3：功能口，每位独立定义；通用I/O口。
整理课件
I/O口小结（负载能力）
• P0驱动8个LSTTL负载 • P1~P3驱动3~4个LSTTL负载
整理课件
I/O口小结（读入方式）
• 每个I/O口均有两种读入方式（用命令区分） – 读锁存器 – 读引脚
• ANL A，#0FH • MOV A，P1 • 注意：读引脚时，需先向锁存器写“1”。
系统复位时，所有口锁存器均置“1”。
整理课件
说明
• 双向口：可使引脚悬浮作高阻输入 • 准双向口：其引脚具有内部拉高电阻，
整理课件
（ 2 ）位寻址区
• 80C51 位寻址区包括两个部分。 ① 内部 RAM 的 20H ～ 2FH ，共有 16 个 RAM 单元，计 128 位，每一位都赋予一个位 地址，位地址范围 00H ～ 7FH 。 ② 特殊功能寄存器中地址能被 8 整除的单元， 位地址范围 80H ～ FFH ，共 128 位（实际使 用 93 位） 。 80C51 单片机具有布尔处理功能，布尔处理机 的存储空间就是指位寻址区。
待机方式（PCON的IDL=‘1’等中断） 掉电方式（PCON的PD=‘1’保护内RAM）
51单片机原理及基本结构
TWHLH
TRLAZTRLDV
A0~A7 From R1 OR DPL TAVWL TAVDW
P2.0~P2.7 OR A8~A15 FROM DPH
A8~A15 FROM PCH
CPU时序－外部数据存储器写
EXTERNAL DATA MEMORY WRITE CYCLE
ALE PSEN WR P0 P2
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST (RXD) P3.0 (TXD) P3.1 (INT0) P3.2 (INT1) P3.3 (T0) P3.4 (T1) P3.5 (WR) P3.6 (RD) P3.7 XTAL2 XTAL1 GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
输入缓冲器
P2端口结构：
读锁存器 地址 控制
Vcc
内部上拉电阻
R
内部总线
●
D
P2.x
锁存器
MUX
Q
● ● ●
P2.x 引脚
CL
Q
1
写锁存器
读引脚
I/O端口－P3口（双功能口）
P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
－RXD －TXD －/INT0 －/INT1 －T0 －T1 －/WR －/RD
8031引脚图
时钟、复位电路
XTAL2
NC
External Oscillator Signal
XTAL2
XTAL1 VSS
时钟电路：
XTAL1
VSS
复位电路：
+5V RST
I/O端口－P0口
51单片机结构原理
51单片机结构原理51单片机是一种典型的微控制器，具有由英特尔公司(Intel)设计和生产的基于哈佛结构的原理。
51单片机的基本结构包括中央处理器部分(CPU)、存储器部分、输入/输出(I/O)部分以及定时/计数器(Timer/Counter)等功能模块。
在中央处理器部分，51单片机采用了8位位宽的数据总线和16位位宽的地址总线。
它具有一组通用寄存器，可以用于存储中间数据和运算结果。
另外，还有一个累加器，用于存储加法操作的结果。
CPU还包括一套指令系统，用于控制程序的执行。
存储器部分包括程序存储器ROM(Read-Only Memory)和数据存储器RAM(Random Access Memory)。
ROM用于存储程序代码，RAM用于存储数据和程序的临时变量。
51单片机使用Harvard结构，将程序存储器和数据存储器分开，可以同时访问两个存储器，提高了执行效率。
输入/输出(I/O)部分包括多个通用I/O端口，可以用于连接外部设备。
这些I/O端口可以通过外部扩展器进行扩展，以满足不同应用的需求。
此外，51单片机还提供了串行通信接口、定时器/计数器等特殊功能引脚。
定时/计数器模块是51单片机的重要功能之一。
它可以生成精确的定时信号，并可以用来计数外部事件的频率。
定时/计数器模块可以通过寄存器配置，实现不同的定时和计数功能。
总之，51单片机结构的核心是中央处理器部分、存储器部分、输入/输出部分和定时/计数器模块。
通过这些功能模块的协同工作，51单片机可以实现各种应用需求，如控制、计算、通信等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、累加器是一个特殊的寄存器，它
XX12的加微字器处长具理振荡和有器微输采ALP处入用I理／累D I器输加R的出器字和结串长移构口相位可同功以，能简中累，化断 某些逻辑运算。
定时
3加、器由，于故PS所E累N有加R运ST器A算L在E的微E数A8处据9理C都器5要1中通单占过片有累机的内部结构
很重要的位置。
P0 P1 P2 P3
返回
DPTR RAM PC ROM
P0
SP
A TMP B
P1
P2
PSW ALU
P3
XX122放1、、参在8与位振荡进运寄行算存乘ALP的器除I一D法个IR运操算作时串数，口存
中断
定时
3、除此之外，作为一般REG
使用
PSEN RST ALE EA
89C51单片机的内部结构
P0 P1 P2 P3
DB
AB CB I/O口
微机的结构框图
单片机 计算机 返回
2.2.1 MCS - 51系列单片机的分类
常用的MCS51系列单片机有2种类型的产品：8051/8751/89C51和8031。 它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上的不同：8051内 设有4KB的掩膜ROM；8751内设有4KB的EPROM；89C51内设有4KB的 E2PROM ；8031内没有ROM。
P0
P0
P1 P1
节拍的信号、时序脉冲等执行此条 命令所需的全部控制P信SW号 。
P2
P2
P3
P3
X1 X2
振P 荡 L IDIR
A
串口 中断
定时
PSEN RST ALE EA
89C51单片机的内部结构
返回
DPTR RAM PC ROM
P0
SP
A TMP B
P1
P2
1、8位寄存器
PSW ALU
P3
返回
DPTR RAM PC ROM
P0
SP
A TMP B
P1
P2
PSW
P3
1、SP称为堆栈指针，8位寄存器
2、 SP用来存放堆栈栈顶的地址。
X1 X2
振P 荡 L IDIR
A
串口
中断
定时
PSEN RST ALE EA
89C51单片机的内部结构
P0 P1 P2 P3
返回
DPTR RAM PC ROM
信息消失。 CPU
T0 T1
RAM ROM 定时计数器
振荡电路 并行口 串行口 中断系统
X1 X2
P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1
MCS - 51系列单片机的基本结构图
返回
CPU
RAM
ROM
1T、0 ROT1M被称为只 读T存0 储器T1。
2、用于存放程序。 3定、时具计有数非器易失性： 掉电后其内的信息 依然存在。
返回
DPTR RAM PC ROM
SP
A TMP B
PSW ALU
P0
P0
P1 P1
P2
P2
P3
P3
XX211、、DP7S振荡W称D为ALP6程ID序IR状D5态字串寄口D存4 器中，D断是3 一个D8定2位时寄存D器1 。 D0
Cy Ac F1 RS1 RS0 Ov -
P
PSEN RST ALE EA
51单片机的结构与 原理
2.1 MCS-51系列单片机概述
2.1.1 MCS - 51系列单片机的基本结构 2.1.2 MCS - 51系列单片机的分类
习题
2.1.1 MCS - 51系列单片机的基本结构
单片机是一个大规模集成电路芯片，其上集成有CPU、 存储器、I/O口(串行口、并行口)、其它辅助电路(如中断 系统，定时/计数器，振荡电路及时钟电路等)。
MCS - 51 系列单片机配置一览表
DPTR RAM PC ROM
SP
A TMP B
PSW ALU
P0
P0
P1 P1
P2
P2
P3
P3
X1 X2
振P 荡 L IDIR
A
串口
中断
定时
PSEN RST ALE EA
89C51单片机的内部结构
习题
DPTR RAM PC ROM
SP
A TMP B
PSW ALU
中断
定时
4、PC的PS值EN可R以ST修A改LE，E一A 般程序是
按的顺 值序 ,则执程行序指将令不的再.按若顺改变序89了执C的行5。P1C单片机的内部结构
P0 P1 P2 P3
返回
IR：用来存放当前正在执行的指令
代码 。 ID：用来对指D令P代TR码进R行A分M析、译PC ROM
码，根据指令译码的结果，输出相 应PL的A：控产制生信出号各。种S操P作电位A、不同TMP B
振荡电路 并行口 串行口 中断系统
X1 X2
P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1
MCS - 51系列单片机的基本结构图
返回Biblioteka 运算器最终结果原始数据
输入设备 与程序
数
中间结果/
据
最后结果
存储器 最后
结果
输出设备
程 序
控制器
计算机系统的硬件组成框图
单片机 微机 返回
CPU
•
存储器
P0
P0
P1 P1
P2
P2
P3
P3
XX算 辑 端12接术运至逻 算累辑 。振荡加运AL器算U，部有ALP接件2个I收主D输由要I入R累用端加来和器完串2送成个口来数输的据出一的端个算中，操术其断作和中数逻一； 定时
另一端接收TMP中的第二个操作数。参加运算的
操 后作，数 一在 方面APL将SUE结N中R果进ST送行A至规LE累定E加的A8器操9，作C同运5时算1单将，操运片作算结结机果束的内部结构
其基本结构框图如下：
T0 T1
RAM ROM 定时计数器 CPU 振荡电路 并行口 串行口 中断系统
X1 X2
P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1
MCS - 51系列单片机的基本结构图
计算机 微机
1、RAM被称为随机 读写存储器。
2、用于存放数据 。 3、具有易失性：芯 片掉电后，其内的
的特征状态送标志寄存器。
返回
DPTR RAM PC ROM
P0
SP
A TMP B
P1
1、16位寄存器
2址、.程存序放中下的一指条令将是要按执照行P顺的S序W指存令放地ALU
P2 P3
在存储器中的某个连续区域.每条
指令都有自己的地址,CPU根据PC
X1 X2
中要3一、的 执 条具指 行 将振荡有令 的 要自地 指 执动址令行ALP加从的. I1D存指功I储令能R器地,从中 址而取.串指出向口将下
P0
SP
A TMP B
P1
1、数据指针DPTR是一个 16 位的专用寄存
P2
器, 其高位字节寄存器用DPPSHW表示,低位字节
P3
寄存器用DPL表示。
2、既可作为一个 16 位寄存器DPTR来处理,
XX也D312、P可LD来作P处为T振荡R理两主。个要独ALP用立I来D的存I8R放位1寄6位存串地器口址DP，H当和中对断