8051单片机功能与结构介绍
8051单片机结构原理
8051单片机结构原理8051单片机是一种经典的8位微控制器，由Intel公司于上世纪80年代推出，至今仍然广泛应用于各种嵌入式系统中。
8051单片机具有简单的架构和强大的功能，它被广泛应用于家电、汽车、工业控制、通信、计算机外设等各种领域。
首先是CPU，它是整个单片机的核心部分，负责执行指令、处理数据等任务。
8051的CPU采用哈佛结构，指令存储器和数据存储器分开，分别通过不同的总线输入指令和数据，这样可以提高执行效率。
CPU包括一个8位累加器、一个16位程序计数器PC和一些专用寄存器，如SP（堆栈指针）、PSW（程序状态字）等。
RAM是用于存储程序执行过程中的变量和中间结果的地方。
8051单片机通常配备256字节到8KB大小的RAM，其中一部分用作数据存储，另一部分用来存放堆栈和暂存器等。
ROM是存储固定程序的地方。
8051单片机通常拥有4KB到64KB大小的ROM，其中包括了程序的实际代码和常量等。
ROM可以通过更换EPROM、EEPROM或闪存等器件以更新程序。
IO口是单片机与外部设备进行数据交互的接口。
8051单片机通常有多个IO口，它可以配置为输入和输出模式，用于与按钮、LED、液晶显示屏、键盘、存储器等外设进行数据交换。
定时器是用于计时和测量时间的模块。
8051单片机通常内置一个或多个定时器，用于延时、PWM输出、定时中断等应用。
定时器可以生成固定频率的时钟信号，或者根据预设的定时值生成定时中断。
除了以上主要部分，8051单片机还包含一些辅助模块，如串口通信模块、中断控制器、ADC（模数转换器）等。
这些模块可以扩展单片机的功能，实现更丰富的应用。
8051单片机的工作原理是通过执行一条条指令来完成不同的任务。
指令由程序存储器中读取，并由CPU根据指令集执行相应的操作。
指令集包括各种算术运算、逻辑运算、数据传输、跳转、循环等指令，通过组合这些指令可以实现各种不同的功能。
程序的执行按照顺序进行，程序计数器PC每次执行完一条指令后自动加一，指向下一条指令。
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单片机的引脚及结构.
中断源：指能产生中断请求信号的源泉。
8051可处理5个中断源（2个外部，3个内部）发出的中断 请求，并可对其进行优先权处理。外部中断的请求信号可以从 P3.2, P3.3（即 INT0 和 INT1 ）引脚上输入，有电平或边沿两种触 发方式；内部中断源有3个，2个定时器/计数器中断源和1个串行 口中断源。
一 般将 只读存 储器 （ ROM）用 做程序 存储 器 。可 寻址 空间 为 64KB，用于存放用户程序、数据和表格等信息。
MCS-51单片机按程序 存储器可分为内部无ROM 型（如8031）和内部有 ROM型（如8051）两种，EA 连接时 引脚有区别。程序存 储器结构如右图所示：
（2）数据存储器
XTAL2 XTAL1
VSS
1
40
2
39
3
38
4 5
8031
37 36
6
35
7 8051 34
8
33
9 10
8751
32 31
11
30
12 89C51 29
13
28
14
27
15
26
16
25
17
24
18
24
19
22
20
21
VCC P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0
8051的中断系统主要由中断允许控制器IE和中断优先级控 制器IP等电路组成。
二、MCS-51单片机外部引脚
P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
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。
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。
片机基础知识：8051特点、结构与扩展
－8051特点、结构与扩展
1
1.1 8051单片机的特点 1.2 8051的内部结构 1.3 8051的系统扩展
1.1 8051单片机的特点
一、单机的概念
将组成微型计算机的各功能部件： 中央处理器、存储器、I/O接口电路及定时/计数器 等制作在一块集成电路芯片中从而构成完整的微型 计算机－故称作单晶片微型计算机， 简称单片机（Single chip microcomputer)。 或称微控制器(MCU:Microcontroller)
并行端口
串行端口
中断系统
P0 P1 P2 P3 TXD RXD
INT0 INT1
1、中央处理器CPU
CPU（Central Processing Unit）是计算机的核心部件, 它由运算器和控制器组成, 完成计算机的运算和控制功能。
运 算 器 又 称 算 术 逻 辑 部 件 （ ALU, Aithmctieal Logic Unit）, 主要完成对数据的算术运算和逻辑运算。
INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它 公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当 然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求。
80C51系列单片机兼容的主要产品
* ATMEL公司带Flash存储器技术的AT89系列 * Philips公司的80C51、80C552系列 * 华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列 * ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列 * LG公司的GMS90/97低压高速系列 * Maxim公司的DS89C420高速(50MIPS)系列 * Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机
（3）主流与多品种共存
8051单片机结构
8051单片机结构
8051单片机的核心是CPU，包括ALU（算术逻辑单元）、寄存器组、
时钟模块和指令执行控制。
ALU负责执行算术和逻辑运算，寄存器组用于
存储数据和指令，时钟模块提供时序信号，指令执行控制模块负责将指令
从存储器中取出并执行。
8051单片机的外设包括输入输出接口、定时器、串行通信接口等。
输入输出接口可以连接外部设备，实现与外界的数据交互。
定时器可以用
于生成精确的定时信号，用于控制程序的执行顺序或计时。
串行通信接口
用于与其他设备进行数据传输，例如与计算机进行通信。
8051单片机的存储器包括程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。
ROM用于存储程序指令，可以是只读的，也可以是可编程的。
RAM用于存
储数据和临时变量，可以读写。
8051单片机还具有特殊功能寄存器（SFR），用于控制和配置外设功能。
总结起来，8051单片机具有简单的体系结构、丰富的外设、灵活的
存储器和底层的编程语言。
虽然现在有更先进的微控制器可供选择，但8051单片机在嵌入式系统领域依然有着重要的地位，深受广大工程师的
喜爱和应用。
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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。
P1.0~P1.7 8位元I/O埠,
P2.0~P2.7 8位元I/O埠,外接存储器可做位址线
RXD/TXD 串列通讯输出/入(P3.0, P3.1)
INT0/1 外部中断输入(P3.2, P3.3)
T0/T1
计时计数器的输入(P3.4, P3.5)
RD/WR 外部资料的读取/写入(P3.7, P3.8)
硬件电路
面包板/万用板 计算机辅助布线程序(如Protel,PCAD)
程序开发工具
编辑/组译/连结工具程序(如Keil, IAR) 模拟软件(SimLab-8051)
在线模拟器(ICE) 单晶片烧录器
使用面包板测试
电路板制作
Protel计算机辅助电路设计
Protel电辅助设计单晶片电路
U? 31
EA/VP 19 X1
18 X2
9 RESET
12 13 14 15
INT0 INT1 T0
T1
1 2 3
P1.0 P1.1
4 P1.2
5 6 7 8
P1.3 P1.4 P1.5 P1.6
P1.7
8051
39
P0.0 38
P0.1 P0.2 P0.3 P0.4
37 36 35 34
P0.5 P0.6 P0.7
第一章 8051功能与结构
大纲
8051基本功能特性 8051内部结构 8051硬件接脚与电气特性 8051基本电路 8051的指令与程序 系统发展流程与工具
8051的基本功能特性
8 位元CPU。 32条双向可独立定址的I/O埠。 4K程序存储器(ROM)，外部可扩充至64K； 128byte资料存储器(RAM)，外部可扩充至64K 2个16位元计时/计数器, 5个中断源， 全双工的串列通讯埠(UART) 具有布林运算能力。
SimLab 8051模拟软件
程序烧录与下载
确定烧录器与计算机连线成功。 选择芯片厂商与型号。 载入单晶片程序，一般有HEX档、或TSK档。 清除芯片(Erase)，确认芯片空白(Blank
Check)。 烧录程序(Program)，并在确认(Varify)。
程序烧录器
单晶片烧录程序
资料存储器结构
特殊功能暂存器
8051接脚图
接脚
功能
Vcc /Vss 电源(5V)/ 接地
XTAL1/2 时脉反相放大器输出/入端, 接石英振荡 器
RESET 高电位动作, 系统重置, PC回到0000H
EA/Vpp Psen 若系统读取外部程序,接低电位 /
ALE/Prog 位址闩锁致能信号
P0.0~P0.7 8位元I/O埠,外接存储器做资料位址线
暂存器结构图
存储器结构
中断矢量位址
中断
RESET INT0 INT1 TIMER0 TIMER1 TIMER2 UART
位址
0000H 0003H 0013H 000BH 001BH 002BH 0023H
功能
系统重置启始位址 外部中断INT0矢量 外部中断INT1矢量 计时计数中断TIMER0矢量 计时计数中断TIMER1矢量 计时计数中断TIMER2矢量 串列埠中断矢量
位址
0000H 0003H 0013H 000BH 001BH 002BH 0023H
功能
系统重置启始位址 外部中断INT0矢量 外部中断INT1矢量 计时计数中断TIMER0矢量 计时计数
MCS-51基本电路
系统发展流程
系统发展工具