2.1 89C51单片机的内部结构解析

51系列单片机的存储器分为数据存储器和程序存储 器，其地址空间，存取指令和控制信号各有一套。
1. 物理结构
片内程序存储器
程序存储器ROM
89C51存储器
片外程序存储器 片内数据存储器 片外数据存储器
数据存储器ROM
2. 逻辑结构
FFH 特 殊 功 能 寄 存 器 80H 7FH 通用 RAM区 位寻址区 30H 2FH 20H 1FH 0FFFH 工作寄 存器区 0000H 0000H 1000H F0H E0H D0H B8H B0H A8H A0H 98H 90H 88H 80H 特 殊 FFFFH 功 能 寄 存 器 中 位 寻 址 FFFFH 外部 RAM 外部
ROM
(I/O口 地址)
内部 ROM (EA=1)
0FFFH
外部 ROM (EA=0)
00H
0000H
内部数据存储器
外部数据存储器
程序存储器
(1) 片内、外程序存储器统一编址，使用MOVC指令。 (2) 片外数据存储器统一编址，使用MOVX指令。 (3) 片内数据存储器统一编址，使用MOV指令。
系列 Intel 51 子系列 Intel 52 子系列 ATEML 89C系列 (常用型) 片内存储器（字节） MCS-51 系列单片机配置一览表 定时器 并行 片内ROM 有ROM 无 8031 80C31 8032 80C32 有EPROM 片内 计数器 RAM I/O 串行 I/O 中 断 源
PSW
中断系统 串行口 定时/计数器
PC加1
PC
DPTR
P1锁存器
P3锁存器 P3驱动器
P1驱动器
P1.0～P0.7
P3.0～P3.7
三、CPU结构
CPU主要由运算器和控制器组成。
1. 运算器 (1) 组成： ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、B 寄存器、程序状态字PSW、两个暂存寄存器。 (2) 功能：
2
15
1
5
2/3
32
1
5/6
3. 程序存储器 (1) 功能： 用于存放编好的程序和表格常数。 (2) 编址：
0FFFFH
外部 ROM
1000H 0FFFH 内部 ROM 0000H (EA=1) 外部 ROM (EA=0) 0000H 0FFFH
片内ROM和片外ROM取指的速度相同
0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H 002BH
2. 控制器 (1) 组成： 主要由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译 码器ID、堆栈指针SP、数据指针DPTR、时钟 发生器及定时控制逻辑等组成。 (2) 功能： 控制器是单片机的指挥控制部件，保证单片机 各部分能自动而协调地工作。 执行一条指令的全过程：
取指令 分析 执行
四、存储器（哈佛结构）
位序
位标志
PSW.7
PSW.6
PSW.5
PSW.4
PSW.3
PSW.2
PSW.1
PSW.0
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
-
P
用户标志位F0：用户可以根据自己的需要对F0位赋 予一定的含义，由用户置位或复位，以作为软件标 志。 寄存器组选择位RS1、RS0：选择指令当前工作的 工作寄存器组。
RS1
0 0 1 1
8051 8751 128 80C51 87C51 字节 (4K字节) (4K字节) 8052 8752 256 80C52 87C52 字节 (8K字节) (8K字节) 128 128/ 256
2x16
4x8位
1
5
3x16
4x8位
1
6
1051(1K)/2051(2K)/4051(4K) （20条引脚DIP封装） 89C51(4K)/89C52(8K) （40条引脚DIP封装）
RS0
0 1 0 1
工作寄存器区
0区 00H～07H 1区 08H～0FH 2区 10H～17H 3区 18H～1FH
位序
位标志
PSW.7
PSW.6
PSW.5
PSW.4
Pቤተ መጻሕፍቲ ባይዱW.3
PSW.2
PSW.1
PSW.0
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
-
P
溢出标志位OV：带符号加减运算中，超过累加器A 所能表示的符号数有效范围（-128～+127）则OV ＝1。乘法指令，乘积超过255时，OV=1。除法指 令，OV=1，表示除数为0。 奇偶标志位P：该位始终跟踪指示累加器A中1的个 数。如结果A中有奇数个1，则置P=1；否则P=0。 常用于校验串行通信中的数据传送是否出错。 问题：PSW中哪些位有硬件自动设置？哪些位使用 软件方法设定？
1. 3 程序状态字PSW 一个8位寄存器，用于寄存程序运行的状态信息， 供程序查询和判别用。
位序 位标志
PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
-
P
进位标志位 CY：有进位或借位时CY＝1,否则CY ＝0；在进行位操作时，CY作为位操作累加器进行 位处理，在指令中用C代替CY。 辅助进位标志位AC：当执行加法(或减法)操作时， 如果运算结果(和或差)的低半字节(位3)向高半字 节有半进位(或借位)，则AC位将被硬件自动置1； 否则AC被自动清0。
2. 1 89C51单片机的内部结构
2.1.1 51单片机的基本组成
外部时钟 外部事件计数
一、51单片机结构框图
振荡器和时序 OSC 程序存储器 4KBROM 数据存储器 256B RAM/SFR 2×16位 定时器/计数器
89C51 CPU
64KB 总线 扩展控制器
内中断 控制
可编程I/O
可编程全双工 串行口
算术运算；逻辑运算；
移位功能；位操作。
1. 1 累加器ACC
累加器ACC是8位寄存器，一个最常用的专用寄存 器。在指令系统中用A作为累加器ACC的助记符。 功能： 用于存放操作数； 用于存放中间结果； 在变址寻址方式中作为变址寄存器使用。 1. 2 寄存器B 在乘除运算时，用来存放一个操作数也用来存 放运算后的一部分结果； 如不做乘除运算时，可作为通用寄存器。
串行通信
外中断
并行口
P0.0～P0.7 Vcc
P2.0～P2.7
P0驱动器 二、89C51内部结构图 RAM 地址 寄存器
RAM A
P2驱动器
Vss
P0锁存器 P2锁存器 EPROM或ROM
B寄存器
暂存器2
暂存器1 ALU
SP
16位地址寄存器 缓冲器
PSEN ALE EA RST
指 定时 令 及 寄 控制 存 器 振荡器