51单片机结构-汪媛
51单片机的结构
51单片机的结构51单片机是指一种集成了中央处理器、存储器和各种输入输出接口的单片集成电路。
它由Intel公司于1980年推出，采用了Harvard架构，是一种典型的8位单片机，无论在学校教学还是工业控制领域都得到了广泛的应用。
一、内部结构51单片机的内部结构主要由中央处理器、存储器和输入输出接口组成。
1. 中央处理器51单片机的中央处理器包含一个8位的累加寄存器A、一个8位的B寄存器、一个16位的程序计数器PC以及各种控制寄存器。
其中累加寄存器A是数据处理的核心，用于存储运算的结果。
B寄存器可用作直接寻址时的源操作数或目的操作数。
2. 存储器51单片机的存储器主要分为程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储程序的指令，通常采用只读存储器（ROM）的形式。
数据存储器用于存储程序中的数据，包括RAM和各种寄存器。
3. 输入输出接口51单片机的输入输出接口包括通用输入输出口（GPIO）、串行通信口（UART）、定时器/计数器等。
GPIO用于与外部器件进行数据交互，可用于输入和输出。
UART用于与其他设备进行串行通信，常用于与计算机进行通信。
定时器/计数器可用于计时和定时中断控制。
二、工作原理51单片机的工作原理可以简单概括为：接收指令、执行指令、更新PC。
1. 接收指令51单片机从程序存储器中读取指令，并将指令暂存在指令寄存器中。
指令寄存器会将指令的地址信息传递给地址寄存器，以便读取下一条指令。
2. 执行指令51单片机根据指令的类型和操作码，执行相应的操作。
这可能涉及到对寄存器或存储器的读取、写入、算术运算、逻辑运算等。
执行的结果通常会存储在累加寄存器A中。
3. 更新PC在执行完一条指令后，51单片机会自动更新程序计数器PC的值，使其指向下一条要执行的指令地址。
这样就能够实现程序的顺序执行。
三、应用领域51单片机广泛应用于各个领域，包括嵌入式系统、家电控制、汽车电子、工业自动化等。
1. 嵌入式系统51单片机作为一种低成本、低功耗、易于开发和集成的微处理器，被广泛应用于嵌入式系统中。
第1章51单片机结构-汪媛
4KB/8KB 程序存储器
128/256B 数据存储器
2/3个16位 定时/计数器
CPU 64KB 总线扩展控制
外部中断 控制
内部中断
可编程 并行I/O口
可编程 串行I/O口
P0 P1 P2 P3 串行输出 串行输入
图1-1 51系列单片机内部结构如图( 图中“/” 两边分别为基本型和增强型 )
第1章 MCS-51单片机结构 1.1.2 CPU
第1章 MCS-51单片机结构
1.2.1 程序储存器
程序存储器用来存放编制好的始终保留
的固定程序和表格常数。程序储存器以程序计
数器 PC 作为地址指针，通过16位地址总线，
可寻址的地址空间为64KB。
第1章 MCS-51单片机结构
在8051/8751/89C51 片内，分别内置最低地 址空间的4KB ROM/EPROM程序储存器（内部程序
地址
0000H 0003H 000BH
用途
复位操作后的程序入口 外部中断0服务程序入口 定时器0中断服务程序入口
0013H
001BH 0023H
外部中断1服务程序入口
定时器1中断服务程序入口 串行口中断服务程序入口
由于两入口地址之间的存储空间有限，因此在编程时，通 常在这些入口地址开始的两三个地址单元中，放入一条转移类
第1章 MCS-51单片机结构
内部数据存储器的地址分配
51系列单片机内部数据存储器地址范围为00～7FH。
第1章 MCS-51单片机结构 （1）地址 0～1FH的前32个单元称为寄存器区
•用途：① 作通用寄存器R0～R7。
② R0与R1可作间址寄存器使用。
使用时应注意：
● 32个单元的寄存器区分为四组，使用时只能选其中一
51单片机的基本结构
51单片机的基本结构51单片机是一种高性能、低功耗的微控制器，是嵌入式系统中常用的一种芯片。
它具有集成度高、易编程、可编程性强等特点，在各种电子设备中广泛应用，包括家电、工业控制、汽车电子、智能仪器等领域。
51单片机的基本结构主要包括CPU、存储器、输入输出端口、定时计数器和串口通信等部分。
1.CPU51单片机的CPU是其核心部分，负责执行指令、进行运算处理。
它通常采用哈佛结构，即指令和数据分开存储。
51单片机的CPU主要由ALU （算术逻辑单元）、寄存器组、指令寄存器、程序计数器等部分组成，能够完成基本的运算和控制功能。
2.存储器51单片机的存储器包括ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）。
ROM用于存储程序代码和常量数据，是只读的；RAM用于存储变量数据和临时结果，是可读写的。
在51单片机中，通常ROM用于存储程序代码和初始化数据，RAM用于存储运行时数据和临时结果。
3.输入输出端口51单片机的输入输出端口用于与外部设备进行数据交换。
它可以通过不同的接口与外部设备连接，比如并行口、串行口、通用输入输出口等。
通过输入输出端口，51单片机可以与外部设备进行数据传输和通信，实现各种功能。
4.定时计数器51单片机的定时计数器可以用于计时和计数，通常用于控制时序和频率。
在51单片机中，定时计数器可以生成各种定时中断，实现定时控制功能。
定时计数器可以根据需要设定不同的时钟源和计数模式，实现灵活的定时控制。
5.串口通信51单片机的串口通信功能可以用于与外部设备进行串行通信，比如与PC机、外围设备等进行数据传输。
串口通信包括串行口和UART（通用异步收发器），可以通过串行口进行双向数据传输。
串口通信在51单片机中广泛应用于各种通信设备和控制系统中。
总的来说，51单片机的基本结构包括CPU、存储器、输入输出端口、定时计数器和串口通信等部分，通过这些部分的组合和协作，可以实现各种功能和应用。
在实际应用中，设计人员可以根据需要对这些部分进行配置和扩展，实现更丰富的功能和性能要求。
简述51系列单片机的内部组成结构
简述51系列单片机的内部组成结构51系列单片机是一种广泛应用的单片机,是微控制器中的经典代表之一。
该系列单片机由中央处理器(CPU)、存储器、输入输出(I/O)接口、时钟和电源等部分组成。
以下是51系列单片机的内部组成结构的简要概述:1. CPU51系列单片机的CPU由一个4位二进制数组成的处理器核心组成,具有高速、低功耗、低延迟的特点。
CPU负责控制整个系统的运行,包括指令的执行、数据的读取和写入、程序的控制等。
2. 存储器51系列单片机的存储器分为外存储器和内存储器两种。
外存储器包括一个或多个随机存取存储器(RAM)和一个或多个只读存储器(ROM),RAM用于存储程序和数据,ROM用于存储固定的程序和数据。
内存储器是51系列单片机的核心存储器,包括一个数据存储器和一个指令存储器,数据存储器用于存储程序和数据,指令存储器用于存储程序的指令集。
3. 输入输出(I/O)接口51系列单片机的输入输出接口包括多个引脚,用于与外部设备进行通信。
输入接口用于接收外部设备的数据,输出接口用于将外部设备的数据发送出去。
I/O 接口的主要功能是控制外部设备的运行,包括读取、写入、控制等。
4. 时钟51系列单片机的时钟由一个时钟芯片组成,用于驱动系统的运行。
时钟芯片可以控制CPU和存储器的读写速度,控制I/O接口的响应速度等。
5. 电源51系列单片机的电源由一个电源芯片组成,用于提供系统的直流供电。
电源芯片可以控制电流的大小和流向,保证系统的稳定运行。
除了以上基本组成部分外,51系列单片机还具有其他一些重要的组成部分,如控制电路、中断控制器、寄存器等。
这些组成部分共同构成了一个完整的系统,使51系列单片机能够实现各种复杂的功能。
51系列单片机的内部组成结构非常复杂,包括多个重要的组成部分,能够实现各种复杂的功能。
深入了解51系列单片机的内部组成结构,有助于我们更好地理解和使用该系列单片机。
51系列单片机的内部组成结构
51系列单片机的内部组成结构51系列单片机是一种常用的微控制器，具有复杂的内部组成结构。
本文将以51系列单片机的内部组成结构为标题，进行详细介绍。
1. CPU核心51系列单片机的核心是一个8位的CPU，它负责执行指令和控制整个系统的运行。
CPU包括指令译码器、运算单元和控制单元等部分。
指令译码器负责将指令翻译成对应的操作码，运算单元负责执行算术和逻辑运算，控制单元负责控制各个部件的工作。
2. 存储器51系列单片机有多种存储器，包括ROM、RAM和EEPROM等。
ROM用于存放程序代码和常量数据，RAM用于存放变量和临时数据，EEPROM用于存放非易失性数据。
存储器的大小和类型可以根据需求进行选择和配置。
3. 输入输出端口51系列单片机具有多个输入输出端口，用于与外部设备进行数据交互。
通过编程，可以将某些端口设置为输入端口，用于接收外部信号；将某些端口设置为输出端口，用于控制外部设备。
输入输出端口的数量和功能也可以根据需求进行扩展和配置。
4. 定时器/计数器51系列单片机内置了多个定时器/计数器，用于实现精确的定时和计数功能。
通过编程，可以设置定时器的工作方式、计数范围和中断触发条件等。
定时器/计数器广泛应用于计时、脉冲生成、PWM 输出等场景。
5. 串行通信接口51系列单片机支持多种串行通信接口，包括UART、SPI和I2C等。
这些接口可以用于与其他设备进行数据传输和通信。
通过编程，可以设置通信参数、发送和接收数据等。
6. 中断系统51系列单片机内置了中断系统，用于处理外部中断和定时器中断等。
通过编程，可以设置中断的优先级、触发条件和中断服务程序等。
中断系统可以提高系统的响应速度和实时性。
7. 系统时钟51系列单片机需要一个稳定的时钟信号来驱动其内部运行。
时钟信号可以通过外部晶体振荡器或者外部时钟源提供。
时钟信号的频率决定了单片机的运行速度。
8. 电源管理51系列单片机需要一个稳定的电源来工作。
2024版图文51单片机超详细教程PPT(绝对值)
51单片机具有多个中断源，可以通过编程实现中断优先级管理、中断嵌 套等功能。中断服务程序可以放在程序存储器中的任何位置，通过中断 向量表进行跳转。
11
03
指令系统与汇编语言编程
2024/1/28
12
指令格式及寻址方式
指令格式
由操作码和操作数组成， 操作码指明操作性质，操 作数表示操作对象。
市场需求
随着物联网、人工智能等技术的快速发展，对单片机的性能和功能提出了更高的要求。同时，市场对于低功耗、 高可靠性、安全性等方面的需求也在不断增加。因此，未来51单片机需要不断提升自身性能，满足市场需求。
2024/1/28
7
02
51单片机硬件结构
2024/1/28
8
中央处理器CPU
01
02
03
数据存储器
用于存放数据，包括内部RAM和外部 RAM。
2寄存器
01
I/O端口
用于与外部设备交换数据，包括并行I/O口和串行I/O口。
2024/1/28
02 03
特殊功能寄存器SFR
除了用于控制单片机的各种功能外，还可以作为I/O端口的地址空间使 用。例如，P0、P1、P2、P3口可以作为通用I/O口使用，同时也可以 作为特殊功能寄存器使用。
01
SPI总线概述
02
SPI总线接口电路
介绍SPI总线的基本原理、通信协议及 时序。
详细讲解SPI总线接口电路的设计和实 现，包括电平转换、芯片选择等。
03
SPI总线扩展应用实 例
通过具体案例，如FLASH存储器、 ADC模块等，介绍如何使用SPI总线进 行扩展。同时分析SPI总线在高速数据 传输中的应用优势。
51单片机教学ppt精选全文完整版
全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K。
片上还有8路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件 等。
80C51系列单片机产品繁多，主流地位已经形成，近 年来推出的与80C51兼容的主要产品有：
﹡ATMEL公司融入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。 *ARM公司
EXIT: RET
返
1）编程扫描方式(查询方式） 2）定时扫描方式 3）中断方式
返
1）取得键值的方法 ◆扫描法 ◆线反转法
2）键值与键号的对应
3）通过程序得到键号 分析：
返
中断结构图
返
中
断
处
理
中断请求
流
程
图
中断响应
中断服务
中断返回 返
1.中断源及矢量地址 2.与中断控制相关的寄存器 3.中断处理过程 4.中断请求源的撤销 5.中断服务程序设计（汇编）
IE1
P1.3
25H
26H
例15：设累加器的各位ACC.0-ACC.7分别记为X0-X7 编程 实现以下逻辑表达式功能。
Y=X0 X1 X2+X0 X1 X2+X0 X1 X2 X3+X4 X5 X6 X7
返
例16：用程序实现c=a2+b2，设a、b均小于10。a存 放在
第2章51系列单片机系统结构2.2存储器组织
字节 地址 80H
复位后 初值 FFH
I/O 端口 0(P0 口)
*I/O 端口 1(P1 口)
P1
P1.7 A7H
90H
FFH
*I/O 端口 2(P2 口)
P2
P2.7 B7H P3.7
A0H
FFH
*I/O 端口 3(P3 口) 串行数据缓冲 *串行控制 电源控制及 波特率选择 从地址寄存器 从地址掩蔽寄存器
(1) 工作寄存器区。该区域容量为32个字节，分为 四个区，每区8个字节，对应R0～R7寄存器名。 因此，R0的物理地址可能是00H，也可能是08H、 10H 或18H；同理，R1的物理地址可能是01H， 也可能是09H、11H或19H。 任何时候都只能选择四个工作寄存器区中的一个区 作为当前工作寄存器区，当前工作寄存器区由程序 状态字寄存器PSW的b4(RS1)、b3(RS0)位确定，具 体情况4、b3位 当前区 寄存器R7～R0地址 00 0区 07H～00H 01 1区 0FH～08H 10 2区 17H～10H 11 3区 1FH～18H 由于复位后PSW的b4、b3位为00，因此复位后将选择0 区作为当前工作寄存器区。 修改PSW的b4、b3位即可选择不同的工作寄存器区，这 有利于快速保护现场，提高程序执行效率和中断的响应速 度。
SFR 寄存器名 累加器 B 寄存器 助功能寄存器 助功能寄存器 1 时钟控制寄存器 堆栈指针 数据指针低 8 位 数据指针高 8 位 *程序状态字 符号 b7 Acc B AUXR AUXR1 CKCON SP DPL DPH PSW D7H Cy AFH EA BFH IP — IPH — E7H F7 — — —
哈佛体系结构的程序存储器与数据存储器都拥有自己独立 的总线和寻址空间（典型的如DSP，TI的C5000系列）
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引脚 EA 的接法决定了程序储存器的0000～0FFFH 4KB 地 址范围是在单片机片内还是片外。
第1章 MCS-51单片机结构
MFFOFFHV C
外部
MOV
ROM
1000H
0FFFH
0FFFH
外部ROM
内部ROM
(EA=0）
(EA=1)
0000H 8031 0000H 8051
FFH
（增强型）
访问程序存储器使用 MOVC 指令。
第1章 MCS-51单片机结构
? 程序存储器中的几个特殊地址的使用：
地址
用途
0000H
复位操作后的程序入口
0003H
外部中断0服务程序入口
000BH
定时器0中断服务程序入口
0013H
外部中断1服务程序入口
001BH
定时器1中断服务程序入口
第1章 MCS-51单片机结构
? 位操作： 内部有布尔处理器，它以进位标志位 C为位累加
器，用来处理位操作。可对位置 “1”、对位清零、 位判断等。
操作结果的状态信息送至状态寄存 PSW 。
第1章 MCS-51单片机结构
2.程序计数器 PC 程序计数器 PC是16位的寄存器，用来存放即将
要执行的指令 地址，可对64KB程序存储器直接寻址。 执行指令时， PC内容的低8位经P0口输出，高 8位经 P2口输出。
内部数据 存储器
外部程序 存储器
内部程序 存储器
(ROM)
8XX51
MCS-51存储器物理结构
外部数据 存储器 (RAM)
第1章 MCS-51单片机结构
从逻辑上看,MCS-51 有三个存储器空间： ◆片内数据存储器 ◆片外数据存储器 ◆片内、片外 统一编址的程序存储器
第1章 MCS-51单片机结构
80H
7FH 内部数据
00H RAM
MOVX
FFFFH
地址重叠
特殊功能 寄存器
外部 RAM
0000H
程序存储器
内部数据存储器 外部数据存储器
★ 掌握51系列单片机各存储空间的地址分配，使 用特点及数据操作方法。 存储空间 是编程和硬件 扩展的基础，相当重要，务必要熟记和掌握。
第1章 MCS-51单片机结构
图1-1 51系列单片机内部结构如图( 图中“/”两边分别为基本型和增强型 )
第1章 MCS-51单片机结构
1.1.2 CPU CPU是单片机的核心部件。它由运算器和控制器
等部件组成。
1. 运算器 ? 算术运算：
加、减、乘、除、加1、减1、比较BCD码十进制调整
? 逻辑运算：
与、或、异或、求反、循环等逻辑操作
1.2.1 程序储存器 程序存储器用来存放编制好的始终保留
的固定程序和表格常数。程序储存器以程序计 数器 PC 作为地址指针，通过16位地址总线， 可寻址的地址空间为64KB。
第1章 MCS-51单片机结构
在8051/8751/89C51 片内，分别内置最低地 址空间的4KB ROM/EPROM程序储存器（内部程序 储存器），而在8031片内，则无内部程序储存器， 必须外部扩展EPROM。MCS-51单片机中64KB内、 外程序储存器的地址是统一编排的。
第1章 MCS-51单片机结构
3.指令寄存器 指令寄存器中存放 指令代码 。CPU执行指令
时，由程序存储器中读取的指令代码送入指令存 储器，经指令译码器译码后由定时与控制电路发 出相应的控制信号，完成指令功能。
第1章 MCS-51单片机结构
1.2 存 储 器 MCS-51 的储存器结构与常见的微型计算机的配
第1章 MCS-51单片机结构
内容提要
?MCS-51单片机内部结构 ?存储器 ?特殊功能寄存器 ?时钟电路和复位电路 ?引脚
第1章 MCS-51单片机结构
2
第1章 MCS-51单片机结构 1. MCS-51 单片机内部结构 1.1.1 概述
MCS-51 系列单片机有多种型号的产品：
普通型（51子系列） 8031、 8051、8751、89C51、89S51等。
FFFFH
外部
1000H
ROM
0FFFH
0FFFH
外部ROM
内部ROM
(EA=0）
(EA=1)
0000H 8031 0000H 8051
程序存储器
FFFFH
地址重叠
FFH
特殊功能
（增强型）
80H
寄存器
外部 RAM
7FH 内部数 据
00H
RAM
内部数据存储器
0000H
外部数据存储器
图1-2 MCS-51单片机的存储器逻辑结构
本课以 8XX51 代表这一系列的单片机。
第1章 MCS-51单片机结构
基准频率源
计数脉冲
振荡器及 定时电路
4KB/8KB
128/256B 2/3个16位
程序存储器 数据存储器 定时/计数器
CPU
内部中断
64KB
可编程
总线扩展控制 并行I/O口
可编程 串行I/O口
外部中断
控制
P0 P1 P2 P3 串行输出 串行输入
置方法不同 ,它将程序存储器和数据存储器分开 ,各 有自己的寻址方式、控制信号和功能。
程序存储器： 存放程序和始终要保留的常数。 数据存储器： 存放程序运行中所需要的常数和变量。
第1章 MCS-51单片机结构 从物理空间 看,MCS-51 有四个存储器地址空间：
片内数据存储器、片外数据存储器 片内程序存储器、片外程序存储器
增强型（52子系列） 8032、8052、8752、89C52、89S52等。
MCS-51 系列单片机的 结构基本相同 ，其 主要差别反映在存储器的配置 上。
第1章 MCS-51单片机结构
?8031片内没有程序存储器除了老产品，已被淘汰； ?8051内部设有 4KB 的掩模ROM 程序存储器； ?8751是将8051片内的ROM 换成EPROM ； ?89C51 则换成4KB 的闪速EEPROM ； ?89S51结构同89C51 ，4KB的闪速EEPROM 可在线编程； ?增强型的存储容量为普通型的一倍。
第1章 MCS-51单片机结构
8031单片机无内部程序存储器，地址从 0000H～ FFFFH都是外部程序存储空间。 EA应始终接地 。由于 程序必须存放在存储器中，因此它必须外接程序存储 器才能使用，因此，已被淘汰。
第1章 MCS-51单片机结构
对于内部有 ROM 的单片机 （51 、52系列），引脚 EA接高电平 ，使程序从内部 ROM开始执行。当 PC值超 出内部 ROM 的容量时，会自动转向外部程序存储器空 间。外部程序存储器地址空间为 1000H ～FFFFH。