MCS-51单片机的内部结构
作为一般的寄存器用。
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MCS-51的CPU：运算器 2.寄存器 (3) 程序状态字PSW
➢程序状态字是8位寄存器，用于指示程序运行状态信息。 ➢其中有些位是根据程序执行结果由硬件自动设置的，而 有些位可由用户通过指令方法设定。
PSW中各标志位名称及定义如下：
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 C AC F0 RS1 RS0 OV — P
写操作，但可以通过转移、调用、返回等指令改变 其内容，以实现程序的转移。 ✓ PC的寻址范围为64KB，即地址空间为0000～0FFFFH。
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MCS-51的CPU：控制器
数据指针DPTR
✓ 数据指针DPTR为16位寄存器，它是MCS—51中 唯一的一个16位寄存器。
✓ DPTR通常在访问外部数据存储器时作为地址指 针使用，寻址范围为64KB。
✓ 编程时，既可按16位寄存器使用，也可作为两 个8位寄存器分开使用。DPH 为DPTR的高八位 寄存器，DPL 为DPTR的低八位寄存器。
1
组1
08~0FH
1
0
组2
10~17H
1
1
组3
18~1FH
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程序状态字PSW
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 CY AC F0 RS1 RS0 OV — P
OV：溢出标志位
在带符号数（补码数）的加减中，OV=1表示运算的结果 超出了累加器A的八位符号数表示范围（－128～ +127），产生溢出，因此运算结果是错误的。OV=0， 表示未超出表示范围，运算结果正确。
传送、位与、位或等位操作。另外某些控制转移
类指令也会影响 CY 位状态。
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程序状态字PSW
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 C AC F0 RS1 RS0 OV — P
➢ AC：辅助进（借）位标志位。在加减运算中，当 低四位向高四位进位或借位时此标志位由硬件自动置 1，否则就清0。 ➢ F0：用户标志位，由用户通过软件设定，用以控 制程 序转向。
➢D1位未定义。可用伪指令将它定义为F1，如同 F0一样，作为用户设定的软件标志位。
➢ P：奇偶标志位。表示累加器A中数的奇偶性； 在每个指令周期由硬件根据A的内容的奇偶性，对 P自动置位或复位。P=1，表示A中内容有奇数个1。
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MCS-51的CPU
CPU: 运算器、控制器 控制计算机各部分协调工作。
乘法时，OV=1，表示结果大于255，结果分别存在A，B寄 存器中。OV=0，表示结果未超出255，结果只存在A中。
除法时，OV=1，表示除数为0。OV=0，表示除数不为0。
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程序状态字PSW
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 CY AC F0 RS1 RS0 OV — P
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程序状态字PSW
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 C AC F0 RS1 RS0 OV — P
C：也表示为 CY 进（借）位标志位 1. 在加减运算中，若操作结果的最高位有进位或有
借位时，CY 由硬件自动置1，否则就清0。 2. 在位操作中，CY 作为位累加器使用，参于进行位
第二章 MCS-51单片机的内部结构
➢ MCS-51单片机结构及工作原理 ➢ MCS-51单片机引脚及外部总线结构 ➢ CPU时序及辅助电路 ➢ MCS-51单片机存储器结构
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MCS-51的总体结构
MCS-51系列单片机是高性能的8位单片机，该系列中有 8051、8031、8751等，这三种单片机除内置程序存储器有 区别外，内部结构和引脚相同。其中8051是最早最典型的 产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的 增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼 MCS51系列OM，须外接EPROM。
✓ 8051：ROM型单片机，内含4K字节ROM。
✓ 8751：EPROM型单片机，内含4K字节EPROM。
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MCS-51的总体结构
MCS-51基本构成
➢ CPU :8位 ➢ 存储器:
➢128字节RAM ➢21个专用寄存器 ➢4K字节ROM存储器 ➢ 并行口:4个8位并行口 ➢ 串行口:1个全双工的串行口 ➢ 定时器/计数器:2个16位的定时器/计数器 ➢ 中断系统:5个中断源,两个中断优先级 ➢ 寻址范围: 64K字节（程序存储区和外部数据存储区各64K）
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程序状态字PSW
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 C AC F0 RS1 RS0 OV — P
RS1，RS0：寄存器组选择位 用于设定当前通用寄存器组的组号。通用寄存器 组共有4组，其对应关系如下
RS1 RS0 寄存器组 R0~R7地址
0
0
组0
00~07H
0
暂存寄存器TMP1、TMP2
器 程序状态字寄存器PSW
BCD码调整电路等
程序计数器PC
控 堆栈指针SP 制 器 数据指针DPTR
指令寄存器、译码器、定时
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MCS-51的CPU：运算器
1.算术逻辑运算部件ALU：
完成各种算术运算和逻辑运算
2.寄存器：CPU内部没有单独的存储器，而是设置
了一些工作寄存器，暂存数据和状态等 (1)累加器ACC：可存放操作数和运算的中间结果； (2)寄存器B：主要用于乘、除运算。寄存器B也可
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3
MCS-51的内部结构
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MCS-51的CPU
CPU：单片机的核心部分，是单片机的指挥和执行 部件。包含两个基本部分：运算器和控制器。
➢ 运算器：进行算术和逻辑运算，存储运算结果并作 相应标记。
➢ 控制器：控制计算机各部分协调工作。
算术逻辑运算部件ALU
运 累加器ACC 算 B寄存器
程序计数器PC
控 制
堆栈指针SP
器 数据指针DPTR
指令寄存器、译码器、定时
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MCS-51的CPU：控制器
程序计数器PC（Program Counter）
✓ PC是一个16位计数器，其内容为单片机将要执行的 指令机器码所在存储单元的地址。
✓ PC具有自动加1的功能，从而实现程序的顺序执行。 ✓ 由于PC不可寻址的，因此用户无法对它直接进行读
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MCS-51的CPU：运算器 2.寄存器 (3) 程序状态字PSW
➢程序状态字是8位寄存器，用于指示程序运行状态信息。 ➢其中有些位是根据程序执行结果由硬件自动设置的，而 有些位可由用户通过指令方法设定。
PSW中各标志位名称及定义如下：
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 C AC F0 RS1 RS0 OV — P
写操作，但可以通过转移、调用、返回等指令改变 其内容，以实现程序的转移。 ✓ PC的寻址范围为64KB，即地址空间为0000～0FFFFH。
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MCS-51的CPU：控制器
数据指针DPTR
✓ 数据指针DPTR为16位寄存器，它是MCS—51中 唯一的一个16位寄存器。
✓ DPTR通常在访问外部数据存储器时作为地址指 针使用，寻址范围为64KB。
✓ 编程时，既可按16位寄存器使用，也可作为两 个8位寄存器分开使用。DPH 为DPTR的高八位 寄存器，DPL 为DPTR的低八位寄存器。
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08~0FH
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10~17H
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18~1FH
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程序状态字PSW
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 CY AC F0 RS1 RS0 OV — P
OV：溢出标志位
在带符号数（补码数）的加减中，OV=1表示运算的结果 超出了累加器A的八位符号数表示范围（－128～ +127），产生溢出，因此运算结果是错误的。OV=0， 表示未超出表示范围，运算结果正确。
传送、位与、位或等位操作。另外某些控制转移
类指令也会影响 CY 位状态。
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程序状态字PSW
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 C AC F0 RS1 RS0 OV — P
➢ AC：辅助进（借）位标志位。在加减运算中，当 低四位向高四位进位或借位时此标志位由硬件自动置 1，否则就清0。 ➢ F0：用户标志位，由用户通过软件设定，用以控 制程 序转向。
➢D1位未定义。可用伪指令将它定义为F1，如同 F0一样，作为用户设定的软件标志位。
➢ P：奇偶标志位。表示累加器A中数的奇偶性； 在每个指令周期由硬件根据A的内容的奇偶性，对 P自动置位或复位。P=1，表示A中内容有奇数个1。
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MCS-51的CPU
CPU: 运算器、控制器 控制计算机各部分协调工作。
乘法时，OV=1，表示结果大于255，结果分别存在A，B寄 存器中。OV=0，表示结果未超出255，结果只存在A中。
除法时，OV=1，表示除数为0。OV=0，表示除数不为0。
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程序状态字PSW
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 CY AC F0 RS1 RS0 OV — P
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程序状态字PSW
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 C AC F0 RS1 RS0 OV — P
C：也表示为 CY 进（借）位标志位 1. 在加减运算中，若操作结果的最高位有进位或有
借位时，CY 由硬件自动置1，否则就清0。 2. 在位操作中，CY 作为位累加器使用，参于进行位
第二章 MCS-51单片机的内部结构
➢ MCS-51单片机结构及工作原理 ➢ MCS-51单片机引脚及外部总线结构 ➢ CPU时序及辅助电路 ➢ MCS-51单片机存储器结构
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MCS-51的总体结构
MCS-51系列单片机是高性能的8位单片机，该系列中有 8051、8031、8751等，这三种单片机除内置程序存储器有 区别外，内部结构和引脚相同。其中8051是最早最典型的 产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的 增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼 MCS51系列OM，须外接EPROM。
✓ 8051：ROM型单片机，内含4K字节ROM。
✓ 8751：EPROM型单片机，内含4K字节EPROM。
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MCS-51的总体结构
MCS-51基本构成
➢ CPU :8位 ➢ 存储器:
➢128字节RAM ➢21个专用寄存器 ➢4K字节ROM存储器 ➢ 并行口:4个8位并行口 ➢ 串行口:1个全双工的串行口 ➢ 定时器/计数器:2个16位的定时器/计数器 ➢ 中断系统:5个中断源,两个中断优先级 ➢ 寻址范围: 64K字节（程序存储区和外部数据存储区各64K）
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程序状态字PSW
位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位标志 C AC F0 RS1 RS0 OV — P
RS1，RS0：寄存器组选择位 用于设定当前通用寄存器组的组号。通用寄存器 组共有4组，其对应关系如下
RS1 RS0 寄存器组 R0~R7地址
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00~07H
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暂存寄存器TMP1、TMP2
器 程序状态字寄存器PSW
BCD码调整电路等
程序计数器PC
控 堆栈指针SP 制 器 数据指针DPTR
指令寄存器、译码器、定时
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MCS-51的CPU：运算器
1.算术逻辑运算部件ALU：
完成各种算术运算和逻辑运算
2.寄存器：CPU内部没有单独的存储器，而是设置
了一些工作寄存器，暂存数据和状态等 (1)累加器ACC：可存放操作数和运算的中间结果； (2)寄存器B：主要用于乘、除运算。寄存器B也可
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MCS-51的内部结构
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MCS-51的CPU
CPU：单片机的核心部分，是单片机的指挥和执行 部件。包含两个基本部分：运算器和控制器。
➢ 运算器：进行算术和逻辑运算，存储运算结果并作 相应标记。
➢ 控制器：控制计算机各部分协调工作。
算术逻辑运算部件ALU
运 累加器ACC 算 B寄存器
程序计数器PC
控 制
堆栈指针SP
器 数据指针DPTR
指令寄存器、译码器、定时
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MCS-51的CPU：控制器
程序计数器PC（Program Counter）
✓ PC是一个16位计数器，其内容为单片机将要执行的 指令机器码所在存储单元的地址。
✓ PC具有自动加1的功能，从而实现程序的顺序执行。 ✓ 由于PC不可寻址的，因此用户无法对它直接进行读
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第02章 MCS-51单片机的结构
CY
AC
F0
RS1 RS0
OV
/
P
PSW位地址
D7H D6H D5H D4H CY AC F0 RS1
D3H RS0
D2H D1H OV
D0H P
CY：进位标志。用于表示Acc.7有否向更高位进位。 加减运算时，保存最高位进位、借位状态。 AC：半进位标志。用于表示Acc.3有否向Acc.4进位。 例：78H+97H 0111 1000 +1001 0111 1 0000 1111
ALU
定时与控制 程序地址寄存器AR
CPU
。
2.2.2 控制器
控制器由程序计数器PC、指令
寄存器和指令译码器、定时和控
制逻辑电路。
相对控制器而言，运算器接受控 制器的命令而进行动作。
1)．程序计数器PC
※ PC不属于特殊功能寄存器，不可访问，在物理结构 上是独立的。 ※ 16位的地址寄存器，用于存放下一字节指令的地址， 可寻址64KB的程序存储器空间。 ※ PC的基本工作方式有：
⑴ 自动加1。CPU从ROM中每读一个字节，自动执行 PC+1→PC； ⑵ 执行转移指令时，PC会根据要求修改地址； ⑶ 执行调用子程序或发生中断时，CPU会自动将当前 PC值压入堆栈，将子程序入口地址或中断入口地址装入 PC；子程序返回或中断返回时，恢复原有被压入堆栈的 PC值，继续执行原顺序程序指令。
用示波器检测该引脚来判断单片机是否损坏。
② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程 期间，此引脚输入编程脉冲。
⑵ PSEN:片外程序存储器读选通信号输出端。 在向片外程序存储器读取指令或常数期间，每个机
器周期该信号两次有效（低电平）作为片外ROM的
单片机第二章MCS-51系列单片机硬件结构
3. P1口（P1.0~P1.7，1脚~8脚）
P1口仅用作I/O使用，它也是自带上拉电阻的8 位准双向I/O接口，每一位可驱动4个LSTTL负载。 当P1口作为输入接口时，应先向口锁存器写“1”。 4. P3口（P3.0~P3.7，10脚~17脚）
除了和P1口的功能一样外， P3口的每一引脚还具有第二功能。
第二章 单片机的硬件结构
2.1 MCS-51单片机的总体结构
2.2 微处理器 2.3 MCS-51存储器 2.4 MCS-51基本电路及引脚电路 2.5 实例演练
2.1MCS-51单片机的总体结构
一，8031芯片实照
二，MCS-51单片机外形是一个40脚的双列直插式集成块：
P10 P1.1 P12 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD 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 Vss 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
ALE地址锁存使能信号输出端。存取 片外存储器时，用于锁存低8位地址。 PROG是对于EPROM型单片机，在 EPROM编程期间，此引脚用于输入编 程脉冲。
ALE/ PROG (30脚)
控制 引脚
MCS-51单片机的逻辑结构及
1
2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及 信号引脚
MCS-51单片机结构框图 MCS-51芯片内部逻辑结构 MCS-51的信号引脚
MCS-51单片机结构框图
MCS-51芯片内部逻辑结构
1.中央处理器（CPU ） 中央处理器CPU是单片机的核心，完成运算和控 制操作。它包括运算器和控制器电路。 1 ）运算器电路 运算器主要用来实现对操作数的算术、逻辑运算 和位操作的。 主要包括算术逻辑运算单元ALU、累加器ACC （A ）、暂存寄存器、B 寄存器、程序状态字PSW、 两个暂存器以及BCD码运算修正电路。
其地址为0003h0023h是五个中断源的中断地址区0003h000ah外部中断0中断地址区000bh0012h定时器计数器0中断地址区0013h001ah外部中断1中断地址区001bh0022h定时器计数器1中断地址区0023h002ah串行中断地址区中断服务程序超过8个字节时在中断地址区的首地址存放一条无条件转移指令转移到中断服务程序
专用寄存器地址表
MCS-51的堆栈操作
后进先出 入栈PUSH 出栈POP 1.堆栈的功用 保护断点 保护现场
2.堆栈的开辟 MCS-51的堆栈只能开辟在芯片内部的数据存储器中。 3.堆栈指示器SP 专用寄存器地址81H SP的内容是堆栈栈顶的地址 系统复位后SP的内容是07H 4.堆栈类型
5.堆栈的使用方法 自动方式 调用子程序或中断时 指令方式 使用堆栈操作指令 PUSH、POP
PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0
CY AC F0 RS1 RS0 OV 未用 P
进位标志 辅助进位标志 用户标志 寄存器组选择 寄存器组选择 溢出标志 带符号数加减运算 溢出; 乘法积超过8位；除数为0 奇偶标志
2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及 信号引脚
MCS-51单片机结构框图 MCS-51芯片内部逻辑结构 MCS-51的信号引脚
MCS-51单片机结构框图
MCS-51芯片内部逻辑结构
1.中央处理器（CPU ） 中央处理器CPU是单片机的核心，完成运算和控 制操作。它包括运算器和控制器电路。 1 ）运算器电路 运算器主要用来实现对操作数的算术、逻辑运算 和位操作的。 主要包括算术逻辑运算单元ALU、累加器ACC （A ）、暂存寄存器、B 寄存器、程序状态字PSW、 两个暂存器以及BCD码运算修正电路。
其地址为0003h0023h是五个中断源的中断地址区0003h000ah外部中断0中断地址区000bh0012h定时器计数器0中断地址区0013h001ah外部中断1中断地址区001bh0022h定时器计数器1中断地址区0023h002ah串行中断地址区中断服务程序超过8个字节时在中断地址区的首地址存放一条无条件转移指令转移到中断服务程序
专用寄存器地址表
MCS-51的堆栈操作
后进先出 入栈PUSH 出栈POP 1.堆栈的功用 保护断点 保护现场
2.堆栈的开辟 MCS-51的堆栈只能开辟在芯片内部的数据存储器中。 3.堆栈指示器SP 专用寄存器地址81H SP的内容是堆栈栈顶的地址 系统复位后SP的内容是07H 4.堆栈类型
5.堆栈的使用方法 自动方式 调用子程序或中断时 指令方式 使用堆栈操作指令 PUSH、POP
PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0
CY AC F0 RS1 RS0 OV 未用 P
进位标志 辅助进位标志 用户标志 寄存器组选择 寄存器组选择 溢出标志 带符号数加减运算 溢出; 乘法积超过8位；除数为0 奇偶标志
第2章MCS-51单片机基本结构
令和四周期指令。
2.1.4
复位和复位电路
单片机在重新启动时都需要复位，MCS-51 系列单片机有一个复位引脚输入端RST。 1. MCS-51系列的单片机复位方法为：在RST上加
一个维持两个机器周期（24个时钟周期）以上
的高电平，则单片机被复位。 2. 复位时单片机各部分将处于一个固定的状态。
复位后单片机各单元的初始状态
R2 2 00
2 2u F
R S T/VP D
R1 1K
V ss
GND
未稳压电源
WDI R1 PFI MR R2 MAX813L P1.0
RESET
WDO
﹠
RST MCS-51
“看门狗”复位电路
2.1.5 MCS-51单片机的引脚功能
MCS-51单片机采用40脚双列直插式封装形式，主要包括以 下几个部分： 1. 电源引脚Vcc和Vss Vcc(40脚)：电源端，为十5V； Vss(20脚)：接地端 ，GND。 2. 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1为内部振荡电路反相放大器的输入端 。 XTAL2为内部振荡电路反相放大器的输出端 。 3. 控制信号引脚RST、ALE、PSEN和EA 4. I／O(输入／输出)端口P0、P1、P2和P3 5. MCS-51单片机P3口的第二功能
单片机各种周期的关系图
机器周期 S1 S2 S3 S4 S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2
时钟周期 状态周期
1个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期
4、指令周期: 它是指CPU完成一条操作所需的全部
时间。 每条指令执行时间都是有一个或几个机器周
期组成。MCS - 51 系统中, 有单周期指令、双周期指
2.1.4
复位和复位电路
单片机在重新启动时都需要复位，MCS-51 系列单片机有一个复位引脚输入端RST。 1. MCS-51系列的单片机复位方法为：在RST上加
一个维持两个机器周期（24个时钟周期）以上
的高电平，则单片机被复位。 2. 复位时单片机各部分将处于一个固定的状态。
复位后单片机各单元的初始状态
R2 2 00
2 2u F
R S T/VP D
R1 1K
V ss
GND
未稳压电源
WDI R1 PFI MR R2 MAX813L P1.0
RESET
WDO
﹠
RST MCS-51
“看门狗”复位电路
2.1.5 MCS-51单片机的引脚功能
MCS-51单片机采用40脚双列直插式封装形式，主要包括以 下几个部分： 1. 电源引脚Vcc和Vss Vcc(40脚)：电源端，为十5V； Vss(20脚)：接地端 ，GND。 2. 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1为内部振荡电路反相放大器的输入端 。 XTAL2为内部振荡电路反相放大器的输出端 。 3. 控制信号引脚RST、ALE、PSEN和EA 4. I／O(输入／输出)端口P0、P1、P2和P3 5. MCS-51单片机P3口的第二功能
单片机各种周期的关系图
机器周期 S1 S2 S3 S4 S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2
时钟周期 状态周期
1个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期
4、指令周期: 它是指CPU完成一条操作所需的全部
时间。 每条指令执行时间都是有一个或几个机器周
期组成。MCS - 51 系统中, 有单周期指令、双周期指
MCS-51系列单片机的结构及原理
阻。P1口可驱动4个LSTTL门电路。
第2章 MCS-51系列单片机的结构及原理
图2-4 P1口的位结构图
第2章 MCS-51系列单片机的结构及原理
(2) P1口其他功能。
P1口在EPROM编程和验证程序时输入低8位地址；在 8032/8052系列中P1.0和P1.1是多功能的，P1.0可作定时器/计数 器2的外部计数触发输入端T2，P1.1可作定时器/计数器2的外部 控制输入端T2EX。 3) P2口——准双向口 P2口(P2.0～P2.7，21～28脚)的位结构如图2-5所示，引脚 上拉电阻同P1口。在结构上，P2口比P1口多一个输出控制部分。
第2章 MCS-51系列单片机的结构及原理
图2-3 P0口的位结构图来自第2章 MCS-51系列单片机的结构及原理
(1) P0口作地址/数据复用总线使用。
若从P0口输出地址或数据信息，此时控制端应为高电平， 转换开关MUX将反相器输出端与输出级场效应管V2接通，同 时与门开锁，内部总线上的地址或数据信号通过与门去驱动V1 管，又通过反相器去驱动V2管，这时内部总线上的地址或数据 信号就传送到P0口的引脚上。例如，若地址/数据为0时，该信 号一方面通过与门使V1截止，另一方面，在控制信号作用下， 该信号经反相器使V2导通，从而在引脚上输出0信号；反之， 若地址/数据为1时，将会使V1导通，V2截止，引脚输出1信号。 工作时低8位地址与数据线分时使用P0口。低8位地址由ALE信 号的负跳变使它锁存到外部地址锁存器中，而高8位地址由P2
第2章 MCS-51系列单片机的结构及原理
4个并行I/O端口作为通用I/O口使用时，共有写端口、读端
口和读引脚三种操作方式。写端口实际上就是输出数据，是将 累加器A或其他寄存器中的数据传送到端口锁存器中，然后经 输出锁存器自动从端口引脚线上输出。读端口不是真正地从外 部输入数据，而是将端口锁存器中的输出数据读到CPU的累加 器。读引脚才是真正的输入外部数据的操作，是从端口引脚线 上读入外部的输入数据。端口的上述三种操作实际上是通过指 令或程序来实现的，这些将在以后的章节中详细介绍。
mcs-51系列单片机基本结构与工作原理
▪
1）电源引脚VCC和VSS
▪
VCC：40脚，电源端，+5V
▪
VSS：20脚，接地端（GND）
▪
2）时钟电路引脚
▪
XTAL1：19脚，外接晶振输入引脚。
▪
XTAL2：18脚，外接晶振输出引脚。
▪
3）控制线引脚
▪
共4根，其中3根为双功能
▪
①RST/VPD ：9脚，复位/备用电源。
▪
RST---通过外接复位电路实现上电复位或按键复位。
直接寻址 寄存器寻址
(4)MOV 60H，@R1 直接寻址 寄存器间接寻址
表2-2 特殊功能寄存器SFR的名称及地址（一）
§ MCS-51的扩展应用
▪ 一、单片机Байду номын сангаас展的基本概念 ▪ 1、单片机最小系统：使单片机运行的最少器件构成的 ▪ 系统，就是最小系统。 ▪ 无ROM芯片：8031 必须扩展ROM，复位、晶振电路 ▪ 有ROM芯片：89C51等，不必扩展ROM，只要有复位、 ▪ 晶振电路 ▪ 2、扩展使用的三总线：
▪ 清零，用来选择8051的工作寄存器区。其选择方法见表2-1
▪ OV、（ PSW.2）溢出标志位。当带符号数运算（加法或减法）结果超 ▪ 出范围（-127-+127）时，有溢出，OV=1；否则OV=0。 ▪ --、（ PSW.1）用户定义标志位。 ▪ P、（ PSW.0）奇偶校验位。在每个指令周期由硬件按累加器A中“1”的 ▪ 个数为奇数或偶数而为“1”或“0”。因此，P可用指示操作结果（累加器
direct
8 位内部RAM单元的地址
＃data：
指令中的8 位常数。
＃data16
指令中的16位常数。
MCS51单片机的结构
? Intel的产品系列称作 MCS-51，其他厂家的自行命 名
MCS-51系列单片机配置一览表
系列
片内存储器（字节）
定时器 并行 串行 中
无
片内ROM
片内 计数器
有ROM 有EPROM RAM
I/O
I/O
断 源
Intel MCS-51 子系列
8031 8051
8751
128
80C31 80C51 87C51 字节
第二章 MCS-51单片机芯片的硬件结构
内容提要:
§2-1 MCS-51 单片机内部结构及引脚 §2-2 单片机存储器配置 §2-3 CPU 时序 §2-4 MCS-51 工作方式
MCS-51单片机
? 美国Intel公司于1980年推出的8位高档单片机系 列产品
? Atmel、Infoneon Technologies( 原Siemens AG) 、Maxim Integrated Products 、NXP(原Philips Semiconductor) 、Nuvoton(原Winbond) 、ST Microelectronics 、Silicon Laboratories( 原 Cygnal)、Texas Instruments 、Cypress Semiconductor 等
可寻址
64K 字节
片外
ROM
0000H
单片机的程序存储器特殊单元
系统启动单元 ：系统复位（ PC）＝0000H—— 占用地址区 0000H-0003H 中断矢量： MCS-51 单片机的 5 个中断源分别对 应有各自的 中断服务程序入口地址 ——中断矢量
中断源 外部中断0( INT0) 定时/ 计数器0(T0) 外部中断1( INT1) 定时/ 计数器1(T1) 串行口接收/发送 定时/ 计数器2(T2)
MCS-51系列单片机配置一览表
系列
片内存储器（字节）
定时器 并行 串行 中
无
片内ROM
片内 计数器
有ROM 有EPROM RAM
I/O
I/O
断 源
Intel MCS-51 子系列
8031 8051
8751
128
80C31 80C51 87C51 字节
第二章 MCS-51单片机芯片的硬件结构
内容提要:
§2-1 MCS-51 单片机内部结构及引脚 §2-2 单片机存储器配置 §2-3 CPU 时序 §2-4 MCS-51 工作方式
MCS-51单片机
? 美国Intel公司于1980年推出的8位高档单片机系 列产品
? Atmel、Infoneon Technologies( 原Siemens AG) 、Maxim Integrated Products 、NXP(原Philips Semiconductor) 、Nuvoton(原Winbond) 、ST Microelectronics 、Silicon Laboratories( 原 Cygnal)、Texas Instruments 、Cypress Semiconductor 等
可寻址
64K 字节
片外
ROM
0000H
单片机的程序存储器特殊单元
系统启动单元 ：系统复位（ PC）＝0000H—— 占用地址区 0000H-0003H 中断矢量： MCS-51 单片机的 5 个中断源分别对 应有各自的 中断服务程序入口地址 ——中断矢量
中断源 外部中断0( INT0) 定时/ 计数器0(T0) 外部中断1( INT1) 定时/ 计数器1(T1) 串行口接收/发送 定时/ 计数器2(T2)
MCS-51系列单片机的结构
石英晶体振荡器产生的振荡信号送至内部时钟电路产生时钟 脉冲信号。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
3.控制总线
(1)
：ALE为地址锁存允许信号。在访问外部
存储器时，ALE用来把扩展地址低8位锁存到外部锁存器。在
不访问外部存储器时，ALE引脚以不变的频率(时钟振荡器频
率的1/6)周期性地发出正脉冲信号，因而它又可用作外部定
品有8031和87510 8031是一个无ROM的8051，它从外部ROM 获取所用的指令，8751是一个用EPROM代替ROM的8051， 除此之外，三者的内部结构及引脚完全相同。今后，除特另 11说明外，用8051这个名称来代表8031、8051和87510
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
二功能是在访问外部存储器时，它分时作为低8位地址线和8 位双向数据线。当P0口作为普通输入口使用时，应先向口锁 存器写“1”。 (2) P1口(P1. 0~P1. 7)是一个内部带上拉电阻的准双向I/O口。 当P1口作为普通输入口使用时，应先向口锁存器写“1” 。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
(1)带进位和不带进位的加法。 (2)带借位减法。 (3) 8位无符号数乘法和除法。 (4)逻辑与、或、异或操作。 (5)加1、减1操作。 (6)按位求反操作。 (7)循环左、右移位操作。 (8)半字节交换。 (9)二一十进制调整。 (10)比较和条件转移的判断等操作。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
2)指令寄存器IR (Instruction Register) 指令寄存器是一个8位寄存器，用于暂存待执行的指令，等
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
3.控制总线
(1)
：ALE为地址锁存允许信号。在访问外部
存储器时，ALE用来把扩展地址低8位锁存到外部锁存器。在
不访问外部存储器时，ALE引脚以不变的频率(时钟振荡器频
率的1/6)周期性地发出正脉冲信号，因而它又可用作外部定
品有8031和87510 8031是一个无ROM的8051，它从外部ROM 获取所用的指令，8751是一个用EPROM代替ROM的8051， 除此之外，三者的内部结构及引脚完全相同。今后，除特另 11说明外，用8051这个名称来代表8031、8051和87510
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
二功能是在访问外部存储器时，它分时作为低8位地址线和8 位双向数据线。当P0口作为普通输入口使用时，应先向口锁 存器写“1”。 (2) P1口(P1. 0~P1. 7)是一个内部带上拉电阻的准双向I/O口。 当P1口作为普通输入口使用时，应先向口锁存器写“1” 。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
(1)带进位和不带进位的加法。 (2)带借位减法。 (3) 8位无符号数乘法和除法。 (4)逻辑与、或、异或操作。 (5)加1、减1操作。 (6)按位求反操作。 (7)循环左、右移位操作。 (8)半字节交换。 (9)二一十进制调整。 (10)比较和条件转移的判断等操作。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
2)指令寄存器IR (Instruction Register) 指令寄存器是一个8位寄存器，用于暂存待执行的指令，等
第2章 MCS-51单片机的硬件结构
CPU访问片外存储器时，模拟开关打向右边。P2 口上送出PC高8位地址或DPTR高8位地址信息。再不作 I/O口使用。
(2)通用I/O接口功能
P2口作准双向口使用，与P1口相同，也有输入、 输出、端口操作三种工作方式。
3.P2口负载能力
4个LSTTL负载，输出电流≥ 400uA
三、P3口
1. P3口1位结构原理图如图所示
P 奇偶标志
A中1的个数若为奇数P=1,否则P=0
例如：MOV A, #7FH ADD A, #4FH 0111,1111B + 0100,1111B 1100,0110B
结果:(A)=C6H, C=0,AC=1,OV=1,P=0
2.控制器 3.片内存储器
4.4个I/O接口
5.串行接口
6.定时/计数器
先片内、后片外，片内片外连续，二者 一般不作重叠。 EA＝0，只访问片外程序存储器 EA＝1，先访问片内程序存储器。当PC >0FFFH（51子系统）或PC>1FFFH(52子系统) ，再去访问片外程序存储器。
存储器编址图如下图所示
0000H
片内ROM /EA=1 0FFFH 0FFFH 1000H 片外ROM 0000H 片外ROM /EA=0 00H 7FH 80H FFH 片外RAM 片内RAM 0000H
有5个中断源
11.111条指令，含乘、除法，有很强
的位处理能力 12.片内采用单总线结构，单一＋5V
电源
52系列主要有8032、8052两种机型。 与51系列不同在于：片内数据存储器增 至256个字节，3个16位定时/计数器，6 个中断源。
二、内部结构
MCS-51系列单片机的内部结构如 下图所示：
1 2 . . .
(2)通用I/O接口功能
P2口作准双向口使用，与P1口相同，也有输入、 输出、端口操作三种工作方式。
3.P2口负载能力
4个LSTTL负载，输出电流≥ 400uA
三、P3口
1. P3口1位结构原理图如图所示
P 奇偶标志
A中1的个数若为奇数P=1,否则P=0
例如：MOV A, #7FH ADD A, #4FH 0111,1111B + 0100,1111B 1100,0110B
结果:(A)=C6H, C=0,AC=1,OV=1,P=0
2.控制器 3.片内存储器
4.4个I/O接口
5.串行接口
6.定时/计数器
先片内、后片外，片内片外连续，二者 一般不作重叠。 EA＝0，只访问片外程序存储器 EA＝1，先访问片内程序存储器。当PC >0FFFH（51子系统）或PC>1FFFH(52子系统) ，再去访问片外程序存储器。
存储器编址图如下图所示
0000H
片内ROM /EA=1 0FFFH 0FFFH 1000H 片外ROM 0000H 片外ROM /EA=0 00H 7FH 80H FFH 片外RAM 片内RAM 0000H
有5个中断源
11.111条指令，含乘、除法，有很强
的位处理能力 12.片内采用单总线结构，单一＋5V
电源
52系列主要有8032、8052两种机型。 与51系列不同在于：片内数据存储器增 至256个字节，3个16位定时/计数器，6 个中断源。
二、内部结构
MCS-51系列单片机的内部结构如 下图所示：
1 2 . . .
哈工大单片机教程—chap2—MCS-51单片机的硬件结构
其字节地址的末位是0H或8H可位寻址。
下面介绍SFR块中的某些寄存器。
表2-2
SFR的名称及其分布
1．堆栈指针SP
指示堆栈顶部在内部RAM块中的位置
复位后，SP中的内容为07H。
（1）保护断点
（2）现场保护 堆栈向上生长 2. 数据指针DPTR 高位字节寄存器用DPH表示，低位字节寄存器用 DPL表示。 3. I/O端口P0～P3 P0～P3分别为I/O端口P0～P3的锁存器。
(1) P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线 （低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS 型TTL负载。 (2) P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL 负载。 (3) P2口：8位准双向I/O口，与地址总线（高8 位）复用，可驱动4个LS型TTL负载。
(4) P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口，可驱 动4个LS型TTL负载。
2.4.4
位地址空间
211个（128个+83个）寻址位。位地址范围为： 00H～FFH。 内部RAM的可寻址位128个(字节地址20H～2FH)见表 2-3（P24）。
特殊功能寄存器SFR为83个可寻址位，见表2-4 （P24）。
表2-3
内部RAM的可寻址位及位地址
表2-4 SFR中的位地址分布
注意:准双向口与双向三态口的差别。 • 当3个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写 “1”。
• 准双向I/O口无高阻 “浮空”状态。
2.3 MCS-51的CPU 由运算器和控制器所构成 2.3.1 运算器 对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。
1．算术逻辑运算单元ALU
2．累加器A
使用最频繁的寄存器，可写为Acc。
P0口某一位的电路包括：