51單片機(jī)結(jié)構(gòu)功能課件

8051單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與功能8051單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與功能18051的基本功能8位數(shù)據(jù)總線，16位地址總線的CPU；具有布爾處理能力和位處理能力；采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器地址空間各自獨(dú)立，便于程序設(shè)計(jì)；相同地址的64KB程序存儲器和64KB數(shù)據(jù)存儲器；0-8KB片內(nèi)程序存儲器(8031無，8051有4KB，8052有8KB，89C55有20KB)；128字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（8051有256字節(jié)）；32根雙向并可以按位尋址的I/O線；兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器(8052有3個(gè))；一個(gè)全雙工的串行I/O接口；多個(gè)中斷源的中斷結(jié)構(gòu)，具有兩個(gè)中斷優(yōu)先級；片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。第二講單片機(jī)80518051的基本功能8位數(shù)據(jù)總線，16位地址總線的CPU；第二2單片機(jī)結(jié)構(gòu)地址總線AB存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口輸出設(shè)備微處理器CPU數(shù)據(jù)總線DB控制總線CBI/O接口特點(diǎn)：以微處理器（CPU）為核心CPU與其他部件間通過三總線連接AB:AddressBusDB:DataBusCB:ControlBus第二講單片機(jī)8051單片機(jī)結(jié)構(gòu)地址總線AB存I/O輸I/O輸微數(shù)據(jù)總線DB31、地址總線（AddressBus，簡寫為AB）地址總線可傳送單片機(jī)送出的地址信號，用于訪問外部存儲器單元或I/O端口?！锏刂房偩€是單向的，地址信號只是由單片機(jī)向外發(fā)出；★

地址總線的數(shù)目決定了可直接訪問的存儲器單元的數(shù)目。例如N位地址，可以產(chǎn)生2N個(gè)連續(xù)地址編碼，因此可訪問2N個(gè)存儲單元，即通常所說的尋址范圍為2N個(gè)地址單元。

MCS—51單片機(jī)有十六位地址線，因此存儲器擴(kuò)展范圍可達(dá)216=64KB地址單元?！?/p>

掛在總線上的器件，只有地址被選中的單元才能與CPU交換數(shù)據(jù)，其余的都暫時(shí)不能操作，否則會引起數(shù)據(jù)沖突?？偩€:指能為多個(gè)部件服務(wù)的信息傳送線。1、地址總線（AddressBus，簡寫為AB）總線:指42、數(shù)據(jù)總線（DataBus，簡寫為DB）數(shù)據(jù)總線用于在單片機(jī)與存儲器之間或單片機(jī)與I/O端口之間傳送數(shù)據(jù)?！飭纹瑱C(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的位數(shù)與單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的字長一致。例如MCS—51單片機(jī)是8位字長，所以數(shù)據(jù)總線的位數(shù)也是8位?！飻?shù)據(jù)總線是雙向的，即可以進(jìn)行兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳送。2、數(shù)據(jù)總線（DataBus，簡寫為DB）53、控制總線（ControlBus，簡寫為CB）★控制總線實(shí)際上就是一組控制信號線，包括單片機(jī)發(fā)出的，以及從其它部件送給單片機(jī)的各種控制或聯(lián)絡(luò)信號?！飳τ谝粭l控制信號線來說，其傳送方向是單向的，但是由不同方向的控制信號線組合的控制總線則表示為雙向的?？偩€結(jié)構(gòu)形式大大減少了單片機(jī)系統(tǒng)中連接線的數(shù)目，提高了系統(tǒng)的可靠性，增加了系統(tǒng)的靈活性。此外，總線結(jié)構(gòu)也使擴(kuò)展易于實(shí)現(xiàn)，各功能部件只要符合總線規(guī)范，就可以很方便地接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)擴(kuò)展。3、控制總線（ControlBus，簡寫為CB）總線結(jié)構(gòu)形651單片機(jī)結(jié)構(gòu)功能ppt課件7地址總線、數(shù)據(jù)總線和若干控制線把存儲器和微處理器連接起來。存儲器從CPU接收控制信號，以確定存儲器執(zhí)行讀/寫操作。地址總線將地址信息送入地址譯碼器，地址譯碼器的輸出可以確定唯一的存儲單元。數(shù)據(jù)總線用來傳送存儲器到CPU或CPU到存儲器的數(shù)據(jù)信息單片機(jī)總線的應(yīng)用：

擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器、擴(kuò)展程序存儲器。MCS-51單片機(jī)總線結(jié)構(gòu)地址總線、數(shù)據(jù)總線和若干控制線把存儲器和微處理器連接起來。M88051功能框圖8051CPU振蕩器和時(shí)序OSC64KB總線擴(kuò)展控制器數(shù)據(jù)存儲器256BRAM/SFR2×16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可編程I/O程序存儲器4KBROM可編程全雙工串行口外中斷內(nèi)中斷控制并行口I/O口：4個(gè)8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行通信外部時(shí)鐘源外部事件計(jì)數(shù)中央處理器CPU：8位，運(yùn)算和控制功能串行口：一個(gè)全雙工串行口。時(shí)鐘電路：可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，允許晶振頻率6MHZ和12MHZ中斷控制系統(tǒng)：5個(gè)中斷源（外中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)，串行中斷1個(gè)）內(nèi)部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器：兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。內(nèi)部RAM：共256個(gè)RAM單元，用戶使用前128個(gè)單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后128個(gè)單元被專用寄存器占用。8051功能框圖8051振蕩器和時(shí)序64KB總線數(shù)據(jù)存儲9MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部組成

中央處理器（CPU）；

數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；

程序存儲器（ROM）；

2個(gè)l6位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；并行I/O口（32根I/O線，4個(gè)P口）；

外部存貯器尋址范圍ROM、RAM各64K；

全雙工串行口；

中斷系統(tǒng)（5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級）時(shí)鐘電路。MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部組成

中央處理器（CPU）；10P0驅(qū)動(dòng)器P2驅(qū)動(dòng)器P0鎖存器P2鎖存器RAM地址寄存器128BRAM4KBROMB寄存器暫存器1暫存器2ACCSP程序地址寄存器緩沖器PC增1PCDPTR中斷、串行口和定時(shí)器PSWP1鎖存器P1驅(qū)動(dòng)器P3鎖存器P3驅(qū)動(dòng)器定時(shí)控制指令寄存器指令譯碼器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1XTAL2PSENALEEARET用EPROM,為87518051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖無ROM為8031EPROMP0驅(qū)動(dòng)器P2驅(qū)動(dòng)器P0鎖存器P2鎖存器RAM地址寄存器1211運(yùn)算器（ALU、專用寄存器）控制器(由定時(shí)和控制部件構(gòu)成）1.CPU

中央處理器CPU是單片機(jī)的核心，是單片機(jī)的大腦和心臟。它由運(yùn)算器和控制器等部件組成。作用：主要完成運(yùn)算和控制功能。運(yùn)算器（ALU、控制器(由定時(shí)1.CPU中央處理器CP12第二講單片機(jī)8051運(yùn)算器（ALU、專用寄存器）（1）運(yùn)算器

運(yùn)算部件以算術(shù)邏輯單元ALU為核心，加上累加器ACC、寄存器B、暫存器、程序狀態(tài)字PSW以及十進(jìn)制調(diào)整電路和布爾處理器等許多部件組成的。第二講單片機(jī)8051運(yùn)算器（1）運(yùn)算器運(yùn)算部件以13運(yùn)算器的作用是把傳送到微處理器的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算。（1）執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算。（2）執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測試。 如零值測試或兩個(gè)值的比較。ALU可對兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。數(shù)據(jù)寄存器累加器ALU的兩個(gè)主要的輸入來源ALU執(zhí)行不同的運(yùn)算操作是由不同控制線上的信息所確定的。

兩個(gè)數(shù)（7和9）相加，在相加之前，操作數(shù)9放在累加器中，7放在數(shù)據(jù)寄存器中，執(zhí)行兩數(shù)相加運(yùn)算的控制線發(fā)出“加”操作信號，ALU即把兩個(gè)數(shù)相加并把結(jié)果（16）存入累加器，取代累加器前面存放的數(shù)9。運(yùn)算器的作用是把傳送到微處理器的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算。141）算術(shù)邏輯單元（

ALU—ArithmeticLogicUnit）

可以對4位（半字節(jié)）8位（一字節(jié)）和16位（雙字節(jié)）數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。作用：完成算術(shù)四則運(yùn)算和邏輯運(yùn)算、位操作及循環(huán)移位等邏輯操作，操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器（PSW）。2）累加器ACC，在指令中用助記符A來表示

A是一個(gè)8位寄存器，是CPU中工作最繁忙的寄存器。MCS-51指令系統(tǒng)中多數(shù)指令的執(zhí)行都通過它進(jìn)行。作用：在算數(shù)邏輯運(yùn)算中，它經(jīng)常作為一個(gè)運(yùn)算數(shù)經(jīng)暫存器2進(jìn)入ALU的輸入端，與另一個(gè)來自暫存器1的運(yùn)算數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果又送回ACC。在與外部存儲器和I/O接口打交道時(shí)，完成數(shù)據(jù)傳送。1）算術(shù)邏輯單元（ALU—ArithmeticLogic153）寄存器B（8位寄存器）4）2個(gè)8位暫存器：（暫存器1和暫存器2）ALU的兩個(gè)入口處。

作用：在乘法和除法運(yùn)算中用作ALU的輸入之一。乘法運(yùn)算時(shí)，ALU的兩個(gè)輸入分別為A、B，運(yùn)算結(jié)果存放在A、B寄存器中，其中A存放積的低8位，B則存放積的高8位。除法運(yùn)算時(shí)，被除數(shù)取自A，除數(shù)取自B；運(yùn)算結(jié)果商數(shù)存于A，而余數(shù)存于B。不作乘、除運(yùn)算時(shí)，寄存器B可作通用寄存器使用。3）寄存器B（8位寄存器）4）2個(gè)8位暫存器：ALU的165）程序狀態(tài)字寄存器PSW（程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器）8位寄存器。作用：存放當(dāng)前指令執(zhí)行后操作結(jié)果的某些特征，為下一條指令的執(zhí)行提供依據(jù)。5）程序狀態(tài)字寄存器PSW（程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器）8位寄存器。17程序狀態(tài)字PSW各位標(biāo)志的含義CYACF0RS1RS0OV-P

PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0PSW.7CY

進(jìn)位標(biāo)志位PSW.6AC

輔助進(jìn)位（或稱半進(jìn)位）標(biāo)志PSW.5F0用戶標(biāo)志位PSW.4，PSW.3RS1和RS0工作寄存器組選擇位PSW.2OV

溢出標(biāo)志位PSW.1未定義位PSW.0P奇偶標(biāo)志位程序狀態(tài)字PSW各位標(biāo)志的含義CYACF0RS1RS0OV-18CY是PSW中最常用的標(biāo)志位。由硬件或軟件置位和清零。在字節(jié)運(yùn)算時(shí)：它表示運(yùn)算結(jié)果是否有進(jìn)位（或借位）。 加法時(shí)：有進(jìn)位Cy由硬件置“1”即Cy=1； 無進(jìn)位CY被硬件清“0”即Cy=0。 減法時(shí)：有借位Cy由硬件置“1”即Cy=1；無借位CY被硬件清“0”即Cy=0。在位操作（布爾操作）時(shí)：

CY作為累加器使用，其作用相當(dāng)于字節(jié)操作的累加器ACC。位傳送、位與位等位操作，進(jìn)位標(biāo)志位是固定的操作位之一。CyCYACF0RS1RS0OV-P

PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0CY是PSW中最常用的標(biāo)志位。CyCYACF0RS1RS0O19AC（PSW.6）輔助進(jìn)位（或稱半進(jìn)位）標(biāo)志。當(dāng)執(zhí)行加減運(yùn)算時(shí)，其運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生低四位向高四位進(jìn)位或借位時(shí),AC由硬件置“1”；否則AC位被自動(dòng)清“0”。一般在BCD碼運(yùn)算時(shí)，系統(tǒng)用于進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整。AcCYACF0RS1RS0OV-P

PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0AC（PSW.6）輔助進(jìn)位（或稱半進(jìn)位）標(biāo)志。AcCYAC20F0F0（PSW.5）用戶標(biāo)志位。用戶可根據(jù)自己的需要對F0位賦予一定的含義，由用戶置位或復(fù)位，作為軟件標(biāo)志。

SETBF0;置位

CLRF0

;復(fù)位

CYACF0RS1RS0OV-P

PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0F0F0（PSW.5）用戶標(biāo)志位。CYACF0RS1RS21RS1&RS0RS1（PSW.4）、RS0（PSW.3)

寄存器區(qū)選擇控制位。RS1RS0寄存器組片內(nèi)RAM地址00第0組00H-07H01第1組08H-0FH10第2組10H-17H11第3組18H-1FHCYACF0RS1RS0OV-P

PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0RS1&RS0RS1（PSW.4）、RS0（PSW.3)R22CPU通過對PSW中的D4、D3位內(nèi)容的修改，就能任選一個(gè)工作寄存器區(qū)。例如：PSW^3=1; PSW^4=0；

PSW^4=1;PSW^3=0；

PSW^3=1PSW^４=1；選定第１區(qū)選定第2區(qū)選定第３區(qū)CPU通過對PSW中的D4、D3位內(nèi)容的修改，就能任選一個(gè)工23OV

OV（PSW.2）

溢出標(biāo)志位

它反映運(yùn)算結(jié)果是否溢出，溢出時(shí)則由硬件將OV位置“1”；否則置“0”。CYACF0RS1RS0OV-P

PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0

在帶符號的加減運(yùn)算中，若運(yùn)算超出了累加器A所能表示的符號數(shù)的有效范圍（-128~127），則自動(dòng)置1，表示產(chǎn)生了溢出，說明運(yùn)算結(jié)果是錯(cuò)誤的。否則為0。

乘法運(yùn)算中，Ov=1表示乘積超過255，即乘積分別在A和B中；否則為0，表示乘積只在A中。

除法運(yùn)算中，Ov=1表示除數(shù)為0。OVOV（PSW.2）溢出標(biāo)志位CYACF0RS1R24P（PSW.0）奇偶標(biāo)志位

P標(biāo)志表明累加器ACC中1的個(gè)數(shù)的奇偶性。在每條指令執(zhí)行完后，單片機(jī)根據(jù)ACC的內(nèi)容對P位自動(dòng)置位或復(fù)位。若累加器ACC中有奇數(shù)個(gè)“1”，則P=1；若累加器ACC中有偶數(shù)個(gè)“1”，則P=0。PCYACF0RS1RS0OV-P

PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0P（PSW.0）奇偶標(biāo)志位PCYACF0RS1RS25

溢出和進(jìn)位是兩種不同性質(zhì)的概念。

溢出是指有正負(fù)號的兩個(gè)數(shù)運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算結(jié)果超出了累加器以補(bǔ)碼所能表示一個(gè)有符號數(shù)的范圍。而進(jìn)位則表示兩數(shù)運(yùn)算最高位（D7）相加（或相減）有無進(jìn)位（或借位）。OV與CyCYACF0RS1RS0OV-P

PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0溢出和進(jìn)位是兩種不同性質(zhì)的概念。OV與CyC26組成：程序計(jì)數(shù)器（PC）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器（ID）、數(shù)據(jù)指針（DPTR）、堆棧指針（SP）以及定時(shí)控制電路等。功能：對來自存儲器中的指令進(jìn)行譯碼，通過定時(shí)控制電路在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的控制信號，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的功能

控制器是CPU的大腦中樞，是計(jì)算機(jī)的指揮控制部件。

（2）控制器組成：程序計(jì)數(shù)器（PC）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器（I271）程序計(jì)數(shù)器（PC）16位計(jì)數(shù)器（重要）

PC是程序的字節(jié)地址計(jì)數(shù)器，16位專用寄存器，尋址范圍為64KB。

作用：存放CPU執(zhí)行的下一條待執(zhí)行指令的地址，具有自動(dòng)加1的功能。工作原理：當(dāng)一條指令按照PC所指的地址從程序存儲器中取出后，PC會自動(dòng)加1，指向下一條指令?；竟ぷ鬟^程可以描述為：PC中的數(shù)作為指令地址輸出給程序存儲器，程序存儲器按此地址輸出指令字節(jié)，同時(shí)PC本身自動(dòng)加1，指向下一條指令。

51單片機(jī)結(jié)構(gòu)功能ppt課件282)指令寄存器IR和指令譯碼器ID指令寄存器IR：8位寄存器作用：用于暫存待執(zhí)行的指令，等待譯碼。指令譯碼器ID：作用：對指令寄存器中的指令進(jìn)行譯碼，即將指令轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧碾娖叫盘?。根?jù)譯碼器輸出的電平信號，再經(jīng)定時(shí)控制電路定時(shí)產(chǎn)生執(zhí)行該指令所需要的各種控制信號。2)指令寄存器IR和指令譯碼器ID29程序存儲器PC取出指令碼指令寄存器IR指令譯碼器ID把指令轉(zhuǎn)變成所需要得電平信號CPU產(chǎn)生執(zhí)行該指令所需的各種控制信號取指令執(zhí)行指令分析指令程序PC取出指令指令把指令轉(zhuǎn)變CPU產(chǎn)生執(zhí)行該303)數(shù)據(jù)指針（DPTR）16bit16位專用寄存器。它可以對64K的外部數(shù)據(jù)存儲器和I/O口進(jìn)行尋址。也可作為兩個(gè)8位寄存器。DPL（地址82H）：DPTR的低字節(jié)，DPH（地址為83H）：DPTR的高字節(jié)。作用：用作外部數(shù)據(jù)存儲器的地址指針，

DPTR主要用來存放16位地址，可通過它訪問64KB外部數(shù)據(jù)存儲器或外部程序存儲器空間。

3)數(shù)據(jù)指針（DPTR）16bit31（1）堆棧的概念

堆棧是在RAM中專門開辟的一個(gè)特殊用途的存儲區(qū)。只能從一端存取數(shù)據(jù)的一個(gè)存儲區(qū)。（2）堆棧的訪問原則：

“先進(jìn)后出”、“后進(jìn)先出”。即先進(jìn)入堆棧的數(shù)據(jù)后移出堆棧，即后進(jìn)入堆棧的數(shù)據(jù)先移出堆棧。（3）堆棧的結(jié)構(gòu)

堆棧的一端的地址是固定的，稱為棧底；另一端的地址是動(dòng)態(tài)變化的，稱為棧頂。

4)堆棧指針(SP)8bit

（1）堆棧的概念4)堆棧指針(SP)8bit32（4）堆棧的操作方式

兩種操作方式：數(shù)據(jù)進(jìn)棧(push)和數(shù)據(jù)出棧(pop)。

進(jìn)棧和出棧都