MCS-51系列单片机的结构

时间：2023-03-11作者：佚名

MCS-51系列基本产品型号：8051、8031、8751称为 51子系列，采用40脚双列直插封装。不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。
一. 基本组成
1.基本结构：
①一个8位的微处理器(CPU)。
②片内数据存储器RAM(128B／256B)，用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。
③片内程序存储器ROM／EPROM(4KB／8KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM／EPROM，如8031，8032，80C31等。
④四个8位并行I／O接口PO-P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。
⑤两个定时器／计数器，每个定时器／计取器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。
⑥五个中断源的中断控制系统。
⑦一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I／O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信。
⑧片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12 MHz。
二.内部结构(如图1:MCS-51内部结构图所示)

8051／8751／8031芯片的外部引脚和指令系统完全兼容，内部结构除ROM／EPROM不同外，其余完全相同。完整的计算机应该由运算器、控制器、存储器(ROM及RAM)和I／O接口组成。一般微处理器(如Z80)只包括运算器和控制器两部分。和一般微处理器相比，8051增加了四个8位I／O口、一个串行口、4KBROM、128BRAM、很多工作寄存器及特殊功能寄存器(SFR)。
(一) 中央处理单元CPU：是单片机有核心，是单片机的控制和指挥中心，由运算器和控制器等部件组成。
1.运算器：
（1）算术逻辑运算单元ALU(8位),完成、-、×、÷算术运算，与、或、非、异或逻辑运算、循环移位、位处理。
（2）累加器Acc(8位)，需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过A累加器。
（3）程序状态字PSW(8位)，存放ALU运算过程的标志状态
Cy AC F0 RS1 RS0 OV - P
（4）寄存器B(8位)，与A累加器配合执行乘、除运算。也可用作通用寄存器。
2．控制器：
（1）程序计数器PC(16位)， CPU总是按PC的指示读取程序。PC可自动加1。因此CPU执行程序一般是顺序方式。当发生转移、子程序调用、中断和复位等操作，PC被强制改写，程序执行顺序也发生改变。复位时，PC=0000H。
（2）指令寄存器(IR)：暂存当前指令。
（3）指令译码器(ID)：将每条指令译码变成控制电平。
（4）振荡器及时钟电路：8051片内有时钟振荡电路，频率为：1.2-12MHZ。
（二）存储器：8051片内ROM和RAM各自独立，分为程序存储器ROM和数据存储器RAM。
1.程序存储器（ROM）：8051和8751片内ROM为4KB,用于存放程序和表格等常数，地址从0000H开始。
2.数据存储器（RAM）：8051/8751/8031片内RAM均为128B，地址从00-7FH。详细内容在第三节中介绍。
(三)I/O接口：
8051有四个8位并口P0-P3，双向端口，详细内容在第六节中介绍。
三.MCS-51系列单片机性能表
MCS-51不同型号产品硬件配置情况如图2所示。