51单片机的结构

单片机 8051 内部结构框图

　　一个8位CPU；
　　一个片内振荡器和时钟电路；
　　4K字节片内部程序存储器ROM ；
　　128字节片内部数据存储器RAM ；
　　可寻址64K外部程序存储器；
　　可寻址64K外部数据存储器；
　　21个特殊功能寄存器 (专用寄存) ；
　　32条可编程的 I/O 线（4个8 位并行I/O端口）；
　　两个16位定时器/计数器；
　　一个可编程全双工串行口；
　　具有5个中断源，两个优先级嵌套中断结构。
　　单片机各功能部件由内部总线联系在一起。简化结构如下图所示

MCS-51 单片机结构框图

　　二、中央处理单元CPU
　　CPU 是单片机的核心部件，如上图所示，各方框表示功能部件，可以看出本单片机是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8 位二进制数据或代码， CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成各种运算，实现对单片机各功能部件的指挥和控制任务，它是由运算器和控制器等部件组成的。各功能部件实际上是 CPU 的有机组成部分，各功能部件通过运行程序相联系
　　（1）运算器
　　运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算，它还包含一个布尔处理器，用来处理位的操作。运算器模块包括算术和逻辑运算部件 ALU、布尔处理器，累加器 ACC、 B 寄存器、暂存器 TMP1 和 TMP2、程序状态字寄存器 PSW 和十进制数调整电路等。
　　1、累加器 ACC 是一个最常用的专用寄存器。大部分单操作数据指令的操作数取自累加器。很多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。加、减、乘、除算术运算指令的运算结果都存放在累加器 A 或 AB 寄存器对中。指令系统中用 A 作为累加器的助记符。
　　2、B 寄存器
　　3、程序状态字 PSW
程序状态字记录程序状态信息，反映程序运算结果的特征，它是一个 8 位寄存器。其中 PSW 的 1 位未用，格式如下：（按 D7 ～ D0 顺序排列）

　　① Cy （PSW.7） — 进位标志。在执行某些算术和逻辑指令时，当运算结果的最高位有进位或借位时， Cy 将被硬件置位，否则就被清零。不同的是在布尔处理机中，它被认为是位累加器，可由软件置位或清零。
　　② AC （PSW.6） — 辅助进位标志。在进行加法或减法操作中，当低 4 位数向高 4 位数有进位或借位时， AC 将被硬件置位，否则就被清零。 AC 被用于十进制调整。
　　③ FO （PSW.5） — 用户定义标志。可由用户让其记录程序状态，用作标记，即用软件使其置位或复位。
　　④ RS1、RS0（PSW.4,PSW.3） — 工作寄存器组选择控制位。可以用软件置位或清零，以确定当前工作寄存器组。
　　⑤ OV（PSW.2 —溢出标志位。在对有符号数作加减运算时，用 C6 表示 D6 位向 D7 位的进位或借位，用C7表示D7位向更高位的进位或借位，则 OV 标志可由下式求得： OV=C6 ⊕ C7。 OV=1 表示加减运算的结果超出了目的寄存器 A 所能表示的带符号数的范围（-128 ～ 127）。
　　无符号数乘法指令 MUL 的执行结果也会影响溢出标志。若置于累加器 A 和寄存器 B 的两个数的乘积超过 255 时（8位数）， OV=1 ，否则 OV=0 。此积的高 8 位放在 B 内，低 8 位放在 A 内。因此， OV=0 时，只要从 A 中取得乘积即可，否则还要从 B 中取得乘积的高 8 位。
除法指令 DIV 也会影响溢出标志，当除数为 0 时， OV=1 ，否则 OV=0 。
　　⑥ （PSW.0） — 奇偶标志。每个指令周期都由硬件来置位或清零，以表示累加器 A 中有 1 的位数的奇偶数。若 1 的位数为奇数，则 P 置位，否则清零。该标志位对串行通信中的数据传输有重要意义。和数学中的数据本身的奇偶性有区别。当 A=10101000B 时，因数中是三个 1 使 P 置位。在数据传输时，当把一批数的 P 位和原 8 位放在一起构成 9 位数，这批 9 位数中 1 的个数应全为偶数。接收端如收到的数没有偶数个 1 则认为出错。
　　（2）控制器
　　控制器部件是由指令寄存器、程序计数器 PC ，定时与控制电路等组成的。
　　① 指令寄存器和译码
　　指令寄存器中存放指令代码。
　　② 程序计数器 PC
　　程序计数器 PC 用来存放即将要执行的指令地址，共 16 位，可对 64K 程序存储器直接寻址。
　　③ 定时与控制电路
　　定时与控制电路是产生 CPU 操作时序的，它是单片机的心脏。控制各种操作的时间。
8051 芯片内部有一个反向放大器所构成的振荡电路， XTAL1 和 XTAL2 分别为振荡电路的输入端和输出端。放大器可以产生自激振荡，此时时钟由内部方式产生。当 XTAL1 接地， XTAL2 接外部振荡器时，时钟由外部方式产生。
　　三、8051 内部 ROM 存储器
　　ROM： Read Only Memory
　　一般用于存放程序和表格等不常改变的数据
　　8051单片机的 ROM 是掩摸 ROM
　　容 量：4096byte(212)
　　地址范围：0000H ～ 1FFFH
　　四、8051 内部的 RAM 存储器
　　RAM ： Random Access Memory
　　一般用于存放程序执行过程中产生的大量的临时数据，相当于 PC 的内存。
　　8051 单片机的内部 RAM ：
　　容 量： 128 字节
　　地址范围： 00H~7FH