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单片机原理及应用 （C语言版）第2章 MCS-51单片机结构与原理 第2章 MCS-51单片机结构与原理 目 录 2.1 MCS-51单片机结构及CPU 2.2 MCS-51单片机引脚与总线结构 2.3 MCS-51单片机的存储器结构 2.4 MCS-51单片机的输入输出端口 2.5 MCS-51单片机的时钟及CPU时序 2.6 MCS-51单片机的工作方式 第2章 MCS-51单片机结构与原理 本章讨论MCS-51单片机的结构和工作原理，内容主要有MCS-51单片机结构、引脚信号、存储器配置、输入/输出端口、时钟与CPU时序，以及单片机的工作方式等。 本章是单片机的基本内容，为学习后面各个章节的基础，也是从事单片机应用开发的基础。 2.1 MCS-51单片机内部结构及CPU 主要内容 2.1.1 MCS-51单片机的功能结构及特点 2.1.2 MCS-51单片机的内部原理结构 2.1.3 MCS-51单片机的CPU 2.1.1 MCS-51单片机的功能结构及特点 MCS-51单片机的内部功能结构如下页图所示，图中是以增强型单片机的结构为对象。 从图中可以看到，MCS-51单片机在一块芯片中集成了微型计算机所具有的所有部件，从功能的角度来看，主要包括9个部分。 2.1.1 MCS-51单片机的功能结构及特点 2.1.1 MCS-51单片机的功能结构及特点 MCS-51单片机内部主要包括9个部分： 一个8位的微处理器CPU 8KB的片内程序存储器Flash ROM 256B的片内数据存储器RAM、128B特殊功能寄存器（SFR） 3个16位的定时器/计数器 有一个管理6个中断源的中断控制器 4个8位并行I/O端 一个全双工的串行接口（UART） 片内振荡电路和时钟发生器 可扩展64KB程序、64KB数据存储器的三总线控制电路 2.1.2 MCS-51单片机的内部原理结构 MCS-51单片机的内部原理结构如图2-2所示。 与图2-1比较，主要的区别是画出了CPU的内部结构，图中的中间部分除了“定时器、串行口”大方框之外都属于CPU部件。 下面先介绍CPU部分，对于其它部件，将在本章和后面的章节讲解。 2.1.3 MCS-51单片机的CPU MCS-51单片机内部有一个功能强大的8位CPU，它包含两个基本部分，运算器和控制器。 一、运算器 运算器包括：算术和逻辑运算部件ALU（Arithmetic Logic Unit） 以及累加器ACC、寄存器B、暂存器1、暂存器2、程序状态字寄存器PSW、布尔处理器等。 2.1.3 MCS-51单片机的CPU 1、算术逻辑运算部件ALU ALU可以对4位（半字节）、8位（一字节）和16位（双字节）数据进行操作。 这些操作可以是： 算术运算：加、减、乘、除、加1、减1、BCD码数的十进制调整及比较等； 逻辑运算：与、或、异或、求补及循环移位等。 2.1.3 MCS-51单片机的CPU 2、累加器ACC ACC在CPU结构中占有特殊的位置，所以ACC在指令中使用的非常多。 ACC既做源操作数又做目的操作数，如在加、减、乘、除算术运算指令中，在与、或、异或、循环移位逻辑运算指令等。 ACC也作为通用寄存器使用，并且可以按位操作，所以ACC是一个用处最多、最忙碌的寄存器。 在指令中用助记符A来表示。 2.1.3 MCS-51单片机的CPU 3、B寄存器 B做专门应用：在乘、除运算时，用来存放一个操作数，并且存放运算后的部分结果。 B做一般应用：在非乘、除运算中，B可以作为通用寄存器使用。 B可以按位操作 2.1.3 MCS-51单片机的CPU 4、程序状态字PSW 功能：用于设定CPU的状态和指示指令执行后的状态。 PSW相当于其它微处理器中的标志寄存器。格式如下： 2.1.3 MCS-51单片机的CPU CY（PSW.7）：进位、借位标志 在做位操作（布尔操作）时CY作 为位累加器。在指令中用C代替CY AC（PSW.6）：半进位、半借位标志，也称为辅助进位标志 F0、F1（PSW.5 、PSW.1）：用户标志位，留给用户使用 2.1.3 MCS-51单片机的CPU OV（PSW.2）：溢出标志位 有以下几种情况： ①加减运算： OV＝1表示结果超出了8位有符号数的有效范围（－128～＋127），对无符号数OV没有意义。 ②无符号数乘法运算： OV＝1表明结果超出了8位数 ③无符号数除法运算： OV＝1表明除