单片机原理与接口技术 第二版 高职计算机应用技术专业第2章 MCS 51单片机的基本结构.ppt

高等职业教育 计算机类课程规划教材 2.1.1 MCS-51单片机系列 MCS-51系列单片机在功能上有基本型和增强型两类，用芯片型号的末位数字来进行区分，即: “1”为基本型，“2”为增强型。 如8031/8051/8751，80C31/80C51/87C51为基本型; 8032/8052/8752，80C32/80C52/87C52为增强型。 在制造技术上，MCS-51系列单片机按两种工艺生产，一种是HMOS工艺，另一种是CHMOS工艺。 CHMOS是 CMOS和HMOS的结合，它既保持了HMOS高速度和高密度的特点，又具有CMOS低功耗的特点，如8051功耗约为630mW，而80C51的功耗只有120mW。 在产品型号中凡带有字母 “C” 的芯片即为 CHMOS芯片，不带有字母“C” 的即为 HMOS芯片。 2.1.2 MCS-51单片机内部结构 在MCS-51系列单片机中，以8051为例，来介绍其结构及功能。 8051单片机的内部结构框图如图2-1所示。 分析图2-1，并按其功能部件划分可以看出，MCS-51 系列单片机是由8大部分组成的。图2-2为按功能划分的MCS-51系列单片机内部结构简化框图。 这8大部分是: （1）一个8位中央处理器CPU （2）128个字节（MCS-52子系列为256字节）的片内数据存储器RAM （3）4KB（MCS-52子系列为8KB）的片内程序存储器ROM或EPROM （4）18个（MCS-52子系列为21个）特殊功能寄存器SFR （5）4个8位并行输入输出I/O接口 （6）1个串行I/O接口，完成单片机与其他微机之间的串行通信。 （7）2个（MCS-52子系列为3个）16位定时器/计数器T0、T1。 （8）具有5个（MCS-52 子系列为6个或7 个）中断源，2个可编程优先级的中断系统， 它可以接收外部中断申请，定时器/ 计数器 中断申请和串行口中断申请。 2.1.3 MCS-51的引脚功能 MCS-51 系列单片机芯片均为40个引脚， HMOS工艺制造的芯片采用双列直插（DIP)方 式封装，引脚示意及功能分类如图2-3所示。 CMOS 工艺制造的低功耗芯片也有采用方 型封装的，但为44个引脚，其中4个引脚是不 使用的，引脚的功能见表2-1。 (见教材P16页) 2.2.1 运算器 1.算术逻辑单元 ALU 算术逻辑单元 ALU不仅能完成8位二进制数的加(带进位加)、减（带借位减）、乘、除、加1、减 1及 BCD加法的十进制调整等算术运算，还能对8位变量进行逻辑“与”、“或”、“异或”、求补、清零等逻辑运算，并具有数据传送、程序转移等功能。 2.暂存寄存器 TMP1、TMP2 用来存放参与算术运算和逻辑运算的另一个操作数，对用户不开放。 3.累加器 Acc 累加器Acc简称累加器A，为一个8位寄存器，它是CPU中使用最频繁的寄存器。用来存放参与算术运算和逻辑运算的一个操作数或运算结果。 4.寄存器B 寄存器B是为ALU进行乘除法运算设置的。 5.程序状态字寄存器PSW 程序状态字寄存器PSW（8位）是一个标志寄存器，它保存指令执行结果的特征信息，以供程序查询和判别，比如作为程序转移的条件，其中有些位是在指令执行中由硬件自动设置的，而有些位则由用户设定。 其程序状态字格式及含义见表2-2。 Cy（PSW.7）——进位标志位。 AC（PSW.6）——辅助进位（或称半进位）标志位。 F0（PSW.5）——由用户定义的标志位。 RS1（PSW.4）、RS0（PSW.3）——工作寄存器组选择位。 RS1、RS0状态与工作寄存器R0～R7的物理地址关系见表2-3。 PSW.1——未定义位。 P（PSW.0）——奇偶标志位。 6.布尔处理器 单片机主要用于各种控制，MCS-51系列单片机既是8位机，同时也是一个功能完善的1位机。 作为1位机时，它有自己的CPU、位存储区（位于内部RAM的20H～2FH单元）、位寄存器，如将进位标志Cy作为 “位累加器”，以及具有完整的位操作指令，包括置1、清零、非（取反）、与、或、异或、传送、测试转移等。 2.2.2 控制器 控制器是单片机内部按一定时序协调工作的控制核心，是分析和执行指令的部件。 1.程序计数器PC 程序计数器PC是一