MCS-51单片机的内部结构

MCS51单片机的结构MCS-51单片机是Intel公司设计开发的一种高度集成的8位微控制器（microcontroller），主要应用于嵌入式系统中。

它采用了Harvard 架构，包含一个CPU核心、片内存储器、外围接口和定时器/计数器等功能模块。

在本文中，我将详细介绍MCS-51单片机的结构。

MCS-51单片机的结构主要分为以下几个部分：1.中央处理器（CPU）核心：MCS-51单片机的CPU核心采用了8位的数据总线和地址总线，以及一组功能强大的指令集。

该CPU支持多种指令，包括数据传送指令、算术逻辑指令、位操作指令和条件跳转指令等。

它还包括一个累加寄存器和标志寄存器，用于存储操作数和标志位信息。

2.存储器部分：MCS-51单片机包含片内存储器和片外存储器。

片内存储器主要用于存储程序代码和数据，包括ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）。

ROM用于存储程序代码，RAM用于存储数据和临时变量。

片外存储器通过地址线和数据线与单片机连接，可以扩展存储器容量。

3.输入输出（I/O）接口：MCS-51单片机通过多个I/O口与外部世界进行数据交互。

每个I/O 口包含一组引脚，可以用作输入或输出。

这些引脚可以通过配置寄存器来选择其功能。

MCS-51单片机还支持中断输入，可以用于实现外部设备的中断功能。

4.定时器/计数器（Timer/Counter）：MCS-51单片机内置了多个定时器/计数器模块，用于生成精确的时间延迟或测量外部事件的时间间隔。

定时器可以产生周期性的中断信号，用于实现定时任务。

计数器可以计数外部事件的脉冲数量，用于测量时间间隔。

5.串行通信接口：MCS-51单片机内置了一个串行通信接口，可以用于与其他设备进行数据传输。

该接口支持异步串行通信协议，如UART（通用异步收发器）或SPI（串行外围接口）等。

它可以通过配置寄存器来设置通信参数，如波特率和数据格式等。

6.时钟电路：MCS-51单片机需要一个精确的时钟源来驱动内部运算和外设操作。

MCS-51单片机的基本组成 - 单片机图1说明MCS-51系列单片机的基本组成。

1、8051单片机内部结构和功能1．中央处理器CPU（1）运算器1) 算术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit)2) 累加器ACC (Accumulator)3) 寄存器B4) 程序状态字PSW(ProgramStatusWord)程序状态字PSW是一个8位特殊功能寄存器，它的各位包含了程序运行的状态信息，以供程序查询和判断。

PSW程序状态字格式和含义如下:①Cy(PSW.7) 进位标志位。

Cy是PSW中最常用的标志位。

由硬件或软件置位和清零。

它表示运算结果是否有进位(或借位)。

如果运算结果在最高位有进位输出(加法时)或有借位输入(减法时)，则Cy由硬件置“1”，否则Cy被清“0”。

②AC(PSW.6) 辅助进位(或称半进位)标志。

当执行加减运算时，运算结果产生低四位向高四位进位或借位时，AC由硬件置“1”；否则AC 位被自动清“0”。

③F0(PSW.5) 用户标志位。

用户可根据自己的需要对F0位赋予一定的含义，由用户置位或复位，作为软件标志。

④RSl和RS0(PSW.4，PSW.3) 工作寄存器组选择位。

这两位的值决定选择哪一组工作寄存器为当前工作寄存器组。

由用户通过软件改变RSl和RS0值的组合，以切换当前选用的工作寄存器组。

其组合关系如表2-1所示⑤OV(PSW.2) 溢出标志位。

它反映运算结果是否溢出，溢出时则由硬件将OV位置“1”，否则置“0”。

⑥F1(PSW.1) 用户标志位，同F0(PSW.5）。

⑦P(PSW.0) 此位为奇偶标志位。

P标志表明累加器ACC中1的个数的奇偶性。

在每条指令执行完后，单片机根据ACC的内容对P位自动置位或复位。

若累加器ACC中有奇数个“1”，则P=1；若累加器ACC 中有偶数个“1”，则P=0。

5) 布尔处理器MCS-51的CPU是8位微处理器，它还具有1位微处理器的功能。

MCS-51单片机内部结构8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。

8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：·中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，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，完成运算和控制输入输出功能等操作。

·数据存储器(RAM)：8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。

·程序存储器(ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。

·定时/计数器(ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

·并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。

·全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。

·中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

·时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。

单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。

MCS-51单⽚机的硬件结构MCS-51单⽚机的基本组成MCS-51是Intel公司⽣产的⼀个单⽚机系列的总称.在功能上,该系列单⽚机有基本型和增强型两⼤类,通常以芯⽚型号的末位数字来区别。

末位数字位“1”的型号是基本型，为“2”的信号是增强型。

MCS-51单⽚机的内部结构如图所⽰，基本结构包括：⼀个8位的CPU及⽚内振荡器；4KB掩膜ROM（8051），4KB EPROM（8751），⽆ROM（8031）；128B RAM，21个特殊功能寄存器SFK；4个（P0~P3）8位并⾏I/O接⼝，⼀个可编程全双⼯通⽤异步串⾏接⼝（UART）；具有5个中断源，2个优先级；可寻址64KB 的⽚外ROM和64KB的⽚外RAM；两个16位的定时/计数器;具有位操作功能的布尔处理机及位寻址功能。

MCS-51单⽚机的引脚及其功能MCS-51单⽚机的引脚封装MCS-51单⽚机有普通的HMOS芯⽚和CMOS低功耗芯⽚。

HMOS芯⽚采⽤双列直插封装⽅式，⽽CMOS芯⽚采⽤的封装⽅式有双列直插也有⽅形封装的。

尽管封装的⽅式不同，但是它们的结构完全⼀样。

输⼊/输出接⼝MCS-51单⽚机有4个双向8位I/O接⼝，它们是P0、P1、P2、P3。

在⽆外接存储器时，这4个I/O接⼝均可以作为通⽤I/O接⼝使⽤，CPU既可以对它们进⾏字节操作也可以进⾏位操作。

当外接程序存储器或数据存储器时，P0⼝和P2⼝不再作为通⽤I/O⼝使⽤。

此时，P0⼝传送存储器地址的低8位以及双向的8位数据，P2⼝传送存储器地址的⾼8位。

P0⼝和P2共同组成MCS-51单⽚机的16位地址总线，⽽低8位地址总线与8位双向数据总线分时复⽤。

P0⼝P0⼝有8位，每⼀位由⼀个锁存器、两个三态输⼊缓冲器、控制电路和驱动电路组成。

P0⼝有两种功能，⼀是作为通⽤I/O⼝；⼆是当外接存储器时，作为低8位地址总线和8位双向数据总线。

P0 ⼝作为通⽤I/O ⼝作为通⽤I/O ⼝时，P0 ⼝既可以做输⼊⼝，也可以做输出⼝，并且每⼀位都可以设定为输⼊或输出。