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单片机内部构成

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二1、单片机内部结构单片机内部构成：CPU、IO、RAM、ROM、时钟系统、复位电路、及外围模块（内部资源：定时计数器(T0、T1)、外部中断（INT0、INT1）、通用异步串行口（UART）等）、中断系统.AT89S51为例：AT:ATMEL89:表示是系列FLASHT系列S:表示支持在系统编程功能51:表示型号IO:P0、P1、P2、P3RAM:128BROM:4KB=1024*4B中断系统：6个中断源（5个中断入口）内部资源：定时计数器(T0、T1)、外部中断（INT0、INT1）、通用异步串行口（UART）ISP:在系统编程功能watchdog:看门狗引脚功能介绍：VCC:40 4.0-5.5vGND:20外部时钟引脚：XTAL2（O）XTAL1（I）外接晶振频率：0-33MHZ外部时钟电路接法一：上电复位电路接法二：按键复位2、89S51存储器结构组成：程序存储器（ROM[FLASH]）与数据存储器（RAM[S]）1）片内程序存储器：4KB 4*1024字节=4096B16位二进制表示地址0000H-0FFFH启动单元：0000H-0002H外部中断0入口：0003H定时中断0入口：000BH外部中断1入口：0013H定时中断1入口：001BH串行中断入口：0023H2）片内数据存储器：静态SRAM ，共计128B8位二进制表示地址00H-7FH分区：00H-1FH，通用寄存器区，分成四个组第0组：00H-07H （R0-R7）第1组：08H-0FH第2组：10H-17H第3组：18H-1FH只能有一组为当前组，由RS1、RS0来设置：00，01，10，11 ，第0组为系统默认20H-2FH，位寻址区，共有128位，用位地址00H-7FH表示30H-7FH，用户RAM区注：片外程序存储器与数据存储器均最大可以64KB（0000H-FFFFH）3）特殊功能寄存器地址范围：TCON（88H）TMOD （89H）TL0（8AH）TL1（8BH）TH0（8CH）TH1（8DH）PCON（87H）SCON（98H）SBUF（99H）IP（B8H）IE（A8H）P0（80H）P1（90H）P2（A0H）P3（B0H）ACC（E0H）：累加器B（F0H）DPH（83H）+DPL（82H）=DPTR：数据指针SP：堆栈指钟，软堆栈，向上生长，后进先出，分为进栈与出栈两个动作默认栈底为片内RAM 07H单元开始PSW：程序状态字CY AC F0 RS1 RS0 OV -- P注：在特殊功能寄存器中，以地址以‘0’或是‘8’结尾的可能位寻址，且位地址从字节地址开始PC：程序指针（ROM：0000H）4）51的时序振荡周期：T状态周期：S=2T机器周期：Tcyc=12T指令周期：Ti=nTcyc (n=1、2、4)5）51节电方式空闲方式：CPU停止工作，其它外围模块继续工作，如果外围模式中断有效，则产生中断信号后可激活CPU工作进入正常的连续运行状态，或是直接复位退出掉电方式：CPU停止工作，其它外围模块停止工作，只保有RAM工作电源，复位退出三、指令系统CISC：复杂指令集，111条1）指令结构：标号：操作码操作数；注解BTOA: ADD A,#30H; 将ACC中数据转成ASCII码操作数的分类：源操作数，目的操作数，第三操作数CJNE A，#DATA,RELCJNE A,#60,PDXPDX: JC BHGBHG:指令长度：单字节，双字节，三字节2）寻址方式：立即寻址：#data 操作数本身MOV A,#03H 0000 0011 直接寻址(RAM)：direct(操作数的地址：RAM00H-7FH+SFR) MOV A,03HMOV A,P1 *MOV A,90H 寄存器寻址(RAM)：Rn MOV A，R3MOV R0,#30HMOV A,R0 00110000 寄存器间接寻址(RAM)：@R0 @R1 @DPTR MOV A,@R0变址寻址(ROM)：@A+DPTR @A+PC MOVC A,@A+DPTR相对寻址(ROM): REL CJNE A,#60,PDX位寻址(RAM20H-2FH+SFR(0,8))：BIT CLR P1.0MOV P1,#0FEH 1111 1110MOV A，#data MOV A，#30HMOV Rn，#data MOV R5，#0AH MOV R0,#40HMOV Direct，#data MOV P1，#0FH MOV 30H，#01HMOV @Ri,#data MOV @R0,#01HMOV DPTR,#data16 MOV DPTR,#1000H MOV DPTR,#TABMOV Direct,Rn MOV 40H,R1MOV Rn,Direct MOV R2,40HMOV Direct,@Ri MOV 50H,@R0MOV @Ri,Direct MOV @R0,30HMOV A,Rn MOV A,R1MOV Rn,A MOV R0,AMOV A,@Ri MOV A,@R0MOV @Ri,A MOV @R0,AMOV direct,AMOV A,directMOV direct1,direct2MOVX A,@Ri MOVX A,@R0 MOVX @Ri,A MOVX @R0,A MOVX A,@DPTRMOVX @DPTR,AMOVC A,@A+DPTRMOVC A,@A+PCXCH A,Rn XCH A,R1XCH A,@Ri XCH A,@R1XCH A,Direct XCH A,30HXCHD A,@RiMOV R1,#30HMOV 30H,#23HMOV A,#45HXCHD A,@R1 (A)=43H ((R1))=25HPUSH DirectPOP DirectMOV SP,#5FHMOV A,#05HPUSH ACC (60H)=05HPOP 40HADD A,#dataADD A,derictADD A,RnADD A,@RiMOV A,#0F2HADD A,#30H CY=1 (A)=22HADDC A,#data CY+(A)+data CY A ADDC A,derictADDC A,RnADDC A,@RiPUSH directPOP directMOV 21H,#12H ; 1299H 10H MOV 20H,#99HMOV A,20HADD A,#60HDA AMOV 20H,AMOV A,21HADDC A,#00HDA AMOV 21H,ASUBB A,#data (A)-data -CY CY A SUBB A,derictSUBB A,RnSUBB A,@RiMUL ABDIV ABMOV A,#83HMOV B,#54HMUL AB (B)=2AH (A)=FCHDIV AB (A)=01H (B)=2FHINC AINC DPTRINC @RiINC RnINC DirectDEC ADEC @RiDEC RnDEC DirectDA AANL A,#dataANL A,DirectANL A,RnANL A,@RiANL Direct,#data ANL P1,#0FH ANL Direct,AORL A,#dataORL A,DirectORL A,RnORL A,@RiORL Direct,#data ORL P1,#0FHORL Direct,AXRL A,#dataXRL A,DirectXRL A,RnXRL A,@Ri 01010011 XRL Direct,#data XRL P1,#0FH 00001111 XRL Direct,A 01011100CPL A 01010011→10101100CLR A 00000000RL A 11010011→ 10100111RR A 11101001RLC A CY 11010011 1010011C CY=D7 RRC A CY 11010011 C1101001 CY=D0LJMP Addr16AJMP Addr11SJMP relLCALL Addr16ACALL Addr11JMP @A+DPTRCJNE A,#data,relCJNE @Ri,#data,relCJNE Rn,#data,relCJNE A,Direct,relDJNZ Rn,relDJNZ Direct,relJZ relJNZ relSETB BIT SETB P1.0SETB C CY=1CLR BIT CLR P1.0CLR C CY=0CPL BIT CPL P1.0CPL CANL C,BITANL C,/BITORL C,BITORL C,/BITJC relJNC relJB BIT,rel JB P1.0,yjJNB BIT,relJBC BIT,rel89C51的中断系统六个中断源，五个中断入口1、中断源：外部0中断、定时计数器0中断、外部1中断、定时计数器1中断、串行发送中断、串行接收中断2、中断优先级：分为两级，（1）优先级高（2）优先级低同级中断之间不发生嵌套，优先级高的中断可再次中断优先低的中断3、中断相关控制特殊功能寄存器（1）IE 中断使能控制寄存器（2）IP 中断优先级控制寄存器IE EA -- -- ES ET1 EX1 ET0 EX0EA：总中断使能EA=1 允许中断EA=0 禁止中断ES：串行中断使能ET1：定时计数器1中断使能EX1：外部1中断使能ET0：定时计数器0中断使能EX0：外部0中断使能IP -- -- -- PS PT1 PX1 PT0 PX0PS：串行中断优先级控制位PS=1 串行中断优先级为高；PS=0 串行中断优先级为低PT1：定时计数器1中断优先级控制位PX1：外部1中断优先级控制位PT0：定时计数器1中断优先级控制位PX0：外部0中断优先级控制位4、外部中断：外部0中断（P3.2输入信号）、外部1（P3.2输入信号）中断与外部中断相关控制寄存器：TCON（定时计断器控制寄存器）TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0IT0：外部0中断触发方式控制位IT0=0：P3.2信号为低电平时表示有信号IT0=1：P3.2信号为下降沿电平时表示有信号IE0：外部0中断中断请求标志位EX0=1 EA=1 PX0=0,当P3.2有信号时，IE0会自动置1；CPU响应中断后自动清零IT1：外部1中断触发方式控制位IT1=0：P3.3信号为低电平时表示有信号IT1=1：P3.3信号为下降沿电平时表示有信号IE1：外部1中断中断请求标志位EX1=1 EA=1 PX1=0,当P3.3有信号时，IE1会自动置1；CPU响应中断后自动清零5、定时计数器（16位）：T0（P3.4，下降沿）、T1（P3.5，下降沿）T0：TH0 TL0 T1：TH1 TL1TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0TR0：T0启动控制位，TR0=1允许计数器TF0：T0溢出标志位，计数器计满溢出时置1，响应定时自动清零；如果未开中断则必须软件清零TMOD GATE C/T M1 M0 GA TE C/T M1 M0GATE：门控位，GA TE=1时，只有P3.2(T0)、P3.3(T1)为高电平时才能计数；GA TE=0时，只有P3.2、P3.3与(T0、T1)无关；C/T：C/T=1，计数功能；C/T=0，定时功能；M1、M0：00 模式0，13位计数器模式TH+TL低5位01模式1，16位计数器模式10模式2，8位计数器模式（自动重装功能TH）TL11 模式3，T0为两个8位计数器模式TH0 、TL0。

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单片机内部主要部件

单片机内部主要部件

1.2 单片机内部主要部件单片机内部电路比较复杂，MCS-51系列的8051型号单片机的内部电路根据功能可以分为CPU、RAM、ROM/EPROM、并行口、串行口、定时/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）等8个主要部件，如图1-2-1所示。

这些部件通过片内的单一总线相连，采用CPU加外围芯片的结构模式，各个功能单元都采用特殊功能寄存器集中控制的方式。

其他公司的51系列单片机与8051结构类似，只是根据用户需要增加了特殊的部件，如A/D转换器等。

在设计程序过程中，寄存器的使用非常频繁。

本节内容在了解单片机内部的组成机构基础上，重点介绍单片机内部常用的寄存器的作用。

图1-2-1 MCS-51架构1.2.1中央处理器（CPU）中央处理器是单片机的核心，主要功能是产生各种控制信号，根据程序中每一条指令的具体功能，控制寄存器和输入/输出端口的数据传送，进行数据的算术运算、逻辑运算以及位操作等处理。

MCS-51系列单片机的CPU字长是8位，能处理8位二进制数或代码，也可处理一位二进制数据。

单片机的CPU从功能上一般可以分为运算器和控制器两部分。

一、控制器控制器由程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、定时控制与条件转移逻辑电路等组成。

其功能是对来自存储器中的指令进行译码，通过定时电路，在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的功能。

各部分功能部件简述如下。

1．程序计数器PC（Program Counter）程序计数器是一个16位的专用寄存器，用来存放下一条指令的地址，具有自动加1的功能。

当CPU要取指令时，PC的内容送地址总线上，从存储器中去取出一个指令码后，PC 内容自动加1，指向下一个指令码，以保证程序按顺序执行。

PC是用来指示程序的执行位置，在顺序执行程序时，单片机每执行一条指令，PC就自动加1，以指示出下一条要取的指令的存储单元的16位地址。

也就是说，CPU总是把PC 的内容作为地址，根据该地址从存储器中取出指令码或包含在指令中的操作数。

8051单片机的内部结构

8051单片机的内部结构

8051单片机的内部结构8051单片机是一种经典的8位微控制器，因其性能稳定、易于使用和广泛应用于各种嵌入式系统中而备受推崇。

8051单片机采用哈佛架构，具有强大的功能和丰富的内部资源。

本文将详细介绍8051单片机的内部结构。

1.CPU核心：8051单片机核心包括中央处理器（CPU）和一些相关模块，主要包括ALU（算术逻辑单元）和控制单元。

ALU负责执行算术和逻辑运算，而控制单元负责指令译码和控制指令执行。

2.存储器：8051单片机具有多种类型的存储器，包括ROM、RAM和特殊功能寄存器。

- ROM（Read Only Memory）：8051单片机的ROM存储器用于存储程序指令，其容量通常为4KB至64KB，并且不可编程。

程序储存在ROM中，在运行时从中读取指令并执行。

- RAM（Random Access Memory）：8051单片机的RAM存储器用于存储变量和临时数据。

其容量通常从XDATA的8051型号开始，为128B至256B。

与ROM不同，RAM可读可写，并且容易被程序修改。

-特殊功能寄存器（SFR）：8051单片机的特殊功能寄存器是一种特殊的存储器类型，用于存储特定功能的控制和状态信息。

例如，P0（口0）用于控制和监测微控制器的输入/输出。

3.端口：8051单片机包含4个8位双向并行端口（P0-P3），用于与外部设备进行通信。

每个端口都可以配置为输入或输出，并且具有输入缓冲器和输出驱动器。

4. 定时器/计数器：8051单片机具有两个16位定时器/计数器（Timer/Counter 0和Timer/Counter 1）。

它们可用于测量时间间隔、生成定时中断和计数外部事件。

5.串行通信接口：8051单片机具有一个串行通信接口（UART），用于与外部设备进行串行数据传输。

UART可以通过异步串行通信或同步串行通信来传输数据。

6.中断控制器：8051单片机具有中断控制器，用于处理外部中断和内部中断。

第2节-单片机内部主要部件

第2节-单片机内部主要部件


一、控制器
控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、 定时控制与条件转移逻辑电路等组成，对来自存储器 中的指令进行译码，通过定时电路，在规定的时刻发 出各种操作所需的控制信号，使各部分协调工作，完 成指令所规定的功能。
1、程序计数器 PC是一个16位的专用寄存器，用来存放下一条指 令的地址。CPU取指令时，PC的内容送到地址总线上。 从存储器取出一个指令码后，PC自动加1，指向下一条 指令，即CPU总是把PC的内容作为地址。51系列单片机 的寻址范围为64K，PC中数据范围是0000H～FFFFH，共 64K 。 单 片 机 上 电 或 复 位 时 ， PC 自 动 清 0 ， 装 入 地 址 0000H，保证单片机上电或复位后，程序从0000H开始 执行。
2．指令寄存器IR（Instruction Register） 指令寄存器是一个8位寄存器用于暂存待执行的指
令，等待译码。 3．暂存器TMP
用于暂存进入运算器的数据。 4．指令译码器ID（Instruction Decoder）
指令译码器是对指令寄存器中的指令进行译码，将 指令变为执行此指令所需要的电信号。根据译码器的输 出信号，再经时序电路定时产生执行该指令所需要的各 种控制信号。
一、单片机的RAM 8051单片机芯片中共有256个字节的RAM单元，其
中 128 个 字 节 被 专 用 寄 存 器 占 用 ， 用 户 使 用 的 只 是 前 128B，即通常所说的片内128B数据存储器，它可以用 来存放临时可读写的数据，但在单片机掉电时，RAM单 元所有数据将丢失。单片机对RAM的寻址空间可达64kB。
PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0
CY AC F0 RS1 RS0 OV F1
单片机复习资料

单片机复习资料

51单片机内部结构：集成了中央处理器（CPU）、存储器系统（RAM和ROM）、定时/计数器、并行接口、串行接口、中断系统和一些特殊功能寄存器中央处理器：单片机cpu包含运算部件和控制部件算数逻辑ALU为8位运算器ALU有位计算器可以对一位二进制数据进行置位、清零、求反、测试转移及位逻辑与，或等处理累加器ACC为8位寄存器是CPU中使用最频繁的存储器程序计数器PC是16位寄存器，它存放下一条要执行的指令的地址堆栈指针SP用来控制堆栈段内容的入栈（输入）与出栈（输出），51单片机中SP始终指向栈底位置数据指针DPTR是16位寄存器，通常用DPTR实现对片外数据存储器64KB空间的访问程序存储器：程序存储器外部内部共用64KB存储空间8031，8032内部没有程序存储器，只能外部扩展64KB。

8051，8751内部有4KB程序存储器地址范围0000H-0FFFH；8052,8752内部有8KB程序存储器，地址范围0000H-1FFFH，外部最多可扩展64KBEA引脚接低电平从片外程序存储器取命令，高电平从片内程序存储器取命令8031，8032的EA只能保持低电平（指令只能从片外程序存储器取得）51单片机片内随机存储块128字节编址00H-7FH 特殊功能寄存器128字节编址80H-0FFH 工作寄存器组区：00H-1FH单位为工作寄存器组区共32字节工作寄存器有0，1，2，3四组，每组8个寄存器，依次用R0-R7表示和使用堆栈在存储器中按（先入后出，后入先出）原则进行管理的一段的存储区域，通过堆栈指针SP管理堆栈主要是为子程序调用和中断调用设立的，用于保护断点地址和保护现场状态根据入栈方向堆栈分为向上，向下生长型向上生长型堆栈入栈时SP指针先加1，指向下一个高地址单元，出栈时先把SP指针指向单元的数据送出，再把SP指针减1，数据是向高地址单元储存的；向下生长型堆栈入栈时SP 指针先减1，指向下一个低地址单元，再把数据送入当前SP指针指向的单元，出栈时先把SP指针指向单元的数据送出，再把SP指针加1，数据是向低地址单元储存的51单片机堆栈是向上生长型，位于片内随机储存块中，堆栈指针SP为8位51单片机当数据存储器不够时，可扩展外部数据存储器，扩展外部数据存储器最多为64KB 51单片机输入/输出接口:P0口是三态双向口，可作为地址/数据分时复用接口，也可作为通用I/O接口P1口是准双向口，它只能作为通用I/O接口使用P2口是准双向口，用途为：通用I/O接口和高8位地址线P3口作为通用I/O接口，第二功能输出线为高电平，与非门3的输出取决于锁存器状态，作为第二功能使用时，锁存器Q输出端必须高电平，否则V1管导通引脚将被钳位在低电平外部引脚：外接晶体引脚：XTAL1、XTAL2(19、18引脚) 控制线：ALE/PROG(30引脚)、PSEN(29引脚)、RST/Vpd(9引脚)、EA/Vpp(31引脚)51单片机工作方式：复位方式、程序执行方式、单步执行方式（调试）每一个机器周期包含12个时钟周期，每个机器周期ALE信号固定出现两次，分别在（S1P2、S4P2)每出现一次信号，CPU就进行一次取指令的操作51单片机的寻址方式按操作数的类型分为数的寻址和指令寻址，数的寻址根据数的种类有常数寻址（立即寻址）、寄存器数寻址（寄存器寻址）、存储器数寻址（直接寻址方式、寄存器间接寻址方式、变址寻址方式）和位数据寻址（位寻址）。