第2章MCS-51单片机体系结构

MCS-51单片机原理和接口技术习题参考答案

第一章绪论

1-1解答：

第一台计算机的研制目的是为了计算复杂的数学难题。它的特点是：计算机字长为12位，运算速度为5000次/，使用18800个电子管，1500个继电器，占地面积为150m2，重达30t，其造价为100多万美元。它的诞生，标志着人类文明进入了一个新的历史阶段。

1-2解答：

单片微型计算机简称单片机。一个完整的单片机芯片至少有中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时/计数器及I/O接口等部件。

1-3解答：

单片机的发展大致经历了四个阶段：第一阶段（1970—1974年），为4位单片机阶段；第二阶段（1974—1978年），为低中档8位单片机阶段；第三阶段（1978—1983年），为高档8位单片机阶段；第四阶段（1983年至今），为8位单片机巩固发展阶段及16位单片机、32位单片机推出阶段。1-4解答：

Intel公司的MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列产品；Motorola公司的6801、6802、6803、6805、68HC11系列产品；Zilog公司的Z8、Super8系列产品；Atmel公司的AT89系列产品；

Fairchild公司的F8和3870系列产品；TI公司的TMS7000系列产品；NS公司的NS8070系列产品； NEC公司的μCOM87（μPD7800）系列产品；National公司的MN6800系列产品；

Hitachi公司的HD6301、HD63L05、HD6305。1-5解答：（1）8031/8051/8751三种型号，称为8051子系列。8031片内没有ROM，使用时需在片外接EPROM。8051片内含有4KB的掩模ROM，其中的程序是生产厂家制作芯片时烧制的。8751片内含有4KB的EPROM，用户可以先用紫外线擦除器擦除，然后再利用开发机或编程器写入新的程序。

习 题

1. MCS-51单片机由哪几个部分组成？

答：MCS-51单片机主要由以下部分组成的：时钟电路、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、中断系统及一些特殊功能寄存器(SFR)。

2. MCS-51的标志寄存器有多少位，各位的含义是什么？

答：MCS-51的标志寄存器PSW有8位；

D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

CA

C F

0 R

S1 R

S0 O

V - P

含义如下： C(PSW.7)：进位或借位标志位。

AC(PSW.6)：辅助进位或借位可标志位。

F0(PSW.5)：用户标志位。是系统预留给用户自己定义的标志位。 RS1、RS0(PSW.4、PSW.3)：寄存器组选择位。可用软件置位或清零，用于从四组工作

寄存器中选定当前的工作寄存器组。 OV(PSW.2)：溢出标志位。在加法或减法运算时，如运算的结果超出8位二进制数的范

围，则OV置1，标志溢出，否则OV清零。 P(PSW.0)：奇偶标志位。用于记录指令执行后累加器A中1的个数的奇偶性。若累加器A中1的个数为奇数，则P置位，若累加器A中1的个数为偶数，则P清零。

其中PSW.1未定义，可供用户使用。 3. 8051程序存储器分哪几部分，相互之间有什么关系？

答：程序存储器从物理结构上分为片内程序存储器和片外程序存储器。片内程序存储器

集成在芯片内部，不同的芯片容量不一样。片外程序存储器是外部用只读存储芯片扩展而来的，存储空间大小随存储芯片容量而定。片内程序存储器和片外程序存储器的总空间大小不

能超过64K字节。片内程序存储器地址空间和片外程序存储器的低地址空间重叠。通过引

脚EA电平的高低来决定的。EA接低电平，选择从片外程序存储器取指令；EA接高电平，选择从片内程序存储器取指令。 4. 在8051的存储器结构中，内部数据存储器可分为几个区域？各有什么特点？ 答：内部数据存储器总体上分为两部分：片内的随机存储块和特殊功能寄存器(SFR)块。

第二章 MCS51单片机的基本结构与工作原理

一、8051单片机内部包含哪些主要逻辑功能部件？

提示：

（1）CPU—包括运算器和控制器。其中运算器主要有运算逻辑部件ALU（实质上就是一个全加器）、累加器A、暂存器TMP（如B寄存器、数据指针DPTR）、程序状态字PSW（寄存程序运行的状态信息）；控制器主要有程序计数器PC（实质是加1计数器）、指令寄存器IR（存放指令操作码的专用寄存器）、指令译码器、定时控制逻辑电路（按指令的性质发出一系列定时信号）、条件转移逻辑电路。

（2）内部RAM。共有256个RAM单元。其中低128个单元（00H—7FH）供用户使用，高128个单元（80H—FFH）是专用寄存器，有着特殊逻辑功能（又名特殊功能寄存器SFR）。

（3）内部ROM。8031内部无ROM，8051有4KB掩膜ROM。

（4）定时/计数器。MCS51共有2个16位的定时/计数器（T0、T1）。

（5）并行I/O口。MCS51共有4个8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3）。

（6）串行口。MCS51有1个全双工的串行口。

（7）中断控制系统。MS51共有5个中断源，且分两个优先级别。

（8）时钟电路。系统允许的最高晶振频率为12MHz（主要用于通信）。

二、MCS51的存储器在物理上和逻辑上有何不同？有哪几种地址空间？容量各为多少？访问片内RAM、片外RAM、片外ROM的指令格式有何不同？

提示：

（1）从物理结构上存储器分为程序存储器和数据存储器，同时分别又有片内与片外之分。

（2）从寻址空间分布上分为三个存储器地址空间，即程序存储器（片内外统一编址空间共64KB）、片内数据存储器（寻址空间256B。然而事实上只有低128个单元和高128个单元中的21个单元SFR，高128个单元中的107个空闲地址，用户不能使用。切记！）、片外数据存储器（寻址空间64KB）。

（3）从功能上划分为程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间、外部数据存储器。

单片机（MCS-51）简述

钱堃 收集整理

本文简要地介绍单片机技术并以MCS-51单片机为例,介绍其结构组成特点及应用，感

兴趣的同学可以进一步阅读相关文献（如参考文献）了解更多技术性细节知识。 通用微处理器和单片机是计算机技术发展中的两个主要分支，它们适用于各种不同的

应用领域。单片机（Microcontroller Unit, MCU）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集

成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、

多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、

模拟多路转换器、A/D转换器等电路等）集成到一块芯片上构成的一个小而完善的微型计

算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，

发展到现在的300M的高速单片机。

MCS-51系列单片机是以8051为核心发展起来的，具有基本的硬件结构和通用的软件

特性，图1为MCS-51系列单片机基本组成框图。

图1 单片机组成框图

构成计算机的主要组成部分(CPU、存储器、可编程I/O口等)，通过地址总线、数据总线

和控制总线连接在一起，这种芯片叫单片机。单片机的功能结构如图2所示，MCS-51单

片机的内部结构包含下列几个部件（新的单片机在以下指标方面更为先进）： (1)一个8位CPU；

(2)一个片内振荡器及时钟电路

(3)4 ROM程序存储器；

(4)128字节RAM数据存储器，

(5)两个16位定时器/计数器；

(6)可寻址64x字节外部数据存储器和64K字节外部程序存储器空间的控制电路；

(7)32条可编程的I/O线(四个8位并行I/O端口)；

(8)一个可编程全双工串行口；

(9)具有5个中断源、2个优先级嵌套中断结构。

图2 MCS-51单片机功能方框图

单片机作为嵌入式应用的微型计算机，从硬件结构到软件指令系统都是针对测控领域

的广泛需要和特点而设计的，因此单片机也称之为微控制器(MCU)，它适用于嵌入电子系