单片机原理及应用（第二章MCS-51单片机的组成原理）第页共NUMPAGES29页第二章MCS-51单片机组成原理(初识单片机)MCS-51系列单片机是美国Intel公司生产的高档8位机，在这个系列中常用的、最典型的有下列三种产品：1、8031单片机；2、8051单片机；3、8751单片机。MCS-51单片机的内部结构框图：中央处理器CPU（8位机）由运算器和控制器组成，是单片机的核心：运算器ALU：完成二进制的算术运算和逻辑运算功能；控制器：在时钟脉冲的作用下，对指令进行译码，控制单片机系统的各部件协调有序的工作。片内ROM主要用于存放程序、原始数据和表格等内容，也称为：程序存储器或片内ROM。(在MCS-51系列中：8031单片机，片内无ROM；8051单片机，片内有4KB的掩膜ROM；8751单片机，片内有4KB的EPROM)。三、片内RAM（256个字节单元）高128个的字节单元组成了21个特殊功能的寄存器SFR，其功能已有专门规定，用户不能乱用；低128个的字节单元，作随机存取单元，供用户使用。(有时指片内RAM为128B就是这个意思)定时器/计数器（2×16位）片内有2个16位的定时/计数器(T0，T1)，并能以其定时或计数的结果对系统进行控制。五、并行I/O接口（4×8位）片内有4个8位并行I/O接口(P0，P1，P2，P3)。它们可双向使用。P0口通常用作8位数据总线或低8位的地址总线的信息传送；P1口一般作通用数据I/O接口使用；P2口通常用作高8位地址总线的信息传送；P3口常用于以第2功能(有8种)的输入或输出的形式。串行接口片内有2个1位的串行接口，TXD为输出口，RXD为输入口，它们还可编程为一个全双工(双向同步信息传送)的通用异步串行接口模式(UART)。中断控制系统MCS-51有5个中断源：（1）2个外部中断源；（2）2个定时器/计数器中断源；（3）1个串行中断源。重要功能（1）可以寻址64KB的片外ROM和64KB的片外RAM；（2）具有位操作功能(逻辑处理)的位寻址功能。2-2CPU的结构CPU是单片机的核心，它由两大部分所组成：运算器和控制器。一、运算器算术/逻辑部件：完成算术运算。如：加、减、乘、除运算；完成逻辑运算。如：与、或、非、异或等；将运算结果的特征量，作为下一步操作指令的依据。累加器A：(8位寄存器)在算/逻运算中用于存放操作数或结果与外部存储器交换信息时要经过A；与I/O接口交换信息时也要经过A。寄存器B：(8位寄存器)做乘法运算时，用来寄存乘数或积的高位字节；做除法运算时，用来寄存除数或余数；不做上述运算时，可做通用寄存器使用。程序状态标志寄存器PSW：(8位寄存器)进位标志位Cy(D7位)：做加、减运算时，若运算结果在最高位有进位或借位时，Cy被硬件自动置“1”，反之则自动置“0”。辅助进位标志位AC：(半进位标志位，D6位)①做加、减运算时，若低4位有向高4位进位或借位时，AC被硬件自动置“1”，反之则自动置“0”。②CPU常根据AC的状态对BCD码的运算结果进行调整。用户标志位F0(D5位)：用户可用软件对F0位，置“1”或置“0”，以决定程序的走向。工作寄存器组选择标志位RS1、RS0(D4、D3位)：用户通过软件改变RS1和RS0的组合内容，来选择片内RAM中4组工作寄存器组之一。RS1RS0选定的当前使用的工作寄存器组（区）片内RAM地址通用寄存器名称00第0组00H~07HR0~R701第1组08H~0FHR0~R710第2组10H~17HR0~R711第3组18H~1FHR0~R7（5）溢出标志位OV(D2位)：当运算的结果超过8位二进制数的允许范围时，OV由硬件自动置“1”，反之置“0”。（6）空缺位(D1位)：此位未定义。（7）奇偶校验标志位P(D0位)：MCS-51采用偶校验，当A累加器中1的个数为奇数时，P被硬件置为“1”，反之被置为“0”。二、控制器控制器主要由定时控制逻辑电路和各种控制寄存器组成，它们严格按照定时电路的各种译码指令完成规定的操作。指令寄存器IR和指令译码器ID(8位)IR主要用于寄存指令代码，并通过ID将指令代码译出由控制电路产生相应的控制信号。程序计数器PC是一个十六位的寄存器，专门用于寄存CPU将要执行的指令地址(即下一条指令的地址)，所以PC会自动加1。PC可寻址64KB范围的ROM。注意PC本身没有地址，因此用户无法对其进行读写，但可以通过相应的指令改变其内容，实现程序的转移。堆栈指针(寄存器)SP(8位)堆栈：只有一个数据进/出端口且按照“先