第二章MCS-51单片机的硬件结构及工作原理第二章MCS-51单片机的硬件结构及工作原理2.1单片机的内部结构单片机内部结构框图单片机的基本组成(2)控制器用于控制单片机程序运行和协调各部件正常工作的“指挥中心”，包括:PC（程序计数器）PC+1计数器指令寄存器指令译码器时序及控制电路2.内部数据存储器内部128字节的RAM(针对MCS-51单片机)；内部256字节的RAM(针对MCS-52单片机)；3.内部程序存储器用于存放程序和程序中的常量数据。早期版本的MCS-51无内部程序存储器；扩展型MCS-51片内包含容量不等(1K~64K)的程序存储器；内部程序存储器种类包括ROM、EPROM、Flash等。4.并行I/O端口MCS-51单片机有四个8位并行I/O端口P0~P3；这些端口既可按字节操作也可按位操作；P0口可复用为数据总线和低8位地址总线；P2口可作为地址总线的高8位；P3口为多功能口，可作为串行口、中断输入及计数器的外部输入/输出。7.中断控制系统51单片机内部有5个中断源；这些中断源可分为2个中断优先级；8.时钟电路51单片机内部振荡电路配合外部晶振或外部输入的时钟信号，可产生时钟脉冲序列，控制CPU内部逻辑电路运行。2.2单片机的封装及引脚功能说明2.2.2单片机的引脚功能说明所有引脚号均以DIP40封装为例。1.电源引脚VCC(40脚)和GND(20脚)VCC：供电，目前有多种供电电压以及一些宽电压范围的单片机（2.7~6V）。最常用的供电电压为+5VGND：地特别注意：单片机的供电和电源去耦情况对系统能否正常工作至关重要!系统供电必须稳定，不能有过大的纹波及干扰信号串入。解决方法：在单片机的VCC和GND之间尽量靠近VCC引脚的地方并入2个电容：大电容起续流作用，防止电路电流的变化引起电源电压的较大波动；小电容起滤波作用，滤除串入电路的高频信号。2.外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1(第19脚)：单片机内部晶体振荡电路的反相器的输入端；XTAL2(第18脚)：单片机内部晶体振荡电路的反相器的输出端；3.控制信号引脚(1)RST/VPD第9脚，输入信号。RST为复位信号输入端。单片机正常工作时RST引脚应保持低电平。在RST引脚上输入两个机器周期(24个时钟周期)以上的高电平时，单片机将进入并保持复位状态，直到RST信号重回低电平。VPD为内部RAM的备用电源输入端。如果主电源VCC发生断电或电压降到一定值时，可通过VPD为单片机内部RAM提供电源，以保证片内RAM中的信息不丢失。(3)PSEN第29脚，输出信号。外部程序存储器(ROM)的读选通信号。当访问外部ROM时，PSEN产生负脉冲作为外部ROM的选通信号；在访问外部RAM或片内ROM时，不会产生有效的PSEN信号。PSEN可驱动8个LSTTL负载。4.多功能I/O口P0～P3(1)P0端口(P0.0~P0.7)第39～32脚，双向信号，多功能端口。8位漏极开路的双向I/O端口；在扩展外部总线时，分时作为低8位地址总线和8位双向数据总线。P0端口可驱动8个LSTTL负载。(3)P2端口(P2.0~P2.7)第21～28脚，双向信号，多功能端口。具有内部上拉电路的8位准双向I/O端口；在扩展外部总线时，用作高8位地址总线。可驱动4个LSTTL负载。P3端口的第二功能2.3单片机的微处理器2.3.1运算器2.累加器A累加器A是运算、处理时的暂存寄存器，用于提供操作数和存放运算结果。其他如逻辑运算、移位等操作也都要通过累加器A，所以累加器A是运算器中应用最为频繁的寄存器；累加器A直接与ALU和内部总线相连，一般的信息传送和交换均需通过累加器A；由于相当多的运算都要通过累加器，这种形式客观上影响了指令的执行效率。MCS-51对部分操作进行了优化，可将累加器A旁路，将数据信息直接传送到目的单元，节省了累加器A转送的中间环节:由直接寻址或间接寻址方式操作的数据信息可以从片内的任意地址单元直接传送到另一目的地址单元，而不必经过累加器A转送；逻辑等操作也可在寄存器与变量之间直接进行，从而减少了中间环节，加快了传送速度，增强了实时性。3.寄存器B寄存器B是进行乘、除算术运算时的辅助寄存器；在进行乘法运算时，累加器A和寄存器B分别存放两个相乘的数据，指令执行后，乘积的高位字节存放在B寄存器中，低位字节存放在累加器A中；在进行除法运算时，被除数存放在累加器A中，除数存放在寄存器B中。指令执行后，商存放在累加器A中，余数存放在寄存器B中；在不进行乘、除法运算的其他情况下，寄存器B可用做一般的寄存器或中间结果暂存器。4.程序状态字寄存器PSWPSW是