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1、MCS-51系列单片机基本结构与工作原理 概述 MCS-51单片机内部结构 MCS-51单片机外部引脚及功能， I/O 接口电路 MCS-51的指令系统 MCS-51的扩展应用,概 述,单片机：把中央处理器CPU、存储器、输入输出（I/O）接口电路以及定时器/计数器等部件制作在一块集成电路芯片中，构成一个完整的微型计算机单片微型计算机。,总线：各个器件共同享用连线，器件的数据线称为数据总线，器件所有的控制线被称为控制总线。用于抵制分配的线称为地址总线。数据、地址、指令：三者的本质都是数字0和1组成的序列。指令即由单片机芯片的设计者规定的一种数字；地址即是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出
2、口的依据；数据即由微处理机处理的对象。堆栈：用来存放数据的一个区域，是内部RAM的一部分。“先进后出，后进先出”，有其特殊的数据传输指令，即PUSH和POP,有一个特殊的服务单元堆栈指针SP.每执行一次PUSH,SP+1，每执行一次POP,SP-1, MCS-51单片机内部结构 一、MCS-51内部资源及特点 1、内部资源MCS-51系列单片机包括8031、8051、8751等很多型号，其代表型号是以8051，以此为例介绍单片机内部结构。 8051内包括：适于控制应用的8位CPU；4KB程序存储器(ROM)；128B数据存储器 (RAM);32根双向并可以按位寻址的I/O线 1个全双工串行口I
3、/O线； 2个16位定时计数器器； 5各中断源2个优先级的嵌套结构；片内时钟振荡器,二、MCS-51单片机基本结构 内部结构简图如图2-1所示。包括：CPU、存储器（ROM、RAM）、I/O接口等计算机的基本组成。, MCS-51外部引脚及功能、I/O接口电路一、外部引脚返回MCS-51共40个引脚，大致可分为四类，其管脚分布如下图所示。1）电源引脚VCC和VSSVCC：40脚，电源端，+5VVSS：20脚，接地端（GND）2）时钟电路引脚XTAL1：19脚，外接晶振输入引脚。XTAL2：18脚，外接晶振输出引脚。3）控制线引脚共4根，其中3根为双功能RST/VPD ：9脚，复位/备用电源。R
4、ST-通过外接复位电路实现上电复位或按键复位。VPD-可外接备用电源，在VCC掉电时向RAM供电。,二、专用寄存器组1、程序计数器 PC 16位计数器，指向程序存储器中被执行的指令所在的地址。本身没有地址，在物理上独立。 寻址范围0000FFFFH的64KB空间。2、数据指针DPTR 16位地址指针，可寻址范围0000FFFFH 的64KB空间，可指向程序、数据存储器。3、堆栈指针SP 8位地址寄存器，SP用来管理堆栈。它指向内部RAM的一个存储单元，且总是指向栈顶单元。 MCS-51的堆栈是内部RAM中的一个部分，符合“先进后出、后进先出”原则。4、累加器ACCACC是一个具有特殊用途的8位
5、寄存器，主要用于存放操作数或运算结果。8051指令系统中多数指令的执行都要通过累加器ACC进行。因此，在CPU中，累加器的使用频率是很高的。也可简写累加器A。,5、寄存器B B也是一个8位的寄存器，通常用来和累加器配合，进行乘、除法的运算。对于其它指令，B可作为一个工作寄存器使。6、程序状态字PSW PSW是一个可编程的8位寄存器，用来寄存当前指令执行结果的有关状态。8051有些指令的执行会自动影响PSW的有关位的状态，在编程时要加以注意，同时，PSW中各位的状态也可通过指令设置。PSW各标志位的定义如下： CY：（PSW.7) 进位标志位。累加器A的最高位有进行位（加法）或借位（减法）时，C
6、Y=1；否则CY=0。在布尔操作时，它是各种位操作的“累加器 ”。CY亦可简记为C。 AC：（PSW.6) 辅助进位标志位。当累加器A的D3位向D4位进位或借位标志时，AC=1，否则为0。（有时AC也被称为半进位标志）。 F0：（PSW.5) 用户通用标志位。可以根据需要用程序将其置位或清零，从而可通过测试FO的状态来控制程序的转向。 RS1、 （PSW.4 ）寄存器区选择位1。 RS0、（ PSW.3）寄存器区选择位0。RS1、RS0可由指令置位或清零，用来选择8051的工作寄存器区。其选择方法见表2-1,OV、（ PSW.2）溢出标志位。当带符号数运算（加法或减法）结果超出范围（-127-
7、+127）时，有溢出，OV=1；否则OV=0。-、（ PSW.1）用户定义标志位。P、（ PSW.0）奇偶校验位。在每个指令周期由硬件按累加器A中“1”的个数为奇数或偶数而为“1”或“0”。因此，P可用指示操作结果（累加器A中）的1的个数的奇偶性。四、 MCS-51存储器可分为五类：程序存储器、内部数据存储器、特殊功能存储器、位寻址区、外部扩展的数据存储器和扩展I/O口。,指令的描述中经常用到一些特殊符号, MCS-51的指令系统,1、寄存器寻址：寄存器寻址是指令中指定寄存器的内容作为操作数的寻址方式。2、直接寻址：直接寻址是指令直接给出操作数所在单元的地址的寻址方式。指令中操作数部分给出直接
8、地址，用direct表示。3、寄存器间接寻址：指令操作数的地址事先存放在某个寄存器中，由该寄存器的内容指定操作数地址的寻址方式，称为寄存器间接寻址，为间接寻址指示符。4、立即数寻址：立即数寻址是由指令直接给出操作数的寻址方式。#为立即数的标识符。,每一种寻址方式可涉及的存储器空间,(1)MOV A ， #65H(2)MOV R1，65H(3)MOV 30H，R2(4)MOV 60H，R1,寄存器寻址立即数寻址,寄存器间接寻址直接寻址,直接寻址寄存器寻址,直接寻址寄存器间接寻址,Example 判断下列指令各操作数的寻址方式,表2-2 特殊功能寄存器SFR的名称及地址（一）,一、单片机扩展的基本
9、概念1、单片机最小系统：使单片机运行的最少器件构成的系统，就是最小系统。无ROM芯片：8031 必须扩展ROM，复位、晶振电路有ROM芯片：89C51等，不必扩展ROM，只要有复位、晶振电路2、扩展使用的三总线：地址总线：由外部程序存储器取指，P0低8位；P2高8位数据总线：指令输入，P0控制总线：RD、WR、 ALE、 PSEN (读、 写、地址锁存允许、 外程序存储器读选通）, MCS-51的扩展应用,图2-5 8051特殊功能寄存器地址分布图,二、存储器的扩展1、随机读写存储器RAM的扩展 ：数据存储器一般采用RAM芯片，这种存储器在电源关断后，存储的数据将全部丢失。有两大类：动态RAM
10、(DRAM)，一般容量较大，易受干扰，使用略复杂。例2116、2186静态RAM(SRAM)，在工业现场常使用SRAM，例：6264、6116,存储器与微型机三总线的连接：1)数据线 D0n连接数据总线 DB0n 2)地址线 A0N连接地址总线低位AB0N。3)片选线 CS连接地址总线高位ABN+x。4) 读写线OE、WE(R/W) 连接读写控制线RD、WR。,2、只读存储器ROM的扩展 工作时，ROM中的信息只能读出，要用特殊方式写入(固化信息)，失电后可保持信息不丢失。 掩膜ROM：不可改写ROM由生产芯片的厂家固化信息。在最后一道工序用掩膜工艺写入信息，用户只可读。 PROM：可编程RO
11、M用户可进行一次编程。存储单元电路由熔丝相连，当加入写脉冲，某些存储单元熔丝熔断，信息永久写入，不可再次改写。 EPROM：可光擦除PROM 用户可以多次编程。编程加写脉冲后，某些存储 单元的PN结表面形成浮动栅，阻挡通路，实现信息写入。用紫外线照射 可驱散浮动栅，原有信息全部擦除，便可再次改写。 EEPROM：可电擦除PROM既可全片擦除也可字节擦除，可在线擦除信息， 又能失电保存信息，具备RAM、ROM的优点。但写入时间较长。ROM常用芯片如：2864A、2816/2816A、2817/2817A,三、 I/O接口扩展电路设计 1、8255简单I/O接口扩展：利用TTL芯片、COMS锁存器、三态门等接口芯片把P0接口扩展，常选用74LS273、74LS373、74LS244等芯片。,2、8155可编程I/O接口扩展设计8155可做扩展RAM、I/O接口使用、定时器使用,3、串行口扩展IO接口1、使用移位寄存器作为锁存或输入信号的接口，可以方便地扩展并行I/O。这种方法不占用片外RAM地址 。2、串行口扩展并行输入口/输出口3、串行口扩展串行行口，常用8251芯片。,
