第三章MCS-51单片机的结构和原理

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第3章 MCS-51单片机的结构和原理3.1 3.2 3.3 3.4 3.5MCS-51系列单片机的结构 MCS-51系列单片机的引脚及其功能 MCS-51系列单片机的工作方式MCS-51系列单片机的时序 MCS-51系列单片机外部存储器的扩展

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MCS是Intel公司单片机的系列符号。Intel 推出有MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。 MCS-51系列单片机既包括三个基本型8031、 8051、8751,还包括对应的低功耗型号80C31、 MCS-51、87C51,因而MCS-51特指Intel的这几 种型号。

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由于Intel公司将MCS-51的核心技术授权给 了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051 为核心的单片机，例如PHILIPS、SIEMENS、ADM、 ATMEL等公司推出的一系列以MCS-51为核心、与 MCS-51兼容的8位单片机。他们对MCS-51一般都 作了一些扩充，更有特点、功能更强、市场竞 争力更强，不应该把它们称为MCS-51系列单片 机。MCS只是Intel公司专用的。

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3.1 MCS-51系列单片机的结构一、基本组成与内部结构 1、中央处理器CPU 它是单片机的核心，用于产生各种控制信号，完成对 数据的算术逻辑运算和传送 2、内部数据存储器RAM 用来存放可以读/写的数据

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3、内部程序存储器ROM

用来存放程序指令或某些常数表格4、四个8位的并行I/O接口P0、P1、P2、P3

每个接口都可用作数据的输入或输出5、2个(或3个)定时器/计数器

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6、内部中断系统 具有5个中断源、2个优先级的嵌套中断 结构，可实现二级中断服务程序嵌套。每一 个中断源都可用软件程序规定为高优先级中 断或低优先级中断 7、一个串行接口电路 可用于异步接收发送器

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8、内部时钟电路

振荡频率可高达40MHz,但晶体和微调电 容需要外接

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二、CPU 中央处理器 CPU包含运算器和控制器两大 部分，运算器完成各种算术和逻辑运算，控制 器在单片机内部协调各功能部件之间的数据传 送和运算操作，并对单片机外部发出若干控制 信息。

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1、运算器

运算器以算术逻辑单元ALU为核心，加上 累加器ACC、暂存寄存器TMP和程序状态字寄 存器PSW等组成。

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ALU

主要用于完成二进制数据的算术和逻辑运 算，并通过对运算结果的判断来影响程序状态 字寄存器PSW中有关位的状态。

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ACC

是一个8位寄存器(在指令中一般写为A), 它通过暂存寄存器TMP与算术逻辑单元ALU相连。 ACC的工作最为繁忙，因为在进行算术逻辑运算 时，ALU的一个输入多为ACC的输出，而大多数 运算结果也需要送到ACC中。

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B B寄存器是一个8位寄存器，在做乘除运算 时，B寄存器用来存放一个操作数，它也用来 存放乘除运算后的一部分结果。若不做乘除操 作，B寄存器可用作通用寄存器。

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PSW

程序状态字寄存器PSW也是一个8位寄存器， 用于存放运算结果的一些特征。其

格式为：

D7 CY

D6 AC

D5 F0

D4 RS1

D3 RS0

D2 OV

D1 /

D0 P

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CY:进位标志 在进行加法或减法运算时，若运算结果的 最高位有进位或借位，则CY=1,否则CY=0。在 执行位操作指令时，CY作为位累加器。 AC:辅助进位标志 在进行加法或减法运算时，若低半字节向 高半字节有进位或借位(即当D3向D4有进位或 借位)时AC=1,否则AC=0。AC还作为BCD码运 算调整时的判别位。

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F0:用户标志

用户可根据自己的需要对F0赋予一定的含义OV:溢出标志

当两个带符号的单字节数进行运算时，如果 运算结果超出-128-+127的范围，则OV=1,表示 有溢出，否则OV=0表示无溢出

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P:奇偶校验标志

每条指令执行完毕后，都按照累加器A中 “1”的个数来决定P值，当“1”的个数是奇数时 P=1,否则P=0D1:保留位

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RS1和RS0:工作寄存器组选择位

RS1

RS0

当前使用的工作寄存器区

00 1 1

01 0 1

第0组(00H-07H)第1组(08H-0FH) 第2组(10H-17H) 第3组(18H-1FH)

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2、控制器 控制器包括定时控制逻辑、指令寄存器、 指令译码器、程序计数器PC、数据指针DPTR、 堆栈指针SP、地址寄存器和地址缓冲器等。 它的功能是逐条对指令进行译码，并通过定时 和控制电路在规定的时刻发出各种操作所需的 内部和外部控制信号，协调各部分的工作。

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程序计数器PC 用于存放下一条将要执行指令的地址。当 一条指令按PC所指向的地址从程序存储器中取 出之后，PC的值会自动增量，即指向下一条指 令。

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堆栈指针SP 堆栈指针SP是一个8位专用寄存器，它用 来指示出堆栈在内部RAM中的起始位置。系统 复位后，SP初始化为07H,使得堆栈实际上从 08H单元开始。由于08H-1FH单元分别属于工 作寄存器1-3,因此若在程序设计中使用堆栈 时最好把SP值改为1FH或更大的值。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3pw1.html