1、 51單片機基本結構詳解1.什么是單片機單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計數器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調試電路電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統。 圖1-1 單片機外形圖2.單片機的引腳排列常用的單片機有40個引腳，其排列和功能如圖2-1所示。圖2-1單片機的引腳排列和功能3.單片機最小系統 單片機最小系統是單片機正常工作的最小硬件要求，包括供電電路、時鐘電路、復位電路，如圖3-1所示。 圖3-1 單

2、片機的最小應用系統   判斷單片機芯片及時鐘系統是否正常工作有一個簡單的辦法，就是用萬用表測量單片機晶振引腳（18、19腳）的對地電壓，以正常工作的單片機用數字萬用表測量為例：18腳對地約2.24V，19腳對地約2.09V。對于懷疑是復位電路故障而不能正常工作的單片機也可以采用模擬復位的方法來判斷，單片機正常工作時第9腳對地電壓為零，可以用導線短時間和5V連接一下，模擬一下上電復位，如果單片機能正常工作了，說明這個復位電路有問題。4. 單片機的內部結構單片機由5個基本部分組成，包括中央處理器CPU、存儲器、輸入/輸出口、定時/計數器、中斷系統等，如圖4-1所示。CPUROM

3、RAM 總線時鐘電路并行接口串行接口中斷系統定時/計數器圖4-1 單片機的內部結構4.1 單片機CPU內部結構及功能51單片機內部有一個8位的CPU，包含運算器，控制器及若干寄存器等，如題4-2所示。4-2 單片機CPU結構    從上圖中我們可以看到，在虛線框內的就是CPU的內部結構了，8位的MCS-51單片機的CPU內部有數術邏輯單元ALU（Arithmetic Logic Unit）、累加器A（8位）、寄存器B（8位）、程序狀態字PSW（8位）、程序計數器PC（有時也稱為指令指針，即IP，16位）、地址寄存器AR（16位）、數據寄存器DR（8位）、指令寄存器

4、IR（8位）、指令譯碼器ID、控制器等部件組成。1、運算器（ALU）的主要功能A）算術和邏輯運算，可對半字節（一個字節是8位，半個字節就是4位）和單字節數據進行操作。B）加、減、乘、除、加1、減1、比較等算術運算。C）與、或、異或、求補、循環等邏輯運算。D）位處理功能（即布爾處理器）。由于ALU內部沒有寄存器，參加運算的操作數，必須放在累加器A中。累加器A也用于存放運算結果。例如：執行指令 ADD A，B   執行這條指令時，累加器A中的內容通過輸入口In_1輸入ALU，寄存器B通過內部數據總線經輸入口In_2輸入ALU，A+B的結果通過ALU的輸出口Out、內部數據總線，

5、送回到累加器A。2、程序計數器PC    PC的作用是用來存放將要執行的指令地址，共16位，可對64K ROM直接尋址，PC低8位經P0口輸出，高8位經P2口輸出。也就是說，程序執行到什么地方，程序計數器PC就指到哪里，它始終是跟躥著程序的執行。我們知道，用戶程序是存放在內部的ROM中的，我們要執行程序就要從ROM中一個個字節的讀出來，然后到CPU中去執行，那么ROM具體執行到哪一條呢？這就需要我們的程序計數器PC來指示。程序計數器PC具有自動加1的功能，即從存儲器中讀出一個字節的指令碼后，PC自動加1（指向下一個存儲單元）。3、指令寄存器IR 

6、0;  指令寄存器的作用就是用來存放即將執行的指令代碼。在這里我們先簡單的了解下CPU執行指令的過程，首先由程序存儲器（ROM）中讀取指令代碼送入到指令寄存器，經譯碼器譯碼后再由定時與控制電路發出相應的控制信號，從而完成指令的功能。關于指令在單片機內部的執行過程，我們在后面將會以另一節課來進行詳細的講解。4、指令譯碼器ID    用于對送入指令寄存器中的指令進行譯碼，所謂譯碼就是把指令轉變成執行此指令所需要的電信號。當指令送入譯碼器后，由譯碼器對該指令進行譯碼，根據譯碼器輸出的信號，CPU控制電路定時地產生執行該指令所需的各種控制信號，使單片機正確的執行

7、程序所需要的各種操作。5、地址寄存器AR（16位）    AR的作用是用來存放將要尋址的外部存儲器單元的地址信息，指令碼所在存儲單元的地址編碼，由程序計數器PC產生，而指令中操作數所在的存儲單元地址碼，由指令的操作數給定。從上圖中我們可以看到，地址寄存器AR通過地址總線AB與外部存儲器相連。6、數據寄存器DR    用于存放寫入外部存儲器或I/O端口的數據信息。可見，數據寄存器對輸出數據具有鎖存功能。數據寄存器與外部數據總線DB直接相連。7、程序狀態字PSW用于記錄運算過程中的狀態，如是否溢出、進位等。例如，累加器A的內容83H，執行

8、：ADD A，#8AH   ；累加器A與立即數8AH相加，并把結果存放在A中。指令后，將產生和的結果為10DH，而累加器A只有8位，只能存放低8位，即0DH，元法存放結果中的最高位B8。為些，在CPU內設置一個進位標志位C，當執行加法運算出現進位時，進位標志位C為1。8、時序部件由時鐘電路和脈沖分配器組成，用于產生微操作控制部件所需的定時脈沖信號。4.2單片機的存儲器存儲器是用來存放程序和數據的部件，MCS-51單片機芯片內部存儲器包括程序存儲器和數據存儲器兩大類。程序存儲器（ROM）一般用來存放固定程序和數據，特點是程序寫入后能長期保存，不會因斷電而丟失，MSC-51系列

9、單片機內部有4KB的程序存儲空間，可以通過外部擴展到64KB，如圖4-3所示。0FFFH0000H外部0FFFH0000H內部4KB64KB0000HFFFFH4KBFFFFH1000H60KB 圖4-3 內部程序存儲器和外部程序存儲器數據存儲器（RAM）主要用于存放各種數據，內部結構如圖4-4所示。 優點：可以隨機讀入或讀出，讀寫速度快，讀寫方便。 缺點：電源斷電后，存儲的信息丟失。00H07H08H0FH10H17H18H1FHR0R7R0R7R0R7R0R7第3 組第2 組第1 組第0 組通用工作寄存器區20H2FH位尋址區30H7FH用戶數據存儲區低128高128 21SFR特殊功能寄

10、存器區圖4-4 數據存儲器的內部結構位尋址區的位地址映象如表1-1所示。表1-1位尋址區的位地址映象表4.2. 單片機的并行I/OP0口P0口的口線邏輯電路如圖4-5所示圖4-5 P0口的口線邏輯電路如圖P1口P1口的口線邏輯電路如圖4-6所示圖4-6 P1口的口線邏輯電路圖P2口P2口的口線邏輯電路如圖4-7所示圖4-7 P2口的口線邏輯電路圖 P3口P3口的口線邏輯電路如圖4-8 所示圖4-8 P3口的口線邏輯電路圖4.3.單片機的時鐘和時序時鐘電路單片機時鐘電路通常有兩種形式：內部振蕩方式和外部振蕩方式 MCS-51單片機片內有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端 。把放大器與晶體振蕩器連接，就構成了內部自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。 外部振蕩方式就是把外部已有的時鐘信號直接連接到XTAL1