8051 系列单片机内部结构

1.2  8051  系列单片机内部结构

8051系列单片机内部结构可以分为 CPU、存储器、并行口、串行口、定时器/计数器和中断逻辑这几部分，如图 1-2-1。

图 1-2-1

1.2.1  微处理器

微处理器又称 CPU，由运算器和控制器两大部分组成。

1. 算术逻辑单元

它在控制器所发内部控制信号的控制下进行各种算术操作和逻辑操作。

MCS-51 系列单片机的算术逻辑单元能完成带进位位加法、不带进位位加法、带进位位减法、加 1、减 1、逻辑与、逻辑或、逻辑异或、循环移位以及数据传送、程序转移等一般操作外，其特点是：

� 在 B 寄存器配合下，能完成乘法与除法操作。

� 可进行多种内容交换操作。

� 能作比较判跳转操作。

� 有很强的位操作功能。

2. 累加器

累加器 A 是最常用的专用寄存器。

进入 ALU 作算术操作和逻辑操作的操作数很多来自 A，操作的结果也常送回 A。有时很多单操作数操作指令都是针对 A 的，例如指令 INC A 是执行 A 中内容自加 1 的操作，指令 CLR A 是执行将 A 内容清零的操作，指令 RL A 是执行使 A 各位内容依次循环向左移动一位的操作。

3. 程序状态字

程序状态字 PSW 是一个 8 位寄存器，它包含了许多程序状态信息，其各位的含义见图 1-2-2。

D7

 

D6

 

D5

 

D4

 

D3

 

D2

 

D1

 

D0

 

CY

 

AC

 

FO

 

RS1

 

RS0

 

OV

 

-

 

P

 

图 1-2-2

PSW 各位的含义如表 1-2-1。

位

 

含义

 

CY

 

进位标志。有进位/借位时，CY=1，否则 CY=0。

 

AC

 

辅助进位标志。8 位运算时，如果低半字的最高位 D3 有进位，则 AC=1，否则 AC=0；8 位减法运算时，如果 D3 有借位，则 AC=1，否则 AC=0。AC 在作 BCD 码运算而进行二-十进制调整时很有用。

 

FO

 

软件标志。这是用户定义的一个状态标志。可通过软件对它置位、清零；在编程时，也常测试其是否建起而进行程序分支。

 

RS1

RS0

 

工作寄存器组选择位，可借软件置位或清零，以选定 4 个工作寄存器组中的一个投入工作，详见表 1-2-2。

 

OV

 

溢出标志。当带符号数运算结果超出-128~127 范围时，OV=1，否则 OV=0；当无符号数乘法结果超过 255 时，或当无符号数除法的除数为 0 时，OV=1，否则 OV=0。

 

P

 

奇偶标志。每执行一条指令，单片机都能根据 A 中 1 的个数的奇偶自动令 P 置位或清零，奇为 1 ，偶为 0。此标志对串行通信的数据传输非常有用，通过奇偶校验可校验传输的可靠性。

 

RS1、RS0 与工作寄存器组的关系如表 1-2-2。

表 1-2-2

RS1

 

RS0

 

工作寄存器组

 

0

 

0

 

0 组（00H~07H）

 

0

 

1

 

1 组（08H~0FH）

 

1

 

0

 

2 组（10H~17H）

 

1

 

1

 

3 组（18H~1FH）

 
1.2.2  振荡器与  CPU  1. 振荡器

 

图 1-2-3

MCS-51 系列单片机内含有一个高增益的反相放大器，通过 XTAL1、XTAL2 外接作为反馈元器件的晶体后便成为自激振荡器，接法见图 1-2-3。晶体呈感性，与两个 30pF 电容并联谐振电路。振荡器的震荡频率主要取决于晶体；电容的值有微调作用，通常取 30pF 左右。电容的安装位置应尽量靠近单片机芯片。

 2. CPU  时序

振荡器输出的震荡脉冲经 2 分频成为内部时钟信号，用作单片机内部各功能部件按序协调工作的控制信号；其周期成为时钟周期，也称为状态周期。