【文章內(nèi)容簡介】 為 12MHZ。 以上各個部分通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線相連接。 8051 片內(nèi)除具有 CPU（包括控制器與運算器）外，還包括 ROM， RAM，4X8位的并行口，串行口和 2X16 位定時器 /計 數(shù)器。它是一個功能很強的單片微型計算機，但由于 8051 片內(nèi)為掩膜ROM，內(nèi)部程序不能改寫，不便于實驗和開發(fā)。如在實驗調(diào)試中使用 8051，需在片外擴展可改寫的 EPROM。 ? 51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051/8751/8031 芯片的外部引腳和指令系統(tǒng)完全兼容，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)除 ROM/EPROM不同外，其完全相同。 8051單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 9 所示。 一個完整的計算機應(yīng)該由運算器、控制器、存儲器（ ROM及 RAM）和 I/O接口組成。一般微處理器（如 Z80）只包括運算器和控制器兩部分。和一般微處理器相比， 8051 增加了四個 8 位 I/O口、一個串行口、 4KBROM、 128BRAM、很多工作寄存器及特殊功能寄存器（ SFR）。各部分功能簡述如下。 一、 中央處理單元（ CPU） CPU 是單片機的核心，是計算機的控制和指揮中心，由運算器和控制器組成。 1. 運算器 運算器包括一個可進行 8 位算術(shù)運算和邏輯運算的單元 ALU， 8 位的暫存器 暫存器 8 位的累加器 ACC、寄存器 B 和程序狀態(tài)寄存器 PSW等。 ALU：可對 4 位（半字節(jié)）、 8 位（一字節(jié)）和 16位（雙字節(jié)）數(shù)據(jù)進行操作。能做加、減、乘、除、加 減 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 BCD數(shù)十進制調(diào)整及比較等算術(shù)運算和與、或、異 或、求補及循環(huán)移位等邏輯操作。 ACC：累加器 ACC經(jīng)常作為一個運算數(shù)經(jīng)暫存器 2 進入ALU的輸入端，與另一個來自暫存器 1 的運算數(shù)進行運算，運算結(jié)果又送回 ACC。除此之外， ACC 在 8051 內(nèi)部經(jīng)常作為數(shù)據(jù)傳送的中轉(zhuǎn)站。同一般微處理一樣，它是最繁忙的一個寄存器了。在指令中用助記符 A 來表示。 PSW：程序狀態(tài)字寄存器， 8 位，用于指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)信息，相當于一般微處理器的標志寄存器。 PSW 中各位狀態(tài)供程序查詢和判別用。 B： 8 位寄存器，在乘、除運算時， B 寄存器用來存放一個操作數(shù)，也用來存放運算后的一個分結(jié)果；若 不做乘、除運算時，則可作為通用寄存器使用。 另外， 8051 片內(nèi)還有一個布爾處理器，它以 PSW中的進位標志 CY為累加器（在布爾處理器及其指令中以 C 代替CY），專門用于處理位操作；可執(zhí)行置位、位清 0、位取反、位等于 1 轉(zhuǎn)移、位等于 0 轉(zhuǎn)移、位等于 1 轉(zhuǎn)移并清 0 以及位累加器 C 與其他可位尋址的空間之間進行信息傳送等位操作，也能使 C 與其他可尋址位之間進行邏輯“與”、邏輯“或”操作，結(jié)果存放在進位標志位（位累加器） C 中。 2. 控制器 控制器包括程序計數(shù)器 PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID、振蕩器及定時電路等。 程序計數(shù)器 PC： 由兩個 8 位的計數(shù)器 PCH 及 PCL 組成，共 16 位。 PC 實際上是程序的字節(jié)地址計數(shù)器。 PC 中的內(nèi)容是將要執(zhí)行的下一條指令的地址。改變 PC的內(nèi)容就可改變程序執(zhí)行的方向。 PC可對 64KB 的 ROM（程序存儲器）直河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 接尋址，也可對 8051片外 RAM（數(shù)據(jù)存儲器）尋址。 指令寄存器 IR及指令譯碼器 ID：由 PC 中的內(nèi)容指定 ROM地址，取出來的指令經(jīng)指令寄存器 IR送至指令譯碼器 ID，由 ID對指令譯碼并送 PLA 產(chǎn)生一定序列的控制信號，以執(zhí)行指令所規(guī)定的操作。例如，控制 ALU 的操作、在 8051 片內(nèi)工作寄存器間傳送數(shù)據(jù)，以及發(fā)出 ACC 與 I/O 口（ P0～P3）或存儲器之間通信的控制信號等等。 振蕩器及定時電路： 8051 單片機內(nèi)有振蕩電路，只需外接石英晶體和頻率微調(diào)電容（ 2 個 30PF 左右），其頻率范圍為 ～ 12MHZ。該脈沖信號就作為 8051 工作的基本節(jié)拍，即時間的最小單位。 8051 同其他計算機一樣，在基本節(jié)拍的控制下協(xié)調(diào)地工作，就像一個樂隊按著指揮的節(jié)拍演奏一樣。 二、 存儲器 8051 片內(nèi)有 ROM（程序存儲器，只讀）和 RAM（數(shù)據(jù)存儲器，可讀可寫）兩類，它們有各自獨立的存儲地址空間，與一般微機的存儲器配置方式很不相同。 1. 程序存儲器 （ ROM） 8051 及 8751 的片內(nèi)承襲存儲器容量為 4KB，地址從0000H開始，用于存放程序和表格常數(shù)。 2. 數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 8051/8751/8031 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器均為 128KB，地址為00H～ 7FH，用于存放運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存以及數(shù)據(jù)緩沖等。 3. 數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 8051/8751/8031 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器均為 128KB，地址為00H～ 7FH，用于存放運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存以及數(shù)據(jù)緩沖等。 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 在這 128B 的 RAM 中，有 32 個字節(jié)單元可指定為工作寄存器，這同一般微處理器不同。 8051 的片內(nèi) RAM 和工作寄存器排在一個隊列里統(tǒng)一編址。 由上圖可見， 8051 單片機內(nèi)部還有 SP、 DPTR、PCON，、 IE、 IP等特殊功能寄存器，它們也同 128字節(jié)RAM在一個隊列里編址，地址為 80H～ FFH。在 128 字節(jié) RAM單元中有 21個特殊功能寄存器 、P0 驅(qū)動器 P2 驅(qū)動器 RAM地址寄存器 128BRAM P0 鎖存器 P2 鎖存 器 4KBROM ALE PSEN EA RST ~ ~ VCC VSS 圖 9 8051 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 （ SFR），這些特殊功能寄存器還包括 P0～ P3口鎖存器。 三、 I/O接口 8051 有四個 8 位并行接口，即 P0～ P3。它們都是雙向端口，每個端口各有 8 條 I/O 口線，均可輸入 /輸出。 P0～P3 口四個鎖存器同 RAM 統(tǒng)一編址，可以把 I/O 口當作一般特殊功能寄存器來尋址。 ? 51單片機引腳及其功能（附圖 10） B 寄存器 暫存器 1 暫存器 2 ACC SP ALU PSW 中斷、串行口和定時器 P1 鎖存器 P3 鎖存器 P1 驅(qū)動器 P3 驅(qū)動器 OSC 程序地址寄存器 緩沖器 PC 增 1 DPTR PC 定時控制 指令譯碼器 指令寄存器 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 E A / V PX1X2R E S E T / V P DRDP 3. 6 / W RP 3. 2 / I N T 0P 3. 3 / I N T 1P 3. 4 / T 0P 3. 5 / T 1P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7P 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 6P 0. 7P 2. 0P 2. 1P 2. 2P 2. 3P 2. 4P 2. 5P 2. 6P 2. 7P S E NV C CP 3. 0A L E / P R O GP 3. 1V S S8 05 1 圖 10 各引腳功能簡要說明如下： 1. 電源引腳 Vcc和 Vss Vcc(40腳 )：電源端，為 +5V。 Vss（ 20腳）：接地端。 2. 時鐘電路引腳 XTAL1和 XTAL2 XTAL2（ 18腳）：接外部 晶體和微調(diào)電容的一端；在 8051片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。 要檢查 8051/8031 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2端是否有脈沖信號輸出。 XTAL1（ 19腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。 3. 控制信號引腳 RST， ALE， ________PSEN 和 ___EA RST/ PDV (9腳 )： RST 是復位信號輸入端，高電平有效。當此輸入端保持兩個機器周期（ 24 個時鐘振蕩周期）的高電平時，就可以完成復位操作。 RST 引腳的第二功能是 PDV ，即備用電源的輸入端。當主電源 Vcc 發(fā)生故障，降低到低河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 電平規(guī)定值時，將 +5V 電源自動接入 RST 端，為 RAM 提供備用電源，以保證存儲在 RAM 中的信息不丟失，從而使復位后能繼續(xù)正常運行。 ALE/ ________PROG （ ADDRESS LATCH ENABLE/PROGRAMMING,30腳）：地址鎖存允許信號端。當 8051 上電正常工作后， ALE引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率 OSCf 的1/6。 CPU 訪問片外存儲器時， ALE 輸出信號作為鎖存低 8位地址的控制信號。 平時不訪問片外存儲器時， ALE端也以振蕩頻率的 1/6固定輸出正脈沖，因而 ALE 信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。如果想確定 8051/8031 芯片的好壞，可用示波器查 ALE 端是否有脈沖信號輸出，如有脈沖信號輸出，則8051/8031 基本上是好的。 ALE 端的負載驅(qū)動能力為 8 個 LS 型 TTL（低功耗甚高速 TTL）負載。 ________PSEN （ PROGRAM STORE ENABLE， 29 腳）：程序存儲允許輸出信號端。在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引腳接 EPROM 的___OE 端。 PSEN 端有效，即允許讀出 EPROM/ROM 中的指令碼。 ________PSEN 端同樣可驅(qū)動 8 個 LS型 TTL負載。 要檢查一個 8051/8031 小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到EPROM/ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看 ________PSEN 端有無脈沖輸出。如有則說明基本上工作正常。 ___EA /PPV （ ENABLE ADDRESS/VOLTAGE PULSE OF PROGRAMMING， 31 腳）：外部程序存儲器地址允許輸入端 /固化編程輸入端。 當 ___EA 引腳接高電平時， CPU只訪問片內(nèi) EPROM/ROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器 中的指令，但當 PC（程序計數(shù)器）的河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 值超過 0FFFH 時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。 當輸入信號 ___EA 引腳接低電平（接地）時， CPU 只訪問外部 EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。 4. 輸入 /輸出端口 P0， P1， P2和 P3 P0口（ ～ ， 39～ 32 腳）： P0口是一個漏極開路的 8 位準雙向 I/O 端口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動 8 個 LS型 TTL 負載。當 P0 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器（地址 80H）寫入全 1，此時 P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫 1，這就是準雙向的含義。 P1口（ ～ ， 1～ 8 腳）： P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 端口。 P1 口的每一位能驅(qū)動（灌入或輸出電流） 4 個 LS型 TTL負載。 在 P1 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向 P1 口鎖存器（地址 90H）寫入全 1，此時 P1 口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。 P2口（ ～ ， 21～ 28 腳）： P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O端口。 P2口的每一位能驅(qū)動（灌入或輸出電流） 4 個 LS型 TTL負載。 在 訪問片外 EPROM/RAM時，它輸出高 8 位地址。 P3口（ ～ ， 10～ 17 腳）： P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O端口。 P3口的每一位能驅(qū)動（灌入或輸出電流） 4 個 LS型 TTL負載。 P3口與其他 I/O 端口有很大區(qū)別，它除了作為一般準雙向 I/O口外，每個引腳還具有第二功能。 ? 8155 引腳及其功能 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 引腳如圖 11所示： I/O 口部分包括三個通用 I/O 接口，其中之一可編程為聯(lián)絡(luò)信號線引出端，可使其他兩個 I/O 接口以帶聯(lián)絡(luò)線的信號變換方式工作。 芯片內(nèi)有一個 14 位二進制可編程定時器 /計數(shù)器，它是以二進制“減 1”計數(shù)器作為分頻器，可提供各種脈沖及方波信號。 RESET： 4 引腳。功能：復位信號，輸入，是系統(tǒng)（如8051 的 RESET，輸出）提供的復位信號，它將系統(tǒng)復位于初始狀態(tài)。這條輸入線為高電平時，將該芯片復位并置三個 I/O接口為輸入方式。 RESET脈沖寬度最少為 640ns。 AD0～ AD7： 12～ 19