2
39
3
38
4
37
5
36
6
35
7
34
8
33
9
8051 32
10 8751 31
11 8031 30
12
29
13
28
14
27
15
26
16
25
17
24
18
23
19
22
20
21
a)
VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7
EA / ALE/ PROG
PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
MCS-51系列单片机引脚功能及总线结构
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
RXD、P3.0 TXD、P3.1 INT0 、P3.2 INT1 、P3.3
T0 、P3.4 T1 、P3.5 WR 、P3.6 RD 、P3.7
XTAL2 XTAL1
VSS
1
40
数据08H入栈示意图。
25
第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
堆栈和堆栈指针
数据08H出栈示意图
26
第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
2.3.4 特殊功能寄存器
特殊功能寄存器（简称SFR），也称为专用 寄存器，用于控制、管理片内算术逻辑部件、并特殊功能模块的工作。
PSEN EA ALE RST
VCC VSS
b)
A15 A14
A13
A12
A11
A10 地 A9
址
A8 A7
总
A6 线
锁
A5 ( AB) A4
存
A3
器
A2 A1
A0
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1
D0 VCC
V SS
数 据 总 线 ( DB)
8
第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
2.1.1 引脚定义与功能
15
第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
图2-7 MCS-51的取指和指令执行的时序
16
第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
图2-7列举了几种典型指令的取指和执行时序。由于 用户看不到内部时钟信号，故图2-7列出了XTAL2端 出现的振荡器信号和ALE端的信号，以作参考。 通常，每个机器周期ALE两次有效，第1次发生在S1P2 和S2P1期间，第2次在S4P2和S5P1期间。
位寻址区
工作寄存 区
片内程序存储器
片外程序存储器
片内数据存储器
(64K字节）
0000H 片外数据存储器
程序存储器
数据存储器
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第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
2.3 存储器配置
微型计算机的存储器地址空间有两种结构 形式：普林斯顿结构和哈佛结构。 普林斯顿结构是将数据存储器和程序存储器 空间合二为一，一个地址对应唯一的一个存储 器单元，CPU访问ROM和RAM使用相同的指 令； 哈佛结构是将ROM和RAM分别安排在两个 不同的地址空间，ROM和RAM可以有相同的 地址，CPU访问ROM和RAM使用的是不同的 指令。
22
第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
2.3.3 内部数据存储器
片内通用RAM区分为工作寄存器区、位寻址区 、数据缓冲区3个区域。
工作寄存器区（00H~1FH ） 工作寄存器组的选择表 如下图所示。
PSW.4 （RS1）
0 0 1 1
PSW.3 （RS0）
0 1 0 1
当前使用的工作寄存器组 R0~R7
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第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
2.3.2 外部数据存储器
MCS-51单片机具有扩展64KB外部数据存储器 RAM和I/O端口的能力，外部数据存储器和I/O端口 实行统一编址，并使用相同的控制信号、相同的访 问指令MOVX和相同的寻址方式。
片外数据存储器按16位编址时，其地址空间与 程序存储器重叠，但不会引起混乱，访问程序存储 器是用 PSEN信号选通，而访问片外数据存储器时 ，由 RD信号（读）和 WR信号（写）选通。访问程 序存储器使用的是MOVC指令，访问片外数据存储 器使用的是MOVX指令和寄存器间接寻址指令。
主电源引脚 Vcc（40脚）：一般接+5V电源正端。 Vss（20脚）：一般接+5V电源地端。
外接晶体振荡器引脚 XTAL1（19脚） ：外接晶体振荡器的一端。 XLAT2（18脚）：外接晶体振荡器的另一端。
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第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
控制线 RST/VPD（9脚）：复位/备用电源线。 ALE/ PROG（30脚）：地址锁存允许/编程线 PSEN（29脚):片外程序存储器读选通信号输出端， 低电平有效。 EA/VPP（31脚）：片外程序存储器选用端，低电平 有效。
XTAL 2 GND 8XX51
外部时钟方式
外部 时钟
悬空
XTAL 1 XTAL 2
GND
8XX51 CHMOS
悬空
外部 时钟
XTAL 1
XTAL 2
GND 8XC51 HMOS
14
第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
2.2.2 单片机的时序单位和工作时序
单片机的时序单位有以下几种。 时钟周期 机器周期 指令周期 各时序单位的关系
通用RAM区 30H~7FH是通用RAM区，共80个单元，一般 用于存储用户数据, 也称用户RAM区。
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第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
堆栈和堆栈指针 堆栈是一个特殊的RAM区，用来暂存数据和地 址，它是按“先进后出”或“后进先出”的原 则存取数据的，堆栈有入栈和出栈两种操作。 以数据08H出栈入栈为例。
定时器/计数器1计数脉冲输入
外部数据存储器写选通信号输出 外部数据存储器读选通信号输出
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第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
2.2 时钟电路与时序
MCS-51单片机本身是一个复杂的同步时序电 路，为保证同步工作方式的实现，MCS-51单片机 在唯一的时钟信号控制下，严格地按时序执行指 令。在执行指令时，CPU以时钟电路的主振频率为 基准发出CPU的时序，对指令进行译码，并由时序 电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操 作。这些控制信号在时间上的相互关系就是CPU时 序。
储器的控制电路； 2个16位定时/计数器； 5个中断源、2个优先级嵌套中断结构； 1个可编程全双工串行接口； 1个有位寻址功能、适于逻辑运算的位处理机。
2
第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
51系列单片机的内部基本结构
外部时钟源
外部计数脉冲
振荡器和 时钟电路
程序存储器 4KB
数据存储器 128B
2.3.4 特殊功能寄存器
程序状态字（PSW）
进位标志位C 辅助进/借位（或称半进位）标志位AC 用户自定义标志位F0 工作寄存器组选择位RS1、RS0 溢出标志位OV 奇偶标志位P
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第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
2.4 输入输出接口
统称为P3口。
11
第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
P3口的第二功能表
引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4
P3.5
P3.6 P3.7
第二功能 RXD TXD
INT0 INT1
T0
T1
WR
RD
说明 串行口输入端 串行口输出端 外部中断0请求输入 外部中断1请求输入 定时器/计数器0计数脉冲输入
用 户 I/O
控 制 总 线 (CB)
P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0
P 3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
8051 8751 8031
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 ALE
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第2章 MCS-51系列单片机硬件结构 特殊功能寄存器名称、表示符、地址、复位状态一览表
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第2章 MCS-51系列单片机硬件结构 特殊功能寄存器名称、表示符、地址、复位状态一览表
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第2章 MCS-51系列单片机硬件结构 特殊功能寄存器名称、表示符、地址、复位状态一览表
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第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
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第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
2.1.1 引脚定义与功能
输入/输出口 P0口（39~32脚）：输入/输出线P0.0~P0.7
统称为P0口。 P1口 （1~8脚）：输入/输出线P1.0~P1.7统称
为P1口。 P2口 （21~28脚） ：输入/输出线P2.0~P2.7
统称为P2口。 P3口 （10~17脚） ：输入/输出线P3.0~P3.7
基本组成及功能：
位处理器 内部数据存储器RAM 内部程序存储器ROM 定时/计数器 并行I/O口 串行口 中断控制系统 时钟电路 总线
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第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
MCS-51单片机内部整体结构原理图
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第2章 MCS-51系列单片机硬件结构
2.1.1 引脚定义与功能
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第2章 MCS-51系列单片机硬件结构 2. 控制电路是保证单片机各部分能在程序运行过程中自动 而协调工作的指挥枢纽，其核心部分是指令地址的计算、 取指和指令译码。主要包括程序计数器PC、PC加1寄存器（ PC增量）、指令译码器、定时与控制电路等。控制电路的 基本结构如图。