第二节主要组成
CPU的结构 存储器 I/O口的口结构
CPU的结构
CPU是单片机的核心部分。 功能：读取指令，分析指令，产生控制信号控制数据的传 送，对输入数据进行算术逻辑运算以及位操作等操作。 构成： 1、运算器 2、控制器
1、运算器
运算器：算术逻辑单元ALU 、累加器ACC 、暂存器TMP1 和TMP2 、程序状态字寄存器PSW （Program Status Word） 、BCD码运算调整电路和布尔处理器等。为了提 高数据处理和位操作能力，片内还增加了一个通用寄存器B 和一些专用寄存器。
PSW中的进位位C可以作为位累加器使用，整个位操作系 统构成了一个布尔处理器。
算术逻辑单元ALU
算术逻辑单元是由加法器和逻辑电路组成，主要完成二进 制数的四则运算，以及布尔代数的逻辑运算。 通过对运算结果的判断，决定程序状态字PSW的相关状态 标志位的变化。
累加器ACC
ACC是一个8位累加器，通过暂存器和算术逻辑单元相连。 ACC是CPU中最繁忙的寄存器。 在指令系统中， A作为累加器的助记符。 累加器ACC可以按位来操作，如果按位操作，必须写成
ACC.0、ACC.1，一直到ACC.7，而不能A.0、A.1到A.7。 PUSH ACC, POP ACC
程序状态字PSW
程序状态字PSW是8位寄存器，7位有效： 用作程序运行的状态标志，如算术运算、逻辑运算或移
位操作时，如果结果会影响到标志位的时候，PSW相关 位就会做出相应反应，进行清零或置1。 其中有两位用作工作寄存器选择位。 PSW字节地址是D0H。
3、管脚分配
P1口 P1口它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，每位
可以驱动4个LS型的TTL负载。 P1口是用户随意使用的端口。
P3口 P3口是内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，每
位可以驱动4个LS型的TTL负载。 P3口的每一位都有第二功能，P3口的使用主要
是在于它的第二功能。
89C51 CPU
内中断 外中断
64KB 总线 扩展控制器
控制
可编程I/O 并行口
可编程全双工 串行口
串行通信
基本框架
8位CPU以及指令系统
片内有256字节的数据存储器
00H—7FH段：存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、 最终结果以及欲显示的数据等
80H—FFH段：零散分布21个特殊功能寄存器。
3、管脚分配
EA/VPP EA=0时，PC指向片外的程序存储器，EA=1时，PC指向
片内的程序存储器。
EA=1时，先到片内，当PC值超过4K（0FFFH），自动 转向片外。
VPP：对8751进行编程固化时，加21V的编程电压。对 89C51片内Flash编程固化时，高电压编程时加12V电压 ，低电压编程时加5V电压。
3、管脚分配
P0口
P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O口，每位可驱动8 个LS型的TTL负载。
在CPU访问片外存储器时，P0分时提供低8位地址和8位 数据的复用总线。
P2口 P2口是内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，每位可驱动
4个LS型的TTL负载。 主要作用：在访问片外存储器的时候后，P2口输出高 8位地址。 P2口和P0口共同组成了16位的地址总线，可以对64K 存储器范围进行访问。
第一章 89C51单片机的结构 及原理
提要
总体架构 主要组成 时钟电路和时序分析 复位操作
2020年2月29日
2
第1节总体架构
基本框架 内部结构 管脚分配
2020年2月29日
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基本框架
外部时钟源
外部事件计数
振荡器和时序 OSC
程序存储器 4KB FLASH
数据存储器
2×16位
256B RAM/SFR 定时器/计数器
时。 1个全双工串行口 可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。 5个中断源，2级优先 1个片内时钟振荡电路 需外接晶振和电容

2、内部结构
P0.0-P0.7
P2.0-P2.7
P0驱动器
P2驱动器
RAM地址 寄存器
128B RAM
B寄存器 暂存器1
P0锁存器
P2锁存器
暂存器2
ACC SP
Vcc：电源，正端 Vss：地线，接地 XTAL2（18脚）和XTAL1（19脚）： 内部：片内有晶体振荡电路，外接石英晶振，电源上电
，自动进行振荡； 外接：XTAL1接外部时钟脉冲，XTAL2悬空。 控制信号引脚RST、ALE、PSEN和EA
RST: 复位信号，高电平有效 ALE/PROG: 地址锁存允许信号/片内ROM固化程序的编
程脉冲
PSEN:片外ROM读选通信号
EA/VPP :片内外ROM选择信号/编程电压的输入端
3、管脚分配
ALE/PROG ALE地址锁存允许信号 PROG: 对89C51片内ROM固化程序的时候，加入编程脉
冲。对8031、8051而言，这个功能是没用的。 PSEN 片外程序存储器选通信号 低电平有效 选通后读EPROM或ROM中的指令代码
程序状态字PSW
PSW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 （D0H） CY AC F0 RS1 RS0 OV — P
CY——进位位，在位操作时作为累加器； AC——辅助进位位，或称为半进位位； F0——用户标志位； RS0和RS1——工作寄存器指针，用来选择不同的四组工 作寄存器（共32个字节）； OV——溢出标志； PSW.1没有定义； P——奇偶位，始终跟踪累加器A 中1的个数的奇偶性。
片内有4K字节ROM
存放程序、一些原始数据和表格。
4个8位的并行I/O口
P0、P1、P2和P3
每个口可以用作输入，也可以用作输出。
片外存储器扩展
可扩展64K程序存储器。
可扩展64K数据存储器。
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基本框架
2个16位的定时/计数器 可设置成计数方式，对外部事件进行计数。 可设置成定时方式，对内部时钟进行计数，从而实现定
4KBROM
程序地址 寄存器
缓冲器
定指指
PSEN 时 令 令
ALE 控 译 寄
EA 制 码 存
RESET
器器
ALU 中断、串行口和定时器
PSW
PC加1 寄存器
PC
DPTR
P1锁存器
P3锁存器
OSC
XTAL1 XTAL2
P1驱动器 P1.0-P1.7
P3驱动器 P3.0-P3.7
3、管脚分配
3、管脚分配