MCS-51单片机总体概述（一）

前言

由于考研复试要考单片机，所以想借此机会来复习下单片机知识，主要参考书籍是华中科技大学出版社出版的《单片微型计算机原理与应用》，本书主要讲述的是MCS-51单片机。

1. MCS-51的总体结构

MCS-51单片机的结构框图如下：

2. MCS-51的CPU

MCS-51单片机内部具有一个8位的CPU，作为单片机的指挥和执行机构，它包括运算器和控制器。

2.1 运算器

算数逻辑运算部件ALU：它完成各种算数运算和逻辑运算，包括对8位数据的加、减、乘、除及逻辑与、或、异或、取反等运算，以及循环移位、位操作等。
累加器ACC：8位寄存器，通过暂存器与ALU相连。它是工作最频繁的寄存器。在算术运算和逻辑运算时，累加器A存放一个参加操作的数，作为ALU的输入，而ALU的运算结果又存入A中。在变址寻址中，A作为变址寄存器使用。
寄存器B：一般用于乘、除法指令，与A配合使用。运算前，B中存放乘数或除数，运算后，B中保存乘积的高位字节或商的余数部分，此外，B还可以作为存放中间结果的暂存寄存器。
程序状态字寄存器PSW

P: 奇偶标志位。其内容取决于A中含1的个数的奇偶性，奇数个时置1，否则为0.
OV: 溢出标志位，带符号数加减运算时，如果发生溢出，则置1，否则，置0.溢出表示为结果超出计数范围，例如8位带符号数的计数范围是-128 ~ +127。进位与溢出是不同的，进位是正常运算的结果，而溢出是错误结果。可用算式OV=D_7C $\oplus$ D_6c计算。
F0: 用户标志位。可以在写程序时当作标志位。
AC: 半进位标志位。在进行加减法运算时，如果低半字节向高半字节有进位或借位时，AC置1，否则，置0.其可用于校正BCD码加法运算或减法运算的结果。
C: 进位标志位，有时表示为C_y。在进行加减法运算时，如果操作结果的最高位有进位，则置1，否则，置0.在进行位操作时，C_y作为位累加器C。循环移位指令和比较移位指令也会影响C_y标志。
RS0,RS1: 工作寄存器组指针，用以选择指令当前工作的寄存器组。编码方式如下：
PSW.1位未定义，但用户可以用伪指令BIT将PSW.1位定义为F1，如同F0一样，设定作为用户的软件标志位。

RS1 RS0	寄存器组	片内RAM地址
0 0	组0	00H ~ 07H
0 1	组1	08H ~ 0FH
1 0	组2	10H ~ 17H
1 1	组3	18H ~ 1FH

2.2 控制器

程序计数器PC：16位专用计数器，其内容表示下一条要执行的指令的16位地址，当一条指令取出后，PC就指向下一条指令的地址。改变PC的内容就可以改变指令执行的次序。复位为0000H。
堆栈指针SP：堆栈是为了子程序调用和中断操作而设立的。一般，堆栈是在内存RAM中开辟的一个特定的存储区，专门用来暂时存放数据或存放返回地址，并按照“先进后出”的原则进行操作。MCS-51单片机中的堆栈地址是07H ~ 7FH。栈底固定，栈顶浮动。进栈时SP加1，数据压入，出栈时，先弹出数据，SP再减1.SP复位时指向07H，但由于08H~1FH是工作寄存器1 ~ 3，故通常将SP的值改为1FH或更大。在中断或调用子程序时，断点地址自动进栈，程序返回时，断点地址自动弹回PC。

数据指针DPTR：是一个16位地址寄存器，作为间接寄存器使用。在变址寻址方式中，DPTR作基址寄存器，用于对程序寄存器的访问。它也可以分成高字节DPH和低字节DPL。
指令寄存器，指令译码器和CPU定时控制：用于读取指令，对指令进行译码，产生对应的电信号，再通过定时和控制电路，发出特定的时序信号，使计算机正确执行程序所要求的各种操作。

3. MCS-51的存储器结构

8051存储结构可以分为片内外统一编址的64K字节的程序存储器，片内256字节的数据存储器，片外64K字节的数据存储器地址空间。

3.1 程序存储器

在8051中，片内有4K字节的ROM，片外可扩展60K字节的EPROM，片内片外程序存储器统一编址。
当EA=1时，在PC的值在0000H ~ 0FFFFH时，执行片内ROM的程序，在1000H ~ FFFFH时，执行片外ROM的程序。
当EA=0时，PC在0000H ~ FFFFH时均执行片外ROM的程序。
在程序存储器中，有6个地址单元被保留用于某些特定的地址，通常在这些地址放置跳转指令以避免冲突，地址如下图所示：

入口地址	说明
0000H	复位后，PC=0000H
0003H	外部中断INT0入口
000BH	定时器 T0溢出中断入口
0013H	外部中断INT1入口
001BH	定时器 T1溢出中断入口
0023H	串行口中断入口

3.2 数据存储器

8051有片内数据存储器和片外数据存储器，片内和片外RAM独立编址，通过不同指令来访问，用MOV指令访问片内RAM，用MOVX指令访问片外RAM。
8051有21个特殊功能寄存器，离散地分布在80H ~ FFH范围内。其中，SBUF,TH1,TH0,TL1,TL0,TMOD,PCON,DPL,DPH,SP只能按字节寻址，其余11个特殊功能寄存器，既可以按字节寻址，又可以按位寻址。