3 MCS-51 MCU结构与原理

学习笔记

作者: MingXiao

分为运算器和控制器

运算器

控制器

CPU工作过程

统一编址

存储器的逻辑地址与物理地址对应，如8086，MSP430等

MCS-51的CPU是非统一编址的，如0x0000H可以对应片内/外 ROM/RAM

MCS-51的存储器架构

包括片内4KBROM，128BRAM；和片外64KBROM，64KBRAM寻址能力（16根地址线）

8051内部是ROM

访问不同空间的指令

程序存储器空间：MOVC；片内/外通过\(\mathsf{\overline{EA}}\)决定

当其为高电平，执行片内前4KBROM地址中程序，超过4KB时从片外读取

当其为低电平，所有程序都在片外，此时片外从0000H开始编址
片内数据存储器：MOV
片外数据存储器：MOVX，其中一个操作数必须是A

存储器特殊区域

通常会在这些地址存放一条绝对跳转指令，如

ORG 0000H
	LJMP main
	
	ORG 0013H	;外部中断1入口，中断时PC自动跳转到这里
	LJMP INT1
	
	ORG 0040H
main:			;xxxx
INT1:			;xxxx
	END

片内RAM空间分布

如下图

其中位地址区是bit编址，即每个bit都有自己的地址

寄存器组也可以直接当一般的缓存区使用

特殊功能寄存器：Special Functional Register(SFR)

与ALU相关SFR

A Reg(Accumulator)：8bit累加器，用A/ACC表示，可以字节寻址(E0H)或位寻址(E0H - E7H)

ALU在运算时一个数一定在ACC中
B Reg：8bit暂存寄存器，字节寻址(F0H)，在MUL, DIV时使用
PSW(Program Status Word)：8bit程序状态字，也就是FLAGS，可字节寻址(D0H)
- CY：进位标志，在第8位进位时为1
- AC：半进位标志，在第4位进位时为1
- F0：用户标志位
- RS1, RS0：工作寄存器组选择位，其值**00, 01, 10, 11分别对应寄存器组0，1，2，3**工作
- P：奇偶校验位，累加器**ACC中若奇数个1则P=1**
- OV：溢出标志位，当符号位(MSB)与次高位不同时进位时OV=1
  
  主要受ADD, ADDC, SUBB, MUL, DIV影响，MUL结果大于16bit(255)时、DIV 0时OV=1，其他为0
  - MUL指令：MUL AB，表示\(A\cdot B\)，结果的低8位在A，高8位在B
  - DIV指令：DIV AB，表示\(A\div B\)，结果的商在A，余数在B
- 例：

与指针相关SFR

MCS-51的栈操作：与8086完全不同

与端口相关SFR

与定时/计数器相关SFR

与中断相关SFR

IE(Interrupt Enable Register)：地址为A8H，可按位寻址A8H - AFH

EA=0，总中断禁止；EA=1，按各个设置
IP(Interrupt Priority Register)：地址为B8H，可按位寻址B8H - BFH

某个bit = 1，这个优先级高

例：需要往程序存储器写信息时，通过改变PC的值

解：错误，程序存储器只能烧录不能写

4个P脚都能用作I/O
- P0脚作为**8b数据口**和16b地址口的低8位使用
- P1脚只能用于I/O
- P2脚用于地址口的高8b
- P3脚与单片机的功能输入/出复用
Vss = GND
XTAL1/2外接晶振，产生CPU的工作时钟（芯片内部存在振荡电路，产生时钟）

一般用12MHz作为时钟的振荡周期，12个振荡周期作为机器周期（1us）
RST/Vpd外接复位电路；当CPU工作时，RST超过两个机器周期（2us）的高电平可以让CPU复位

当CPU掉电时，该脚接上备用电源，保持RAM中的数据
ALE/PROG提供地址的低字节锁存信号，ALE以6倍振荡周期为周期进行输出

当访问外部数据存储器时，跳过一个ALE脉冲（表示数据不需要锁存）

对于EPROM机，在EPROM编程期间，这个脚接受编程脉冲