长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文）
8051的结构说明
这部分将要提供一个8051微控制器的结构的概要。本书中提到的8051或51基本表明了整个8051CPU家族结构上的一致性。由于最初的8051内部有一个用来存储程序的只读存储器，被限定了时间，这种装置不适合我们来学习。为了灵活和简单，我们将讨论一下8031，这是一个没有内部程序存储器，但它是由外部存储装置来存储程序的。另外，几乎所有的关于信息处理机家族的说法都是一样的。如果有人想要用8051做一个实用的商用嵌入式计算机，他应该利用普通应用的更多的设备，包括新的设备：例如 NMOS系列（例如8031）被认为已被CMOS系列所取代，例如 80C
31、80
32、80C32有256位的内部数据存储器RAM和附加的时钟，由于价格相同，已经取代了’31版本。大多数新版本的装置已被用于’32系列。高速运算装置，像达拉斯半导体的80C32，生产的产品达到100MHZ,而最初的产品的时钟频率为12MHZ。8051CPU的要素对于其它产品的设计都可作为一种生产的标准。8051也有16位的高级版本。下图是一个简单的8051系统，这幅图高度简明的概括了CPU的外部程序和数据存储器。程序被储存在不可变只读存储器ROM中。例如可擦写只读存储器EPROM。数据被存储在可变的随机存储器中。在这种外部存储器结构中，可用I/O口的数量被用于地址，数据和控制线的管脚数量的限制。这种情况下只有1管脚和3管脚可用作I/O口。在这种最简单的结构中，只有处理器的内部存储器需要被应用，所以大多数管脚都可用作I/O口。如果那样的话微处理器的利用价值很低。这种带有内部程序存储器的器件可被一个一般的程序员在PC机中来完成编程。
现在我们来介绍一下8051的结构，我们需要进入“低水平的技术部分”来真正地了解它。认识到了这一点，我们便可站在
50000英尺的高度来着所有的山水风景的图。现在我们需要站到水平线上来着，对于8051来说也不例外。开始时它会看起来很奇特，它确实有许多非常有用的特性，使它能够熟练地来处理各种事务。
8051系列微控制处理器的结构
你可能会对为什么8051系列这样比较旧式的处理器还会被使用生产好奇。如果你读了最近学术；期刊上的文章，你会对32位微处理器的影响有所印象。其主要原因是那些出售这种高端装置的厂商竭力想把他们的新技术展示在消费者面前，就是他们写了多数的那种商业性文章。
值得注意的是他们的商业宣传总是着重于16位 32位和大型处理器，他们的广告收入主要来源于小商贩那里。尽管通过阅读这些出版物你可能没有怀疑过。但最近的8位处理器已经超过了4位的单元。16位处理器的体积很快将与8位处理器的体积接近，而8位处理器的体积确仍在增长。根据权威期刊显示，由8051转化而来的的CPU的产量已经超过了其它8位处理器。从这点来看，8051系列的结构将被应用。以后，其它的结构将被讨论，完全不在8051中应用。一旦你学习了8051的思想，你会发现应用起来会比学习时简单的多。
8051存储系统
为了理解信息处理器，我们必须了解各种存储空间是怎样安排的。首先，8051系列处理器的存储系统是十分复杂的，尽管如此，它并不是像它看起来那样杂乱无章。有许多分开的存储器来存储程序，内部存储器和处理记录器，内部I/O功能和外部数据存储器。程序和外部存储器的关系很简单，它们分别支持64位的程序说明或数据。程序说明通常从程序存储器中读取，然后由CPU的/PSEN显示出来。当CPU执行MOV X命令时外部数据显示出来。CPU显示/RD或/WR状态。8051系列外部存储器循环方式有三种：
——当/PSEN时读程序
——当/RD时读取外部数据
——当/WR时写入外部数据
这使总线与接口与处理器的关系更加简单。
8051系列内部数据地址空间不像外部存储器那样简单。它包括四部分，八个寄存器，存储器能被输入1个字节或一次一个字节，一个堆栈和特殊功能寄存器，来存储数据和控制信息连续传输，时钟和其它I/O口。这种内部地址存储空间能有许多种不同的使用方法。首先，CPU的内部数据空间能被混淆，但是这是8051系列的这种特性，即允许在有限的资源中做更多的事情。
8051CPU的运算操作有三种存储地址空间：
——64KB程序存储器，当处理器获取程序来执行，CPU为/PSEN状态时是可以操作的。MOVC命令也被/PSEN来用作读取代码存储器到累加器中来进入查表列表中和其它的数据在程序存储空间的存储。
——当处理器从外部数据存储器读取或写入数据和处于/RD和/WR状态时，64KB外部存储器可被使用。这种情况只适用于MOVX命令被用于从外部存储器中读或写数据。
——内部数据存储器和特殊功能寄存器。四个寄存器块，128位单独的可寻址寄存器和堆栈都存在于内部数据寄存器RAM中。堆栈高度只在使用内部数据存储器RAM时被限制。
8051CPU的硬件
8051属于8位机，因为它内部ROM,RAM，特殊功能寄存器，算术/逻辑单元和外部数据总线都是8位宽的。8031和8051是可以互换的，除了它没有任何内部程序存储器ROM。8051的数据类型有位，字节，双字节等。它擅长于用位操作来传输数据逻辑和条件分支操作可被直接在位寻址特殊功能寄存器中被执行。 控制单元
每个程序命令在控制单元中被解码，也被称作程序译码器。这个单元产生内部信号来控制CPU内部其它单元的运行。所有程序只能从程序存储器中来获取。即可从内部程序存储器和外部数据存储器中获取。数据读取操作在CPU处于/PSEN状态时执行。程序存储器可循环读取只要/PSEN处于低电平状态。外部程序存储器在/PSEN为低电平时驱动总线地址程序。
程序计算器
这是执行下一命令的指示者。16位的程序计算器控制存储程序存储器中存储的程序的执行顺序。
程序寄存器
这个寄存器用来存储当前被执行的程序。
内部程序存储器
8051系列有16条地址线，能直接寻址2=64KB的程序存储器。原始的8051有4KB的程序存储器，8031中没有程序存储器，8052中有8KB程序存储器。其它不同系列的存储器有1至64KB的各种不同类型的程序存储器。64KB程序存储器的地址空间由内部存储器和外部存储器共同组成。当外部存储器被接入时，处理器获取程序来执行，外部程序循环被CPU的/PSEN控制字来执行。MOVC命令也会使/PSEN控制字读取代码寄存器中数据到累加器中去进入查表列表和其它不变数据的在程序存储器中来存储。 数据存储器
8051系列有两个数据存储器，即内存储器和外存储器。有16个地址位，有最大限度为64KB的外部数据存储器，用来存储不宜于内部存储器RAM来存储大量的不定信息。当/RD和/WR控制字被执行时处理器可从外部数据存储器中读写数据。这种情况只在MOVX命令被用于读或写时发生。
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内部数据地址空间由两部分组成：一部分由普通用途寄存器和普通数据存储器RAM 组成。另一部分由所有的特殊寄存器和I/O设备，例如并列和连续接口和时钟等。这些寄存器被称为特殊功能寄存器。有一个最大限度为256字节的内部RAM和特殊功能寄存器。四个寄存器组，128位的独立的可寻址寄存器和堆栈全部寄存在内部数据存储器RAM中。堆栈高度的限制完全由内部数据存储器的利用情况决定。
