MCS-51单片机的中央处理器CPU介绍

MCS-51单片机的中央处理器CPU由运算器和控制逻辑构成，其中包括若干特殊功能寄存器(SFR)。

一、以ALU为中心的运算器

算术逻辑单元ALU能对数据进行加、减、乘、除等算术运算;“与”、“或”、“异或”等逻辑运算以及位操作运算。

PSW的格式如图1-3所示，其各位的含义是：

图1-3 PSW的格式

CY：进位标志。有进位/借位时CY=1，否则CY=0;

AC：半进位标志。当D3位向D4位产生进位/借位时AC=1，常用于十进制调整运算中;

F0：用户可设定的标志位，可置位/复位，也可供测试。

RS1、RS0：四个通用寄存器组的选择位，该两位的四种组合状态用来选择0~3寄存器组。见表1-2。

OV：溢出标志。当带符号数运算结果超出-128~+127范围时OV=1，否则OV=0。当无符号数乘法结果超过255时，或当无符号数除法的除数为0时，OV=1，否则OV=0。

P：奇偶校验标志。每条指令执行完，若A中l的个数为奇数时P=1，否则P=0，即奇偶校验方式。

二、控制器、时钟电路和基本时序周期

控制逻辑主要包括定时和控制逻辑、指令寄存器、译码器以及地址指针 DPTR和程序计数器 PC等。

1.MCS-51的时钟

时钟是时序的基础，MCS-51片内由一个反相放大器构成振荡器，可以由它产生时钟。

(1) 内部方式：图1-4(a)

(2) 外部方式：图1-4(b)

2.MCS-51的基本时序周期

一条指令译码产生的一系列微操作信号在时间上有严格的先后次序，这种次序就是计算机的时序。MCS-51的主要时序将在存贮器扩展时讨论，这里先介绍它的基本时序周期。

l 振荡周期：指振荡源的周期，若为内部产生方式时，为石英晶体的振荡周期。

l 机器周期：一个机器周期含 6个时钟周期(S周期)，12个震荡周期。

图1-5 基本时序周期

指令周期：完成一条指令占用的全部时间。MCS-51的指令周期含l-4个机器周期，其中多数为单周期指令，还有2周期和4周期指令。