一、单片机的结构原理
1.1 主要性能和特点
1.内部程序存储器ROM ：4K的flash程序存储器；
2.寄存器区：4个寄存器区，每个区有R0-R7八个工作寄存器；
3.8位并行输入输出端口：P0、P1、P2和P3；
4.定时/计数器：2个16位的定时/计数器 T0、T1；
5.串型口：全双工串行端口（RXD：接收端、TXD发送端）；
6.中断系统：设有5个中断源（T0、T1、Int0、Int1、ES）；
7.系统扩展能力：可外接64K的 ROM 和64K的 RAM；
8.堆栈：设在RAM单元、位置可以浮动（通过指针SP来确定堆栈在RAM中的位置）系统复位时SP=07H；
9.布尔处理机：配合布尔运算的指令进行各种逻辑运算；
10.指令系统：111条指令。按功能可分为数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移和布尔操作5大类。
1.2 内部框图
1.3 CPU
CPU由运算器和控制器两部分组成，主要完成取指令、指令译玛、发出各种操作所需的控制信号，使单片机各个部分协调工作。
1.3.1 运算器
运算器是以算术逻辑单元ALU为核心，加上累加器A、寄存器B、程序状态字PSW及专门用于位操作的布尔处理机等组成的，它可以实现数据的算术运算、逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作。
1.3.2 控制器
控制器是单片机的控制中心，它包括定时和控制电路、指令寄存器、指令译码器、程序计数器PC、堆栈指针SP、数据指针DPTR以及信息传送控制部件等。
它先以振荡信号为基准产生CPU的时序，从ROM中取出指令到指令寄存器，然后在指令译码器中对指令进行译码，产生指令执行所需的各种控制信号，送到单片机内部的各功能部件，指挥各功能部件产生相应的操作，完成指令对应的功能。
1.4 几个主要的特殊功能寄存器SFR说明
1.4.1 程序指针PC
1.为CPU指明将要执行的指令地址，（存放下一条指令的地址）。长度为16位，所以寻址范围为0-65535（64K）。
2.单片机在复位时PC=0000H，这就意味着一旦将单片机复位，CPU就从ROM的0000H单元执行程序。
3.在物理上是独立于SFR。
1.4.2 累加器A
最常用的寄存器。所有的算术运算指令所要使用的寄存器且运算结果都存放在A中。
1.4.3 寄存器B
乘、除法指令专用的寄存器，当然也可作为一般的工作寄存器使用。
1.4.4 数据指针DPTR
1.由两个8位寄存器构成。高八位寄存器DPH和低八位寄存器DPL构成16位的寄存器DPTR。
2.DPTR主要用来存放外部数据存储器RAM的地址，作为CPU访问外部RAM的数据指针；
3.CPU的查表指令使用DPTR提供ROM中表格的首地址；
4.在MCS-51单片机中，CPU访问外部RAM中的数据或ROM中的表格、常数必须借助DPTR做指针来实现数据的读取访问。
1.4.5 程序状态字PSW
8位寄存器，表征程序执行的状态信息。
介绍
1.CY（PSW.7）进位标志：
在加减法运算中,累加器A的最高位D7有进位，则CY=1，否则CY=0。同理，在减法运算中，如果A7有借位，则CY=1.因此CY往往作为无符号数运算是否有溢出的标志。
2.AC（PSW.6）辅助进位位：
用来判断加减法运算时，低四位是否向高四位进位或借位（既A3的进位或借位）。往往用来处理压缩的BCD码的运算处理。
3.F0（PSW.5） 用户标志位：
完全由用户来定义和使用。
4.RS1,RS0工作寄存器区选择位：
补充：寄存器区：4个寄存器区，每个区有R0-R7八个工作寄存器；
确定工作寄存器R0-R7在4个区中的位置（单片机在复位后RS1、RS0=00 — 选择0区）。可以通过修改RS1,RS0的值来改变工作寄存器区的选择。
5.OV（PSW.2）溢出标志位
判断有符号数运算时是否有溢出。
OV的结果可以用一个算法来表示: OV=CP异或CS
其中:CP为A7的进位,CS为A6的进位OV=1表明有溢出。
百度解释：溢出标志位：对于单字节的有符号数，若用最高位(b7)表示正、负号，则只有7位有效数位(b6～b0)，能表示-128～+127之间的数。运算结果超出了这个数值范围，就会发生溢出，此时OV=1，否则OV=0。
6.P（PSW.0）奇偶标志位:
用来标志累加器A中运算后“1”的个数。
当P=1时,表明A中1的个数为奇数个,反之为偶数个。
例子
1.4.6 堆栈指针SP
SP 堆栈指针：8位寄存器，用来指示堆栈的位置，可由软件修改。
堆栈的介绍
堆栈是一种按“先进后出”规律操作的存储结构。不同类型的处理器其堆栈的设计各不相同：
SP寄存器作为堆栈指针。这种结构的特点是充分的利用RAM的空间，使堆栈的空间得以扩大。但它也有一种“致命”的弱点：数据很容易与堆栈发生冲突，特别是初学编程者。
为了避免上述问题的出现，编程者往往在程序的开始加上一条指令： MOV SP,60H 试分析为什么？
百度解释：
单片机复位后SP的值一般要用一条指令赋值为60H，这只是个别人写程序的爱好与习惯罢了，没有任何规定必须是赋值60H，更没有任何原因必须选60H。
就单片机复位后，SP=07H，不用重新赋值也是可以的，否则，为什么当初设计者会这么设计呢。由于51单片机的堆栈是向上增长的，所以，为了避免堆栈区与用户数据区互相影响，才将SP设置在60H以后，比较合理的是赋值为6FH，这样堆栈区可用70H~7FH，预留有16个单元足够，也不浪费。
堆栈的作用
①保护程序的断点地址（既返回地址）；
②保护数据（也称保护现场）。
堆栈操作的两种方式
①断点地址的保护是靠执行子程序调用指令或发生中断调用时，由硬件自动实现断点地址的进栈保护；在子程序或中断服务程序返回时有RET或RETI指令实现恢复断点；
②而对于其它需要保护的数据都要由专用的指令PUSH或POP来实现进栈保护或恢复。
二、单片机的存储器结构
1.程序存储器ROM要掌握的要点是：6个特定的入口单元；
2.数据存储器RAM要掌握的要点是：内部结构（包括寄存器区、堆栈区、位寻址区和特殊功能寄存器SFR区）。
① 内部集成了4K的程序存储器ROM；
② 内部具有256B的数据存储器RAM；
③ 可以外接64K的程序存储器ROM和数据存储器RAM。
从物理结构的角度讲，51单片机的存储系统可以分为四个存储空间：既片内ROM，RAM和片外ROM、RAM。
从逻辑上讲（既编程的角度），51单片机的存储系统实际上分为三个存储空间。
1. 片内数据存储器RAM；
2. 片外数据存储器RAM；
3. 片内或外的程序存储器ROM（由EA电平决定）。
结构图：
2.1 程序存储器ROM（片内、片外）
1.程序存储器ROM用于存放程序、常数或表格。
2.在51单片机中，由引脚 /EA 上的电平选择内、外ROM；
EA=1时，CPU执行片内的4KROM中的程序；
EA=0时，CPU选择片外ROM中的程序。
3.无论是使用片内还是使用片外ROM，程序的起始地址都是从ROM的0000H单元开始。
4.尽管系统可以同时具备片内ROM和外部ROM，但是在一般正常使用情况下，通过/EA的设定来选择其一（或者使用内部ROM，或者使用外部ROM）。
5.如果EA=1（执行片内程序存储器中程序时）：
如果程序计数器的指针PC值超过0FFFH（4K）时，单片机就要自动的转向片外的ROM存储器且从1000H单元开始执行程序（无法使用片外ROM的低4K空间）。
2.1.1 程序存储器六个特殊的单元
0000H单元：复位时程序计数器PC所指向的单元，因此用来 存放程序中的第一条指令；
0003H单元：外部中断/INT0的矢量入口地址；
000BH单元：定时器T0溢出中断的矢量入口地址；
0013H单元：外部中断/INT1的矢量入口地址；
001BH单元：定时器T1的溢出中断矢量入口地址；
0023H单元：串行口接收、传送的中断矢量入口地址。
矢量入口单元：在编写中断程序时，写入对应的“跳板指令”。
因为在复位时，程序指针PC指向0000H
2.1.2 外部程序存储器
当单片机使用外ROM存储器时（扩展系统），必须设定/EA=0，此时单片机的端口功能就要发生相应的改变：
① P0、P2作为外部ROM的地址和数据总线；
② 使用引脚/psen信号来选通外部ROM的数据三态输出。
2.2 数据存储器RAM
无论在物理上还是逻辑上，系统中RAM 都可分为两个独立空间：内部和外部RAM。由不同的指令来访问。
1.访问内部数据存储单元时，使用 MOV 指令；
2.访问外部数据存储器时，使用 MOVX 指令。
内部RAM从功能上将256B空间分为二个不同的块：
1.低128B的RAM块；
2.高128B的SFR（Special Function Register ）块。
在低128B的RAM存储单元中又可划分为：
1.工作寄存器区；
2.位寻址区；
3.通用存储数据的“便签区”。
高128B的专用寄存器区SFR中仅仅使用了21寄存器（51系列），其它107个单元不能使用。
2.2.1 AT89 片内、片外数据存储器示意图
2.2.2 片内RAM低128B 字节功能分配图
工作寄存区区结构图（0区）
片内RAM中具有双重功能的存储结构图
RAM的20H～2FH的存储特点（位寻址区）
20H～2FH本身是字节地址，因此这些单元可以按照常规存储16个字节的数据。如：
1.MOV 20H，A ；将累加器A中的数据送RAM的 20H单元（字节传送操作）
2.将20H～2FH中的16*8既128个bit分别定义其位地址00H～7FH（如图），这样CPU可以按位来访问这些bit：
MOV 20H，C ；将Cy中的布尔变量送20H位地 址中（位传送）
2.2.3 特殊功能寄存器SFR
特殊功能寄存器 SFR （Special Function Register） 离散分布在256B字节中的高128B中。
1.设定单片机内部各模块的工作方式，存放相关模块的状态与标志。如定时器、串行口，并行端口和中断设置等。
2.尽管特殊功能寄存器与RAM在同一个单元中，但不能作为普通的RAM存储单元来使用。
3.在编程中根据需要，进行一些特定功能的设定，或者是从中查寻相关部件的状态时，才能对其进行读、写操作。如中断方式的设定、定时器工作模式的设定，查询串行口发送或接收是否结束等等。
具有位地址和位名称的SFR才可以位寻址。
位地址有以下4种表示形式：
直接使用位地址表示
例如：0D7H —— PSW最高位的位地址
使用位名称表示、
例如：CY —— PSW最高位的位名称
使用SFR字节地址.位形式表示
例如：0D7H.7 —— PSW字节地址.最高位
使用SFR名称. 位形式表示
例如：PSW.7 —— PSW名称.最高位
位寻址：20H-2FH和能被8整除的SFR
