第2章 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 安徽理工大學(xué)

1、第第 2 2 章章MCS-51MCS-51單片機(jī)的單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)2.1 MCS-51 2.1 MCS-51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)CPUCPU運(yùn)算部件運(yùn)算部件控制部件控制部件B BRAMRAMP0P0口口P2P2口口ROMROM(EPROM)(EPROM)串行口串行口 C/TC/T中斷中斷系統(tǒng)系統(tǒng)SFRSFRP1P1口口8 8P3P3口口8 88 88 8XTALXTAL1 1XTALXTAL2 2PSEN ALEPSEN ALE EA RESET EA RESETVccVccVssVssu按功能可分成按功能可分成8個(gè)部件，通過片內(nèi)單一總線連接起來個(gè)部件，通過片內(nèi)單一總線連

2、接起來1.1.微處理器微處理器2.2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3.3.程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器4.I/O4.I/O口口5.5.串行口串行口6.6.定時(shí)定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器7.7.中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)8.8.特殊功能特殊功能寄存器寄存器u控制方式：控制方式：SFR對(duì)各功能部件集中控制對(duì)各功能部件集中控制各功能部件：各功能部件： 1.CPU1.CPU（微處理器）（微處理器）2.2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAMRAM） 片內(nèi)為片內(nèi)為128128個(gè)字節(jié)（個(gè)字節(jié)（5252子系列的為子系列的為256256個(gè)字節(jié)）個(gè)字節(jié)）3.3.程序存儲(chǔ)器（程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROMROM/EPROM） 8031:8031:無

3、此部件；無此部件； 8051:8051:4K4K字節(jié)字節(jié)ROMROM； 8751:8751:4K4K字節(jié)字節(jié)EPROM EPROM ； 89C51/89C52/89C55:89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 4K/8K/20K 字節(jié)閃存。字節(jié)閃存。4. P14. P1口、口、P2P2口、口、P3P3口、口、P0P0口：口：為為4 4個(gè)并行個(gè)并行8 8位位I/OI/O口?？凇?5. 5. 串行口串行口 1 1個(gè)全雙工的異步串行口個(gè)全雙工的異步串行口6. 6. 定時(shí)器定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器7. 7. 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng) 8. 8. 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）

4、 共有共有2121個(gè)，是一個(gè)具有特殊功能的個(gè)，是一個(gè)具有特殊功能的RAMRAM區(qū)。區(qū)。 2.2 MCS-51的引腳的引腳 40只引腳只引腳雙列直雙列直插封裝（插封裝（DIP）4444只引腳方形封裝方式（只引腳方形封裝方式（4 4只未用）只未用）引腳邏輯圖引腳邏輯圖 80518051單片機(jī)為單片機(jī)為4040條引腳雙列直插式封裝條引腳雙列直插式封裝 引腳可分為三個(gè)部分引腳可分為三個(gè)部分X1 X2 EA PSEN ALE RST VCC GND 8051 P0 P1 P2 P3 P00P07 P10P17 P20P27 P30P37 控控制制引引腳腳并行并行I/O口引腳口引腳電源及時(shí)鐘引腳電源及時(shí)鐘

5、引腳 （1 1）電源及時(shí)鐘引腳）電源及時(shí)鐘引腳: Vcc: Vcc、VssVss；XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL2。 （2 2）控制引腳：）控制引腳： PSENPSEN* *、EAEA* * 、ALEALE、RESET RESET （3 3）I/OI/O口引腳：口引腳：P0P0、P1P1、P2P2、P3P3，4 4個(gè)個(gè)8 8位位I/OI/O口口2.2.1 2.2.1 電源及時(shí)鐘引腳電源及時(shí)鐘引腳 1 1電源引腳電源引腳 （1 1）VccVcc（4040腳）腳）：+5V+5V電源；電源； （2 2）VssVss（2020腳）腳）：接地。：接地。 2 2時(shí)鐘引腳時(shí)鐘引腳 （1 1）XTA

6、L1XTAL1（1919腳）腳）：采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引：采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。腳應(yīng)接地。（2 2）XTAL2XTAL2（1818腳）腳）：接外部晶體的另一端。：接外部晶體的另一端。2.2.2 2.2.2 控制引腳控制引腳 (1) RST/VPD(9(1) RST/VPD(9腳腳) )：復(fù)位與備用電源：復(fù)位與備用電源(2) ALE/PROG(2) ALE/PROG* *（3030腳）：腳）： 第一功能第一功能ALEALE ：地址鎖存允許：地址鎖存允許 第二功能第二功能PROGPROG* *：編程脈沖輸入端。編程脈沖輸入端。(3) PSEN(3) PSEN* * （2929腳）

7、：腳）：讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)?？梢则?qū)動(dòng)可以驅(qū)動(dòng)8 8個(gè)個(gè)LSLS型型TTLTTL負(fù)載。負(fù)載。(4) EA(4) EA* */VPP (31/VPP (31腳腳) )： EAEA* *為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制 EAEA* *=1=1，訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， EAEA* *=0=0，單片機(jī)則只訪問外部程序存儲(chǔ)器。單片機(jī)則只訪問外部程序存儲(chǔ)器。 第二功能第二功能V VPPPP，用于，用于施加編程電壓施加編程電壓。2.2.3 I/O2.2.3 I/O口引腳口引腳(1) (1) P0P0口口：雙向雙向8 8位三態(tài)位三態(tài)I/OI/

8、O口，地址總線（低口，地址總線（低8 8位）及位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8 8個(gè)個(gè)LSLS型型TTLTTL負(fù)載。負(fù)載。(2) (2) P1P1口口：8 8位位準(zhǔn)雙向準(zhǔn)雙向I/OI/O口，可驅(qū)動(dòng)口，可驅(qū)動(dòng)4 4個(gè)個(gè)LSLS型型TTLTTL負(fù)載。負(fù)載。(3) (3) P2P2口口：8 8位位準(zhǔn)雙向準(zhǔn)雙向I/OI/O口，與地址總線（高口，與地址總線（高8 8位）復(fù)位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)用，可驅(qū)動(dòng)4 4個(gè)個(gè)LSLS型型TTLTTL負(fù)載。負(fù)載。(4) (4) P3P3口口：8 8位位準(zhǔn)雙向準(zhǔn)雙向I/OI/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4 4個(gè)個(gè)LSLS型型T

9、TLTTL負(fù)載。負(fù)載。注意注意: :準(zhǔn)雙向口與雙向三態(tài)口的差別準(zhǔn)雙向口與雙向三態(tài)口的差別。當(dāng)當(dāng)3 3個(gè)準(zhǔn)雙向個(gè)準(zhǔn)雙向I/OI/O口作輸入口使用時(shí)，要向該口先寫口作輸入口使用時(shí)，要向該口先寫“1”1”，另外準(zhǔn)雙向，另外準(zhǔn)雙向I/OI/O口無高阻的口無高阻的“浮空浮空”狀態(tài)。狀態(tài)。2.3 MCS-512.3 MCS-51的的CPUCPU 由由運(yùn)算器運(yùn)算器和和控制器控制器所構(gòu)成所構(gòu)成2.3.1 2.3.1 運(yùn)算器運(yùn)算器 對(duì)操作數(shù)進(jìn)行對(duì)操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算和位操作算術(shù)、邏輯運(yùn)算和位操作。1 1算術(shù)邏輯運(yùn)算單元算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALUALU2 2累加器累加器A A 使用最頻繁的寄存器，使用最頻繁的寄存

10、器，可寫為可寫為AccAcc。 A A的作用：的作用：（1 1）是）是ALUALU單元的輸入之一，又是運(yùn)算結(jié)果存放單元。單元的輸入之一，又是運(yùn)算結(jié)果存放單元。（2 2）數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器）數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器A A。（3 3）A A的進(jìn)位的進(jìn)位標(biāo)志標(biāo)志CyCy同時(shí)又是同時(shí)又是位處理機(jī)的位累加器。位處理機(jī)的位累加器。3 3、寄存器、寄存器B B 為了執(zhí)行乘法和除法操作設(shè)置。為了執(zhí)行乘法和除法操作設(shè)置。4 4、位處理器、位處理器 所有具有位處理能力的寄存器。所有具有位處理能力的寄存器。3 3程序狀態(tài)字寄存器程序狀態(tài)字寄存器PSWPSW （1 1）CyCy（PSW.7PSW.7）進(jìn)位標(biāo)志位

11、進(jìn)位標(biāo)志位（2 2）Ac(PSW.6)Ac(PSW.6)輔助進(jìn)位標(biāo)志位輔助進(jìn)位標(biāo)志位（3 3）F0F0（PSW.5PSW.5）標(biāo)志位標(biāo)志位 由用戶使用的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位。由用戶使用的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位。（4 4）RS1RS1、RS0RS0（PSW.4PSW.4、PSW.3PSW.3）：4 4組工作寄存器組工作寄存器區(qū)選擇控制位區(qū)選擇控制位1 1和位和位0 0。工作寄存器區(qū)的選擇工作寄存器區(qū)的選擇 18181FH1FH3 3區(qū)區(qū)1 11 1101017H17H2 2區(qū)區(qū)1 01 008080FH0FH1 1區(qū)區(qū)0 10 1000007H07H0 0區(qū)區(qū)0 00 0R R0 0R R7 7地址地址寄存器

12、組寄存器組RSRS1 1 RS RS0 0（5 5）OVOV（PSW.2PSW.2）溢出標(biāo)志位）溢出標(biāo)志位 指示運(yùn)算是否產(chǎn)生溢出。各種算術(shù)運(yùn)算指示運(yùn)算是否產(chǎn)生溢出。各種算術(shù)運(yùn)算指令對(duì)該位的影響情況較復(fù)雜，將在第指令對(duì)該位的影響情況較復(fù)雜，將在第3 3章章介紹。介紹。 （6 6）PSW.1PSW.1位位: : 保留位，未用保留位，未用 （7 7）P(PSW.0)P(PSW.0)奇偶標(biāo)志位奇偶標(biāo)志位 P=1P=1，A A中中“1”1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)的個(gè)數(shù)為奇數(shù)P=0P=0，A A中中“1”1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)的個(gè)數(shù)為偶數(shù)2.3.2 2.3.2 控制器控制器 單片機(jī)的指揮控制部件單片機(jī)的指揮控制部件任務(wù)：

13、任務(wù)：識(shí)別指令，根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機(jī)各功能部識(shí)別指令，根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機(jī)各功能部件，保證單片機(jī)自動(dòng)協(xié)調(diào)的工作。件，保證單片機(jī)自動(dòng)協(xié)調(diào)的工作。工作流程：工作流程： 首先，從程序存儲(chǔ)器中讀出指令，送指令寄存器首先，從程序存儲(chǔ)器中讀出指令，送指令寄存器保存。保存。 然后，送指令譯碼器進(jìn)行譯碼，結(jié)果送定時(shí)控制然后，送指令譯碼器進(jìn)行譯碼，結(jié)果送定時(shí)控制邏輯電路，由定時(shí)控制邏輯產(chǎn)生各種定時(shí)信號(hào)和控制邏輯電路，由定時(shí)控制邏輯產(chǎn)生各種定時(shí)信號(hào)和控制信號(hào)信號(hào) 最后，送到單片機(jī)各個(gè)部件進(jìn)行相應(yīng)操作。最后，送到單片機(jī)各個(gè)部件進(jìn)行相應(yīng)操作。 1 1程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PCPC（Program Counter

14、Program Counter） 存放下一條要執(zhí)行的指令在程序存儲(chǔ)器中的地址。存放下一條要執(zhí)行的指令在程序存儲(chǔ)器中的地址。 基本工作過程：基本工作過程： 讀指令時(shí)，讀指令時(shí)，PCPC將其中的數(shù)作為所取指令的地址，將其中的數(shù)作為所取指令的地址，輸出給程序存儲(chǔ)器，然后程序存儲(chǔ)器按此地址輸出指輸出給程序存儲(chǔ)器，然后程序存儲(chǔ)器按此地址輸出指令字節(jié)，同時(shí)令字節(jié)，同時(shí)PCPC本身自動(dòng)加本身自動(dòng)加1 1，指向下一條指令在程，指向下一條指令在程序存儲(chǔ)器中的地址序存儲(chǔ)器中的地址 基本工作方式：基本工作方式： （1 1）程序計(jì)數(shù)器）程序計(jì)數(shù)器自動(dòng)加自動(dòng)加1 1 （2 2）執(zhí)行）執(zhí)行有條件或無條件轉(zhuǎn)移有條件或無條件

15、轉(zhuǎn)移指令時(shí)，程序計(jì)數(shù)器指令時(shí)，程序計(jì)數(shù)器將被置入新的數(shù)值，從而使程序的流向發(fā)生變化。將被置入新的數(shù)值，從而使程序的流向發(fā)生變化。 （3 3）執(zhí)行）執(zhí)行子程序調(diào)用或中斷調(diào)用子程序調(diào)用或中斷調(diào)用時(shí)完成下列操作：時(shí)完成下列操作： PC PC的當(dāng)前值保護(hù)的當(dāng)前值保護(hù) 將子程序入口地址或中斷向量的地址送入將子程序入口地址或中斷向量的地址送入PCPC。 2 2指令寄存器指令寄存器IRIR、指令譯碼器及控制邏輯電路、指令譯碼器及控制邏輯電路2.4 MCS-512.4 MCS-51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu) 哈佛結(jié)構(gòu)（哈佛結(jié)構(gòu)（HarvardHarvard）: :哈佛結(jié)構(gòu)是哈佛結(jié)構(gòu)是 一種并一種并行體系結(jié)構(gòu)將程

16、序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)行體系結(jié)構(gòu)將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址、獨(dú)立獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址、獨(dú)立訪問。訪問。 存儲(chǔ)器空間可劃分為存儲(chǔ)器空間可劃分為5類：類： 1.程序存儲(chǔ)器空間程序存儲(chǔ)器空間 8031無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 2.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間 3.特殊功能寄存器特殊功能寄存器 4.位地址空間位地址空間 211個(gè)可尋址位。個(gè)可尋址位。 5.外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間 片外可擴(kuò)展片外可擴(kuò)展64K字節(jié)字節(jié)RAM。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)存

17、儲(chǔ)器（a）外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（b）MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器空間分配單片機(jī)存儲(chǔ)器空間分配特特殊殊功功能能寄寄存存器器00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特殊功能寄存器中位尋址特殊功能寄存器中位尋址外部外部ROM內(nèi)部內(nèi)部ROM(EA=1)外部外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外外 部部RAM(I/O口口地址地址)0000HF F F FH程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器（c）工作寄工作寄存器區(qū)存器區(qū)位尋址區(qū)位尋址區(qū)通用通用RAM區(qū)區(qū)返回2.4.1 2.4.1 程序存儲(chǔ)器程序存

18、儲(chǔ)器EAEAEA l 存放應(yīng)用程序和表格之類的固定常數(shù)。存放應(yīng)用程序和表格之類的固定常數(shù)。l 分為片內(nèi)和片外兩部分，由分為片內(nèi)和片外兩部分，由EAEA* *引腳上所接電平確定引腳上所接電平確定 程序存儲(chǔ)器中的程序存儲(chǔ)器中的0000H0000H地址是系統(tǒng)程序的啟動(dòng)地址地址是系統(tǒng)程序的啟動(dòng)地址 一些單元具有特殊用途一些單元具有特殊用途 1 1）0000H-0002H0000H-0002H2)52)5個(gè)中斷源地址區(qū)個(gè)中斷源地址區(qū) 表表2-1 52-1 5種中斷源的中斷入口地址種中斷源的中斷入口地址外中斷外中斷0 0003H0 0003H定時(shí)器定時(shí)器T0 000BHT0 000BH外中斷外中斷1 00

19、13H 1 0013H 定時(shí)器定時(shí)器T1 001BH T1 001BH 串行口串行口 0023H0023H2.4.2 2.4.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 共256256個(gè)個(gè)單元單元， 00H 00H1FH1FH：3232個(gè)單元，個(gè)單元，是是4 4組通用工作寄存器區(qū)組通用工作寄存器區(qū) 20H 20H2FH2FH：1616個(gè)單元，個(gè)單元，可進(jìn)行可進(jìn)行128128位的位尋址位的位尋址 30H 30H7FH7FH：用戶用戶RAMRAM區(qū)，區(qū)，只能進(jìn)行字節(jié)尋址，用只能進(jìn)行字節(jié)尋址，用作數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以及堆棧作數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以及堆棧區(qū)。區(qū)。2.4.3 2.4.3 特殊功能寄特殊功能寄存器（存器（SFRSFR

20、） CPUCPU對(duì)各種功對(duì)各種功能部件的控制采能部件的控制采用特殊功能寄存用特殊功能寄存器集中控制方式，器集中控制方式，共共2121個(gè)個(gè)。 有的有的SFRSFR可進(jìn)可進(jìn)行行位尋址位尋址，其，其字字節(jié)地址的末位是節(jié)地址的末位是0H0H或或8H8H。表表2-2 SFR的名稱及其分布的名稱及其分布SFRSFR中的某些寄存器中的某些寄存器 1 1堆棧指針堆棧指針SPSP 指示出堆棧頂部在內(nèi)部指示出堆棧頂部在內(nèi)部RAMRAM塊中的位置塊中的位置 復(fù)位后復(fù)位后 ，SPSP中的內(nèi)容為中的內(nèi)容為07H07H。（1 1）保護(hù)斷點(diǎn)）保護(hù)斷點(diǎn)（2 2）現(xiàn)場保護(hù)）現(xiàn)場保護(hù)堆棧堆棧向上生長向上生長 2. 2. 數(shù)據(jù)指針

21、數(shù)據(jù)指針DPTRDPTR 16 16位特殊功能寄存器，位特殊功能寄存器，高位字節(jié)寄存器用高位字節(jié)寄存器用DPHDPH表表示，低位字節(jié)寄存器用示，低位字節(jié)寄存器用DPLDPL表示。表示。 3. 3. 程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PCPC 1616位，控制程序的順序執(zhí)行。地址不在位，控制程序的順序執(zhí)行。地址不在SFRSFR，不，不計(jì)做專用寄存器。計(jì)做專用寄存器。 4.4.寄存器寄存器B B 為執(zhí)行乘法和除法操作設(shè)置的。為執(zhí)行乘法和除法操作設(shè)置的。 在不執(zhí)行乘、除的情況下，可當(dāng)作一個(gè)普通寄存器在不執(zhí)行乘、除的情況下，可當(dāng)作一個(gè)普通寄存器來使用。來使用。5.5.累加器累加器A A 8 8位，最常用，功能強(qiáng)大，

22、可放操作數(shù)或中間結(jié)果。位，最常用，功能強(qiáng)大，可放操作數(shù)或中間結(jié)果。6.6.程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字PSWPSW 8 8位，存放程序運(yùn)行中的各種狀態(tài)信息。某些位根位，存放程序運(yùn)行中的各種狀態(tài)信息。某些位根據(jù)程序結(jié)果又硬件自動(dòng)設(shè)置，有些使用軟件設(shè)定。據(jù)程序結(jié)果又硬件自動(dòng)設(shè)置，有些使用軟件設(shè)定。7. I/O7. I/O端口端口P0P0P3P3 8.8.串行數(shù)據(jù)緩沖器串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUFSBUF 存放欲發(fā)送或已接收的數(shù)據(jù)，一個(gè)字節(jié)地址，物理存放欲發(fā)送或已接收的數(shù)據(jù)，一個(gè)字節(jié)地址，物理上是由兩個(gè)獨(dú)立的寄存器組成，一個(gè)是發(fā)送緩沖器，上是由兩個(gè)獨(dú)立的寄存器組成，一個(gè)是發(fā)送緩沖器，另一個(gè)是接收緩沖器。另一個(gè)是接

23、收緩沖器。9.9.定時(shí)器定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 兩個(gè)兩個(gè)1616位位定時(shí)器定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器T1T1和和T0T0，各由兩個(gè)獨(dú)立的，各由兩個(gè)獨(dú)立的8 8位寄存器組成：位寄存器組成： TH1TH1、TL1TL1、TH0TH0、TL0TL0，只能字節(jié)，只能字節(jié)尋址，但不能把尋址，但不能把T1T1或或T0T0當(dāng)作一個(gè)當(dāng)作一個(gè)1616位寄存器來尋址位寄存器來尋址訪問。訪問。 2.4.4 2.4.4 位地址空間位地址空間 211211個(gè)（個(gè)（128128個(gè)個(gè)+83+83個(gè)）尋址位個(gè)）尋址位。位地址范。位地址范圍為：圍為：00H00HFFHFFH。 內(nèi)部內(nèi)部RAMRAM的可尋址位的可尋址位12812

24、8個(gè)個(gè)( (字節(jié)地址字節(jié)地址20H20H2FH) 2FH) 。 特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR為為8383個(gè)個(gè)可尋址位可尋址位。表表2-3 內(nèi)部的可尋址位及位地址內(nèi)部的可尋址位及位地址表表2-4 SFR中的位地址分布中的位地址分布2.4.5 2.4.5 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最多可最多可外擴(kuò)外擴(kuò)64K64K字節(jié)字節(jié)的的RAMRAM或或I/OI/O。幾點(diǎn)注意：幾點(diǎn)注意：(1) (1) 地址的重疊性地址的重疊性 程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器全部程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器全部64K64K字節(jié)地址空間重疊字節(jié)地址空間重疊程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在使用上是嚴(yán)格區(qū)分的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在使用上是嚴(yán)

25、格區(qū)分的(3) (3) 位地址空間共有兩個(gè)區(qū)域位地址空間共有兩個(gè)區(qū)域 (4) (4) 片外與片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由指令來區(qū)分片外與片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由指令來區(qū)分(5) (5) 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中，RAMRAM與與I/OI/O端口統(tǒng)一編址。端口統(tǒng)一編址。所有外圍所有外圍I/OI/O端口的地址均占用端口的地址均占用RAMRAM地址單元，使地址單元，使用與訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器相同的傳送指令。用與訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器相同的傳送指令。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（a）外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（b）MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器空間分配單片機(jī)存儲(chǔ)器空間分配特特殊殊功功能能寄寄存存器器00H1FH20H2F

26、H30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特殊功能寄存器中位尋址特殊功能寄存器中位尋址外部外部ROM內(nèi)部內(nèi)部ROM(EA=1)外部外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HF F F FH外外 部部RAM(I/O口口地址地址)0000HF F F FH程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器（c）工作寄工作寄存器區(qū)存器區(qū)位尋址區(qū)位尋址區(qū)通用通用RAM區(qū)區(qū)返回多路開關(guān)多路開關(guān)功能功能：用于控制選通I/O方式還是地址/數(shù)據(jù)輸出方式1)方式控制方式控制：由內(nèi)部控制信號(hào)產(chǎn)生輸入鎖存器輸入鎖存器兩個(gè)輸入緩沖器兩個(gè)輸入緩沖器(BUF1和BUF2)

27、推拉式推拉式I/O驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器2.5 2.5 并行并行I/OI/O端口端口共有共有4 4個(gè)個(gè)8 8位雙向位雙向I/OI/O口，共口，共3232口線。口線。每位均有自己的鎖存器每位均有自己的鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。和輸入緩沖器。2.5.1 P02.5.1 P0口位圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)口位圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)BUF2BUF15 5、P0R2P0R2為為讀引腳讀引腳信號(hào)，執(zhí)行信號(hào)，執(zhí)行“MOV A,P0”MOV A,P0”時(shí)該信號(hào)有時(shí)該信號(hào)有效效6 6、讀引腳（端口）時(shí)，輸出、讀引腳（端口）時(shí)，輸出鎖存器應(yīng)為鎖存器應(yīng)為“1”1”說明：說明：1 1、當(dāng)控制信號(hào)為、當(dāng)控制信號(hào)為0 0時(shí)，時(shí)，P0P0口做雙

28、口做雙向向I/OI/O口，為漏極開路（三態(tài)）口，為漏極開路（三態(tài)）2 2、控制信號(hào)為、控制信號(hào)為1 1時(shí)，時(shí)，P0P0口為地址口為地址/ /數(shù)據(jù)復(fù)用總線（用于口擴(kuò)展）數(shù)據(jù)復(fù)用總線（用于口擴(kuò)展）3 3、P0WP0W為端口輸出寫信號(hào)，用于為端口輸出寫信號(hào)，用于鎖存輸出狀態(tài)鎖存輸出狀態(tài)4 4、P0R1P0R1為為讀鎖存器讀鎖存器信號(hào)，執(zhí)行信號(hào)，執(zhí)行“ANL P0,#0FH”ANL P0,#0FH”時(shí)該信號(hào)有時(shí)該信號(hào)有效效Q QQ QD DC CVccVcc控制控制AD0AD0P0R1P0R1 P0R2P0R2D0D0P0WP0W圖圖1 1、P0P0口內(nèi)部結(jié)構(gòu)口內(nèi)部結(jié)構(gòu)讀鎖存器讀鎖存器讀引腳讀引腳鎖存

29、器鎖存器內(nèi)部總線內(nèi)部總線寫鎖存器寫鎖存器地址地址/ /數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)P00P00多路開關(guān)多路開關(guān)102.5.2 P12.5.2 P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)口內(nèi)部結(jié)構(gòu)Vcc P10 Q Q D C P1R1 P1R2 D0 P1W R* 圖2、P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu) P1P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖口內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 2所示所示 輸出部分有內(nèi)部上拉電阻輸出部分有內(nèi)部上拉電阻R R* *約為約為20K20K。 其他部分與其他部分與P0P0端口使用相類似（讀引腳時(shí)先寫入端口使用相類似（讀引腳時(shí)先寫入1 1）。）。寫數(shù)據(jù)讀端口 P10 Vcc P11 8051 K1 D1 R1 圖2.1、P1口應(yīng)用 2.5.3 P22.5.3 P2口內(nèi)部

30、結(jié)構(gòu)口內(nèi)部結(jié)構(gòu)2 2、當(dāng)控制信號(hào)為、當(dāng)控制信號(hào)為1 1時(shí)時(shí)FP2P2口輸出地址信息，口輸出地址信息，F(xiàn)此時(shí)單片機(jī)完成外部的此時(shí)單片機(jī)完成外部的取指操作或?qū)ν獠繑?shù)據(jù)取指操作或?qū)ν獠繑?shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器1616位地址的讀寫位地址的讀寫操作。操作。3 3、當(dāng)、當(dāng)P2P2口作為普通口作為普通I/OI/O口口使用時(shí)使用時(shí)F用法和用法和P1P1口類似?？陬愃?。說明：說明：1 1、P2P2可以作為通用的可以作為通用的I/OI/O，也可以作，也可以作為為高高8 8位地址位地址輸出。輸出。Q Q D C Vcc 控制 地址 P2R1 P2R2 D0 P2W P20 圖3、P2口內(nèi)部結(jié)構(gòu) R* 2.5.4 P32.5

31、.4 P3口內(nèi)部結(jié)構(gòu)口內(nèi)部結(jié)構(gòu)說明：說明：1、做普通端口使用時(shí)，第二、做普通端口使用時(shí)，第二功能應(yīng)為功能應(yīng)為“1”。Q Q D C Vcc 變異輸出 P3R1 P3R2 D0 P3W P30 圖3、P3口內(nèi)部結(jié)構(gòu) R* 變異輸入 2、使用第二功能時(shí)，輸出端、使用第二功能時(shí)，輸出端口鎖存器應(yīng)為口鎖存器應(yīng)為“1”。3、變異功能（）、變異功能（） P3.0 TXD P3.4 T0 P3.1 RXD P3.5 T1 P3.2 INT0 P3.6 WR P3.3 INT1 P3.7 RD1輸出輸出I/O口口1讀I/O口1 12.5.5 P02.5.5 P0P3P3端口功能總結(jié)端口功能總結(jié)使用中應(yīng)注意的問

32、題：使用中應(yīng)注意的問題： P0P0P3P3口都是并行口都是并行I/OI/O口，但口，但P0P0口和口和P2P2口口還可用來構(gòu)建數(shù)還可用來構(gòu)建數(shù)據(jù)總線和地址總線，所以據(jù)總線和地址總線，所以電路中有一個(gè)電路中有一個(gè)MUXMUX，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 而而P1P1口和口和P3P3口口無構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線的功能，無構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線的功能，因此，因此，無需轉(zhuǎn)接開關(guān)無需轉(zhuǎn)接開關(guān)MUXMUX。 只有只有P0P0口口是一個(gè)真正的是一個(gè)真正的雙向口雙向口，P1P1P3P3口口都是都是準(zhǔn)雙向口準(zhǔn)雙向口。 原因原因: :P0P0口作數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，為保證數(shù)據(jù)正確傳送，需解口作數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，

33、為保證數(shù)據(jù)正確傳送，需解決芯片內(nèi)外的隔離問題，決芯片內(nèi)外的隔離問題，即只有在數(shù)據(jù)傳送時(shí)芯片內(nèi)外才即只有在數(shù)據(jù)傳送時(shí)芯片內(nèi)外才接通；否則應(yīng)處于隔離狀態(tài)。為此，接通；否則應(yīng)處于隔離狀態(tài)。為此，P0P0口的輸出緩沖器應(yīng)口的輸出緩沖器應(yīng)為三態(tài)門。為三態(tài)門。 P3P3口具有第二功能。因此在口具有第二功能。因此在P3P3口電路增加了第二功能控制口電路增加了第二功能控制邏輯。這是邏輯。這是P3P3口與其它各口的不同之處口與其它各口的不同之處。2.6 2.6 時(shí)鐘電路與時(shí)序時(shí)鐘電路與時(shí)序 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所必需的時(shí)時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所必需的時(shí)鐘控制信號(hào)。鐘控制信號(hào)。2.6.1 2.6.1 時(shí)

34、鐘電路時(shí)鐘電路 時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度速度，電路的，電路的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：有兩種方式：內(nèi)部時(shí)鐘內(nèi)部時(shí)鐘方式和方式和外部時(shí)鐘外部時(shí)鐘方式。方式。一、內(nèi)部時(shí)鐘方式一、內(nèi)部時(shí)鐘方式 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器高增益反相放大器，其輸入端：其輸入端：XTAL1XTAL1，輸出端：，輸出端：XTAL2XTAL2。 C1和和C2典型值通典型值通常選擇為常選擇為30pF左右。左右。 晶體的振蕩頻率晶體的振蕩頻率在在1.2MHz12MHz之間。之間。 某些高速單片機(jī)

35、某些高速單片機(jī)芯片的時(shí)鐘頻率已芯片的時(shí)鐘頻率已達(dá)達(dá)40MHz。二、外部時(shí)鐘方式二、外部時(shí)鐘方式 常用于多片常用于多片MCS-51MCS-51單片機(jī)同時(shí)工作。單片機(jī)同時(shí)工作。 2.6.2 2.6.2 機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序一、節(jié)拍與狀態(tài)一、節(jié)拍與狀態(tài)節(jié)拍：振蕩脈沖的周期節(jié)拍：振蕩脈沖的周期, ,時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期狀態(tài)：單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)的周期，振蕩脈沖二分頻狀態(tài)：單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)的周期，振蕩脈沖二分頻二、機(jī)器周期二、機(jī)器周期CPUCPU完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間。執(zhí)行一條指令分為幾個(gè)機(jī)器周期。每個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行一條指令分為幾個(gè)機(jī)器周期。每個(gè)機(jī)

36、器周期完成一個(gè)基本操作。完成一個(gè)基本操作。MCS-51MCS-51單片機(jī)每單片機(jī)每1212個(gè)振蕩周期個(gè)振蕩周期為一個(gè)機(jī)器周期，為一個(gè)機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期分為一個(gè)機(jī)器周期分為6 6個(gè)狀態(tài)個(gè)狀態(tài)：S1S1S6S6。每個(gè)每個(gè)狀態(tài)又分為兩拍狀態(tài)又分為兩拍：P1P1和和P2P2。因此，。因此，一個(gè)機(jī)器周一個(gè)機(jī)器周期中的期中的1212個(gè)振蕩周期表示為：個(gè)振蕩周期表示為：S1P1S1P1、S1P2S1P2、S2P1S2P1、S2P2S2P2、S6P2S6P2。 三、指令周期三、指令周期執(zhí)行一條指令時(shí)，可分為執(zhí)行一條指令時(shí)，可分為取指令階段取指令階段和和指令執(zhí)行階段指令執(zhí)行階段 。 取指令階段取指令階段，P

37、CPC中地址送到程序存儲(chǔ)器，并從中取出需要執(zhí)行中地址送到程序存儲(chǔ)器，并從中取出需要執(zhí)行指令的操作碼和操作數(shù)。指令的操作碼和操作數(shù)。 指令執(zhí)行階段指令執(zhí)行階段，對(duì)指令操作碼進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生一系列控制信，對(duì)指令操作碼進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生一系列控制信號(hào)完成指令的執(zhí)行。號(hào)完成指令的執(zhí)行。 ALEALE信號(hào)是為地址鎖存而定義的信號(hào)是為地址鎖存而定義的，以時(shí)鐘脈沖，以時(shí)鐘脈沖1/61/6的頻率出現(xiàn)，的頻率出現(xiàn)，在一個(gè)機(jī)器周期中，在一個(gè)機(jī)器周期中，ALEALE信號(hào)兩次有效（注意，在執(zhí)行訪問外部數(shù)信號(hào)兩次有效（注意，在執(zhí)行訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的指令據(jù)存儲(chǔ)器的指令MOVXMOVX時(shí)，將會(huì)丟失一個(gè)時(shí)，將會(huì)丟失一個(gè)ALE

38、ALE脈沖）脈沖）8051X2X2X1X1VssVssTTLTTL外接時(shí)鐘源外接時(shí)鐘源VccVcc時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路 需外接晶振的頻率需外接晶振的頻率1.212MHZ，C1和和C2取取3010PFX1X1X2X2C2C2 C1C1X X 8051振蕩電路振蕩電路S1S2S3S4S5S6S1S2P1 P2 P1 P2 P1 P2P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2fosc一個(gè)狀態(tài)周期一個(gè)狀態(tài)周期一個(gè)機(jī)器周期一個(gè)機(jī)器周期T=12T=12* *(1/fosc)(1/fosc)X2 CPU的時(shí)序（時(shí)鐘周期、的時(shí)序（時(shí)鐘周期、 狀態(tài)周期、機(jī)器周期）狀態(tài)周期、機(jī)器周期）若外接晶振為若外

39、接晶振為12MHz時(shí)，則單片機(jī)的四個(gè)周時(shí)，則單片機(jī)的四個(gè)周期的具體值為：期的具體值為： 時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期1/12MHz1/12s0.0833s 狀態(tài)周期狀態(tài)周期1/6s0.167s 機(jī)器周期機(jī)器周期1s 指令周期指令周期14s可用于計(jì)算指令、程序的執(zhí)行時(shí)間，以及定可用于計(jì)算指令、程序的執(zhí)行時(shí)間，以及定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間時(shí)器的定時(shí)時(shí)間2.7 2.7 復(fù)位操作和復(fù)位電路復(fù)位操作和復(fù)位電路2.7.1 2.7.1 復(fù)位操作復(fù)位操作單片機(jī)的初始化操作，擺脫死鎖狀態(tài)。單片機(jī)的初始化操作，擺脫死鎖狀態(tài)。 引腳引腳RSTRST加上加上大于大于2 2個(gè)機(jī)器周期（即個(gè)機(jī)器周期（即2424個(gè)時(shí)鐘振蕩個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就可使周期）的高電平就可使MCS-51MCS-51復(fù)位。復(fù)位。復(fù)位時(shí)，復(fù)位時(shí)，PCPC初始初始化為化為0000H0000H，使，使MCS-51MCS-51單片機(jī)從單片機(jī)從0000H0000H單元開始執(zhí)行程單元開始