Chapter02_MCS-51單片機硬件結構

1、機械電子工程學院機械電子工程學院2.2 MCS-51單片機內部結構分析單片機內部結構分析2.3 MCS-51單片機的引腳功能單片機的引腳功能2.4 MCS-51的存儲器組織的存儲器組織2.5 MCS-51CPU時序時序2.1 MCS-51單片機主要功能特點單片機主要功能特點第第2章章 MCS-51單片機硬件結構單片機硬件結構機械電子工程學院機械電子工程學院 8位位CPU及指令系統(tǒng)及指令系統(tǒng) 片內片內128B RAM 片內片內4KB ROM/EPROM（8031無）無） 特殊功能寄存器區(qū)特殊功能寄存器區(qū)SFR（Special Function Registers） 2個優(yōu)先級的個優(yōu)先級的5個中斷

2、源結構個中斷源結構 4個個8位并行口：位并行口：P0、P1、P2、P32.1 MCS-51單片機主要功能特點單片機主要功能特點2.1.1 MCS-51單片機的主要功能特點單片機的主要功能特點51基本型基本型機械電子工程學院機械電子工程學院 2個個16位定時器位定時器/計數(shù)器計數(shù)器T/C 1個個全雙工全雙工串行口串行口UART 節(jié)點工作方式節(jié)點工作方式 休閑方式、掉電方式休閑方式、掉電方式(10) 64KB外部外部RAM地址空間地址空間(11) 64KB外部外部ROM地址空間地址空間(12) 片內時鐘電路及振蕩器片內時鐘電路及振蕩器(13) 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) (111條條)通用異步收發(fā)器通用異步

3、收發(fā)器半雙工半雙工 即即可接受又可發(fā)送，但不同時可接受又可發(fā)送，但不同時單工單工 只接收或只發(fā)送只接收或只發(fā)送可同時接收或發(fā)送可同時接收或發(fā)送16條地址線條地址線2.1.1 MCS-51單片機主要功能特點單片機主要功能特點機械電子工程學院機械電子工程學院區(qū)別：區(qū)別：8051 / 8751/89C51單片機中含有單片機中含有 ROM / EPROM/Flash ROM， 而而 8031中沒有，使用時需外接一片中沒有，使用時需外接一片 EPROM2.1.2 MCS-51系列單片機的差異系列單片機的差異51子系列子系列型號型號ROMEPROMRAMT/CI/OINT803180514KB87514K

4、B128B128B128B222并并 串串4441115552.1 MCS-51單片機主要功能特點單片機主要功能特點89C514KB256B2415機械電子工程學院機械電子工程學院MCS系列單片機的結構特點系列單片機的結構特點 就就CPU而言，而言，MCS系列單片機在數(shù)據系列單片機在數(shù)據RAM區(qū)開辟了一個區(qū)開辟了一個寄存器工作區(qū)。該區(qū)共有寄存器工作區(qū)。該區(qū)共有4組，每組組，每組8個寄存器，共可提供個寄存器，共可提供32個工作寄存器。另外，在個工作寄存器。另外，在RAM的高端（的高端（80HFFH）還有）還有21個特殊功能寄存器個特殊功能寄存器SFR。SFR使得單片機系統(tǒng)的功能得到使得單片機系統(tǒng)

5、的功能得到很大的擴展。由于很大的擴展。由于SFR的作用，使得輸入輸出口衍生出更多的作用，使得輸入輸出口衍生出更多的功能，而且利用的功能，而且利用SFR可以完成對定時器、串行口、中斷邏可以完成對定時器、串行口、中斷邏輯的控制。輯的控制。 MCS系列單片機把程序存儲器和數(shù)據存儲器在空間上系列單片機把程序存儲器和數(shù)據存儲器在空間上分開，采用不同的尋址方式，使用兩個不同的地址指針，分開，采用不同的尋址方式，使用兩個不同的地址指針，用用PC指向程序存儲器，指向程序存儲器，DPTR指向數(shù)據存儲器。采用這種指向數(shù)據存儲器。采用這種結構主要是為了滿足工業(yè)控制的需要，即需要較大的程序結構主要是為了滿足工業(yè)控制的

6、需要，即需要較大的程序存儲空間和較小的數(shù)據存儲空間。存儲空間和較小的數(shù)據存儲空間。2.1 MCS-51單片機主要功能特點單片機主要功能特點機械電子工程學院機械電子工程學院MCS系列單片機的結構特點系列單片機的結構特點 MCS系列單片機的輸入系列單片機的輸入/輸出接口在程序控制下具有第輸出接口在程序控制下具有第二功能，可由用戶靈活選擇。二功能，可由用戶靈活選擇。 MCS系列單片機內部具有全雙工的串行接口，可同時系列單片機內部具有全雙工的串行接口，可同時發(fā)送和接受信息。有兩個物理上獨立的接受、發(fā)送緩沖器發(fā)送和接受信息。有兩個物理上獨立的接受、發(fā)送緩沖器SBUF。發(fā)送。發(fā)送SBUF只能寫入，不能讀出

7、，接收只能寫入，不能讀出，接收SBUF只能讀只能讀出，不能寫入。出，不能寫入。 MCS系列單片機內部有專門的位處理機，具有較強的系列單片機內部有專門的位處理機，具有較強的位處理能力。位處理能力。2.1 MCS-51單片機主要功能特點單片機主要功能特點機械電子工程學院機械電子工程學院1、中央處理器、中央處理器CPU結構結構2、存儲器、存儲器3、I/O口口 MCS-51單片機有單片機有4個個8位并行口，位并行口，1個全雙工串行口個全雙工串行口UART，2個個16位的位的T/C。 由運算器和控制邏輯組成。主要功能是產生各種控制信由運算器和控制邏輯組成。主要功能是產生各種控制信號，控制存儲器、號，控制

8、存儲器、I/O端口的數(shù)據傳送、數(shù)據運算、及位處端口的數(shù)據傳送、數(shù)據運算、及位處理等操作。采用理等操作。采用SFR集中控制。集中控制。 程序存儲器程序存儲器ROM/EPROM（8031中沒有，需外接）中沒有，需外接） ，存放，存放程序和編好的表格及常數(shù)等。程序和編好的表格及常數(shù)等。 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器RAM：存放中間結果、數(shù)據暫存、緩沖、及存：存放中間結果、數(shù)據暫存、緩沖、及存放標志位等。放標志位等。2.2 MCS-51單片機內部結構分析單片機內部結構分析機械電子工程學院機械電子工程學院中央處理器中央處理器CPU運算器運算器 包含算術包含算術/邏輯部件邏輯部件ALU（Arithmetic Lo

9、gic Unit）、累加）、累加器器ACC、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW、BCD碼運算調碼運算調整電路、布爾處理器等等。為了提高數(shù)據處理和位操作能整電路、布爾處理器等等。為了提高數(shù)據處理和位操作能力，片內增加了一個通用寄存器力，片內增加了一個通用寄存器B和一些專用寄存器。和一些專用寄存器。 在進行位操作時，進位位在進行位操作時，進位位C作為位累加器使用。整個位作為位累加器使用。整個位操作系統(tǒng)構成一臺布爾處理機。操作系統(tǒng)構成一臺布爾處理機。2.2 MCS-51單片機內部結構分析單片機內部結構分析機械電子工程學院機械電子工程學院中央處理器中央處理器CPU控制器控制器 用

10、來統(tǒng)一指揮和控制計算機工作的部件。它包含程序計用來統(tǒng)一指揮和控制計算機工作的部件。它包含程序計數(shù)器數(shù)器PC、指令寄存器、指令譯碼器、數(shù)據指針寄存器、指令寄存器、指令譯碼器、數(shù)據指針寄存器DPTR、堆棧指針、堆棧指針SP、以及地址譯碼器和地址緩沖器等等。、以及地址譯碼器和地址緩沖器等等。它的功能是接收來自存儲器中的逐條指令，進行指令譯碼，它的功能是接收來自存儲器中的逐條指令，進行指令譯碼，并通過定時和控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需并通過定時和控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的控制信息及的控制信息及CPU所需的控制信號，使各部分協(xié)調工作，所需的控制信號，使各部分協(xié)調工作，完成指令規(guī)定

11、的各種操作。完成指令規(guī)定的各種操作。2.2 MCS-51單片機內部結構分析單片機內部結構分析機械電子工程學院機械電子工程學院40引腳，雙列直插式結構引腳，雙列直插式結構RSTP3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7P3.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P1.0P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P2.7P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P0.0RXD TXD INT0 INT1 T0 WR RDT1 XTAL1XTAL2VssVccEA/VPPALE/PROGPSEN803189C514039383736353

12、43332313029282726252423222112345678910111213141516171819202.3 MCS-51單片機的引腳功能單片機的引腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院控制口線控制口線 PSEN、ALE、EA/VPP、RST 共共4根根2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能管腳按功能分類：管腳按功能分類：I/O口線口線 P0 、 P1 、 P2 、 P3 共共32根根電源電源 Vcc、 Vss 共共2根根時鐘時鐘 XTAL1、 XTAL2 共共2根根數(shù)據數(shù)據/地址地址復用口復用口I/O口口雙功能口雙功能口共共40根引腳線根引腳線2.3 MCS-

13、51單片機的引腳功能單片機的引腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院1、電源與時鐘、電源與時鐘Vcc：接接+5V電源端電源端Vss：接地端接地端XTAL1：片內振蕩電路片內振蕩電路輸入輸入端端XTAL2：片內振蕩電路片內振蕩電路輸出輸出端端內時鐘方式：內時鐘方式：在在XTAL1、XTAL2上外接定時元件，上外接定時元件，使其形成自激振蕩器。使其形成自激振蕩器。時鐘電路：時鐘電路：內時鐘方式內時鐘方式外時鐘方式外時鐘方式2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院 定時元件采用由定時元件采用由石英晶體石英晶體和和電容電容組成并聯(lián)諧振電路。晶體和電容盡組

14、成并聯(lián)諧振電路。晶體和電容盡可能靠近單片機芯片。可能靠近單片機芯片。單單片片機機XTAL2XTAL11819C1C2電容通常選電容通常選擇為擇為30PF左右左右振蕩頻率振蕩頻率1.2MHz12MHz晶晶振振內時鐘方式電路圖內時鐘方式電路圖單級反相單級反相放大器放大器2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能1）內時鐘方式）內時鐘方式機械電子工程學院機械電子工程學院單單片片機機XTAL2XTAL12）外時鐘方式）外時鐘方式：XTAL1接地，接地，XTAL2接外部振蕩器。接外部振蕩器。外時鐘方式電路圖外時鐘方式電路圖外部外部振蕩源振蕩源+5V1819上拉電上拉電阻阻頻率低于頻率低于1

15、2MHzOC門門2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院復位信號：復位信號：高電平復位高電平復位CPU，低電平，低電平CPU工作工作EA/VPPALEPSEN名稱名稱功能功能片外片外取指取指信號（片外信號（片外程序存儲器讀程序存儲器讀）輸出端）輸出端低電平有效。通過低電平有效。通過P0口讀回指令或常數(shù)。口讀回指令或常數(shù)。控制的是片外程序存儲器控制的是片外程序存儲器RST2、控制信號、控制信號地址鎖存信號。地址鎖存信號。ALE低電平時，低電平時， P0口出現(xiàn)口出現(xiàn)數(shù)據數(shù)據信息；信息； ALE高電平時，高電平時， P0口出現(xiàn)口出現(xiàn)地址地址信息。信息。

16、程序存儲器選擇信號程序存儲器選擇信號 EA=0 時，選外部時，選外部ROM；1，地址小于，地址小于4k時，選內部時，選內部ROM地址大于地址大于4k時，選外部時，選外部ROMP0口是口是數(shù)據數(shù)據/地址地址復用口復用口用用下降沿下降沿 鎖存鎖存P0口的口的低低8位地址位地址到外部鎖存器到外部鎖存器2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院寄存器寄存器 內內 容容寄存器寄存器 內內 容容表表 2-2 復位后內部寄存器狀態(tài)復位后內部寄存器狀態(tài)PC 0000HACC 00HB 00HPSW 00HSP 07HDPTR 0000HP0P3 0FFHIP 00

17、000BIE 000000BTMOD 00HTCON 00HTH0 00HTL0 00HTH1 00HTL1 00HSCON 00HSBUF 不定不定PCON 0 000B2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院803180518751VSSVCCRST409200.47FR151kR2 51k+5V復位電路復位電路手動手動復位復位KR上電上電自動復位自動復位KR高電平要保持高電平要保持10ms以上以上+5VRST高電平有效高電平有效2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院MUX3、I/O口口1）P

18、0口：三態(tài)雙向復用口（真正的雙向口）口：三態(tài)雙向復用口（真正的雙向口）P0.X鎖存器鎖存器DCLQQP0.X引腳引腳讀鎖存器讀鎖存器寫鎖存器寫鎖存器內部總線內部總線讀引腳讀引腳地址地址/數(shù)據數(shù)據 控制控制VCCT0T1P0口位結構口位結構2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能控制信號為控制信號為1，MUX打在上面打在上面機械電子工程學院機械電子工程學院P0口作通用口作通用I/O口使用輸入時（準雙向口）：口使用輸入時（準雙向口）：先將鎖存器寫先將鎖存器寫“1”T0、T1截止截止讀引腳讀引腳信號信號地址地址/數(shù)據數(shù)據控制控制讀鎖存器讀鎖存器寫鎖存器寫鎖存器DCLQQP0.x鎖存器

19、鎖存器T0T1MUXP0.x引腳引腳內部總線內部總線讀引腳讀引腳P0口位結構口位結構Vcc0100讀讀2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能外部接上拉電阻外部接上拉電阻機械電子工程學院機械電子工程學院P0.X鎖存器鎖存器DCLQQMUXP0.X引腳引腳讀鎖存器讀鎖存器寫鎖存器寫鎖存器內部總線內部總線讀引腳讀引腳地址地址/數(shù)據數(shù)據 控制控制VCCT0T1P0口位結構口位結構P0口作通用口作通用I/O口使用輸入時（準雙向口）：口使用輸入時（準雙向口）：先將鎖存器寫先將鎖存器寫“1”T0、T1截止截止讀引腳讀引腳信號信號110如果寫如果寫”0”被嵌位成被嵌位成低電平低電平2.3.1

20、 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院2）P1口：準雙向口（通用口：準雙向口（通用I/O）讀鎖存器讀鎖存器寫鎖存器寫鎖存器內部總線內部總線讀引腳讀引腳DCLQQP1.x鎖存器鎖存器TP1.x引腳引腳Vcc內部上拉內部上拉電阻電阻P1口位結構口位結構2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院P1口：準雙向口口：準雙向口讀鎖存器讀鎖存器寫鎖存器寫鎖存器內部總線內部總線讀引腳讀引腳DCLQQP1.x鎖存器鎖存器TP1.x引腳引腳Vcc內部上拉內部上拉電阻電阻010101輸出輸出輸入輸入“讀引腳讀引腳”P1口位結構口

21、位結構2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能作輸出時不用先寫作輸出時不用先寫1，作輸入時必須先寫，作輸入時必須先寫1。機械電子工程學院機械電子工程學院作通用作通用I/O口輸出時：口輸出時：將將“1”寫寫入鎖存器入鎖存器輸出高電平輸出高電平將將“0”寫入寫入鎖存器鎖存器Q 1， T導通導通輸出低電平輸出低電平作通用作通用I/O口輸入時：口輸入時：口鎖存器必須先寫口鎖存器必須先寫“1”先將先將“1”寫入鎖存器，使寫入鎖存器，使T截止，口線上的數(shù)據取決于外部輸入。截止，口線上的數(shù)據取決于外部輸入。Q 0， T截止截止 P1口的驅動能力口的驅動能力：驅動驅動4個個TTL門門內部總線為

22、內部總線為引腳為引腳為“高電平高電平”“低電平低電平”“1”“0”“讀讀”準雙向口準雙向口2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院3）P2口：準雙向口口：準雙向口地址地址控制控制讀鎖存器讀鎖存器寫鎖存器寫鎖存器內部總線內部總線讀引腳讀引腳DCLQQP2.x鎖存器鎖存器TP2.x引腳引腳P2口位結構口位結構VccMUX上上拉拉電電阻阻2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院P2口：準雙向口（通用口：準雙向口（通用I/O、地址總線）、地址總線）地址地址控制控制讀鎖存器讀鎖存器寫鎖存器寫鎖存器內部總線內部

23、總線讀引腳讀引腳DCLQQP2.x鎖存器鎖存器TP2.x引腳引腳P2口位結構口位結構VccMUX上上拉拉電電阻阻2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院P2口作口作通用通用I/O口口使用時：使用時： 準雙向口。準雙向口。MUX倒向倒向左邊左邊，輸出級與鎖存器，輸出級與鎖存器“Q”端端接通，接通，P2口口I/O操作完全與操作完全與P1口相同?？谙嗤?。P2口作口作地址總線高地址總線高8位位使用時：使用時： 在在CPU的控制下，的控制下， MUX倒向倒向右邊右邊，接通內部，接通內部地址總線地址總線，P2口的口線狀態(tài)取決于片內輸出的口的口線狀態(tài)取決于片內

24、輸出的地址信息。地址信息。 P2口的驅動能力：驅動口的驅動能力：驅動4個個TTL門門2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院P3口位結構口位結構第二第二輸輸入入功能功能4）P3口：雙功能口（通用口：雙功能口（通用I/O）第二第二輸出輸出功能功能（保持高電平）（保持高電平）讀鎖存器讀鎖存器寫鎖存器寫鎖存器內部總線內部總線讀引腳讀引腳DCLQQP3.x鎖存器鎖存器TP3.x引腳引腳Vcc上上拉拉電電阻阻12.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院P3口位結構口位結構第二輸?shù)诙斎牍δ苋牍δ躊3口：雙功能口

25、（控制線）口：雙功能口（控制線）讀鎖存器讀鎖存器寫鎖存器寫鎖存器內部總線內部總線讀引腳讀引腳DCLQQP3.x鎖存器鎖存器TP3.x引腳引腳Vcc上上拉拉電電阻阻第二輸?shù)诙敵龉δ艹龉δ?102.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能（Q保持高電平）保持高電平）機械電子工程學院機械電子工程學院P3作第一功能口使用時：作第一功能口使用時： 輸出控制線為高電平，與非門的輸出取決于鎖存輸出控制線為高電平，與非門的輸出取決于鎖存器器“Q”端的狀態(tài)，端的狀態(tài)，P3口的口的I/O操作和操作和P1口相同。口相同。P3作第二功能口使用時：作第二功能口使用時： 相應的口線鎖存器必須為相應的口線鎖存

26、器必須為“1”，與非門的輸出取決于，與非門的輸出取決于第二功能輸出線。第二功能輸出線。 P3的驅動能力：驅動的驅動能力：驅動4個個TTL門門 作第二功能作第二功能輸入輸入時時,信號取自信號取自第一個緩沖器的輸出端第一個緩沖器的輸出端; 第二個緩沖器的輸出第二個緩沖器的輸出, 仍是第一功能的讀引腳信號緩沖器。仍是第一功能的讀引腳信號緩沖器。2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院P3口的第二功能狀態(tài)口的第二功能狀態(tài)P3.0RXD串入（接收端）串入（接收端）P3.1TXD串出（發(fā)送端）串出（發(fā)送端）P3.6 WR外部外部RAM寫信號寫信號P3.3IN

27、T1外部中斷外部中斷1輸入輸入P3.4T0計數(shù)器計數(shù)器0輸入輸入P3.5T1計數(shù)器計數(shù)器1輸入輸入第二功能第二功能作作 用用口線口線P3.2INT0外部中斷外部中斷0輸入輸入P3.7 RD外部外部RAM讀信號讀信號2.3.1 MCS-51單片機的管腳功能單片機的管腳功能機械電子工程學院機械電子工程學院ALEP3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7P3.0EAPSENRST803180518751VccVssP1口口P2口口P0口口373GE+5VA0A7A8A15D0D7I/OXTAL1XTAL2RXDTXDINT0INT1T0T1WRRD控控制制總總線線CB數(shù)據總線數(shù)據總線

28、DB地址總線地址總線 AB利用利用三條總線三條總線， 可方便地進行系統(tǒng)擴展。可方便地進行系統(tǒng)擴展。晶振晶振 1.212MHZ80312.3.2 MCS-51單片機的三總線結構單片機的三總線結構機械電子工程學院機械電子工程學院地址總線地址總線AB（A0 A15）寬）寬16位位 片外尋址片外尋址64KBP0.0P0.7ALE 鎖存鎖存到鎖存器到鎖存器373A0A7P2.0P2.7A8A15數(shù)據總線數(shù)據總線DB（D0 D7）寬）寬8位位 雙向、三態(tài)雙向、三態(tài) P0.0P0.7D0D7控制總線控制總線CB 寬寬12位位 P3口的第二功能狀態(tài)加上控制線口的第二功能狀態(tài)加上控制線PSENEAALERESE

29、T2.3.2 MCS-51單片機的三總線結構單片機的三總線結構機械電子工程學院機械電子工程學院僅用來訪問外部程序僅用來訪問外部程序存儲器和外部數(shù)據存儲存儲器和外部數(shù)據存儲器器2.4 MCS-51.4 MCS-51的存儲器組織的存儲器組織存儲器存儲器數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器程序存儲器程序存儲器 對單片機來講，對單片機來講，ROM和和RAM的尋址機構和尋址方的尋址機構和尋址方式是分開的。式是分開的。ROM、 EPROM E2ROM或或FLASHRAM按按地址地址訪問的一維線性（邏輯）訪問的一維線性（邏輯）空間空間按按地址地址訪問的一維線性（邏輯）訪問的一維線性（邏輯）空間空間PSENWRRD單片機單片

30、機常駐常駐容量小容量小僅僅256B容量大容量大達達64KB普林斯頓結構普林斯頓結構哈佛結構哈佛結構普林斯頓結構普林斯頓結構PC機械電子工程學院機械電子工程學院從物理上分，從物理上分，MCS-51分為分為4個存儲空間個存儲空間片內片內程序存儲器程序存儲器 ROM片內片內數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器 RAM片外片外程序存儲器程序存儲器 ROM片外片外數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器 RAM（I/O）從邏輯上分，從邏輯上分，MCS-51分為分為3個邏輯空間個邏輯空間 片片內內、外統(tǒng)一編址外統(tǒng)一編址的的程序存儲器程序存儲器地址空間地址空間 256B或或384B片內片內數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器地址空間地址空間 64KB片外片外

31、數(shù)據存儲器或數(shù)據存儲器或I/O地址空間地址空間片內固有片內固有需要擴展需要擴展需要擴展需要擴展PC2.4 MCS-51的存儲器組織的存儲器組織機械電子工程學院機械電子工程學院從功能上分，從功能上分，MCS-51分為分為5個地址空間個地址空間 程序存儲器程序存儲器 ROM 片內數(shù)據存儲器片內數(shù)據存儲器 RAM 特殊功能寄存器區(qū)特殊功能寄存器區(qū) SFR 位尋址區(qū)位尋址區(qū) 外部擴展的數(shù)據存儲器外部擴展的數(shù)據存儲器 RAM（I/O）區(qū)）區(qū)2.4 MCS-51的存儲器組織的存儲器組織機械電子工程學院機械電子工程學院2.4.1 程序存儲器程序存儲器8051 / 8751內部有內部有4KB ROM / EP

32、ROM地址：地址：0000H 0FFFH8051 / 8751外部的外部的ROM / EPROM地址：地址：1000H FFFFH8031 / 8032內部沒有內部沒有ROM / EPROM需要片外擴展，使用時需要片外擴展，使用時 接成低電平接成低電平 EA地址：地址：0000H FFFFH52 子系列內部有子系列內部有8KB ROM / EPROM地址：地址：0000H 1FFFH52：2000H FFFFH接地接地2.4 MCS-51的存儲器組織的存儲器組織機械電子工程學院機械電子工程學院EA=1內部內部外部外部EA=00000H0FFFH0FFFH0000H1000H外部外部FFFFH8

33、051/8751803151系列程序存儲器配置圖系列程序存儲器配置圖4KB接地接地2.4.1 程序存儲器程序存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院EA=1內部內部外部外部EA=00000H1FFFH1FFFH0000H2000H外部外部FFFFH8052/8752803252系列程序存儲器配置圖系列程序存儲器配置圖接地接地8KB2.4.1 程序存儲器程序存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院2.4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器 內部數(shù)據存儲器從物理上分為幾個不同的塊：內部數(shù)據存儲器從物理上分為幾個不同的塊：MCS-51128B RAM （地址（地址00H7FH）128B SFR （地址（地址80H

34、FFH）MCS-52128B RAM （地址（地址00H7FH）128B SFR (地址地址80HFFH）256B384B間接尋址間接尋址直接尋址直接尋址128B RAM （地址地址80HFFH）間接直接間接直接尋尋址均址均可可直接尋址直接尋址2.4 MCS-51的存儲器組織的存儲器組織內部數(shù)據存儲器內部數(shù)據存儲器 RAM 地址地址:00H FFH機械電子工程學院機械電子工程學院SFR特殊功能特殊功能寄存器寄存器FFH80H內部內部RAMSFR特殊功能特殊功能寄存器寄存器7FH00HFFH80H7FH00HFFH80HMCS-51內部內部RAM配置配置52系列內部系列內部RAM配置配置直接尋址

35、直接尋址內部數(shù)據存儲器配置圖內部數(shù)據存儲器配置圖地址重疊地址重疊256B384B內部內部RAM內部內部RAM間接尋址間接尋址僅僅52系列有系列有直接尋址直接尋址間接間接直接直接皆可皆可2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院1、內部、內部RAM區(qū)（區(qū)（MCS-51）MCS-51內部內部RAM只有只有128B內部內部RAM區(qū)區(qū)分為三部分分為三部分地址：地址：00H7FH內部內部RAM7FH00HSFR特殊功能特殊功能寄存器寄存器FFH80H7FH00H位尋址區(qū)位尋址區(qū)2FH20H工作工作寄存器區(qū)寄存器區(qū)1FH00H7FH30H數(shù)據數(shù)據緩沖區(qū)緩沖區(qū)2.4.2 .4

36、.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院0FH08H17H10H2FH20H7FH30H0 0區(qū)（區(qū)（8 8字節(jié)）字節(jié)）1 1區(qū)（區(qū)（8 8字節(jié)）字節(jié)）2 2區(qū)（區(qū)（8 8字節(jié)）字節(jié)）3 3區(qū)（區(qū)（8 8字節(jié)）字節(jié)）位尋址區(qū)位尋址區(qū)數(shù)據緩沖區(qū)數(shù)據緩沖區(qū)8080個字節(jié)個字節(jié)RAM只能按字節(jié)尋址只能按字節(jié)尋址1616個字節(jié)分為個字節(jié)分為128128個個RAM位位可可按位按位也可按字節(jié)尋址也可按字節(jié)尋址四四個個工工作作寄寄存存器器區(qū)區(qū)內部內部RAM區(qū)功能配置圖區(qū)功能配置圖R7R0R7R0R7R0R7R000H1FH07H00H1FH18H布爾處理器布爾處理器每個區(qū)，每個區(qū)，8 8個

37、個工作寄存器工作寄存器R0 R7也可作普通也可作普通RAM使用使用2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院 通用寄存器組通用寄存器組 32個個RAM單元單元 共共4個區(qū)，每個區(qū)個區(qū)，每個區(qū)8個通用工作寄存器個通用工作寄存器 R0R7?！皡^(qū)區(qū)”的選擇由程序狀態(tài)字的選擇由程序狀態(tài)字PSW中的中的RS1和和RS0確定。確定。 工作寄存器區(qū)工作寄存器區(qū)地地 址址RS1 RS0 2 區(qū)區(qū)10H 17H1 0 3 區(qū)區(qū)18H 1FH1 1 0 區(qū)區(qū)00H 0 007H 1 區(qū)區(qū)08H 0 10FH2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院

38、位尋址區(qū)位尋址區(qū) （16個個RAM單元單元 + 12個個SFR） 字節(jié)地址：字節(jié)地址：20H 2FH 16個個 RAM 字節(jié)共字節(jié)共128個個 RAM 位位 位地址：位地址：00H 7FH 12個個SFR中的中的93位位具有位尋址功能具有位尋址功能位尋址區(qū)位尋址區(qū)128個個RAM位位93個個SFR位位 布爾處理機布爾處理機數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器的主要組成部分的主要組成部分布爾處理機布爾處理機共共221位位字節(jié)地址字節(jié)地址能被能被8 8所整除的所整除的構成構成其中其中3 3位無定義位無定義2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院 用戶用戶RAM區(qū)（數(shù)據緩沖區(qū)）區(qū)（

39、數(shù)據緩沖區(qū)）共共80個單元個單元字節(jié)地址：字節(jié)地址：30H 7FH8051單片機復位時，堆棧指針單片機復位時，堆棧指針SP指向指向 07H 單元。單元。片內片內RAM的部分單元可用作堆棧。的部分單元可用作堆棧。51的棧區(qū)不是固定的，為避開工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)，的棧區(qū)不是固定的，為避開工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)，用戶堆棧一般設置在用戶堆棧一般設置在 30H 7FH 之間。之間。真正的真正的RAM單元單元SP 指針指針是是可編程可編程的寄存器。的寄存器。2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院 程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC$16位專用寄存器位專用寄存器 ，尋址范圍，尋址

40、范圍64KB。$ 此時的程序是順序執(zhí)行的。此時的程序是順序執(zhí)行的。2. 專用寄存器區(qū)專用寄存器區(qū)$ 通電時自動復位，運行時可手動復位，復位通電時自動復位，運行時可手動復位，復位 后，后， PC的的內容自動清零。內容自動清零。$用來存放用來存放下一條下一條指令地址指令地址。CPU取指令時，將取指令時，將PC內容經內容經地址總線送到程序存儲器，從該地址單元取回指令，譯碼地址總線送到程序存儲器，從該地址單元取回指令，譯碼并執(zhí)行；同時，并執(zhí)行；同時，PC自動加自動加1。$如果程序需要轉移，可在程序中安排如果程序需要轉移，可在程序中安排轉移轉移或或條件轉移條件轉移指令指令（JMP或或JNC）、調用子程序

41、指令）、調用子程序指令CALL等。等。PC 0000H 系統(tǒng)的啟動地址系統(tǒng)的啟動地址 23個專用個專用（3個屬于個屬于52）其中）其中5個是雙字節(jié)個是雙字節(jié)寄存器，寄存器，PC物理上是獨立的；其余物理上是獨立的；其余22個屬個屬于于SFR，共占用，共占用26個字節(jié)。個字節(jié)。2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院 74H08H24H04H02H22H00H78H74HPC0000HPCMOV A，#08H ADD A，#04HLJMP，2200HMOV R0，#74H0004H0003H0002H0001H0000H2200H2201H0005H0006H00

42、07H存儲器存儲器 指令寄存器指令寄存器 74HPC0001H 08HPC0002H 24HPC0003H 04HPC0004H 02HPC 22HPC 00HPC0005H0006H0007HPC2200H 78HPC2201H 74HPC2202H2202HMOV A，#08HADD A，#04HLJMP 2200HMOV R0，#74H下一條指下一條指令令演示演示PC的作用的作用PCPC管理程序執(zhí)行順序的過程：管理程序執(zhí)行順序的過程：2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院 累加器累加器A 地址：地址：0E0H最常用的一個專用寄存器最常用的一個專用寄存器

43、大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)取自大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)取自A很多雙操作數(shù)指令的一個操作數(shù)取自很多雙操作數(shù)指令的一個操作數(shù)取自A算術運算和邏輯運算的結果放在算術運算和邏輯運算的結果放在A或或AB對中對中指令系統(tǒng)采用指令系統(tǒng)采用A 作為累加器的作為累加器的標識符標識符例：例：INC A；執(zhí)行；執(zhí)行A中的內容加中的內容加1操作操作ADD A，#data；執(zhí)行；執(zhí)行A (A) + #data 操作操作位尋址功能位尋址功能2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院 寄存器寄存器B 地址：地址：0F0H 8位寄存器位寄存器與累加器與累加器 A 配合使用，一般用于乘除法運算

44、配合使用，一般用于乘除法運算寄存器寄存器 B 存放第二操作數(shù)、存放第二操作數(shù)、乘積的高乘積的高8位位字節(jié)字節(jié)除法的除法的余數(shù)余數(shù)部分。部分。例：例：MUL AB;執(zhí)行執(zhí)行 (A)(B) B ADIV AB;執(zhí)行執(zhí)行 (A)/(B) 商商 A 余余 B 次累加器次累加器作作 一一 RAM單元用單元用 B余余 B2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院 程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字PSW 地址：地址：0D0H 8位寄存器，存放程序的狀態(tài)信息位寄存器，存放程序的狀態(tài)信息CY D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0ACF0RS1RS0OV P格式如下：格式如下：進進/

45、借位標志借位標志CY（PSW.7）加法加法運算時，如果運算時，如果D7有有進位進位，則，則CY=1，否則否則CY=0。減法減法運算時，如果運算時，如果D7有有借位借位，則，則CY=1，否則否則CY=0。布爾運算中被定義為布爾運算中被定義為位累加器。位累加器。PSWD7 D0CY2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院輔助進位標志輔助進位標志AC（PSW.6） 8位加法位加法運算時，如果運算時，如果低半字節(jié)低半字節(jié)的的D3向向D4有進位，則有進位，則 AC=1，否則否則AC=0。8位減法位減法運算時，如果運算時，如果低半字節(jié)低半字節(jié)的的D3向向D4有借位，則有借

46、位，則AC=1，否則否則AC=0。標志標志F0（PSW.5）由用戶定義。由用戶定義?？捎密浖硎顾每捎密浖硎顾谩?”、或清、或清“0”?？捎绍浖y試可由軟件測試F0來控制程序流向。來控制程序流向。D7D4 D3D0AC2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院工作寄存器區(qū)選擇位工作寄存器區(qū)選擇位RS1 、RS0（PSW.4、 PSW .3）通過軟件來改變通過軟件來改變RS1 、RS0的組合，以確定當前的組合，以確定當前工作寄存器區(qū)。工作寄存器區(qū)。工作寄存器區(qū)工作寄存器區(qū)地地 址址RS1 RS0 2 區(qū)區(qū)10H 17H1 0 3 區(qū)區(qū)18H 1FH1 1 0

47、 區(qū)區(qū)00H 0 007H 1 區(qū)區(qū)08H 0 10FHPSW.4 PSW.3用布爾操作來改變用布爾操作來改變2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院OV= C6 C7 +溢出標志溢出標志OV（PSW.2）作為作為有符號數(shù)有符號數(shù)加、減法時由硬件置位或清除，以指加、減法時由硬件置位或清除，以指示運算結果是否溢出。示運算結果是否溢出。執(zhí)行加執(zhí)行加/減法指令時減法指令時，用，用Ci 表示表示i位向位向i+1有進有進/借位。借位。1) 第第6位位向向第第7位有進位有進/借位，而第借位，而第7位位不向不向CY進進/借位時；借位時；2) 第第6位位不向不向第第7位進位進

48、/借位，而第借位，而第7位位向向CY有有進進/借位時；借位時； OV=1, 否則否則 OV=0。若若OV=1，意味著加，意味著加/減法的結果已超出了一個字節(jié)減法的結果已超出了一個字節(jié) 有符號補碼數(shù)有符號補碼數(shù) 所所表示的范圍（表示的范圍（-128 +127）。）。1) OV= 1 02) OV= 0 12.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院D7D6D5D4 D3D2D1D0例例： 0 1 0 1 0 1 1 0 （+86）(正正) 0 0 1 1 0 0 1 0 (+50） (正正)00010001此時此時C6 =1、 C7 =0 則則D7D6D5D4 D3

49、D2D1D0 1 0 0 1 0 1 1 0 （-106）(負負)110111001( +136) (正正)(-197) (負負)OV= C6 C7 =1 + +此時此時C6 =0、 C7 =1 則則OV= C6 C7 =1 + +符符號號位位1 1 0 1 0 0 1 0 1 （-91） (負負) Cy2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院奇偶標志奇偶標志P（PSW.0） 每個指令周期都由硬件置位或清零，以表示累加器每個指令周期都由硬件置位或清零，以表示累加器A中值為中值為“1”的位數(shù)的的位數(shù)的奇偶性。奇偶性。 該標志可用于串行數(shù)據通訊，驗證數(shù)據傳輸?shù)目煽?/p>

50、性。該標志可用于串行數(shù)據通訊，驗證數(shù)據傳輸?shù)目煽啃?。P =1 A中中1的個數(shù)為奇數(shù)的個數(shù)為奇數(shù)0 A中中1的個數(shù)為偶數(shù)的個數(shù)為偶數(shù)2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院?思思 考考試分析執(zhí)行指令試分析執(zhí)行指令 MOV A, #7FHADD A, #47H后，程序狀態(tài)字后，程序狀態(tài)字 PSW中中 CY，AC，OV，P 的狀態(tài)是什么？的狀態(tài)是什么？2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院D7D6D5D4 D3D2D1D0 0 1 1 1 1 1 1 1 （7FH） 0 1 0 0 0 1 1 1 （47H）01100011（C6

51、H）MOV A, #7FHADD A, #47H#7FHACY=0AC=1執(zhí)行第一條指令后執(zhí)行第一條指令后P=1，執(zhí)行第二條指令后，執(zhí)行第二條指令后P=0。此時此時C6 =1、 C7 =0 則則OV= C6 C7 =1 + +有有無無2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院 堆棧指針堆棧指針 SP8位寄存器，存放位寄存器，存放棧頂?shù)刂?。棧頂?shù)刂?。保護保護CPU現(xiàn)場和現(xiàn)場和斷點地址斷點地址作用：作用：工作方式：工作方式：“先進后出先進后出”或或“后進先出后進先出”數(shù)據壓入堆棧時，數(shù)據壓入堆棧時，SP自動加自動加1數(shù)據彈出堆棧時，數(shù)據彈出堆棧時，SP自動減自動減1

52、 SP始終指向始終指向棧頂?shù)刂窏ｍ數(shù)刂分袛鄷r中斷時轉子程序時轉子程序時棧區(qū)棧區(qū)“向上生成向上生成”按按“先進后出先進后出”工作原則，由工作原則，由SP組織的內部組織的內部 RAM區(qū)域，被稱為堆棧。區(qū)域，被稱為堆棧。主程序主程序2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院SPSP例：堆棧操作例：堆棧操作建立堆棧建立堆棧壓入操作壓入操作彈出操作彈出操作 60H61H62H63H64HA的內容的內容B的內容的內容SPMOV SP, #60HPUSH APUSH BPOP direct SPdirect棧棧 底底2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機

53、械電子工程學院 數(shù)據指針數(shù)據指針 DPTR16位寄存器，高字節(jié)用位寄存器，高字節(jié)用DPH表示，低字節(jié)用表示，低字節(jié)用DPL表示。表示。對外部對外部 RAM 或或 I/O 口尋址，范圍口尋址，范圍64KB。例：例：MOVX A，DPTRMOVX DPTR， A;將外部將外部RAM中地址為中地址為DPTR的單元內容讀到的單元內容讀到A中中;將將A中的內容中的內容寫寫到外部到外部RAM中地址為中地址為DPTR的單元的單元MOVC A， A+ DPTR;采用基址采用基址+變址的方法變址的方法讀程序存儲器內讀程序存儲器內的表格常數(shù)的表格常數(shù);DPTR為基址寄存器，為基址寄存器， A為變址寄存器為變址寄存

54、器（DPTR）AP3.7 RDP3.6 WR(A)DPTR(A)+(DPTR)APSEN2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院 I/O 端口端口P0 P3 地址地址:80H 90H 0A0H 0B0H專用寄存器專用寄存器P0 P3分別是端口分別是端口P0 P3的鎖存器。的鎖存器。 串行數(shù)據緩沖器串行數(shù)據緩沖器 SBUF 地址地址:99H存放欲發(fā)送的數(shù)據存放欲發(fā)送的數(shù)據存放已接收的數(shù)據存放已接收的數(shù)據一個地址一個地址: 99H 定時定時/計數(shù)器計數(shù)器 T0、T1 MCS-51系列有系列有2個個16位位定時定時/計數(shù)器計數(shù)器T0 、T1MCS-52系列增加了系列

55、增加了1個個16位位定時定時/計數(shù)器計數(shù)器T2SBUF兩個緩沖器兩個緩沖器共用共用“寫寫”發(fā)送緩沖器發(fā)送緩沖器“讀讀”接受緩沖器接受緩沖器MOV SBUF，AMOV A ，SBUF2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院 其他控制寄存器其他控制寄存器IP0B8H 中斷優(yōu)先控制寄存器中斷優(yōu)先控制寄存器IE0A8H 中斷允許控制寄存器中斷允許控制寄存器TMOD89H 定時定時/計數(shù)器方式控制寄存器計數(shù)器方式控制寄存器TCON88H 定時定時/計數(shù)器控制寄存器計數(shù)器控制寄存器SCON99H 串行口控制寄存器串行口控制寄存器PCON87H 電源及波特率選擇控制電源及波

56、特率選擇控制地址地址名稱名稱作作 用用2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院尋址空間尋址空間64KB采用寄存器間接尋址方式采用寄存器間接尋址方式間址寄存器有間址寄存器有R0、R1（256B）數(shù)據指針數(shù)據指針DPTR（64KB）采用采用MOVX指令單片機產生指令單片機產生讀讀/寫寫信號，信號，對外部對外部RAM產生讀寫操作。產生讀寫操作。3、外部數(shù)據存儲器、外部數(shù)據存儲器FFFFH0000H外部外部RAM（I/O）64KBMOVX A，RiMOVX A，DPTRiMOVX Ri，AMOVX DPTRi ，A“讀讀”指令指令“寫寫”指令指令通過三條總通過三條總線擴展線擴展2.4.2 .4.2 數(shù)據存儲器數(shù)據存儲器機械電子工程學院機械電子工程學院2.5 MCS-51CPU時序時序2.5.1 機器周期、狀態(tài)、相位機器周期、狀態(tài)、相位一個機器周期包括一個機器周期包括6個個S 狀態(tài)狀態(tài)S1S6，每個，每個S狀態(tài)狀態(tài) 分為分為2個振蕩周期（個振蕩周期（ 2拍：相位拍：相位P1，相位，相位P2）。）。 1個機器周期個機器周期 6個個S狀態(tài)狀態(tài)12 個振蕩周期個振蕩周期采用主頻為采用主頻為 12MHz 振蕩源，每個振蕩源，每個機器周期機器周期為為1S。又稱為又稱為CPU周期周期機械電子工程