第02章_MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)

1、 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng) 存多儲器存多儲器 中央處理單元（中央處理單元（CPU） MCS-51單片機的組成和總體結(jié)構(gòu)單片機的組成和總體結(jié)構(gòu) 并行并行I/O接口接口 ：均由：均由CPU(包括運算器和控制器包括運算器和控制器)、存儲器、輸入設(shè)備、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備組成輸出設(shè)備組成：單片機是將：單片機是將CPU、RAM、ROM、定時計數(shù)器，以及、定時計數(shù)器，以及輸入輸出（輸入輸出（I/O）接口電路等計算機的主要部件集成在一小塊）接口電路等計算機的主要部件集成在一小塊硅片上的單片微型計算機硅片上的單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)。 體積小、可靠性高、性

2、價比高等體積小、可靠性高、性價比高等工業(yè)檢測與控制、計算機外設(shè)、智能儀器儀表、工業(yè)檢測與控制、計算機外設(shè)、智能儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器、機電一體化產(chǎn)品等領(lǐng)域。通訊設(shè)備、家用電器、機電一體化產(chǎn)品等領(lǐng)域。2.1 MCS-51單片機的組成和總體結(jié)構(gòu)單片機的組成和總體結(jié)構(gòu) 發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)外部計數(shù)脈沖外部計數(shù)脈沖輸輸入入輸輸出出設(shè)設(shè)備備MCS-MCS-5151系列單片機系列單片機系列片內(nèi)存儲器（字節(jié)）定時器定時器計數(shù)器計數(shù)器并行并行I/OI/O串行串行I/OI/O中中斷斷源源片內(nèi)片內(nèi)ROMROM片內(nèi)片內(nèi)RAMRAM無有ROM有EPROMIntelMCS-51子系列803180C31

3、805180C51(4K字節(jié))875187C51(4K字節(jié))128字節(jié)2x164x8位15IntelMCS-52子系列803280C32805280C52(8K字節(jié))875287C52(8K字節(jié))256字節(jié)3x164x8位16注意：今后將會經(jīng)常提到注意：今后將會經(jīng)常提到ATMELATMEL的的AT89C2051/51/52AT89C2051/51/52等等MCUMCU！ATEMLATEML89C89C系列系列( (常用型常用型) )1051(1K)/ 2051(2K)/ 4051(4K)（20條引腳DIP封裝）1281282 215151 15 589C51(4K)/ 89C52(8K)（40

4、條引腳DIP封裝）128128/25/256 62/32/332321 15/65/62.1.1 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖80518051單片機在一塊芯片中集成了：單片機在一塊芯片中集成了：一個面向控制的一個面向控制的8 8位位CPUCPU 一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路 256B256B片內(nèi)片內(nèi)RAM(RAM(低低128B128B作數(shù)據(jù)存儲器，高作數(shù)據(jù)存儲器，高128128位包含位包含2l2l個特殊功能寄存器個特殊功能寄存器SFR)SFR) 4KB4KB片內(nèi)程序存儲器片內(nèi)程序存儲器ROMROM。 4 4個個8 8位并行位并行I/OI/O接口接口 l l個全雙工作串行個

5、全雙工作串行I/OI/O接口。接口。 2 2個個1616位定時器位定時器/ /計數(shù)器計數(shù)器T0/TlT0/Tl。 為五個中斷源配套的兩級優(yōu)先級嵌套的中斷結(jié)構(gòu)為五個中斷源配套的兩級優(yōu)先級嵌套的中斷結(jié)構(gòu) 有位尋址功能、適于布爾處理的位處理機有位尋址功能、適于布爾處理的位處理機 4040個引腳個引腳雙排直插雙排直插DIPDIP封裝封裝, ,分為分為4 4類：類：電源、電源、時鐘、控制和時鐘、控制和I/OI/O引腳。引腳。 2.1.2 MCS-51單片機引腳功能單片機引腳功能 電源電源: : VCCVCC - - 芯片電源，接芯片電源，接+5V/3.3V/2.7V+5V/3.3V/2.7V； VSSV

6、SS - - 接地端；接地端； 2.2.輸入輸入/ /輸出引腳輸出引腳(32(32條條) )P.0-P0.7:P.0-P0.7: 在不接片外存儲器與不擴展在不接片外存儲器與不擴展I/OI/O接口時，接口時，作準(zhǔn)雙向輸入作準(zhǔn)雙向輸入/ /輸出接口。在接片外存儲器或擴展輸出接口。在接片外存儲器或擴展I/OI/O接口時接口時，分時復(fù)用為低分時復(fù)用為低8 8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。P1.0-P1.7:P1.0-P1.7:作為準(zhǔn)雙向通用作為準(zhǔn)雙向通用I/OI/O接口使用。接口使用。P2.0-P2.7:P2.0-P2.7: 作為準(zhǔn)雙向作為準(zhǔn)雙向I/OI/O接口；當(dāng)接有片外存儲器

7、接口；當(dāng)接有片外存儲器或擴展或擴展I/OI/O接口且尋址范圍超過接口且尋址范圍超過256256個字節(jié)時，個字節(jié)時，P2P2口用口用作高作高8 8位地址總線。位地址總線。 P3.0-P3.7P3.0-P3.7: :有兩種功能。有兩種功能。 第一，做準(zhǔn)雙向通用第一，做準(zhǔn)雙向通用I/OI/O口使用；口使用； 第二，用于串行口、中斷源輸入、計數(shù)器、第二，用于串行口、中斷源輸入、計數(shù)器、片外片外RAMRAM選通等功能。選通等功能。 注意：注意： 由于第二功能信號都是單片機的重要控由于第二功能信號都是單片機的重要控制信號，因此在實際使用時，總是先按需制信號，因此在實際使用時，總是先按需要優(yōu)先選用它的第二功

8、能，剩下不用的才要優(yōu)先選用它的第二功能，剩下不用的才作為通用作為通用I/OI/O接口線使用。接口線使用。 RST/VPD:復(fù)位復(fù)位/備用電源。備用電源。 RST（Reset）功能：）功能：復(fù)位信號輸入端。復(fù)位信號輸入端。 當(dāng)該引腳上至少保持連續(xù)兩個機器周期當(dāng)該引腳上至少保持連續(xù)兩個機器周期(24個振個振蕩器周期蕩器周期)的高電平就可實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位期間的高電平就可實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位期間不產(chǎn)生不產(chǎn)生ALE及及PSEN信號。信號。 VPD功能：功能：在在Vcc掉電時，接備用電源。掉電時，接備用電源。 VPD:對對HMOS芯片為片內(nèi)芯片為片內(nèi)RAM掉電保護備用電掉電保護備用電源源，Vcc掉電期間掉

9、電期間，該引腳如接備用電源，該引腳如接備用電源VPD（5V0.5V）復(fù)位后單片機內(nèi)寄存器的狀態(tài)PCPC： 0000H0000H TMOD TMOD： 00H00HAccAcc： 00H00H TCON TCON： 00H00HB B： 00H00H TH0 TH0： 00H00HPSWPSW： 00H00H TL0 TL0： 00H00HSPSP： 07H07H TH1 TH1： 00H00HDPTRDPTR：0000H 0000H TL1 TL1： 00H00HP0P0P3P3：FFHFFH SCON SCON： 00H00HIPIP：00000B00000B SBUF SBUF： 不定不定

10、IEIE：0 000000B PCON00000B PCON： 0 00000B0000B圖圖2-4(a) 加電自動復(fù)位電路加電自動復(fù)位電路 圖圖2-4(b) 按鍵手動復(fù)位電路按鍵手動復(fù)位電路 EA/Vpp EA/Vpp: :內(nèi)外內(nèi)外ROMROM選擇選擇/ /片內(nèi)片內(nèi)EPROMEPROM編程電源。編程電源。 EA EA功能：內(nèi)外功能：內(nèi)外ROMROM選擇端。選擇端。 80C5180C51單片機單片機ROMROM尋址范圍為尋址范圍為64KB64KB，其中，其中4KB4KB在片在片內(nèi)，內(nèi)，60KB60KB在片外在片外(80C31(80C31芯片無內(nèi)芯片無內(nèi)ROMROM，全部在片外，全部在片外) )

11、。 當(dāng)當(dāng)EAEA保持高電平時保持高電平時，先訪問內(nèi)先訪問內(nèi)ROMROM；當(dāng)；當(dāng)PC(PC(程序程序計數(shù)器計數(shù)器) )值超過值超過4KB(0FFFH)4KB(0FFFH)時，自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外時，自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外ROMROM中的程序。中的程序。 當(dāng)當(dāng)EAEA保持低電平時保持低電平時，則只訪問外則只訪問外ROMROM，不管芯片，不管芯片內(nèi)有否內(nèi)內(nèi)有否內(nèi)ROMROM。對。對80C3180C31芯片，芯片，片內(nèi)無片內(nèi)無ROMROM，EAEA接地。接地。 Vpp Vpp功能：功能：片內(nèi)有片內(nèi)有EPROMEPROM的芯片，在的芯片，在EPROMEPROM編編程期間，施加編程電源程期間，施加編程電源VppVpp。

12、 2.2 中央處理單元中央處理單元 80518051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)展開圖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)展開圖1281288 8RAMRAMRAMRAM地址寄存器地址寄存器P3P3口口P1P1口口P2P2口口P0P0口口鎖存器鎖存器鎖存器鎖存器鎖存器鎖存器鎖存器鎖存器中斷控制中斷控制定時定時/ /計數(shù)器計數(shù)器串行串行I/OI/O口口SPSP寄存器寄存器B B累加器累加器A A暫存器暫存器1 1 暫存器暫存器2 2程序狀態(tài)程序狀態(tài)字字PSWPSW指令寄存器指令寄存器IRIR指令譯碼器指令譯碼器IDID數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTRDPTR緩沖器緩沖器程序計數(shù)器程序計數(shù)器PCPC增增1 1程序地址寄存器程序地址寄存器ARAR定時

13、與控制定時與控制4K4K8 8ROMROMALUALUCPUCPUl中央處理器中央處理器CPUCPUl程序存儲器程序存儲器ROMROM l數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器RAMRAM l接口控制電路接口控制電路 算術(shù)邏輯運算單元算術(shù)邏輯運算單元ALU ALU 運算器運算器 累加器累加器ACCACC、 寄存器陣列、寄存器陣列、PSW 棧指針棧指針SP棧區(qū)、數(shù)據(jù)指針棧區(qū)、數(shù)據(jù)指針DPTR 程序指針程序指針PC、控制器控制器 指令寄存器和指令譯碼邏輯指令寄存器和指令譯碼邏輯 內(nèi)部時鐘振蕩器及時序控制邏輯內(nèi)部時鐘振蕩器及時序控制邏輯并行輸入輸出接口：并行輸入輸出接口：4 4個個8 8位位I/OI/O接口接口 串行

14、輸入輸出接口：串行輸入輸出接口：1 1個個UART UART 復(fù)位邏輯復(fù)位邏輯RSTRST：高電平復(fù)位（：高電平復(fù)位（10ms10ms） 中斷控制邏輯：中斷控制邏輯：2 2個外部和個外部和3 3個內(nèi)部中斷個內(nèi)部中斷 內(nèi)部中斷：內(nèi)部中斷：1 1個串行口中斷、個串行口中斷、2 2個計數(shù)器中斷個計數(shù)器中斷 外部中斷：外部中斷：2 2個外部中斷個外部中斷INT0INT0、INT1INT1 內(nèi)部組成內(nèi)部組成 內(nèi)部最多內(nèi)部最多4KB ROM4KB ROM或或EPROMEPROM 內(nèi)部內(nèi)部128B RAM128B RAM以及特殊寄存器以及特殊寄存器SFRSFR塊塊 CPUCPU包括運算器和控制器二大部分。包

15、括運算器和控制器二大部分。2.2.12.2.1運算器運算器 功能：功能：進行算術(shù)運算和邏輯運算?？梢赃M行算術(shù)運算和邏輯運算?？梢詫Π胱止?jié)（對半字節(jié)（4 4位）、單字節(jié)（位）、單字節(jié)（8 8位）等數(shù)據(jù)位）等數(shù)據(jù)進行操作。進行操作。 組成：組成：由由8 8位位ALUALU、兩個、兩個8 8位的暫存器位的暫存器TMP1TMP1和和TMP2TMP2、8 8位累加器位累加器ACCACC、寄存器、寄存器B B和和PSWPSW組成。組成。1). ALU:可對可對4位、位、8位數(shù)據(jù)進行操作和處理。位數(shù)據(jù)進行操作和處理。 如加、減、乘、除、增量、減量、十進制數(shù)如加、減、乘、除、增量、減量、十進制數(shù)調(diào)整、比較、邏

16、輯與、或、異或、求補循環(huán)移調(diào)整、比較、邏輯與、或、異或、求補循環(huán)移位等操作。位等操作。2). 累加器累加器A：累加器（累加器（Accumulator）是使）是使用最頻繁的寄存器，它既可用于存放操作數(shù)，用最頻繁的寄存器，它既可用于存放操作數(shù)，也可用來存放運算的中間結(jié)果。也可用來存放運算的中間結(jié)果。指令系統(tǒng)中字節(jié)操作指令一般用指令系統(tǒng)中字節(jié)操作指令一般用A作為累加器作為累加器的助記符，的助記符，當(dāng)進行位操作時，一般用當(dāng)進行位操作時，一般用ACC表示。表示。 3). 通用寄存器通用寄存器B：8位位，主要用于乘除運算。，主要用于乘除運算。乘法運算時，乘法運算時，B是乘數(shù)。乘法操作后是乘數(shù)。乘法操作后，

17、乘積的高，乘積的高8位存于位存于B中。除法運算時中。除法運算時，B是除數(shù)是除數(shù);除法操作后除法操作后，余數(shù)存于余數(shù)存于B中。不作乘除用時中。不作乘除用時，可作為一般數(shù)據(jù)可作為一般數(shù)據(jù)寄存器使用。寄存器使用。 4). PSW：8位寄存器位寄存器，用于反映程序執(zhí)行的，用于反映程序執(zhí)行的狀態(tài)信息。在狀態(tài)字中，有些位狀態(tài)是根據(jù)指令狀態(tài)信息。在狀態(tài)字中，有些位狀態(tài)是根據(jù)指令執(zhí)行結(jié)果，由硬件自動完成設(shè)置的，而有些狀態(tài)執(zhí)行結(jié)果，由硬件自動完成設(shè)置的，而有些狀態(tài)位則必須通過軟件方法設(shè)定。位則必須通過軟件方法設(shè)定。表表2-3 PSW的各位定義的各位定義位位 序序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3

18、PSW.2PSW.1PSW.0位標(biāo)位標(biāo)志志CYACF0RS1RS0OV/P CYCY：進位標(biāo)志。用于表示用于表示Acc.7有否向更高位進位。有否向更高位進位。 加減運算時，保存最高位進位、借位狀態(tài)。 AC：半進位標(biāo)志。用于表示用于表示Acc.3有否向有否向Acc.4進位。進位。 例：78H+97H 0111 1000 +1001 0111 1 0000 1111 D7H D6H D5H D4HD3HD2HD1H D0H CY AC F0 RS1 RS0 OV PPSW位地址有進位CY=1沒有半進位AY=0 RS1RS1、RS0RS0：工作寄存器組選擇位。：工作寄存器組選擇位。 P P：奇偶校驗

19、位，它用來表示累加器奇偶校驗位，它用來表示累加器A A內(nèi)容中二進制內(nèi)容中二進制數(shù)位數(shù)位“1”1”的個數(shù)的奇偶性。若為奇數(shù)，則的個數(shù)的奇偶性。若為奇數(shù)，則P=1P=1，否，否則為則為0 0。 例：某運算結(jié)果是例：某運算結(jié)果是78H78H（0111100001111000），），P=0P=0。D7H D6H D5H D4HD3HD2HD1H D0H CY AC F0 RS1 RS0 OV PPSW位地址位地址RS1 RS0 寄存器組寄存器組 片內(nèi)片內(nèi)RAM地址地址0 0第第0組組00H07H0 1第第1組組08H0FH1 0第第2組組10H17H1 1第第3組組18H1FHF0F0：用戶標(biāo)志位。作

20、為軟件標(biāo)志，由編程人員決：用戶標(biāo)志位。作為軟件標(biāo)志，由編程人員決定何時使用。定何時使用。 F0 F0 、F1 F1 用戶標(biāo)志用戶標(biāo)志OVOV：溢出標(biāo)志位。：溢出標(biāo)志位。 有符號數(shù)運算時，如果發(fā)生溢出，有符號數(shù)運算時，如果發(fā)生溢出，OVOV置置“1”1”，否則清，否則清“0”0”。D7H D6H D5H D4HD3HD2HD1H D0H CY AC F0 RS1 RS0 OV PPSW位地址 執(zhí)行調(diào)用子程序或發(fā)生中斷時，執(zhí)行調(diào)用子程序或發(fā)生中斷時，CPU會自動將當(dāng)前會自動將當(dāng)前 PC值壓入堆棧，將子程序入口地址或中斷入口地址裝入值壓入堆棧，將子程序入口地址或中斷入口地址裝入PC；子程序返回或中斷

21、返回時，恢復(fù)原有被壓入堆棧的；子程序返回或中斷返回時，恢復(fù)原有被壓入堆棧的PC值，繼續(xù)執(zhí)行原順序程序指令。值，繼續(xù)執(zhí)行原順序程序指令。1)1)程序計數(shù)器程序計數(shù)器PCPC PCPC不屬于特殊功能寄存器，不可訪問，在物理結(jié)構(gòu)不屬于特殊功能寄存器，不可訪問，在物理結(jié)構(gòu)上是獨立的。上是獨立的。 16 16位的地址寄存器，用于存放將要從位的地址寄存器，用于存放將要從ROMROM中讀出的下中讀出的下一字節(jié)指令碼的地址，可尋址一字節(jié)指令碼的地址，可尋址64KB64KB的程序存儲器空間。的程序存儲器空間。 PC PC的基本工作方式有：的基本工作方式有： 自動加自動加1 1。CPUCPU從從ROMROM中每讀

22、一個字節(jié)，自動執(zhí)行中每讀一個字節(jié)，自動執(zhí)行 PC+1PCPC+1PC； 執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時，執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時，PCPC會根據(jù)要求修改地址；會根據(jù)要求修改地址；1XTAL1XTAL2C1C2晶振8051至內(nèi)部時鐘電路外部方式時鐘外部方式時鐘電路電路如圖如圖 2-5(b)所示，所示，主要用于多單主要用于多單片機系統(tǒng)。引入唯一的公用外部脈沖信號作為各單片機系統(tǒng)。引入唯一的公用外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖。這時外部的脈沖信號是經(jīng)片機的振蕩脈沖。這時外部的脈沖信號是經(jīng)XTAL2引腳注入引腳注入，而將，而將XTAL1接地接地。8051XTAL1XTAL2VSSTTL1外部時鐘信號VC C 圖圖 2-5(a

23、) 內(nèi)部方式時鐘電路內(nèi)部方式時鐘電路 圖圖 2-5(b) 外部方式時鐘電路外部方式時鐘電路 時序時序 時序就是進行某種操作時，各種數(shù)據(jù)、控時序就是進行某種操作時，各種數(shù)據(jù)、控制信號先后出現(xiàn)的順序。時序是用定時單位來制信號先后出現(xiàn)的順序。時序是用定時單位來描述的，描述的，MCS51系列單片機的時序定時單系列單片機的時序定時單位共有四個，從小到大依次是振蕩周期，狀態(tài)，位共有四個，從小到大依次是振蕩周期，狀態(tài)，機器周期，指令周期。機器周期，指令周期。 80C5180C51振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖頻率的倒數(shù)，是振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖頻率的倒數(shù)，是最基本最小的定時信號。最基本最小的定時信號。時鐘周期時鐘周期:

24、狀態(tài)周期狀態(tài)周期: 它是將時鐘脈沖二分頻后的脈沖信號。狀態(tài)周它是將時鐘脈沖二分頻后的脈沖信號。狀態(tài)周期是時鐘周期的兩倍。狀態(tài)周期期是時鐘周期的兩倍。狀態(tài)周期又稱又稱S S周期。在周期。在S S周期內(nèi)有兩個時鐘周期，即分為兩拍，分別稱為周期內(nèi)有兩個時鐘周期，即分為兩拍，分別稱為P1P1和和P2P2 指令周期指令周期: 指指CPU執(zhí)行一條指令占用的時間執(zhí)行一條指令占用的時間(用機器周期用機器周期表示表示)。80C51指令可分為三類：單機周指令、雙指令可分為三類：單機周指令、雙機周指令和四機周指令。機周指令和四機周指令。 MCS-51典型的指令周期為一個機器周期，少典型的指令周期為一個機器周期，少數(shù)

25、是單字節(jié)雙周期、雙字節(jié)雙周期指令，只有乘數(shù)是單字節(jié)雙周期、雙字節(jié)雙周期指令，只有乘法和除法指令占用法和除法指令占用4個機器周期。個機器周期。單周期指令：單周期指令：當(dāng)操作碼被送入指令寄存器時，便當(dāng)操作碼被送入指令寄存器時，便從從S1P2開始執(zhí)行指令。開始執(zhí)行指令。A.雙字節(jié)單機器周期指令雙字節(jié)單機器周期指令，在同一機器周期的，在同一機器周期的S4期間讀入第二個字節(jié)期間讀入第二個字節(jié)B.單字節(jié)單機器周期指令單字節(jié)單機器周期指令，在，在S4期間仍進行讀，期間仍進行讀，但所讀的這個字節(jié)操作碼被忽略，程序計數(shù)器也不但所讀的這個字節(jié)操作碼被忽略，程序計數(shù)器也不加加1，在，在S6P2結(jié)束時完成指令操作。結(jié)

26、束時完成指令操作。C.雙字節(jié)單機器周期指令雙字節(jié)單機器周期指令，在一個機器周期內(nèi)從，在一個機器周期內(nèi)從程序存儲器中讀入兩個字節(jié)，唯有程序存儲器中讀入兩個字節(jié)，唯有MOVX指令例外。指令例外。在執(zhí)行在執(zhí)行MOVX指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作被選通時跳過兩次取指操作 80C51的存儲器配置方式屬的存儲器配置方式屬哈佛結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu) 哈佛結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)：程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，各有自己的尋址系統(tǒng)、控制信號和功能。各有自己的尋址系統(tǒng)、控制信號和功能。 普林斯頓結(jié)構(gòu)：普林斯頓結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲器程序和數(shù)據(jù)

27、共用一個存儲器邏輯空邏輯空 間，統(tǒng)一編址。間，統(tǒng)一編址。 80C51的存儲器配置的存儲器配置片內(nèi)程序片內(nèi)程序存儲器存儲器4KB（ROM 0000H0FFFH）片內(nèi)數(shù)據(jù)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器存儲器128B（RAM 00H7FH） 2.3 存儲器存儲器 8051在物理結(jié)構(gòu)上有四個存儲空間： 片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器。64KBROMEA=0EA=10000H0FFFH1000HFFFFH4KBROMFFH80H7FH00H SFRRAM64KBRAM(I/O)0000HFFFFH片內(nèi)片內(nèi)片外片外片外片外程序存儲器程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器 80518051在邏輯在

28、邏輯( (組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)) )上，即從用戶角度上上，即從用戶角度上80518051有三個存儲空間：有三個存儲空間： 64KB64KB程序存儲器程序存儲器(ROM),(ROM),包括片內(nèi)包括片內(nèi)ROMROM和片和片外外ROMROM； 256B256B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器( (內(nèi)內(nèi)RAM) (RAM) (包括特殊包括特殊功能寄存器）。功能寄存器）。 64KB64KB外部數(shù)據(jù)存儲器（外外部數(shù)據(jù)存儲器（外RAMRAM）；）；2.3.1 程序存儲器作用作用: :用于存放編好的程序和表格、常數(shù)。用于存放編好的程序和表格、常數(shù)。容量：容量：80518051片內(nèi)有片內(nèi)有4K4K字節(jié)字節(jié)ROM.ROM

29、.片外用片外用1616位地址線最位地址線最多可擴展多可擴展64K64K字節(jié)字節(jié)ROMROM，兩者是統(tǒng)一編址的。，兩者是統(tǒng)一編址的。地址范圍地址范圍：0000H0000HFFFFHFFFFH，共，共64KB64KB。其中。其中: : 低段低段4KB4KB：0000H0000H0FFFH ,80C510FFFH ,80C51和和87C5187C51在片內(nèi)，在片內(nèi)， 80C31 80C31在片外。在片外。 高段高段60KB60KB：1000H1000HFFFFHFFFFH。在片外。在片外。訪問：訪問：用用MOVCMOVC指令指令空間指針：空間指針：以以PCPC作為作為1616位地址指針，每讀一個字節(jié)

30、，位地址指針，每讀一個字節(jié)，PC+1PCPC+1PC，這是，這是CPUCPU自動自動形成的。形成的?？刂菩盘柨刂菩盘? :PSENPSEN和和EAEA。 選擇方法選擇方法: : 如果如果EAEA端保持端保持高高電平，電平，80518051執(zhí)行片內(nèi)前執(zhí)行片內(nèi)前4KB 4KB ROMROM地址地址(0000H(0000H0FFFH) 0FFFH) 中的程序。當(dāng)尋址范圍超中的程序。當(dāng)尋址范圍超過過4KB4KB（1000H1000HFFFFHFFFFH）時，則從片外存儲器取指）時，則從片外存儲器取指令。令。 當(dāng)當(dāng)EAEA端保持端保持低低電平時，電平時，80518051的所有取指令操作的所有取指令操作均

31、在均在片外片外程序存儲器中進行，這時片外存儲器可以程序存儲器中進行，這時片外存儲器可以從從 0000H 0000H開始編址。開始編址。特殊單元特殊單元: :是是5 5個中斷源中斷服務(wù)程序入口地址個中斷源中斷服務(wù)程序入口地址0003H0003H：外部外部中斷中斷0 0入口。入口。000BH000BH：定時器：定時器0 0溢出中斷入口。溢出中斷入口。0013H0013H：外部中斷：外部中斷1 1入口。入口。001BH001BH：定時器：定時器1 1溢出中斷入口。溢出中斷入口。0023H0023H：串行口中斷入口。：串行口中斷入口。 使用時，通常在這些入口地址處存放一條絕對使用時，通常在這些入口地址

32、處存放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到用戶安排的中斷程序起始跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到用戶安排的中斷程序起始地址，或者從地址，或者從0000H0000H起始地址跳轉(zhuǎn)到用戶設(shè)計的初始起始地址跳轉(zhuǎn)到用戶設(shè)計的初始程序上。程序上。地址范圍：地址范圍：00H00HFFHFFH 共共128B128B。訪問訪問: :MOVMOV指令指令空間分配空間分配: : 工作寄存器區(qū)工作寄存器區(qū) 位尋址區(qū)位尋址區(qū) 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)1. 1. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 80C51內(nèi)內(nèi)RAM的三個物理空間：工作寄存器的三個物理空間：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。區(qū)、位尋址區(qū)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。 地址區(qū)域地址區(qū)域 功能名

33、稱功能名稱 00H 00H 1FH1FH00H00H07H 07H 工作寄存器工作寄存器0 0區(qū)區(qū) 08H08H0FH 0FH 工作寄存器工作寄存器1 1區(qū)區(qū) 10H10H17H 17H 工作寄存器工作寄存器2 2區(qū)區(qū) 18H18H1FH 1FH 工作寄存器工作寄存器3 3區(qū)區(qū) 20H20H2FH 2FH 位尋址區(qū)位尋址區(qū) 30H30H7FH7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 內(nèi)部128B RAM地址分配寄存器寄存器區(qū)區(qū)布布爾爾區(qū)區(qū)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間分布圖通用RAM區(qū) (80B) 位地址區(qū) (16B)7FH7FH寄存器3組寄存器2組寄存器1組寄存器0組位地址區(qū)20H20H21H21H22H22H23H

34、23H24H24H25H25H26H26H27H27H28H28H29H29H2AH2AH2BH2BH2CH2CH2DH2DH2EH2EH2FH2FH00H00H01H01H02H02H03H03H04H04H05H05H06H06H07H07H08H08H0FH0FH10H10H7FH7FH78H78H70H70H68H68H60H60H58H58H50H50H48H48H40H40H38H38H30H30H28H28H20H20H77H77H6FH6FH67H67H1FH1FH5FH5FH57H57H4FH4FH47H47H3FH3FH37H37H2FH2FH27H27H1FH1FH17H

35、17H.D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0. . . . . . . . . .00H00H30H30H2FH2FH20H20H1FH1FH. . . . 3).3).數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)( (字節(jié)尋址區(qū)字節(jié)尋址區(qū)) ) 范圍：范圍：內(nèi)內(nèi)RAM中中30H7FH 功能：功能：存放各種數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，起到存放各種數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，起到數(shù)據(jù)緩沖的作用。數(shù)據(jù)緩沖的作用。 堆棧也建立在其中堆棧也建立在其中4 4).).內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器高內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器高128128單元單元范圍范圍 ：80H80HFFH FFH 功能：功能：供給專用寄存器使用供給專用寄

36、存器使用， 地址范圍：地址范圍：80HFFH。不連續(xù)地分。不連續(xù)地分散在內(nèi)部散在內(nèi)部RAM高高128單元之中單元之中 數(shù)目數(shù)目：21個。個。 使用使用：對特殊功能寄存器只能使用直：對特殊功能寄存器只能使用直接尋址方式，書寫時既可使用寄存器符號，接尋址方式，書寫時既可使用寄存器符號，也可使用寄存器單元地址。也可使用寄存器單元地址。2.3.3 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFR）1、數(shù)據(jù)指針寄存器、數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR 寬度：寬度：1616位位 功能：功能：通常在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作地址指針通常在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作地址指針使用使用 使用：使用：既可作一個既可作一個1616位寄存器用，也

37、可作兩個位寄存器用，也可作兩個8 8位位寄存器來用，即：寄存器來用，即： DPH DPH： DPTR DPTR高位字節(jié)，地址為高位字節(jié)，地址為83H83H DPL DPL： DPTR DPTR低位字節(jié)，地址為低位字節(jié)，地址為82H82H 與程序計數(shù)器與程序計數(shù)器PCPC的對比：的對比：PCPC雖為雖為1616位，但在物理位，但在物理上是獨立的，不屬上是獨立的，不屬SFRSFR的范疇，沒有對應(yīng)的的范疇，沒有對應(yīng)的RAMRAM地址，地址，不可尋址。不可尋址。2.2.堆棧指針堆棧指針SPSP 寬度：寬度：8 8位位 功能：功能：用來用來指定堆棧的棧頂位置，初值為指定堆棧的棧頂位置，初值為07H07H

38、。它是加它是加1 1計數(shù)計數(shù). .（向上生長）（向上生長） 堆棧中數(shù)據(jù)存取按堆棧中數(shù)據(jù)存取按先進后出、后進先出先進后出、后進先出的原則。的原則。用用PUSHPUSH和和POPPOP指令操作指令操作 MCS-51 MCS-51單片機堆棧單片機堆棧最大深度為最大深度為8080個個字節(jié)（字節(jié)（30307FH)7FH)堆棧的功能主要有以下三點：堆棧的功能主要有以下三點： 保護斷點。保護斷點。 保護現(xiàn)場。保護現(xiàn)場。 用于數(shù)據(jù)的臨時存放。用于數(shù)據(jù)的臨時存放。 基本情況：基本情況：MCS-51單片機單片機有有4個個8位并行位并行I/O口口 P0、P1、P2和和P3口口,共共32條端線：條端線： 每一個每一個

39、I/OI/O口都能用作輸入或輸出?？诙寄苡米鬏斎牖蜉敵觥?.4.1 2.4.1 并行輸入并行輸入/ /輸出口電路結(jié)構(gòu)輸出口電路結(jié)構(gòu) 共同點共同點：4個個8位并行位并行I/O口中口中，每個口的每一，每個口的每一位口線都包含一個鎖存器，一個輸出驅(qū)動器和輸位口線都包含一個鎖存器，一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。入緩沖器。 引腳引腳P0.X21DQCK/Q讀引腳讀引腳讀鎖存器讀鎖存器寫鎖寫鎖存器存器內(nèi)部內(nèi)部總線總線地址地址/數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)控制控制34VccV1V2P0口的某位口的某位P0.n(n=07)結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖1、P0口口1)、組成結(jié)構(gòu)、組成結(jié)構(gòu)：它由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器：它由一個輸出鎖存器、

40、兩個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動電路及控制電路組成和輸出驅(qū)動電路及控制電路組成2. P12. P1口口 P1P1口的一位由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器口的一位由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動電路組成和輸出驅(qū)動電路組成-準(zhǔn)雙向口。準(zhǔn)雙向口。D QD QCLK QCLK QP1.nP1.n讀讀鎖存器鎖存器內(nèi)部總線內(nèi)部總線寫寫鎖存器鎖存器讀讀引腳引腳VCCRT TP1P1口引腳口引腳 8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I/O口，具有兩種功能。一是作通用口，具有兩種功能。一是作通用I/O口用，與口用，與P1口相同。二是作擴展系統(tǒng)的高口相同。二是作擴展系統(tǒng)的高8位地址總位地址總線。輸出高線。輸出高8位地

41、址，與位地址，與P0口一起組成口一起組成16位地址總位地址總線。線。3、P2口D QCLK QMUXP2.n讀鎖存器讀鎖存器內(nèi)部總線內(nèi)部總線寫鎖存器寫鎖存器讀引腳讀引腳地址地址控制控制VCCRTP2口引腳 2).P2 2).P2口作為地址總線口作為地址總線 在系統(tǒng)擴展片外在系統(tǒng)擴展片外程序存儲器程序存儲器擴展數(shù)據(jù)存儲器且容量超擴展數(shù)據(jù)存儲器且容量超過過256B 256B ( (用用MOVX DPTRMOVX DPTR指令指令) )時，時，CPUCPU發(fā)出控制電平發(fā)出控制電平“1”“1”，使，使多路開關(guān)多路開關(guān)MUXMUX倒內(nèi)部地址線。此時，倒內(nèi)部地址線。此時，P2P2輸出高輸出高8 8位地址。

42、位地址。D QCLK QMUXP2.n讀鎖存器讀鎖存器內(nèi)部總線內(nèi)部總線寫鎖存器寫鎖存器讀引腳讀引腳地址地址控制控制VCCRTP2P2口引腳口引腳4 4、P3P3口口1)1)、作為通用、作為通用I/OI/O口與口與P1P1口類似口類似-準(zhǔn)雙向口準(zhǔn)雙向口(W=1)(W=1)D QD QCLK QCLK QP3.nP3.n讀讀鎖存器鎖存器內(nèi)部總線內(nèi)部總線寫鎖存器寫鎖存器讀讀引腳引腳VCCRT TP3P3口引腳口引腳第二第二輸入功能輸入功能第二第二輸出功能輸出功能W 四個接口四個接口工作在一般工作在一般I/OI/O方式方式時，具有以下時，具有以下基本相同的特性：基本相同的特性： 1 1作為輸出口用時，

43、內(nèi)部帶鎖存器，故可作為輸出口用時，內(nèi)部帶鎖存器，故可以直接和外設(shè)相連，不必加鎖存器。以直接和外設(shè)相連，不必加鎖存器。2 2作為輸入口用時，有讀鎖存器和讀引作為輸入口用時，有讀鎖存器和讀引腳兩種讀方式。讀鎖存器的指令稱為腳兩種讀方式。讀鎖存器的指令稱為讀讀修改修改寫寫指令。而讀引腳時才真正地把外部的數(shù)據(jù)指令。而讀引腳時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。讀入到內(nèi)部總線。2.4.2 2.4.2 并行并行I/OI/O口的特點總結(jié)口的特點總結(jié) 3 3當(dāng)端口做輸入口使用時，要先將端口鎖當(dāng)端口做輸入口使用時，要先將端口鎖存器存器置置1 1。 4. 4.當(dāng)擴展有外部存儲器時，當(dāng)擴展有外部存儲器時，P0P0口

44、作為低口作為低8 8位位地址和地址和8 8位數(shù)據(jù)分時使用口，是真正的雙向口，位數(shù)據(jù)分時使用口，是真正的雙向口，三態(tài)，負載能力為三態(tài)，負載能力為8 8個個LSTTLLSTTL電路；電路；P1P1口仍作為口仍作為準(zhǔn)雙向口，連接一般的準(zhǔn)雙向口，連接一般的I/OI/O設(shè)備。設(shè)備。P2P2口則根據(jù)需口則根據(jù)需要全部或部分作為高要全部或部分作為高8 8位地址輸出口。位地址輸出口。P3P3口優(yōu)先口優(yōu)先使用其第二功能。使用其第二功能。2.5.1 單片機最小系統(tǒng)概念單片機最小系統(tǒng)概念 概念：概念： 指能滿足單片機基本應(yīng)用的最簡單而又是必不指能滿足單片機基本應(yīng)用的最簡單而又是必不可少的基本電路。可少的基本電路。 組成：組成： 由三片集成塊組成，它們是由三片集成塊組成，它們是CPU(8031)、8位位3態(tài)態(tài)D鎖存器、鎖存器、ROM或或RAM。還要加上一個時鐘電路。還要加上一個時鐘電路和復(fù)位電路和復(fù)位電路 2.5.2 2.5.2 單片機最小系統(tǒng)分析單片機最小系統(tǒng)分析 1. 81. 8位位3 3態(tài)態(tài)D D鎖