單片機硬件結(jié)構(gòu)及原理(2章)

單片機與嵌入式系統(tǒng)主講：梁德勝聯(lián)系方式：dsliang@辦公地點：教五樓408室

2023/2/212.1MCS-51系列概述

MCS-51是Intel公司生產(chǎn)的一個單片機系列名稱，按資源的配置數(shù)量，MCS-51系列又分為51和52兩個子系列，并以芯片型號的最末位數(shù)字作為標(biāo)志。其中，51子系列是基本型，而52子系列則屬增強型。

﹡8051/8751/8031；

﹡8052/8752/8032；

﹡80C51/87C51/80C31

﹡80C52/87C52/80C32等

。

第2章MCS-51單片機結(jié)構(gòu)51和C51的區(qū)別是制造工藝的不同51中各個類型的區(qū)別主要在于ROM的種類和有無分2023/2/22MCS-51系列單片機分類表子系列片內(nèi)ROM形式片內(nèi)ROM容量片內(nèi)RAM容量尋址范圍I/O特性中斷源無ROMEPROM計數(shù)器并行口串行口51子系列8031805187514KB128B2×64KB2×164×81580C3180C5187C514KB128B2×64KB2×164×81552子系統(tǒng)8032805287528KB256B2×64KB3×164×81680C3280C5287C528KB256B2×64KB3×164×8162023/2/2352子系列功能增強的具體方面表現(xiàn)在：

(1)片內(nèi)ROM從4KB增加到8KB。

(2)片內(nèi)RAM從128B增加到256B。

(3)定時/計數(shù)器從2個增加到3個。

(4)中斷源從5個增加到6個。2023/2/24﹡無ROM(即ROMLess)型，應(yīng)用時要在片外擴展程序存儲器；﹡掩膜ROM（即MaskROM）型，用戶程序由芯片生產(chǎn)廠寫入；﹡EPROM型，用戶程序通過寫入裝置寫入，通過紫外線照射擦除；﹡

FlashROM型，用戶程序可以電寫入或擦除（當(dāng)前常用方式）。片內(nèi)ROM存儲器配置形式2023/2/252.1.1引腳信號

圖為MCS－51系列單片機引腳圖及邏輯符號，它們?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的40腳DIP(

Dualln-linePackage，雙列直插式封裝)封裝。

2023/2/262023/2/272023/2/28

電源引腳Vcc和VssVcc：電源端，接＋5V。Vss：接地端。時鐘電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL1：接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入，若使用外部TTL時鐘時，該引腳必須接地。

XTAL2：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出，若使用外部TTL時鐘時，該引腳為外部時鐘的輸入端。地址鎖存允許ALE/PROG

系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制地址鎖存器鎖存P0口輸出的低8位地址，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)與低位地址的復(fù)用。對于EPROM單片機，在EPROM編程期間PROG接收編程脈沖。

2023/2/29

外部程序存儲器讀選通信號PSEN

是讀外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。

程序存儲器地址允許輸入端EA/VPP

當(dāng)EA為高電平時，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，但當(dāng)PC中的值超過0FFFH時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器指令。當(dāng)EA為低電平時，CPU只執(zhí)行片外程序存儲器指令。對于EPROM單片機，在EPROM編程期間VPP引腳加21V電源。復(fù)位信號RST/VPD

該RST信號高電平有效，在輸入端保持兩個機器周期的高電平后，就可以完成復(fù)位操作。

VCC掉電期間，此VPD引腳接備用電源。2023/2/2101.

輸入/輸出口引腳P0、P1、P2和P3

P0口（P0.0～P0.7）：該端口為漏極開路的8位準(zhǔn)雙向口，它為8位地址線和8位數(shù)據(jù)線的復(fù)用端口。

P1口（P1.0～P1.7）：它是一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。

P2口（P2.0～P2.7）：它為一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。在訪問外部程序存儲器時，它作存儲器的高8位地址線。

P3口（P3.0～P3.7）：P3口同樣是內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P3口除了作為一般的I/O口使用之外，其還具有特殊功能。2023/2/2112.1.2

MCS-51單片機的片外總線結(jié)構(gòu)地址鎖存器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0DBABP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0P3.1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VSSVCC

P0.0P0.1P0.2P0.3P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.2MCS-51片外總線結(jié)構(gòu)示意圖2023/2/212MCS-51單片機采用三總線結(jié)構(gòu)：（1）地址總線（AB）：地址總線寬度為16位，由P0口經(jīng)地址鎖存器提供低8位地址（A0-A7）；P2口直接提供高8位地址（A8～A15）。（2）數(shù)據(jù)總線（DB）：數(shù)據(jù)總線寬度為8位，用于傳送數(shù)據(jù)和指令，由P0口提供。（3）控制總線（CB）：控制總線隨時掌握各種部件的狀態(tài)，并根據(jù)需要向有關(guān)部件發(fā)出命令。2023/2/2132.2MCS-51單片機內(nèi)部

MCS-51單片機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。

MCS-51單片機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖ROMRAM振蕩器及定時電路4KB程序存儲器128B數(shù)據(jù)存儲器2個16位定時器/事件計數(shù)器CPU64KB總線擴展控制可編程串行口可編程I/O中斷中斷頻率基準(zhǔn)源計數(shù)器串行輸入串行輸出并行I/O口控制2023/2/214MCS-51單片機內(nèi)部主要包含下列幾個部件：u

一個8位CPU；u

一個時鐘電路；u

4Kbyte程序存儲器；u

128byte數(shù)據(jù)存儲器；u

兩個16位定時/計數(shù)器；u

64Kbyte擴展總線控制電路；u

四個8-bit并行I/O端口；u

一個可編程串行接口；五個中斷源，其中包括兩個優(yōu)先級嵌套中斷；2023/2/215MCS－51單片機芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2023/2/2161.CPUCPU即中央處理器的簡稱，是單片機的核心部件，它完成各種運算和控制操作，CPU由運算器和控制器兩部分電路組成。（1）運算器電路運算器電路包括ALU（算術(shù)邏輯單元）、ACC（累加器）、B寄存器、狀態(tài)寄存器、暫存器1和暫存器2等部件，運算器的功能是進行算術(shù)運算和邏輯運算。還具有位處理器。

（2）控制器電路控制器電路包括程序計數(shù)器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令譯碼器、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針SP、緩沖器以及定時與控制電路等?？刂齐娐吠瓿芍笓]控制工作，協(xié)調(diào)單片機各部分正常工作。

2023/2/2172.定時器/計數(shù)器

MCS－51單片機片內(nèi)有兩個16位的定時/計數(shù)器，即定時器0和定時器1。它們可以用于定時控制、延時以及對外部事件的計數(shù)和檢測等。3.存儲器

MCS－51系列單片機的存儲器包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，其主要特點是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的尋址空間是相互獨立的，物理結(jié)構(gòu)也不相同。內(nèi)部ROM容量4K字節(jié)（000H~0FFFH），內(nèi)部RAM容量128字節(jié)（00H~7FH）2023/2/218并行I/O口

MCS－51單片機共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2和P3），每一條I/O線都能獨立地用作輸入或輸出。P0口為三態(tài)雙向口，能帶8個TTL門電路，P1、P2和P3口為準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力為4個TTL門電路。5.串行I/O口

MCS－51單片機具有一個采用通用異步工作方式的全雙工串行通信接口，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。6.中斷控制系統(tǒng)

8051共有5個中斷源，即外中斷2個，定時/計數(shù)中斷2個，串行中斷1個。2023/2/2197.時鐘電路

MCS－51芯片內(nèi)部有時鐘電路，但晶體振蕩器和微調(diào)電容必須外接。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列，振蕩器的頻率范圍為1.2MHz～12MHz，典型取值為6MHz。8.總線以上所有組成部分都是通過總線連接起來，從而構(gòu)成一個完整的單片機。系統(tǒng)的地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號都是通過總線傳送的，總線結(jié)構(gòu)減少了單片機的連線和引腳，提高了集成度和可靠性。

2023/2/2202.3MCS-51的輸入/輸出（I/O）口一、P0口的結(jié)構(gòu)P0口的一位邏輯結(jié)構(gòu)圖，它由一個鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器、一個多路復(fù)用開關(guān)以及控制電路和驅(qū)動電路等組成。通用I/O必須外接上拉電阻為什么要加鎖存器？輸入為什么要用三態(tài)？2023/2/2211、P0用作通用I/O口

當(dāng)系統(tǒng)不進行片外的ROM擴展，也不進行片外RAM擴展時，P0用作通用I/O口。在這種情況下，單片機硬件自動使控制C=0，MUX開關(guān)接向鎖存器的反相輸出端。另外，與門輸出的“0”使輸出驅(qū)動器的上拉場效應(yīng)管T1處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，輸出驅(qū)動級工作在需外接上拉電阻的漏極開路方式。

2023/2/222作輸出口時，CPU執(zhí)行口的輸出指令，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)在“寫鎖存器”信號CP的作用下由D端進入鎖存器，經(jīng)鎖存器的反向端送至場效應(yīng)管T2，再經(jīng)T2反向，在P0.X引腳出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。

作輸入口時，數(shù)據(jù)可以讀自口的鎖存器，也可以讀自口的引腳。這要根據(jù)輸入操作采用的是“讀鎖存器”指令還是“讀引腳”指令來決定。2023/2/223

CPU在執(zhí)行“讀—修改—寫”類輸入指令時（如：ANLP0，A），內(nèi)部產(chǎn)生的“讀鎖存器”操作信號，使鎖存器Q端數(shù)據(jù)進入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，在與累加器A進行邏輯運算之后，結(jié)果又送回P0的口鎖存器并出現(xiàn)在引腳。讀口鎖存器可以避免因外部電路原因使原口引腳的狀態(tài)發(fā)生變化造成的誤讀。2023/2/224

CPU在執(zhí)行“MOV”類輸入指令時（如：MOVA，P0），內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號是“讀引腳”。注意，在執(zhí)行該類輸入指令前要先把鎖存器寫入“1”，使場效應(yīng)管T2截止，使引腳處于懸浮狀態(tài)，可以作為高阻抗輸入。否則，在作為輸入方式之前曾向鎖存器輸出過“0”，則T2導(dǎo)通會使引腳箝位在“0”電平，使輸入高電平“1”無法讀入。所以，P0口在作為通用I/O口時，屬于準(zhǔn)雙向口。2023/2/2252、P0用作地址/數(shù)據(jù)總線

當(dāng)系統(tǒng)進行片外的ROM擴展或進行片外RAM擴展，P0用作地址/數(shù)據(jù)總線。在這種情況下，單片機內(nèi)硬件自動使C=1，MUX開關(guān)接向反相器的輸出端，這時與門的輸出由地址/數(shù)據(jù)線的狀態(tài)決定。

2023/2/226CPU在執(zhí)行輸出指令時，低8位地址信息和數(shù)據(jù)信息分時地出現(xiàn)在地址/數(shù)據(jù)總線上。P0.X引腳的狀態(tài)與地址/數(shù)據(jù)線的信息相同。CPU在執(zhí)行輸入指令時，首先低8位地址信息出現(xiàn)在地址/數(shù)據(jù)總線上，P0.X引腳的狀態(tài)與地址/數(shù)據(jù)總線的地址信息相同。然后，CPU自動地使轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX撥向鎖存器，并向P0口寫入FFH，同時“讀引腳”信號有效，數(shù)據(jù)經(jīng)緩沖器進入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。可見，P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時是一個真正的雙向口。2023/2/227二、

P2口的結(jié)構(gòu)

P2口位結(jié)構(gòu)圖。P2口是一個8位準(zhǔn)雙向I/O口，具有兩種功能。一是作通用I/O口用，與P1口相似。二是作擴展系統(tǒng)的高8位地址總線，輸出高8位地址，與P0口一起組成16位地址總線。2023/2/2281、P2用作通用I/O口

CPU在執(zhí)行輸出指令時，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)在“寫鎖存器”信號的作用下由D端進入鎖存器，經(jīng)反相器反相后送至場效應(yīng)管T，再經(jīng)T反相，在P2.X引腳出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。P2口用作輸入時，數(shù)據(jù)可以讀自口的鎖存器，也可以讀自口的引腳。這要根據(jù)輸入操作采用的是“讀鎖存器”指令還是“讀引腳”指令來決定。2023/2/229CPU在執(zhí)行“讀—修改—寫”類輸入指令時(如：ANLP2，A）,內(nèi)部產(chǎn)生的“讀鎖存器”操作信號使鎖存器Q端數(shù)據(jù)進入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，在與累加器A進行邏輯運算之后，結(jié)果又送回P2的口鎖存器并出現(xiàn)在引腳。CPU在執(zhí)行“MOV”類輸入指令時(如MOVA，P2），內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號是“讀引腳”。應(yīng)在執(zhí)行輸入指令前要把鎖存器寫入“1”，從而使引腳處高阻抗輸入狀態(tài)。所以，P2口在作為通用I/O口時，屬于準(zhǔn)雙向口。2023/2/2302、P2用作地址總線

單片機內(nèi)硬件使控制C=1，MUX開關(guān)接向地址線，這時P2.X引腳的狀態(tài)正好與地址線的信息相同。2023/2/231三、P1口的結(jié)構(gòu)

P1口的位結(jié)構(gòu)：P1口是一個專用的8位準(zhǔn)雙向I/O口，只具有通用輸入/輸出口功能，每一位都能設(shè)定為輸入或輸出。2023/2/232

由圖可見，P1口由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動電路組成。輸出驅(qū)動電路與P2口相同，內(nèi)部設(shè)有上拉電阻。

P1口是通用的準(zhǔn)雙向I/O口。輸出高電平時，不必再接上拉電阻。當(dāng)口用作輸入時，須向口鎖存器寫入1。2023/2/233四、

P3口的結(jié)構(gòu)P3口是一個8位準(zhǔn)雙向I/O口，除具有與P1口同樣的功能（即可以作通用I/O口使用）外，還具有第二功能。2023/2/2341、P3用作第一功能的通用I/O口

當(dāng)P3口做通用I/O口使用時，單片機內(nèi)部的硬件自動將第二功能輸出線的W＝1。作為輸出時，鎖存器的狀態(tài)（Q端）與輸出引腳的狀態(tài)相同；作為輸入時，也要先向口鎖存器寫入1，使引腳處于高阻輸入狀態(tài)。輸入的數(shù)據(jù)在“讀引腳”信號的作用下，進入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。P3口在作為通用I/O口時，也屬于準(zhǔn)雙向口。2023/2/2352、P3用作第二功能使用

P3口作為第二功能使用時，內(nèi)部硬件自動將口鎖存器的Q端置1。這時:

P3.0：RXD（串行口輸入）；P3.1：TXD（串行口輸出）；P3.2：外部中斷0輸入；P3.3：外部中斷1輸入；P3.4：T0（定時器0的外部輸入）；P3.5：T1（定時器1的外部輸出）；P3.6：（片外數(shù)據(jù)存儲器“寫”選通控制輸出）；P3.7：（片外數(shù)據(jù)存儲器“讀”選通控制輸出）。2023/2/2362.4單片機的時鐘電路和時序1、單片機時鐘電路通常有兩種形式：1）內(nèi)部振蕩方式：MCS-51單片機片內(nèi)有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。2）外部振蕩方式：外部振蕩方式就是把外部已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。

2023/2/237

（a）內(nèi)部方式時鐘電路

（b）外接時鐘電路

XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部時鐘源2023/2/2382.指令時序（1）振蕩周期振蕩周期指為單片機提供定時信號的振蕩源的周期或外部輸入時鐘的周期。（2）時鐘周期時鐘周期是振蕩周期的兩倍,是對振蕩器2分頻的信號,又稱狀態(tài)周期，用S來表示。一個時鐘周期分為兩個節(jié)拍，P1和P2節(jié)拍。P1節(jié)拍通常完成算術(shù)邏輯操作，P2節(jié)拍通常完成內(nèi)部寄存器間數(shù)據(jù)的傳遞。2023/2/239（3）機器周期

一個機器周期由6個狀態(tài)組成，即S1～S6。如果把一條指令的執(zhí)行過程分作幾個基本操作，則將完成一個基本操作所需的時間稱作機器周期。單片機的單周期指令執(zhí)行時間就為一個機器周期。2023/2/240（4）指令周期指令周期即執(zhí)行一條指令所占用的全部時間，MCS-51單片機的指令周期通常為1～4個機器周期。一個機器周期包含12個晶蕩周期或6個時鐘周期

指令的執(zhí)行時間稱作指令周期（單、雙、四周期）2023/2/241若MCS-51單片機外接晶振為12MHz時，則單片機的四個周期的具體值為：振蕩周期時鐘周期機器周期指令周期＝1/12MHz＝1/12μs＝0.0833μs＝1/6μs＝0.167μs＝1μs＝1～4μs2023/2/242再讀下一條指令再讀下一條指令XTAL2(OSC)P2S1ALE讀操作碼讀下一個操作碼（丟棄）讀第二字節(jié)（a）單字節(jié)，單周期指令例：MOVAR1（d）單字節(jié)，雙周期指令，如MOVXP1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P2S5P2S6P2S1P1P1P1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P2S6P2S1S2P1P1P1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S1讀操作碼P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1讀下一個操作碼（丟棄）（b）雙字節(jié)，單周期指令例：ADDAdir（c）單字節(jié)，雙周期指令例：INCDPTR讀操作碼（MOVX）讀下一個操作碼（丟棄）無取指無ALE無取指地址數(shù)據(jù)（DATA）訪問外部存儲器P2S1讀操作碼P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1取指和執(zhí)行時序2023/2/2432.5單片機復(fù)位電路及復(fù)位狀態(tài) 1．復(fù)位及復(fù)位電路復(fù)位目的是使單片機或系統(tǒng)中的其它部件處于某種確定的初始狀態(tài)。

RST引腳是復(fù)位信號輸入端，復(fù)位信號為高電平有效，其有效時間應(yīng)至少持續(xù)兩個機器周期（24個振蕩周期）以上才能完成復(fù)位操作。CPU在第二個機器周期內(nèi)執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位操作，以后每個機器周期重復(fù)一次，直至RST端電平變低。在單片機復(fù)位期間，AlE和PSEN信號都不產(chǎn)生。復(fù)位操作將對部分專用寄存器產(chǎn)生影響。2023/2/244

單片機復(fù)位電路包括片內(nèi)、片外兩部分。外部復(fù)位電路就是為內(nèi)部復(fù)位電路提供兩個機器周期以上的高電平而設(shè)計的。MCS-51單片機通常采用上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。

在通電瞬間，由于RC的充電過程，在RST端出現(xiàn)一定寬度的正脈沖，只要該正脈沖保持10ms以上，就能使單片機自動復(fù)位，在6MHz時鐘時，通常C1取22μF，R2取200Ω，R1取1KΩ，這時能可靠的實現(xiàn)上電復(fù)位和手動復(fù)位。2023/2/245上電復(fù)位電路按鍵與上電復(fù)位

2023/2/246復(fù)位后：PC=0000H，所以程序從0000H地址單元開始執(zhí)行；啟動后，片內(nèi)RAM為隨機值，運行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM的內(nèi)容；特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)是確定的：P0~P3=FFH，各口可用于輸出，也可用于輸入；SP=07H，第一個入棧內(nèi)容將寫入08H單元；IP、IE和PCON的有效位為0，各中斷源處于低優(yōu)先級且均被關(guān)斷、串行通訊的波特率不加倍；PSW=00H，當(dāng)前工作寄存器為0組。2．單片機復(fù)位后的狀態(tài)單片機運行出錯或進入死循環(huán)時，可按復(fù)位鍵重新運行。21個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值.2023/2/247特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HPC0000HTH100HDPTR0000HTL100HP0～P3FFHSBUF××××××××BIP×××00000BSCON00HIE0××00000BPCON0×××××××B單片機復(fù)位后特殊功能寄存器的狀態(tài)2023/2/2482.6單片機的低功耗方式

對于MCS－51系列機型來說，它們有待機方式和掉電保護方式兩種低功耗方式。通過設(shè)置電源控制寄存器PCON的相關(guān)位可以確定當(dāng)前的低功耗方式。PCON寄存器格式如下：

其中SMOD：波特率倍增位

GF0，GF1：通用標(biāo)志位

PD：掉電方式位，PD＝1為掉電方式

IDL：待機方式位，IDL＝1為待機方式位序

B7

B6

B5B4B3B2B1B0位符號SMOD

///GF1GF0PDIDL2023/2/2491.

待機方式將PCON寄存器的IDL位置“1”，單片機則進入待機方式。通常在待機方式下，單片機的中斷仍然可以使用，這樣可以通過中斷觸發(fā)方式退出待機模式。2.

掉電保護方式將PCON寄存器的PD位置“1”，單片機則進入掉電保護方式。如果單片機檢測到電源電壓過低，此時除進行信息保護外，還需將PD位被置“1”，使單片機進入掉電保護方式。2023/2/2502.7MCS-C51存儲器MCS-51存儲器分成兩大類：RAM：CPU在運行時能隨時進行數(shù)據(jù)的寫入和讀出，但在關(guān)閉電源時，其所存儲的信息將丟失。它用來存放暫時性的輸入輸出數(shù)據(jù)、運算的中間結(jié)果或用作堆棧。ROM：一種寫入信息后不易改寫的存儲器。斷電后，ROM中的信息保留不變。用來存放固定的程序或數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)監(jiān)控程序、常數(shù)表格等。

2023/2/2512.7.1程序存儲器

在MCS－51系列中，程序存儲器包括片內(nèi)和片外程序存儲器兩個部分。其主要用來存放編好的用戶程序和表格常數(shù)，它以16位的程序計數(shù)器PC作為地址指針，故尋址空間為64KB。在8051中，其片內(nèi)有4K字節(jié)的ROM存儲單元，地址為0000H～0FFFH。8751有4K字節(jié)的EPROM，而8052和8752則有8K字節(jié)的片內(nèi)存儲器。8031和8032無片內(nèi)程序存儲器，所以片內(nèi)程序存儲器的有無是區(qū)分芯片的主要標(biāo)志。

2023/2/2520000H：單片機復(fù)位后，PC＝0000H，程序從0000H開始執(zhí)行指令。0003H：外部中斷0入口地址。000BH：定時器0中斷入口地址。

0013H：外部中斷1入口地址。001BH：定時器1中斷入口地址。0023H：串行口中斷入口地址。在系統(tǒng)中斷響應(yīng)之后，將自動轉(zhuǎn)到各中斷入口地址處執(zhí)行程序，而中斷服務(wù)程序一般無法存放于幾個單元之內(nèi)，因此在中斷入口地址處往往存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令進行跳轉(zhuǎn)，以便執(zhí)行中斷服務(wù)程序。

在程序存儲器中，以下6個單元具有特殊含義：2023/2/253

2.7.2MCS-C51的程序存儲器配置程序存儲器(ROM)2023/2/254

程序存儲器(ROM)2023/2/255

對于8051和8751除了片內(nèi)的4K字節(jié)的程序存儲器外，片外還有16位地址擴展總線擴展64K字節(jié)的程序存儲器，兩者統(tǒng)一進行編址，當(dāng)EA端接“1”時，片內(nèi)程序存儲器占用0000H～0FFFH，故外部程序存儲器尋址范圍為1000H～FFFFH。當(dāng)EA端接“0”時，MCS－51單片機均從片外存儲器取指，這時片外程序存儲器可以從0000H開始編址，對于8031和8032由于無片內(nèi)程序存儲器，它們的EA

端必須接“0”。2023/2/256

2.7.3MCS-C51的數(shù)據(jù)存儲器配置對于8051單片機，其內(nèi)部共有256個數(shù)據(jù)存儲器單元，其中低128字節(jié)（00H～7FH）為真正的用戶RAM區(qū)，其高128字節(jié)（80H～FFH）為特殊功能寄存器區(qū)。

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)外部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)2023/2/257片內(nèi)RAM詳圖2023/2/258

在低128字節(jié)存儲單元中，前32個單元（00H～1FH）作為工作寄存器使用，這32個寄存器分作4組，每組由8個通用寄存器（R0～R7）組成，組號依次為0、1、2和3。通過對程序狀態(tài)字中RS1和RS0的設(shè)置，可以決定選用哪一組工作寄存器，通常沒有選中的單元也可作為一般的數(shù)據(jù)緩存使用。系統(tǒng)上電復(fù)位時，默認(rèn)選中第0組寄存器。一、工作寄存器區(qū)2023/2/259低端32個字節(jié)分成4個工作寄存器組，每組8個單元。PSW的RS1、RS0決定當(dāng)前工作寄存器組號

寄存器0組：地址00H~07H；寄存器1組：地址08H~0FH；寄存器2組：地址10H~17H；寄存器3組：地址18H~1FH。組號RS1RS0R0R1R2R3R4R5R6R700000H01H02H03H04H05H06H07H10108H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH21010H11H12H13H14H15H16H17H31118H19H1AH1BH1CH1DH1EH1FH2023/2/260二、位尋址區(qū)在工作寄存器后的16個數(shù)據(jù)單元（20H～2FH），它們既可以作為一般的數(shù)據(jù)單元使用，也可以按位對每個單元進行操作，因此這16個數(shù)據(jù)單元又稱作位尋址區(qū)。位尋址區(qū)共計128位，其位地址為00H～7FH。如何區(qū)分訪問的是位地址還是字節(jié)地址？2023/2/2612023/2/262三、通用RAM區(qū)位尋址區(qū)之后的30H至7FH共80個字節(jié)為通用RAM區(qū)。這些單元可以作為數(shù)據(jù)緩沖器使用。這一區(qū)域的操作指令非常豐富，數(shù)據(jù)處理方便靈活。在實際應(yīng)用中，常需在RAM區(qū)設(shè)置堆棧。80C51的堆棧一般設(shè)在30H~7FH的范圍內(nèi)。棧頂?shù)奈恢糜蒘P寄存器指示。復(fù)位時SP的初值為07H，在系統(tǒng)初始化時可以重新設(shè)置。如：MOVSP,#30H2023/2/263內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的高128個單元是為專用寄存器提供的，因此該區(qū)也稱作特殊功能寄存器區(qū)（SFR），它們主要用于存放控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。除去程序計數(shù)器PC外，還有21個特殊功能寄存器，其地址空間為80H～FFH。這21個寄存器中有11個特殊功能寄存器具有位尋址能力，它們的字節(jié)地址剛好能被8整除。下面將對部分專用寄存器作簡要介紹。

四、特殊功能寄存器區(qū)（SFR）2023/2/264與運算器相關(guān)3個

ACC

B

PSW與定時/計數(shù)器相關(guān)6個

TH0,TL0

TH1,TL1

TMODTCON指針類3個

SP

DPH,DPL與口相關(guān)7個

P0,P1,P2,P3

SBUFSCON

PCON與中斷相關(guān)2個

IE

IP2023/2/265符號單元地址名稱位地址符號地址*ACCE0H累加器ACC.7～ACC.0E7H～E0H*BF0H乘法寄存器B.7～B.0F7H～F0H*PSWD0H程序狀態(tài)字PSW.7～PSW.0D7H～D0H

SP81H堆棧指針

DPL82H數(shù)據(jù)存儲器指針(低8位)

DPH83H數(shù)據(jù)存儲器指針(高8位)

*IEA8H中斷允許控制器IE.7～IE.0AFH～A8H*IPB8H中斷優(yōu)先控制器IP.7～IP.0BFH～B8H*P080H通道0P0.7～P0.087H～80H*P190H通道1P1.7～P1.097H～90H*P2A0H通道2P2.7～P2.0A7H～A0H*P3B0H通道3P3.7～P3.0B7H～B0H

PCON87H電源控制及波特率選擇

*SCON98H串行口控制SCON.7～SCON.09FH～98H

SBUF99H串行數(shù)據(jù)緩沖器

*TCON88H定時控制TCON.7～TCON.08FH～88H

TMOD89H定時器方式選擇

TL08AH定時器0低8位

TL18BH定時器1低8位

TH08CH定時器0高8位

TH18DH定時器1高8位

MCS-51特殊功能寄存器一覽表*：可位尋址的特殊功能寄存器2023/2/266特殊功能寄存器地址及功能表2023/2/2671、累加器ACC

累加器為8位寄存器，是程序中最常用的專用寄存器，在指令系統(tǒng)中累加器的助記符為A。大部分單操作數(shù)指令的操作取自累加器，很多雙操作數(shù)指令的一個操作數(shù)也取自累加器。加、減乘和除等算術(shù)運算指令的運算結(jié)果都存放在累加器A或AB寄存器中，在變址尋址方式中累加器被作為變址寄存器使用。在MCS－51中由于只有一個累加器，而單片機中的大部分?jǐn)?shù)據(jù)操作都是通過累加器進行的，故累加器的使用是十分頻繁的。2023/2/2682、B寄存器

B寄存器為8位寄存器，主要用于乘除指令中。乘法指令的兩個操作數(shù)分別取自累加器A和寄存器B，其中B為乘數(shù)，乘法結(jié)果的高8位存放于寄存器B中。除法指令中，被除數(shù)取自A，除數(shù)取自B，除法的結(jié)果商數(shù)存放于A，余數(shù)存放于B中。在其它指令中，B寄存器也可作為一般的數(shù)據(jù)單元來使用。2023/2/269

程序狀態(tài)字是一個8位寄存器，它包含程序的狀態(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)位則必須通過軟件方法設(shè)定。PSW中的每個狀態(tài)位都可由軟件讀出。3、程序狀態(tài)字PSW程序狀態(tài)字PSW的各狀態(tài)位定義

P/

OVRS0

RS1F0ACCY位標(biāo)志PSW.0PSW.1PSW.2PSW.3PSW.4PSW.5PSW.6PSW.7位序2023/2/270

(1)CY：進位標(biāo)志位在執(zhí)行某些算術(shù)和邏輯指令時，可以被硬件或軟件置位或清零。在算術(shù)運算中它可作為進位標(biāo)志，在位運算中，它作累加器使用，在位傳送、位與和位或等位操作中，都要使用進位標(biāo)志位。(2)

AC：輔助進位標(biāo)志進行加法或減法操作時，當(dāng)發(fā)生低四位向高四位進位或借位時，AC由硬件置位，否則AC位被置“0”。在進行十進制調(diào)整指令時，將借助AC狀態(tài)進行判斷。(3)用戶標(biāo)志位F0

該位為用戶定義的狀態(tài)標(biāo)記，用戶根據(jù)需要用軟件對其置位或清零，也可以用軟件測試F0來控制程序的跳轉(zhuǎn)。(4)RS1和RS0：寄存器區(qū)選擇控制位該兩位通過軟件置“0”或“1”來選擇當(dāng)前工作寄存器區(qū)。2023/2/271(5)OV：溢出標(biāo)志位當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時，由硬件置位或清零來指示溢出狀態(tài)。在帶符號的加減運算中，OV＝1表示加減運算結(jié)果超出了累加器A所能表示的符號數(shù)有效范圍（－128～＋127），即運算結(jié)果是錯誤的，反之，OV＝0表示運算正確，即無溢出產(chǎn)生。無符號數(shù)乘法指令MUL的執(zhí)行結(jié)果也會影響溢出標(biāo)志，若置于累加器A和寄存器B的兩個數(shù)的乘積超過了255，則OV＝1，反之OV＝0。由于乘積的高8位存放于B中，低8位存放于A