單片機(jī)芯片的硬件結(jié)構(gòu)

單片機(jī)芯片的硬件結(jié)構(gòu)第一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日教學(xué)重點：（1）、單片機(jī)內(nèi)部RAM低128單元的分類及使用方法；（2）、單片機(jī)內(nèi)部專用寄存器的功能及使用方法；（3）、單片機(jī)程序存儲器前43個單元的使用方法；（4）、單片機(jī)并行I/O口結(jié)構(gòu)特點與功能的關(guān)系。教學(xué)難點：（1）、通用寄存器組的設(shè)置及使用方法；（2）、堆棧的概念及使用方法；（3）、單片機(jī)內(nèi)部RAM的字節(jié)操作和位操作；（4）、80C51單片機(jī)的低功耗方式和掉電保護(hù)方式。第二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.1MCS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)及信號引腳2.1.1MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖回顧微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)體系：馮.諾依曼經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)五個組成部分即運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入及輸出設(shè)備。

MCS-51單片機(jī)是微型計算機(jī)發(fā)展方向的一個分支，因此，其結(jié)構(gòu)也為馮.諾依曼經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)，但有其自身的特點，學(xué)習(xí)時應(yīng)特別注意。

MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)。第三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.1.2MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)第四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（1）中央處理器CPUCPU是單片機(jī)的核心，由運(yùn)算器和控制器兩大部分組成。運(yùn)算器的功能：完成運(yùn)算功能控制器的功能：完成控制功能

a)、運(yùn)算器電路

ALU：算術(shù)邏輯單元，是核心，完成算術(shù)、邏輯運(yùn)算；

ACC：累加器；

B：寄存器；

PSW：程序狀態(tài)字；暫存寄存器：注意：運(yùn)算和操作結(jié)果的狀態(tài)保存于PSW之中。第五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日b)、控制器電路

PC：程序計數(shù)器；

PC加1寄存器；指令寄存器；指令譯碼器；定時與控制電路。

C)、單片機(jī)執(zhí)行指令的過程首先，從ROM中讀指令，送指令寄存器保存，然后，送指令譯碼器進(jìn)行譯碼，譯碼結(jié)果送定時與控制邏輯電路，由定時與控制邏輯電路產(chǎn)生各種定時信號和控制信號，最后，送到系統(tǒng)的各個部件去進(jìn)行響應(yīng)的操作。第六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（2）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器功能：執(zhí)行程序，存放臨時數(shù)據(jù)和最終結(jié)果的場所。容量：51子系列（128B）

52子系列（256B）（3）內(nèi)部程序存儲器功能：存放程序、原始數(shù)據(jù)、常數(shù)表格。容量：51子系列（4KB）

52子系列（8KB）（4）定時器/計數(shù)器功能：定時功能、計數(shù)功能。數(shù)量：51子系列（2個16位可編程）

52子系列（3個16位可編程）第七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（5）并行I/O口功能：執(zhí)行數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。數(shù)量：4個8位的并行I/O口。名稱：P0、P1、P2、P3口。（6）串行口功能：執(zhí)行數(shù)據(jù)的串行通信。（7）中斷控制系統(tǒng)功能：處理緊急事件。數(shù)量：5個。其中，外部中斷2個，內(nèi)部中斷3個（T/C中斷2個，串行中斷一個）。全部中斷分為高級和低級二個優(yōu)先級別。每個中斷源的優(yōu)先級都可由程序設(shè)定。

第八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（8）時鐘電路功能：為單片機(jī)工作產(chǎn)生必須的時鐘脈沖序列信號。注意：必須外接石英晶體和電容器。（9）位處理器（布爾處理器）功能：執(zhí)行位處理操作，以便單片機(jī)實現(xiàn)控制功能。注意：位處理器為MCS-51系列單片機(jī)所特有。（10）總線（單片機(jī)片內(nèi)總線）功能：完成所有信息的傳送。類型：數(shù)據(jù)總線（DB），雙向；地址總線（AB），單向；控制總線（CB），雙向。第九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.1.3MCS-51的信號引腳

以80C51單片機(jī)為例進(jìn)行說明，芯片封裝：DIP，引腳數(shù)量：4080C51單片機(jī)芯片引腳圖第十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（1）信號引腳介紹（第一功能）

P0.0～P0.7：P0口8位雙向輸入輸出口線，完成數(shù)據(jù)的傳送；在構(gòu)造單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)片外總線時，既作為8位數(shù)據(jù)總線（D0～D7），又作為地址總線的低8位（A0～A7）分時使用。

P1.0～P1.7：P1口8位雙向輸入輸出口線，完成數(shù)據(jù)的傳送；在單片機(jī)處于編程工作方式時，由它輸入存儲器單元地址的低8位。

P2.0～P2.7：P2口8位雙向輸入輸出口線，完成數(shù)據(jù)的傳送；在構(gòu)造單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)片外總線時，作為地址總線的高8位（A8～A15）使用；在單片機(jī)處于編程工作方式時，由它輸入存儲器單元地址的高8位。第十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日P3.0～P3.7：P3口8位雙向輸入輸出口線，完成數(shù)據(jù)的傳送；

ALE：地址鎖存控制信號

在不擴(kuò)展單片機(jī)系統(tǒng)時不使用，但ALE端仍產(chǎn)生頻率為晶體振蕩器振蕩頻率fosc的1/6的周期性正脈沖信號，此信號可以作為外部時鐘或外部定時脈沖使用；在擴(kuò)展單片機(jī)系統(tǒng)時，ALE的輸出用于控制把P0口輸出的低8位地址送鎖存器鎖存，即鎖存地址的低位字節(jié)，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)總線信息的分離。

/PSEN：外部程序存儲器讀選通信號在讀外部ROM時，/PSEN有效（低電平），以實現(xiàn)外部

ROM單元的操作。

第十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

/EA：訪問程序存儲器控制信號。

當(dāng)/EA輸入端保持高電平，CPU訪問內(nèi)部程序存儲器4KB

的地址范圍。但在PC（程序計數(shù)器）值超過OFFFH時(即

PC值超出4KB地址時),將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序；當(dāng)/EA保持低電平時,則單片機(jī)只訪問外部程序存儲器，此時不管單片機(jī)是否有內(nèi)部程序存儲器。

注意:對于常用的8031來說無內(nèi)部程序存儲器,因此,/EA

腳必須常接地,這樣單片機(jī)才能選擇到外部程序存儲器執(zhí)行片外程序儲器內(nèi)的程序。

RST：復(fù)位信號，高電平有效。但有效的高電平信號必須維持兩個機(jī)器周期以上，用以完成單片機(jī)復(fù)位初始化操作。

第十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端

當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，用于外接石英晶體

和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于連接外部時鐘脈沖信號，此時，XTAL1接地，XTAL2連接外部時鐘脈沖信號。

VSS:地線

VCC:+5V電源

（2）信號引腳的第二功能

ALE/PROG：編程脈沖輸入端

在單片機(jī)處于編程工作方式時，輸入編程脈沖。

/EA/VPP：編程電壓(25V或21V)輸入端第十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

RST/VPD：備用電源引入端

VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源。一旦芯片在使用過程中，當(dāng)VCC電源發(fā)生故障（電壓突然下降或斷電，稱掉電，或失電），電壓下掉到低于規(guī)定的值，備用電源經(jīng)此端向內(nèi)部RAM提供電壓，以保護(hù)內(nèi)部RAM中的信息不丟失，使單片機(jī)復(fù)電后，能正常運(yùn)行。

P3口口線的第二功能：見P3口口線第二功能表

注意：對于ALE/PROG，/EA/VPP和RST/VPD，由于第一功能信號與第二功能信號是單片機(jī)在不同工作方式下的信號，因此，不會發(fā)生使用上的矛盾；

對于P3口口線,

在實際使用時應(yīng)優(yōu)先考慮其第二功能。第十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.2MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部存儲器

在具體講解MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部存儲器之前，我們首先來研究MCS-51單片機(jī)存儲器的特點及分類情況。一般微機(jī)存儲器通常只有一個邏輯地址空間，可以隨意安排ROM或RAM，同一地址對應(yīng)唯一的存儲器單元，可以是ROM，也可以是RAM，并用同類指令訪問。但MCS-51單片機(jī)與一般微機(jī)的存儲器配置方法大不相同。在此，以80C51單片機(jī)的存儲器配置為例進(jìn)行說明。

MCS-51的存儲器配置在物理結(jié)構(gòu)上有四個存儲器空間：（1）、片內(nèi)程序存儲器；（2）、片外程序存儲器；（3）、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器；（4）、片外數(shù)據(jù)存儲器第十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

MCS-51的存儲器配置在邏輯結(jié)構(gòu)上有三個存儲器地址空間：

（1）、片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64K字節(jié)的程序存儲器空間，地址范圍（0000H～FFFFH）；（2）、片內(nèi)256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器地址空間，地址范圍（00H～FFH）；（3）、片外64K字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器地址空間，地址范圍（0000H～FFFFH）。在訪問三個不同的邏輯空間時應(yīng)采用不同形式的指令。

片內(nèi)256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器地址空間又可以分為三個部分：（1）、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，地址范圍（00H～7FH）；（2）、特殊功能寄存器（SFR），地址范圍（80H～FFH）；（3）、位地址空間，地址范圍（00H～FFH）。第十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.2.1內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元又分為寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、用戶RAM區(qū)三個部分。

80C51單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元配置圖（1）寄存器區(qū)寄存器區(qū)共32個單元，地址范圍00H～1FH，共分為四組，組號依次為0、1、2、3，每組8個寄存器，寄存器名依次為R0～R7，每個寄存器都是8位，都有一個字節(jié)地址與之相對應(yīng)。

通用寄存器與內(nèi)部RAM字節(jié)地址對照表。寄存器區(qū)的32個寄存器也通常稱之為通用寄存器或工作寄存器，因此，寄存器區(qū)通常也稱之為通用寄存器區(qū)或工作寄存器區(qū)。其功能用于存放操作數(shù)及中間結(jié)果，由用戶使用時規(guī)定。第十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

在任一時刻，CPU只能使用其中的一組寄存器，正在使用的寄存器組，我們稱之為當(dāng)前寄存器組。CPU究竟使用的是那一組，由程序狀態(tài)字寄存器PSW中的RS1，RS0位的狀態(tài)組合來決定。通用寄存器有兩種使用方法：

a)、以寄存器的形式使用，用寄存器符號表示；

b)、以存儲單元的形式使用，用單元（字節(jié)）地址表示。RS1RS0寄存器組片內(nèi)RAM地址00第0組00H～07H01第1組08H～0FH10第2組10H～17H11第3組18H～1FH第十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（2）位尋址區(qū)

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部RAM的20H～2FH單元（共16個RAM單元）稱之為位尋址區(qū)。它既可以作為一般RAM使用，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對單元中的每一位進(jìn)行位操作，位尋址區(qū)共有128位，位地址范圍為00H～7FH。位尋址區(qū)的“位”有兩種表示方式：

a)、以位地址的形式表示；位尋址區(qū)的最后一個“位”可表示為7FH。

b)、以存儲單元地址加位的形式表示位尋址區(qū)的最后一個“位”也可表示為2FH.7。

80C51單片機(jī)內(nèi)部RAM位尋址區(qū)的位地址第二十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（3）用戶RAM區(qū)共有80個RAM單元，單元地址范圍為30H～7FH，一般可作為堆棧或數(shù)據(jù)緩沖使用，由用戶使用時規(guī)定。2.2.2內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器高128單元

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器高128單元，其功能和名稱由系統(tǒng)規(guī)定，用戶不能隨意更改，單元地址范圍為80H～FFH，用于存放單片機(jī)相應(yīng)功能部件的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。共22個，其中可尋址的為21個，也稱之為專用寄存器或特殊功能寄存器，它們離散分布在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器高128單元中。

80C51單片機(jī)專用寄存器一覽表（一）專用寄存器簡介第二十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（1）程序計數(shù)器（PC—ProgramCounter）

PC是一個16位的計數(shù)器，其內(nèi)容為將要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍為64KB（0～65535）。

PC具有自動加1功能，當(dāng)CPU要取指令時，PC的內(nèi)容送到地址總線上，從存儲器中取出指令后，PC內(nèi)容則自動加1。指向下一條指令，從而實現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。

PC沒有地址是不可尋址的，因此，用戶無法對它進(jìn)行讀，寫。但可以通過執(zhí)行轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令自動改變其內(nèi)容，以實現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。

（2）累加器A或ACC（E0H）

它是最常用的專用寄存器，為8位寄存器，用于存放一個操作數(shù)或中間結(jié)果。第二十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日MCS-51單片機(jī)中，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)指令中的一個操作數(shù)，也取自于A，加、減、乘、除運(yùn)算指令的運(yùn)算結(jié)果都存放在A或A和B寄存器中。（3）B寄存器（F0H）它是一個8位寄存器，主要用于乘除運(yùn)算。乘法運(yùn)算時，A為被乘數(shù)，B為乘數(shù)，其積的高8位存于B中，低8位存于A中。除法運(yùn)算時，A為被除數(shù)，B為除數(shù)，其商存放在A中，余數(shù)存放在B中。此外，它也作為一般數(shù)據(jù)寄存器使用。

第二十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（4）程序狀態(tài)字PSW（0D0H）它是一個8位可讀寫的寄存器，用于寄存程序運(yùn)行的狀態(tài)信息，它的不同位包含了程序狀態(tài)的不同信息。

PSW中有些位的狀態(tài)是根據(jù)程序執(zhí)行結(jié)果，由硬件自動設(shè)置的，而有些狀態(tài)位則使用軟件方法設(shè)定。

PSW中的位狀態(tài)可以用專門的指令進(jìn)行測試，也可用指令讀出，一些條件轉(zhuǎn)移指令將根據(jù)PSW有關(guān)位的狀態(tài)，進(jìn)行程序轉(zhuǎn)移。PSW的各位定義如下：PSW位地址PSW位序D7HPSW.7D6HPSW.6D5HPSW.5D4HPSW.4D3HPSW.3D2HPSW.2D1HPSW.1D0HPSW.0位標(biāo)志字節(jié)D0HCYD0H.7ACD0H.6F0D0H.5RS1D0H.4RS0D0H.3OVD0H.2F1D0H.1PD0H.0第二十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日CY：進(jìn)位標(biāo)志位功能:1)在進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算（加或減）時，如果操作結(jié)果最高位有進(jìn)位或借位時，就存于其中，它是通過硬件置“1”實現(xiàn)的，否則，由硬件清“0”。

2)在進(jìn)行邏輯運(yùn)算即位傳送，位與，位或等位操作時，操作位之一固定是進(jìn)位標(biāo)志位。

3）在位處理器中，作累加位使用，相當(dāng)于CPU中的累加器A。

AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志位功能:1)在加減運(yùn)算中，當(dāng)有低四位向高四位進(jìn)位或借位時，

AC由硬件置“1”，否則，AC位被清0。

2)在十進(jìn)制數(shù)運(yùn)算時需要十進(jìn)制調(diào)整，要用到AC位狀態(tài)。

第二十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

F0：用戶標(biāo)志位功能：供用戶定義的標(biāo)志位，需要時可用軟件方法置位或復(fù)位，也可用軟件測試F0以控制程序的轉(zhuǎn)向，編程時，該標(biāo)志位特別有用。

RS1和RS0：寄存器組選擇位功能：用于設(shè)定通用寄存器的組號。RS1RS0寄存器組R0～R7地址00第0組00H～07H01第1組08H～0FH10第2組10H～17H11第3組18H～1FH第二十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

單片機(jī)系統(tǒng)上電時，單片機(jī)默認(rèn)選擇第0組通用寄存器為當(dāng)前工作寄存器組，即RS1和RS0均為00，此時R0～R7的地址范圍為00H～07H。在實際應(yīng)用中，根據(jù)需要，用戶可以利用傳送指令或位操作指令來改變其狀態(tài)。這樣的設(shè)置，對程序中保護(hù)現(xiàn)場提供了方便。例如：SETBRS1；（RS1=1）

SETBRS0；（RS0=1）

當(dāng)前工作寄存器組為第3組，R0～R7的地址范圍為18H～1FH。

CLRRS1；（RS1=0）

SETBRS0；（RS0=1）當(dāng)前工作寄存器組為第1組，R0～R7的地址范圍為08H～0FH。第二十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

OV：溢出標(biāo)志位功能：當(dāng)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算時，如果產(chǎn)生溢出，則由硬件將OV位置

1，否則，由硬件清0。

1）、在帶符號數(shù)加減法運(yùn)算中，OV=1表示加減運(yùn)算超出了A

所能表示的符號數(shù)有效范圍（-128～+127），即產(chǎn)生了溢出，因此運(yùn)算結(jié)果是錯誤的，否則，OV=0表示運(yùn)算結(jié)果正確，即無溢出產(chǎn)生。

2）、在乘法運(yùn)算中，OV=1，表示乘積超過255，即積分別在B

與A中，否則，OV=0，表示乘積只在A中。

3）、在除法運(yùn)算中，OV=1表示除數(shù)為0，除法不能進(jìn)行，否則OV=0，除數(shù)不為0，除法可正常進(jìn)行。第二十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

P：奇偶標(biāo)志位功能：該位始終跟蹤累加器A中二進(jìn)制數(shù)1的個數(shù)的奇偶性，如果有奇數(shù)個1，則P顯示1，否則為0，凡是改變A中內(nèi)容的指令均會影響P的標(biāo)志位。在每個指令周期由硬件根據(jù)A的內(nèi)容對P位自動置位或復(fù)位。

F1：系統(tǒng)未定義，用戶可根據(jù)需要自行定義使用。（5）數(shù)據(jù)指針DPTR

它是MCS-51中唯一的一個16位寄存器，為專用地址指針寄存器，主要用于存放16位地址，作間址寄存器使用。編程時，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按兩個8位寄存器分開使用。DPH：DPTR高位字節(jié)（83H）；DPL：DPTR低位字節(jié)（82H）。第二十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

（二）專用寄存器的字節(jié)尋址80C51單片機(jī)專用寄存器一覽表（1）21個SFR不連續(xù)地分布在SFR區(qū)，剩余空間用戶不能使用。（2）PC是不可尋址的，在物理上是獨立的，不占據(jù)RAM單元。（3）對專用寄存器只能使用直接尋址方式，在指令中既可以使用寄存器符號表示，也可使用寄存器字節(jié)地址表示。例如：MOVA，#30H；把立即數(shù)30H送入累加器A中

MOVE0H，#30H；把立即數(shù)30H送入累加器A中（三）專用寄存器的位尋址表中共有11個專用寄存器（打*號）是可以位尋址的，在專用寄存器區(qū)共有83個可尋址位，這些位都具有專門的定義和用途。注意：（1）表中打*號的SFR既可字節(jié)尋址，又可位尋址。（2）MCS-51的內(nèi)部RAM中共有128+83=211個可尋址位。第三十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.2.3MCS-51單片機(jī)的堆棧操作（1）堆棧的基本概念

a)、堆棧的定義堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是只允許在其一端進(jìn)行數(shù)據(jù)插入和數(shù)據(jù)刪除操作的線性表。堆棧結(jié)構(gòu)圖如下第三十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日b)、入棧即壓棧，指數(shù)據(jù)寫入堆棧。

c)、出棧指數(shù)據(jù)從堆棧中讀出。

d)、堆棧的特點即“后進(jìn)先出”的數(shù)據(jù)操作規(guī)則，也稱為LIFO，即先入棧的數(shù)據(jù)，由于存放在堆棧的底部,因此后出棧，而后入棧的數(shù)據(jù)存放在堆棧的頂部，因此先出棧。

e)、堆棧的功能堆棧是為子程序調(diào)用和中斷操作而設(shè)立的，其具體功能有兩個：保護(hù)斷點和保護(hù)現(xiàn)場斷點即斷點地址；現(xiàn)場即存儲單元內(nèi)容。第三十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日f)、堆棧的開辟一般把堆棧分為兩種：外堆棧，內(nèi)堆棧。外堆棧：一般開辟在主存儲器中，因此其容量大，可以實現(xiàn)多級中斷嵌套和子程序嵌套，但操作速度慢。內(nèi)堆棧：一般是指在CPU芯片內(nèi)的寄存器中開辟的堆棧。如

MCS-51的堆棧就是開辟在內(nèi)部RAM中，其優(yōu)點操作速度快，但容量有限。在實際使用中，一般把堆棧開辟在用戶RAM區(qū)，即地址范圍為30H～7FH的RAM區(qū)域。

g)、堆棧的深度堆棧的深度就是指堆棧的字節(jié)容量。在實際使用中，應(yīng)合理安排堆棧的深度，既避免堆棧的溢出，又避免浪費(fèi)存儲單元。第三十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日h)、堆棧指示器（SP）功能：指示棧頂?shù)刂?，因為?shù)據(jù)的進(jìn)棧，出棧都是對堆棧的棧頂單元的寫和讀操作。

SP的內(nèi)容：即為堆棧棧頂?shù)拇鎯卧刂贰?/p>

SP是一個8位SFR，因此，堆棧的深度為51內(nèi)部RAM128單元，系統(tǒng)復(fù)位后，SP的內(nèi)容為07H，但由于堆棧最好在內(nèi)部RAM的30H～7FH單元中開辟，因此，用戶可以編程決定SP初值，一般應(yīng)注意把SP初值初始化為30H以后。例如：MOVSP，#30H；堆棧棧底開辟在內(nèi)部RAM30H處，數(shù)據(jù)從內(nèi)部RAM31H單元開始存放。例如：MOVSP，#60H；堆棧棧底開辟在內(nèi)部RAM60H處，數(shù)據(jù)從內(nèi)部RAM61H單元開始存放。第三十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

由于SP可初始化為不同值，因此，堆棧位置可浮動。

i)、堆棧的類型堆棧有兩種類型：向上生長型和向下生長型。第三十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

向上生長型堆棧操作規(guī)則：進(jìn)棧：先SP加1，后寫入數(shù)據(jù)。出棧：先讀出數(shù)據(jù)，后SP減1。向下生長型堆棧操作規(guī)則與向上生長型剛好相反。

i)、堆棧的使用方式自動方式：即在調(diào)用子程序或中斷時，返回地址（斷點）自動進(jìn)棧，程序返回時，斷點再自動彈回PC。指令方式：即使用專用的堆棧操作指令進(jìn)行進(jìn)棧，出棧操作（PUSH，POP）。第三十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.2.4內(nèi)部程序存儲器MCS-51單片機(jī)的程序存儲器用于存放編好的程序和表格常數(shù)，它以PC作地址指針，由于PC為16位計數(shù)器，因此，可尋址的地址空間為64KB(216)（0000H～FFFFH）。

80C51單片機(jī)片內(nèi)有4KB的ROM存儲單元，簡稱內(nèi)部程序存儲器地址范圍（0000H～0FFFH），當(dāng)內(nèi)部程序存儲器單元不夠使用時，可在80C51單片機(jī)的外部擴(kuò)展程序存儲器，擴(kuò)展的程序存儲器簡稱外部程序存儲器，地址范圍（1000H～FFFFH）。在程序存儲器中（對80C51，87C51而言，即為內(nèi)部程序存儲器，對80C31而言，即為外部程序存儲器）有些特殊單元，使用時應(yīng)注意：第三十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

第一組：0000H～0002H，是系統(tǒng)的啟動單元，系統(tǒng)上電或復(fù)位后,（PC）=0000H，即單片機(jī)從0000H單元開始取指令執(zhí)行，如果主程序不從0000H單元開始，應(yīng)在此三單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行指定的主程序。第二組：0003H～002AH，共40個單元，均勻分為五段，作為五個中斷源中斷地址區(qū)。

0003H～000AH：外部中斷0中斷地址區(qū)

000BH～0012H：定時器/計數(shù)器0中斷地址區(qū)

0013H～001AH：外部中斷1中斷地址區(qū)

001BH～0022H：定時器/計數(shù)器1中斷地址區(qū)

0023H～002AH：串行中斷地址區(qū)第三十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

一般來說，在上述各中斷地址區(qū)，應(yīng)存放中斷服務(wù)程序，MCS-51單片機(jī)在響應(yīng)中斷后，應(yīng)按中斷種類，自動轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的中斷服務(wù)程序的首地址去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，但在通常情況下，8個單元難以存下一個完整的中斷服務(wù)程序。因此，通常只在上述中斷地址區(qū)首地址開始存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便中斷響應(yīng)后，通過中斷地址區(qū)，再轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的實際入口地址去。第三十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.2.5MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的存儲器結(jié)構(gòu)特點

80C51單片機(jī)存儲器組織結(jié)構(gòu)

MCS-51單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)有兩個重要特點：（1）數(shù)據(jù)、程序存儲器截然分開；（2）存儲器有內(nèi)外之分。

MCS-51單片機(jī)采取以下措施保證CPU訪問存儲器不出現(xiàn)錯誤：第一、CPU訪問存儲器的指令形式不同；訪問片內(nèi)外程序存儲器用MOVC指令；訪問片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器用MOV指令；訪問片外數(shù)據(jù)存儲器用MOVX指令。第二、CPU訪問存儲器時發(fā)出的控制信號不同；訪問片外程序存儲器/PSEN、ALE信號有效；訪問片外數(shù)據(jù)存儲器/WR、/RD、ALE信號有效。第四十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.3MCS-51單片機(jī)并行輸入/輸出口電路

口：是一種由各種電路形式組成的一個復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，它可以完成芯片所要求的功能。

MCS-51單片機(jī)具有4個雙向的8位并行I/O口：P0～P3，它們具有系統(tǒng)規(guī)定的字節(jié)地址，每個口都包含一個鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。實際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。每個口均有一個8位鎖存器，在上電復(fù)位后初態(tài)為全“1”，使P0～P3口均處于輸入狀態(tài)。這些口在結(jié)構(gòu)和特性上是基本相同的，但又各具特點，以下將分別介紹。第四十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.3.1P0口P0口的字節(jié)地址80H，位地址80～87H，口的各位口線具有完全相同但又相互獨立的邏輯電路。第四十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（1）PO口的結(jié)構(gòu)

a）、一個數(shù)據(jù)輸出鎖存器。

b）、兩個三態(tài)數(shù)據(jù)輸入緩沖器。

c）、數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動電路：一對FET（場效應(yīng)管）。

d）、控制電路：一個與門，一個反相器，1路多路開關(guān)MUX。（2）PO口的功能

a）、PO口作通用I/O口

內(nèi)部控制信號為低電平（由CPU發(fā)出控制信號）封鎖與門，將輸出驅(qū)動電路的上拉場效應(yīng)管（FET）截止，同時使多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX接通鎖存器/Q端輸出通路。

1）當(dāng)作輸出口時內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上的信息由寫脈沖鎖存至輸出存儲器，并向端第四十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日口引腳輸出，此時，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線與P0端口同相位。

2）當(dāng)作輸入口時讀引腳：即讀芯片引腳的數(shù)據(jù)，一般都是以I/O端口為源操作數(shù)的指令。執(zhí)行讀引腳指令時，使用下方的數(shù)據(jù)緩沖器，由“讀引腳信號”把緩沖器打開，把端口引腳上的數(shù)據(jù)經(jīng)緩沖器通過內(nèi)部總線讀進(jìn)來。讀端口（讀鎖存器）：利用讀-修改-寫指令，此時通過上面的緩沖器讀鎖存器的狀態(tài)。此類指令的特點是：目的操作數(shù)為某一I/O口或I/O口的某一位，執(zhí)行指令時，是從鎖存器中讀取數(shù)據(jù)，由CPU進(jìn)行處理，并把結(jié)果重新寫入鎖存器。第四十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

注意：P0口作為一般I/O使用時

1>要求上拉電阻。

2>當(dāng)對P0口進(jìn)行操作時（輸入時），必須先寫1。

3>當(dāng)對P0口進(jìn)行寫作時（輸出）數(shù)據(jù)輸出鎖存。b）、P0口作地址/數(shù)據(jù)總線使用

1）以PO口引腳輸出地址/數(shù)據(jù)信息此時CPU內(nèi)部發(fā)出高電平的控制信號，打開與門，同時使MUX把CPU內(nèi)部地址/數(shù)據(jù)總線反相后與FET（T2）柵極接通，T1，T2兩個FET處于反相，構(gòu)成推拉式輸出電路，其負(fù)載能力增加。2）以PO口引腳輸入數(shù)據(jù)此時輸入的數(shù)據(jù)從引腳通過下面輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線。

第四十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.3.2P1口P1口的字節(jié)地址90H，位地址90～97H，口的各位口線具有完全相同但又相互獨立的邏輯電路。（1）P1口的結(jié)構(gòu)特點：a)不需要多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX；

b)輸出電路中有上拉電阻，電路的輸出不是三態(tài)，P1

口是準(zhǔn)雙向口。（2）P1口的功能通常作I/O口使用：

a）、作輸出口時，無需外接上拉電阻。

b）、作輸入口時，為了避免誤讀，必須先向?qū)?yīng)的輸出鎖存器寫入1，使FET截止，然后再讀端口引腳。第四十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.3.3P2口P2口的字節(jié)地址A0H，位地址A0～A7H，口的各位口線具有完全相同但又相互獨立的邏輯電路。（1）P2口的結(jié)構(gòu)特點：a)與P1口相比，多了一個輸出轉(zhuǎn)換多路控制部分；

b)輸出電路中有上拉電阻，P2口是準(zhǔn)雙向口。（2）P2口的功能通常作I/O口使用：

a）、作輸出口時，無需外接上拉電阻。

b）、作輸入口時，必須先向?qū)?yīng)的輸出鎖存器寫入1。

P2口還可作為地址總線的高8位使用。第四十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.3.4P3口P3口的字節(jié)地址B0H，位地址B0～B7H，口的各位口線具有完全相同但又相互獨立的邏輯電路。（1）P3口的結(jié)構(gòu)特點：a)與PO口比較，無多路開關(guān)MUX及控制部分；

b)輸出驅(qū)動電路帶上拉電阻，P3口是準(zhǔn)雙向口。（2）P3口的功能通常作I/O口使用：

a）、作通用輸出口時，由于第二輸出功能為高，打開與非門，鎖存器輸出可以通過與非門送FET管輸出到引腳端。

b）、作通用輸入口時，引腳數(shù)據(jù)通過三態(tài)緩沖器在讀引腳選通控制下進(jìn)入內(nèi)部總線。第四十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

P3口用作第二功能使用

a）、作第二功能輸入此時端口引腳的第二功能信號通過第一個緩沖器送到第二輸入功能端。

b）、作第二功能輸出此時與非門的輸出狀態(tài)由第二功能輸出控制線的狀態(tài)確定，反映了第二功能輸出電平狀態(tài)。

第四十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.4MCS-51單片機(jī)時鐘電路與時序

單片機(jī)本身是一個復(fù)雜的同步時序電路，單片機(jī)是在同步時鐘信號的指揮下工作的。單片機(jī)的時鐘電路就是用來產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的同步時鐘信號，而時序所研究的則是指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間關(guān)系。第五十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.4.1時鐘電路

單片機(jī)工作所需的同步時鐘信號由以下兩種方法獲得：第一：由單片機(jī)片內(nèi)時鐘電路結(jié)合外部晶振、電容產(chǎn)生；第二：直接從單片機(jī)外部引入脈沖信號。（1）時鐘信號的產(chǎn)生第五十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日

電路組成：石英晶體：（1.2MHz～12MHz～40MHz）微調(diào)電容：一般取值30pF左右

注意：單片機(jī)振蕩電路產(chǎn)生的脈沖信號稱振蕩信號，它的頻率等于石英晶體的振蕩頻率（fosc）,簡稱晶振頻率，振蕩脈沖信號還不是單片機(jī)工作所需的時鐘信號，時鐘信號必須由振蕩脈沖信號經(jīng)單片機(jī)片內(nèi)時鐘電路的處理后才能產(chǎn)生。

MCS-51單片機(jī)的時鐘電路框圖注意：1）時鐘脈沖信號的頻率等于1/2fosc；

2）ALE引腳上脈沖信號的頻率等于1/6fosc；

3）機(jī)器周期脈沖信號的頻率等于1/12fosc。第五十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（2）引入外部脈沖信號TTLR外部時鐘信號VCCXTAL2XTAL1Vss8051外部脈沖源接法8051NCXTAL1XTAL280C51外部脈沖源接法80C51外部時鐘信號VssTTL第五十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.4.2時序定時單位MCS-51的時序定時單位有4個，從小到大依次為：節(jié)拍（P），狀態(tài)（S），機(jī)器周期和指令周期。（1）節(jié)拍：即振蕩脈沖信號的周期（用P表示），指為單片機(jī)提供定時信號的振蕩源信號的周期。（2）狀態(tài)：即時鐘脈沖信號的周期，或稱之為時鐘周期（用S表示），它是單片機(jī)工作的時鐘信號，一個狀態(tài)包含兩個節(jié)拍，即P1節(jié)拍和P2節(jié)拍。（3）機(jī)器周期：

CPU完成一次讀或?qū)懖僮魉枰闹芷凇Ｋ?個狀態(tài)第五十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（12個振蕩脈沖）組成，即6個時鐘周期，12個振蕩周期，并依次表示為S1～S6，可分別記作為S1P1～S6P2。（4）指令周期：執(zhí)行一條指令所占用的全部時間。

MCS-51單片機(jī)的指令周期，根據(jù)指令的不同可包含有一，二，四個機(jī)器周期。2.4.3典型指令時序MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)的111條指令的分類：按指令的長度（字節(jié)數(shù)）：單、雙、三字節(jié)指令；按指令執(zhí)行的時間：單、雙、四機(jī)器周期指令。綜合來說有：單字節(jié)單機(jī)器周期指令；單字節(jié)雙機(jī)器周期指令；單字節(jié)四機(jī)器周期指令；雙字節(jié)單機(jī)器周期指令；雙字節(jié)雙機(jī)器周期指令；三字節(jié)雙機(jī)器周期指令。第五十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.5MCS-51單片機(jī)工作方式MCS-51單片機(jī)共有復(fù)位、程序執(zhí)行、單步執(zhí)行、掉電保護(hù)、低功耗以及EPROM編程和校驗等6種工作方式。2.5.1復(fù)位方式和復(fù)位電路（1）復(fù)位操作復(fù)位操作的目的：

a）、完成單片機(jī)的初始化,即把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序；

b）、當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，可通過復(fù)位重新啟動單片機(jī)。（2）復(fù)位操作后單片機(jī)的狀態(tài)第五十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（3）復(fù)位信號及其產(chǎn)生

a）對復(fù)位信號的要求復(fù)位信號必須是一個高電平有效信號，有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩脈沖周期（二個機(jī)器周期）以上。

b）單片機(jī)片內(nèi)復(fù)位電路邏輯結(jié)構(gòu)

D1D2RST/VPDVCCVSSRAM斯密特觸發(fā)器復(fù)位電路返回第五十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（4）復(fù)位方式單片機(jī)的復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。第五十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.5.2程序執(zhí)行方式

程序執(zhí)行方式為單片機(jī)的基本工作方式，由于單片機(jī)復(fù)位后PC=0000H，因此程序執(zhí)行總是從程序存儲器單元地址0000H開始。2.5.3掉電保護(hù)方式

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，如發(fā)生掉電故障，將會使數(shù)據(jù)丟失，后果極其嚴(yán)重，為此，MCS-51單片機(jī)設(shè)置有掉電保護(hù)措施，進(jìn)行掉電保護(hù)處理。具體做法是：先把有用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存，然后再啟用備用電源維持供電。（1）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存即當(dāng)電源出現(xiàn)故障時，應(yīng)立即將系統(tǒng)有用的信息轉(zhuǎn)存到內(nèi)部RAM中，它是通過中斷服務(wù)程序完成的。由于單片機(jī)VCC端接有第五十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日濾波電容，掉電后電容能維持幾毫秒的有效電壓。足以完成掉電中斷操作。

另外，必須在系統(tǒng)中設(shè)置一個電壓檢測電路，一旦檢測到電源電壓下降，立即通過/INT0或/INT1產(chǎn)生外部中斷請求，中斷響應(yīng)后執(zhí)行中斷服務(wù)程序，把有用數(shù)據(jù)送內(nèi)部RAM中保護(hù)起來。（2）接通備用電源

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存后還應(yīng)維持內(nèi)部RAM的供電，這樣才能保護(hù)轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)不被破壞。因此系統(tǒng)必須配有備用電源。以及相應(yīng)的切換電路。由于備用電源容量有限，為減少消耗，掉電后時鐘電路和CPU皆停止工作，只有內(nèi)部RAM和SPR繼續(xù)工作以保持其內(nèi)容。當(dāng)電源恢復(fù)后，VPD端備用電壓還應(yīng)維持一段時間，以便系統(tǒng)恢復(fù)，然后才能結(jié)束保護(hù)狀態(tài)，最后將被保護(hù)的數(shù)據(jù)送回原處。第六十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日2.5.480C51的低功耗方式80C51單片機(jī)具有兩種低功耗方式，即待機(jī)方式和掉電保護(hù)方式，它們都是通過對PCON（電源控制寄存器）相關(guān)位的控制來實現(xiàn)的。PCON專用寄存器的格式：位序B7B6B5B4B3B2B1B0位符號SMOD///GF1GF0PDIDLSMOD：波特率倍增位；

GF0GF1：通用標(biāo)志位，由軟件置位、復(fù)位；

PD：掉電方式位，PD=1，則進(jìn)入掉電方式；

IDL：待機(jī)方式位，ID=1，則進(jìn)入待機(jī)方式注意：PD，IDL均通過軟件置位，復(fù)位。如果PD，IDL位都同時為1時，則先進(jìn)入掉電工作方式。第六十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（1）待機(jī)方式

a）利用指令使PCON的IDL位置“1”，80C51進(jìn)入待機(jī)方式。此時振蕩器仍然工作，并向中斷邏輯，串行口和T/C電路提供時鐘，但向CPU提供的時鐘信號被切斷，CPU停止工作。但CPU內(nèi)部的全部狀態(tài)（SP，PC，PSWACC及所有工作寄存器）在待機(jī)期間都被保留下來。

b）在此方式下，80C51消耗的電流可由正常的24mA降為3mA。

c）退出待機(jī)方式的兩種途徑：第一：激活任何一個被允許的中斷，則IDL位被硬件自動清0，結(jié)束待機(jī)狀態(tài)，而進(jìn)入正常工作方式，執(zhí)行的指令為原先使IDL置位指令后面的那條指令。第二：依靠硬件復(fù)位信號。第六十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日（2）掉電保護(hù)方式

a）當(dāng)80C51單片機(jī)系統(tǒng)的電壓檢測電路檢測到電源故障時，一方面進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存，另一方面使PCON的PD位置“1”，單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入掉電保護(hù)方式。此時片內(nèi)振蕩器停止工作，單片機(jī)也停止工作，單片機(jī)的所有功能全部停止，只有內(nèi)部RAM和SFR內(nèi)容不變。

b）在此方式下，VCC電壓可降至2V，耗電僅50μA，用以保存片內(nèi)RAM信息。

c）退出掉電保護(hù)方式的途徑：當(dāng)電源VCC恢復(fù)正常后，可由硬件復(fù)位信號使單片機(jī)推出掉電保護(hù)方式。第六十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日微型計算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖返回第六十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖返回第六十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日P3口口線第二功能表P3口口線第二功能信號名稱P3.0

RXD

串行數(shù)據(jù)接收輸入

P3.1

TXD

串行數(shù)據(jù)發(fā)送輸出

P3.2

/INT0

外部中斷0申請輸入

P3.3

/INT1

外部中斷1申請輸入

P3.4

T0

T/C0計數(shù)輸入輸入

P3.5

T1

T/C1計數(shù)輸入輸入

P3.6

/WR

外部RAM寫選通輸出

P3.7

/RD

外部RAM讀選通輸出

返回第六十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日80C51單片機(jī)存儲器組織結(jié)構(gòu)0000H00H0000HFFFFH1000H外部ROM0FFFH內(nèi)部ROMEA=1外部ROMEA=0工作寄存器0～3組位尋址區(qū)RAMSFR20H30H80HFFH外部RAMFFFFH返回第六十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日80C51單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元配置圖30H～7FH用戶RAM區(qū)（堆棧、數(shù)據(jù)緩沖）20H～2FH位尋址區(qū)（位地址00H～7FH）18H～1FH第3組通用寄存器區(qū)10H～17H第2組通用寄存器區(qū)08H～0FH第1組通用寄存器區(qū)00H～07H第0組通用寄存器區(qū)返回第六十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日通用寄存器與內(nèi)部RAM字節(jié)地址對照表寄存器名稱內(nèi)部RAM字節(jié)地址0區(qū)1區(qū)2區(qū)3區(qū)R000H08H10H18HR101H09H11H19HR202H0AH12H1AHR303H0BH13H1BHR404H0CH14H1CHR505H0DH15H1DHR606H0EH16H1EHR707H0FH17H1FH返回第六十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期日80C51單片機(jī)內(nèi)部RAM位尋址區(qū)的位地址單元地址MSB位地址LSB2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H