單片機內部結構以及基本原理

第一章單片機的結構和原理§1-1單片機概述§1-2MCS-51單片機內部結構及引腳§1-3MCS-51單片機并行I/O§1-4MCS-51單片機內存配置§1-5MCS-51單片機的時鐘電路與復位電路1.1單片機概述1、微型計算機及微型計算機系統(tǒng)微型計算機（Microcomputer）簡稱微機，是計算機的一個重要分類。人們通常按照計算機的體積、性能和應用范圍等條件，將計算機分為巨型機、大型機、中型機、小型機和微型機等。微型計算機不但具有其它計算機快速、精確、程序控制等特點，最突出的是它還具有體積小、重量輕、功耗低、價格便宜等優(yōu)點。個人計算機簡稱PC（PersonalComputer）機，是微型計算機中應用最為廣泛的一種，也是近年來計算機領域中發(fā)展最快的一個分支。由于PC機在性能和價格方面適合個人用戶購買和使用，目前，它已經像普通家電一樣深入到了家庭和社會生活的各個方面。這種計算機系統(tǒng)通常由多塊印刷電路板制成：多板機

主板顯卡聲卡存儲器接口網卡輸入輸出接口內存條CPU單片機內部結構以及基本原理2、單片機微型計算機單片機就是單片微型計算機(Single-ChipMicrocomputer)。單片微型計算機是指集成在一個芯片上的微型計算機，也就是把組成微型計算機的各種功能部件，包括CPU（CentralProcessingUnit）、隨機存取存儲器RAM（RandomAccessMemory）、只讀存儲器ROM（Read-onlyMemory）、基本輸入/輸出(Input/Output)接口電路、定時器/計數器等部件都制作在一塊集成芯片上，構成一個完整的微型計算機，從而實現微型計算機的基本功能。

CPU存儲器控制電路定時器時鐘電路I/O口單片機單片機內部結構以及基本原理單片機內部結構以及基本原理單片機內部結構以及基本原理單片機應用系統(tǒng)單片機實質上是一個芯片。在實際應用中，通常很難將單片機直接和被控對象進行電氣連接，必須外加各種擴展接口電路、外部設備、被控對象等硬件和軟件，才能構成一個單片機應用系統(tǒng)。

單片機應用系統(tǒng)的組成由此可見，單片機應用系統(tǒng)的設計人員必須從硬件和軟件兩個角度來深入了解單片機，并能夠將二者有機結合起來，才能形成具有特定功能的應用系統(tǒng)或整機產品。單片機內部結構以及基本原理單片機系統(tǒng)硬件部分軟件部分單片機芯片外圍器件CPU內存中斷控制邏輯通用接口運算器寄存器組控制器并行I/O口串行UART定時/計數器ADC0809、DAC0832825382518255A、81552764、6264指令系統(tǒng)應用程序單片機內部結構以及基本原理單片機的發(fā)展歷史自從1974年美國Fairchild公司研制出第一臺單片機F8之后，迄今為止，單片機經歷了由4位機到8位機再到16位機的發(fā)展過程。單片機制造商很多，主要有美國的Intel、Motorola、Zilog等公司。目前，單片機正朝著高性能、多品種方向發(fā)展。近年來，32位單片機已進入了實用階段，但是由于8位單片機在性能價格比上占有優(yōu)勢，而且8位增強型單片機在速度和功能上向現在的16位單片機挑戰(zhàn)，因此在未來相當長的時期內，8位單片機仍是單片機的主流機型。單片機的發(fā)展趨勢1、微型化2、低功耗3、高速化（時鐘頻率的提高，目前有100MHz）4、集成資源更多（定時器，比較器，AD轉換等）5、性能更加優(yōu)異(DigitalSignalProcessing)采用三核結構，（微控器核DSP核，數據和程序存儲器核，外圍專用集成電路ASIC）6、通信及網絡功能加強單片機特點1、體積小，重量輕；2、可靠性高，運行速度快，抗干擾能力強；3、控制功能強，使用靈活，性價比高；4、易擴展，易于開發(fā)；5、受集成度限制，片內存儲器容量較小，一般內ROM在8KB以下，內RAM在256B以內。單片機的應用1、工業(yè)控制領域（過程控制，機電一體化控制系統(tǒng)）2、家用電器領域（洗衣機，空調、微波爐等）3、辦公自動化領域（鍵盤，打印機，考勤機等）4、商業(yè)營銷領域（電子稱，收款機，條形碼閱讀器等）5、智能儀表與智能傳感器（存儲，數據處理、查找、判斷、聯網等智能化功能）單片機的分類盡管各類單片機很多，但無論是從世界范圍或是從全國范圍來看，使用最為廣泛的應屬MCS-51單片機?；谶@一事實，本書以應用最為廣泛的MCS-51系列8位單片機（8031、8051、8751等）為研究對象，介紹單片機的硬件結構、工作原理及應用系統(tǒng)的設計。MCS-51單片機系列共有十幾種芯片，如表1.1所示。子系列片內ROM形式片內ROM容量片內RAM容量尋址范圍I/O特性中斷源無ROMEPROM計數器并行口串行口51子系列8031805187514KB128B2×64KB2×164×81580C3180C5187C514KB128B2×64KB2×164×81552子系統(tǒng)8032805287528KB256B2×64KB3×164×81680C3280C5287C528KB256B2×64KB3×164×816表1.1

MCS-51系列單片機分類表

單片機內部結構以及基本原理51子系列和52子系列表中列出了MCS-51單片機系列的芯片型號，以及它們的技術性能指標，使我們對它們的基本情況有了一個概括的了解。下面我們就在這個表的基礎上對MCS-51系列單片機作進一步說明。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字作為標志。其中，51子系列是基本型，而52子系列則屬增強型。52子系列功能增強的具體方面，從表1.1所列內容中可以看出：(1)片內ROM從4KB增加到8KB。(2)片內RAM從128B增加到256B。(3)定時/計數器從2個增加到3個。(4)中斷源從5個增加到6個。在52子系列的內部ROM中，以掩膜方式集成有8KBBASIC解釋程序，這就是通常所說的8052-BASIC。這意味著單片機已可以使用高級語言。該BASIC與基本BASIC相比，增加了一些控制語句，以滿足單片機作為控制機的需要。1.2MCS-51單片機內部結構及引腳MCS-51系列單片機是因特公司1980推出的高檔8位機分為二個子系列，三個版本：/8KB8052//803252子系列4KB/8751/4KB8051//803151子系列MCS-51EPROM掩膜ROM存儲器類型單片機系列1．8051單片機的基本組成

MCS-51單片機的典型芯片是8031、8051、8751。8051內部有4KBROM，8751內部有4KBEPROM，8031內部無ROM；除此之外，三者的內部結構及引腳完全相同。因此，以8051為例，說明本系列單片機的內部組成及信號引腳。

8051單片機的基本組成請參見圖1.1。下面介紹各部分的基本情況。圖1.1MCS-51單片機結構框圖單片機內部結構以及基本原理1)中央處理器（CPU）中央處理器是單片機的核心，完成運算和控制功能。MCS-51的CPU能處理8位二進制數或代碼。2)內部數據存儲器（內部RAM）8051芯片中共有256個RAM單元，但其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數據。因此通常所說的內部數據存儲器就是指前128單元，簡稱內部RAM。

3)內部程序存儲器（內部ROM）8051共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數據或表格，因此，稱之為程序存儲器，簡稱內部ROM。4)定時/計數器8051共有兩個16位的定時/計數器，以實現定時或計數功能，并以其定時或計數結果對計算機進行控制。5)并行I/O口MCS-51共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以實現數據的并行輸入/輸出。

6)串行口MCS-51單片機有一個全雙工的串行口，以實現單片機和其它設備之間的串行數據傳送。該串行口功能較強，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。7)中斷控制系統(tǒng)MCS-51單片機的中斷功能較強，以滿足控制應用的需要。8051共有5個中斷源，即外中斷兩個，定時/計數中斷兩個，串行中斷一個。全部中斷分為高級和低級共兩個優(yōu)先級別。8)時鐘電路MCS-51芯片的內部有時鐘電路，但石英晶體和微調電容需外接。時鐘電路為單片機產生時鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6MHz和12MHz。2.?MCS-51的信號引腳MCS-51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列請參見圖1.2。1）信號引腳介紹P0.0～P0.7：P0口8位雙向口線。P1.0～P1.7：P1口8位雙向口線。P2.0～P2.7：P2口8位雙向口線。P3.0～P3.7：P3口8位雙向口線。圖1.2MCS-51引腳圖單片機內部結構以及基本原理

ALE：地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實現低位地址和數據的隔離。此外，由于ALE是以晶振1/6的固定頻率輸出的正脈沖，因此,可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。：外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部ROM時，有效（低電平），以實現外部ROM單元的讀操作。：訪問程序存儲器控制信號。當信號為低電平時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器；當信號為高電平時，對ROM的讀操作是從內部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。RST：復位信號。當輸入的復位信號延續(xù)兩個機器周期以上的高電平時即為有效，用以完成單片機的復位初始化操作。XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端。當使用芯片內部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。VSS：地線。VCC：+5V電源。以上是MCS-51單片機芯片40條引腳的定義及簡單功能說明。

2)信號引腳的第二功能由于工藝及標準化等原因，芯片的引腳數目是有限制的。例如，MCS-51系列把芯片引腳數目限定為40條，但單片機為實現其功能所需要的信號數目卻遠遠超過此數，因此就出現了需要與可能的矛盾。如何解決這個矛盾？“兼職”是唯一可行的辦法，即給一些信號引腳賦以雙重功能。如果把前述的信號定義為引腳第一功能的話，則根據需要再定義的信號就是它的第二功能。下面介紹一些信號引腳的第二功能。(1)P3口線的第二功能。P3的8條口線都定義有第二功能，詳見表1.2。(2)EPROM存儲器程序固化所需要的信號。有內部EPROM的單片機芯片（例如8751），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳以第二功能的形式提供的，即：編程脈沖：30腳（ALE/）編程電壓（25V）：31腳（/VPP）引腳第二功能信號名稱P3.0

RXD串行數據接收P3.1

TXD串行數據發(fā)送P3.2

外部中斷0申請P3.3

外部中斷1申請P3.4

T0定時/計數器0的外部輸入P3.5

T1定時/計數器1的外部輸入P3.6

外部RAM寫選通P3.7

外部RAM讀選通表1.2P3口各引腳與第二功能表

(3)備用電源引入。MCS-51單片機的備用電源也是以第二功能的方式由9腳（RST/VPD）引入的。當電源發(fā)生故障，電壓降低到下限值時，備用電源經此端向內部RAM提供電壓，以保護內部RAM中的信息不丟失。以上把MCS-51單片機的全部信號引腳分別以第一功能和第二功能的形式列出。對于各種型號的芯片，其引腳的第一功能信號是相同的，所不同的只在引腳的第二功能信號。對于9、30和31三個引腳，由于第一功能信號與第二功能信號是單片機在不同工作方式下的信號，因此不會發(fā)生使用上的矛盾。但是P3口的情況卻有所不同，它的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，都是先按需要選用第二功能信號，剩下的才以第一功能的身份作數據位的輸入/輸出使用。ALE/PROG——地址鎖存控制端PSEN——外部程序存儲器的讀選通信號端/Vpp——內/外ROM選擇端=1時，訪問內部程序存儲器,即內ROM=0時，只訪問外部程序存儲器,即外ROM對于8751單片機編程時，該端施加編程電壓3、輸入/輸出引腳P0.0~P0.7；P1.0~P1.7；P2.0~P2.7；P3.0~P3.7四個I/O口，每口八條線；還兼作地址/數據線。1.3并行I/O端口

1、P0口：地址低8位與數據線分時使用端口，2、P1口：按位可編址的輸入輸出端口，3、P2口：地址高8位輸出口4、P3口：雙功能口。若不用第二功能，也可作通用I/O口。5、按三總線劃分：地址線：P0低八位地址，P2高八地址；數據線：P0輸入輸出8位數據；控制線：P3口的8位加上/PSEN、ALE共同完成控制總線。1.4MCS-51單片機內存配置1、MCS-51單片機的內存結構數據存儲器外部ROM007FH程序存儲器）（外部K64RAM物理上分為：4個空間，即片內ROM、片外ROM片內RAM、片外RAM邏輯上分為:3個空間，即程序內存（片內、外）統(tǒng)一編址MOVC數據存儲器（片內）MOV數據存儲器（片外）MOVX2、程序存儲器尋址范圍：0000H~FFFFH容量64KB，即地址長度：16位

，尋址內部ROM；

，尋址外部ROM。當PC值超過片內ROM容量時會自動轉向外部存儲器空間。8031單片機,接低電平。作用：

存放程序及程序運行時所需的常數。單片機內部結構以及基本原理

MCS-51的程序存儲器用于存放編好的程序和表格常數。8051片內有4KB的ROM，8751片內有4KB的EPROM，8031片內無程序存儲器。MCS-51的片外最多能擴展64KB程序存儲器，片內外的ROM是統(tǒng)一編址的。如端保持高電平，8051的程序計數器PC在0000H～0FFFH地址范圍內(即前4KB地址)是執(zhí)行片內ROM中的程序，當PC在1000H～FFFFH地址范圍時，自動執(zhí)行片外程序存儲器中的程序；當保持低電平時，只能尋址外部程序存儲器，片外存儲器可以從0000H開始編址。MCS-51的程序存儲器中有些單元具有特殊功能。其中一組特殊單元是0000H～0002H。系統(tǒng)復位后，(PC)=0000H，單片機從0000H單元開始取指令執(zhí)行程序。如果程序不從0000H單元開始，應在這三個單元中存放一條無條件轉移指令，以便直接轉去執(zhí)行指定的程序。還有一組特殊單元是0003H～002AH，共40個單元。這40個單元被均勻地分為5段，作為5個中斷源的中斷地址區(qū)。其中：0003H～000AH外部中斷0中斷地址區(qū)000BH～0012H定時/計數器0中斷地址區(qū)0013H～001AH外部中斷1中斷地址區(qū)001BH～0022H定時/計數器1中斷地址區(qū)0023H～002AH串行中斷地址區(qū)中斷響應后，按中斷種類，自動轉到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序，因此在中斷地址區(qū)中理應存放中斷服務程序。但通常情況下，8個單元難以存下一個完整的中斷服務程序，因此通常也是從中斷地址區(qū)首地址開始存放一條無條件轉移指令，以便中斷響應后，通過中斷地址區(qū)，再轉到中斷服務程序的實際入口地址。0000H——系統(tǒng)復位，PC指向此處；0003H——外部中斷0入口000BH——T0溢出中斷入口0013H——外中斷1入口001BH——T1溢出中斷入口0023H——串口中斷入口六個具有特殊含義的單元是：3、內部數據存儲器物理上分為兩大區(qū)域：00H~7FH即128B內RAM區(qū)80H~FFH即SFR區(qū)。R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7即可位尋址，又可字節(jié)尋址數據緩沖區(qū)、堆棧區(qū)、工作單元8051的內部RAM共有256個單元，通常把這256個單元按其功能劃分為兩部分：低128單元（單元地址00H～7FH）和高128單元（單元地址80H～FFH）。表1.3所示為低128單元的配置圖。30H~7FH數據緩沖區(qū)20H~2FH位尋址區(qū)（00H~7FH）18H~1FH工作寄存器3區(qū)（R7~R0）10H~17H工作寄存器2區(qū)（R7~R0）08H~0FH工作寄存器1區(qū)（R7~R0）00H~07H工作寄存器0區(qū)（R7~R0）表1.3片內RAM的配置低128單元是單片機的真正RAM存儲器，按其用途劃分為寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶RAM區(qū)三個區(qū)域。1)寄存器區(qū)8051共有4組寄存器，每組8個寄存單元（各為8），各組都以R0～R7作寄存單元編號。寄存器常用于存放操作數中間結果等。由于它們的功能及使用不作預先規(guī)定，因此稱之為通用寄存器，有時也叫工作寄存器。4組通用寄存器占據內部RAM的00H～1FH單元地址。在任一時刻，CPU只能使用其中的一組寄存器，并且把正在使用的那組寄存器稱之為當前寄存器組。到底是哪一組，由程序狀態(tài)字寄存器PSW中RS1、RS0位的狀態(tài)組合來決定。通用寄存器為CPU提供了就近存儲數據的便利，有利于提高單片機的運算速度。此外，使用通用寄存器還能提高程序編制的靈活性，因此，在單片機的應用編程中應充分利用這些寄存器，以簡化程序設計，提高程序運行速度。2)位尋址區(qū)內部RAM的20H～2FH單元，既可作為一般RAM單元使用，進行字節(jié)操作，也可以對單元中每一位進行位操作，因此把該區(qū)稱之為位尋址區(qū)。位尋址區(qū)共有16個RAM單元，計128位，地址為00H～7FH。MCS-51具有布爾處理機功能，這個位尋址區(qū)可以構成布爾處理機的存儲空間。這種位尋址能力是MCS-51的一個重要特點。表1.4為位尋址區(qū)的位地址。單元地址MSB位地址LSB2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F776F675F574F473F372F271F170F077E766E665E564E463E362E261E160E067D756D655D554D453D352D251D150D057C746C645C544C443C342C241C140C047B736B635B534B433B332B231B130B037A726A625A524A423A322A221A120A027971696159514941393129211911090178706860585048403830282018100800表1.4片內RAM位尋址區(qū)的位地址

3)用戶RAM區(qū)在內部RAM低128單元中，通用寄存器占去32個單元，位尋址區(qū)占去16個單元，剩下80個單元，這就是供用戶使用的一般RAM區(qū)，其單元地址為30H～7FH。對用戶RAM區(qū)的使用沒有任何規(guī)定或限制，但在一般應用中常把堆棧開辟在此區(qū)中。內部數據存儲器高128單元內部RAM的高128單元是供給專用寄存器使用的，其單元地址為80H～FFH。因這些寄存器的功能已作專門規(guī)定，故稱之為專用寄存器（SpecialFunctionRegister），也可稱為特殊功能寄存器。

1)專用寄存器（SFR）簡介8051共有21個專用寄存器，現把其中部分寄存器簡單介紹如下：(1)程序計數器（PC—ProgramCounter）。PC是一個16位的計數器，它的作用是控制程序的執(zhí)行順序。其內容為將要執(zhí)行指令的地址，尋址范圍達64KB。PC有自動加1功能，從而實現程序的順序執(zhí)行。PC沒有地址，是不可尋址的，因此用戶無法對它進行讀寫，但可以通過轉移、調用、返回等指令改變其內容，以實現程序的轉移。因地址不在SFR（專用寄存器）之內，一般不計作專用寄存器。(2)累加器（ACC—Accumulator）。累加器為8位寄存器，是最常用的專用寄存器，功能較多，地位重要。它既可用于存放操作數，也可用來存放運算的中間結果。MCS-51單片機中大部分單操作數指令的操作數就取自累加器，許多雙操作數指令中的一個操作數也取自累加器。(3)B寄存器。B寄存器是一個8位寄存器，主要用于乘除運算。乘法運算時，B存乘數。乘法操作后，乘積的高8位存于B中，除法運算時，B存除數。除法操作后，余數存于B中。此外，B寄存器也可作為一般數據寄存器使用。(4)程序狀態(tài)字（PSW—ProgramStatusWord）。程序狀態(tài)字是一個8位寄存器，用于存放程序運行中的各種狀態(tài)信息。其中有些位的狀態(tài)是根據程序執(zhí)行結果，由硬件自動設置的，而有些位的狀態(tài)則使用軟件方法設定。PSW的位狀態(tài)可以用專門指令進行測試，也可以用指令讀出。一些條件轉移指令將根據PSW有些位的狀態(tài)，進行程序轉移。PSW的各位定義如下：PSW位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H字節(jié)地址D0H

CYACF0RS1RS0OVF1P除PSW.1位保留未用外，其余各位的定義及使用如下：CY（PSW.7）——進位標志位。CY是PSW中最常用的標志位。其功能有二：一是存放算術運算的進位標志，在進行加或減運算時，如果操作結果的最高位有進位或借位時，CY由硬件置“1”，否則清“0”；二是在位操作中，作累加位使用。單片機內部結構以及基本原理AC（PSW.6）——輔助進位標志位。在進行加減運算中，當低4位向高4位進位或借位時，AC由硬件置“1”，否則AC位被清“0”。在BCD碼調整中也要用到AC位狀態(tài)。F0（PSW.5）——用戶標志位。這是一個供用戶定義的標志位，需要利用軟件方法置位或復位，用以控制程序的轉向。RS1和RS0（PSW.4，PSW.3）——寄存器組選擇位。它們被用于選擇CPU當前使用的通用寄存器組。通用寄存器共有4組，其對應關系如下：RS1RS0寄存器組片內RAM地址

0

0第0組00H~07H

0

1第1組08H~0FH1

0第2組10H~17H1

1第3組18H~1FH這兩個選擇位的狀態(tài)是由軟件設置的，被選中的寄存器組即為當前通用寄存器組。但當單片機上電或復位后，RS1RS0=00。OV（PSW.2）——溢出標志位。在帶符號數加減運算中，OV=1表示加減運算超出了累加器A所能表示的符號數有效范圍（-128～+127），即產生了溢出，因此運算結果是錯誤的，否則，OV=0表示運算正確，即無溢出產生。在乘法運算中，OV=1表示乘積超過255，即乘積分別在B與A中，否則，OV=0，表示乘積只在A中。在除法運算中，OV=1表示除數為0，除法不能進行，否則，OV=0，除數不為0，除法可正常進行。

P（PSW.0）——奇偶標志位。表明累加器A中內容的奇偶性。如果A中有奇數個“1”，則P置“1”，否則置“0”。凡是改變累加器A中內容的指令均會影響P標志位。此標志位對串行通信中的數據傳輸有重要的意義。在串行通信中常采用奇偶校驗的辦法來校驗數據傳輸的可靠性。(5)數據指針（DPTR）。數據指針為16位寄存器。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，即：DPH：DPTR高8位DPL：DPTR低8位

DPTR通常在訪問外部數據存儲器時作地址指針使用。由于外部數據存儲器的尋址范圍為64KB，故把DPTR設計為16位。(6)堆棧指針（SP—StackPointer）。堆棧是一個特殊的存儲區(qū)，用來暫存數據和地址，它是按“先進后出”的原則存取數據的。堆棧共有兩種操作：進棧和出棧。由于MCS-51單片機的堆棧設在內部RAM中，因此SP是一個8位寄存器。系統(tǒng)復位后，SP的內容為07H，從而復位后堆棧實際上是從08H單元開始的。但08H～1FH單元分別屬于工作寄存器1～3區(qū)，如程序要用到這些區(qū)，最好把SP值改為30H或更大的值。一般在內部RAM的30H～7FH單元中開辟堆棧。SP的內容一經確定，堆棧的位置也就跟著確定下來，由于SP可初始化為不同值，因此堆棧位置是浮動的。此處，只集中講述了6個專用寄存器，其余的專用寄存器（如TCON、TMOD、IE、IP、SCON、PCON、SBUF等）將在以后章節(jié)中陸續(xù)介紹。2)專用寄存器中的字節(jié)尋址和位地址MCS-51系列單片機有21個可尋址的專用寄存器，其中有11個專用寄存器是可以位尋址的。對專用寄存器的字節(jié)尋址問題作如下幾點說明：(1)21個可字節(jié)尋址的專用寄存器是不連續(xù)地分散在內部RAM高128單元之中，盡管還余有許多空閑地址，但用戶并不能使用。(2)程序計數器PC不占據RAM單元，它在物理上是獨立的，因此是不可尋址的寄存器。(3)對專用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，也可使用寄存器。(4）凡地址能被8整除的寄存器都是可位尋址的寄存器。1.5時鐘電路與復位電路1.5.1時鐘電路與時序1.時鐘信號的產生在MCS-51芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機的時鐘電路，如圖1.3所示。時鐘電路產生的振蕩脈沖經過觸發(fā)器進行二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖信號。請讀者特別注意時鐘脈沖與振蕩脈沖之間的二分頻關系，否則會造成概念上的錯誤。一般地，電容C1和C2取30pF左右，晶體的振蕩頻率范圍是1.2～12MHz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機運行速度也就快。MCS-51在通常應用情況下，使用振蕩頻率為6MHz或12MHz。

圖1.3時鐘振蕩電路單片機內部結構以及基本原理2.引入外部脈沖信號在由多片單片機組成的系統(tǒng)中，為了各單片機之間時鐘信號的同步，應當引入惟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XTAL2引腳注入，其連接如圖1.4所示。3.時序時序是用定時單位來說明的。MCS-51的時序定時單位共有4個，從小到大依次是：節(jié)拍、狀態(tài)、機器周期和指令周期。下面分別加以說明。圖1.4外部時鐘源接法單片機內部結構以及基本原理

1)節(jié)拍與狀態(tài)把振蕩脈沖的周期定義為節(jié)拍（用P表示）。振蕩脈沖經過二分頻后，就是單片機的時鐘信號的周期，其定義為狀態(tài)（用S表示）。這樣，一個狀態(tài)就包含兩個節(jié)拍，具前半周期對應的拍節(jié)叫節(jié)拍1（P1），后半周期對應的節(jié)拍叫節(jié)拍2(P2）。2)機器周期MCS-51采用定時控制方式,因此它有固定的機器周期。規(guī)定一個機器周期的寬度為6個狀態(tài)，并依次表示為S1～S6。由于一個狀態(tài)又包括兩個節(jié)拍，因此，一個機器周期總共有12個節(jié)拍，分別記作S1P1、S1P2、…、S6P2。由于一個機器周期共有12個振蕩脈沖周期,因此機器周期就是振蕩脈沖的十二分頻。當振蕩脈沖頻率為12MHz時，一個機器周期為1