機(jī)制專業(yè)上課用第2章80c51系列單片

1第2章80C51系列單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)及原理目錄2.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.1.180C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.1.280C51系列單片機(jī)的CPU2.1.3程序存儲器（ROM）和數(shù)據(jù)存儲器（RAM）的區(qū)

2.1.4單片機(jī)時(shí)序及有關(guān)概念2.280C51系列單片機(jī)的引腳功能

2.2.180C51系列單片機(jī)引腳功能

2.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)

2.2.3三總線結(jié)構(gòu)2第2章80C51系列單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)及原理2.380C51單片機(jī)的存儲器

2.3.1存儲器的空間地址

2.3.2程序存儲器

2.3.3數(shù)據(jù)存儲器

2.3.480C51特殊功能寄存器(SFR)

2.4并行I/0口及其應(yīng)用

2.4.1P0口

2.4.2P1口

2.4.3P2口

2.4.3P3口

2.4.4I/O口驅(qū)動發(fā)光二極管2.5復(fù)位及掉電保護(hù)和低功耗

2.5.1單片機(jī)的復(fù)位

2.5.2掉電保護(hù)和低功耗設(shè)計(jì)32.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.1.180C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)80C51系列單片機(jī)基本型芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)由8個(gè)部件組成中央處理器(CPU)4KB的片內(nèi)程序存儲器(ROM)128B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器(RAM)輸入、輸出接口(Input／Output，簡稱I/O口，分為P0口、P1口、P2口和P3口)可編程的串行接口(UART)2個(gè)16位的定時(shí)／計(jì)數(shù)器(T0、T1)中斷系統(tǒng)特殊功能寄存器(SFR)

各部分通過內(nèi)部總線相連。42.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)80C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-180C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)52.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.1.280C51系列單片機(jī)的CPU80C51系列單片機(jī)的CPU是由運(yùn)算器和控制器構(gòu)成的。運(yùn)算器主要用來對操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)、邏輯和位運(yùn)算。控制器的主要任務(wù)是識別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機(jī)各功能部件，從而保證單片機(jī)各部分能自動協(xié)調(diào)工作。6

程序計(jì)數(shù)器PC是控制器中最基本的寄存器，它實(shí)際是一個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器，是不可訪問的，即單片機(jī)開發(fā)人員不可能通過指令修改操作它。程序計(jì)數(shù)器PC中存放著正在執(zhí)行指令的下一條指令在程序存儲器中存放的首地址。2.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)7PC的基本工作過程是：

CPU讀指令時(shí)，PC的內(nèi)容作為所取指令的首地址發(fā)送給程序存儲器，程序存儲器該地址中的指令代碼將被執(zhí)行，同時(shí)系統(tǒng)將下一條指令的首地址存入PC，這也是為什么PC被稱為程序計(jì)數(shù)器的原因。2.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)82.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)PC內(nèi)容的變化軌跡決定了程序的流程。由于PC是不可訪問的，順序執(zhí)行程序時(shí)自動增加指向下一條指令；執(zhí)行轉(zhuǎn)移程序、子程序和中斷子程序調(diào)用時(shí)，由運(yùn)行的指令自動將其內(nèi)容更改成轉(zhuǎn)向的目標(biāo)程序地址。程序計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寬度決定了程序存儲器的地址范圍。

80C51中的PC位數(shù)為16位，故可對216B即64KB個(gè)單元的程序存儲器進(jìn)行尋址。復(fù)位時(shí)PC的內(nèi)容為0000H，說明程序應(yīng)從程序存儲器的0000H單元開始執(zhí)行。92.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.1.3程序存儲器（ROM）和數(shù)據(jù)存儲器（RAM）的區(qū)別程序存儲器是用來存放指令代碼的，即用來存放匯編語言或C語言程序編譯后的二進(jìn)制程序代碼；數(shù)據(jù)存儲器是用來存放程序運(yùn)行中產(chǎn)生的運(yùn)算結(jié)果或隨機(jī)變量的值。為什么要把程序和數(shù)據(jù)分離開來呢？為什么不把它們放在一起呢？這是因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)芯片設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)了一個(gè)棘手的問題。102.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)112.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從表中我們會發(fā)現(xiàn)所有的存儲器都存在速度、易失性和成本之間的博弈。市場最需要的是速度快、掉電存儲且價(jià)格便宜的存儲器，可是沒有一種可以同時(shí)完全滿足這三條要求。SRAM成本低、速度快，可是如果我們把程序放進(jìn)去，掉電后存入其中的程序?qū)⑷肯?，整個(gè)系統(tǒng)完全癱瘓。122.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)那FLANSH技術(shù)是否可以呢？我們常用的U盤就是采用FLANSH技術(shù)的。它雖然掉電不丟失可是擦寫速度慢。MRAM技術(shù)目前來說成本太高，應(yīng)該是未來的發(fā)展方向。由于ROM和RAM對存儲的本質(zhì)需求有差別，ROM的基本需求首先是掉電存儲，RAM的根本要求是快。因此當(dāng)今的芯片設(shè)計(jì)師一般采用的是程序運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及隨機(jī)變量存儲在SRAM中，將程序?qū)?yīng)的二進(jìn)制代碼存儲在FLANSH存儲器中?？梢姵绦蚝蛿?shù)據(jù)并不是理所當(dāng)然的要分開存儲，而是速度、易失性、成本綜合利益最大化的結(jié)果，當(dāng)然無論是ROM還是RAM存儲容量越大成本越高。132.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.1.4單片機(jī)時(shí)序及有關(guān)概念時(shí)序是表達(dá)指令執(zhí)行中各控制信號在時(shí)間上的相互關(guān)系。時(shí)序是用時(shí)間單位來說明的，80C51系列單片機(jī)的時(shí)序單位共有4個(gè)，從小到大依次是：振蕩周期狀態(tài)周期機(jī)器周期指令周期

142.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一、振蕩周期(P)振蕩周期也稱為晶振周期，用P表示，也稱為拍。它就是晶體的振蕩周期，或是外部振蕩源的脈沖周期，是80C51單片機(jī)中最小的時(shí)序單位。二、狀態(tài)周期(S)振蕩脈沖經(jīng)過二分頻后，就得到單片機(jī)的時(shí)鐘信號，把時(shí)鐘信號的周期稱為狀態(tài)周期或時(shí)鐘周期，用S表示。一個(gè)狀態(tài)周期包含兩個(gè)拍，分別稱做Pl和P2，或者前拍和后拍。狀態(tài)周期是單片機(jī)中最基本的時(shí)間單位，在一個(gè)狀態(tài)周期內(nèi)，CPU僅完成一個(gè)最基本的動作。152.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2-280C51單片機(jī)各種周期的互相關(guān)系162.180C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)三、機(jī)器周期一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)周期（S1～S6），也就是12個(gè)拍組成，可依次表示為S1P1，S1P2，S2P1，S2P2，…，S6P1，S6P2。當(dāng)振蕩頻率為12MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為lμs；當(dāng)振蕩脈沖頻率為6MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為2μs。四、指令周期指令周期就是執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。指令周期是80C51單片機(jī)中最大的時(shí)序單位，一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成。指令不同，所需要的機(jī)器周期數(shù)也不同，但一條指令的周期應(yīng)在1～4個(gè)機(jī)器周期范圍內(nèi)，每條指令所用的機(jī)器周期數(shù)詳見附錄B．172.280C51系列單片機(jī)的引腳功能80C51系列單片機(jī)有5種封裝：①40腳雙列直插封裝(也稱DIP封裝)方式；②44腳方形封裝方式；③48腳DIP封裝；④52腳方形封裝方式；⑤68腳方形封裝方式。其中大部分學(xué)習(xí)板(開發(fā)板)或?qū)嶒?yàn)箱采用的是40腳DIP封裝形式（見圖1-1(a)）。182.280C51系列單片機(jī)的引腳功能2.2.180C51系列單片機(jī)引腳功能圖2-3是80C51系列單片機(jī)的引腳圖(40腳DIP封裝)。其中有2個(gè)電源相關(guān)引腳2個(gè)外接晶體引腳4個(gè)控制其他電源復(fù)用引腳32個(gè)I／O引腳下面分別敘述這40個(gè)引腳的功能。192.280C51系列單片機(jī)的引腳功能圖2-380C51系列單片機(jī)的引腳圖202.280C51系列單片機(jī)的引腳功能一、電源引腳（VSS和VCC）

1.VSS(20腳)：接地。

2.VCC(40腳)：正常操作接+5V電源。212.280C51系列單片機(jī)的引腳功能二、外接晶體引腳（XTALl和XTAL2）

XTALl(19腳)和XTAL2(18腳)：這兩個(gè)引腳主要用來構(gòu)成單片機(jī)的時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號。時(shí)鐘信號可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時(shí)鐘方式外部時(shí)鐘方式

222.280C51系列單片機(jī)的引腳功能1.內(nèi)部時(shí)鐘方式

一般單芯片工作的系統(tǒng)常采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路連接方法是：

通過單片機(jī)的XTALl和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，如圖2-4所示。232.280C51系列單片機(jī)的引腳功能外接晶振時(shí)，C1、C2值通常選擇為30PF左右，一般的學(xué)習(xí)板均采用外接晶體振蕩器；外接陶瓷諧振器時(shí)，C1、C2約為47pF。C1、C2對頻率有微調(diào)作用，振蕩頻率范圍是1.2～40MHz。說明：為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。242.280C51系列單片機(jī)的引腳功能2.外部時(shí)鐘方式 外部時(shí)鐘方式是采用外部振蕩器，外部振蕩脈沖信號由XTAL2端接入后直接送至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，如圖2-5所示。輸入端XTALl應(yīng)接地，由于XTAL2端的邏輯電平不是TTL的，故建議外接一個(gè)上拉電阻。這種方式適合于多塊芯片同時(shí)工作，便于同步。252.280C51系列單片機(jī)的引腳功能三、控制引腳（RESET／VPD，ALE／，和／VPP）這四個(gè)引腳都有第二功能，在初學(xué)階段極少用到，因此我們給出引腳的兩個(gè)名稱，但只詳述第一功能。1.RESET／VPD(9腳)：

復(fù)位信號輸入引腳/備用電源輸入引腳。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將使單片機(jī)復(fù)位。2.(29腳)：

片外程序存儲器的選通信號輸出引腳。在外部程序存儲器取指令(或常數(shù))期間，每一個(gè)機(jī)器周期兩次有效。每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。262.280C51系列單片機(jī)的引腳功能3.ALE／(30腳)：地址鎖存運(yùn)行信號輸入引腳/編程脈沖輸入引腳。當(dāng)訪問外部存儲器(包括ROM和RAM)時(shí)，80C5l系列單片機(jī)采用P0口作為低8位地址輸出口，又作為數(shù)據(jù)輸入/輸出口。為了使地址與數(shù)據(jù)不至于混淆，通常P0口先作地址線，再作數(shù)據(jù)線。ALE(允許地址鎖存)與74LS373或74HC573等鎖存器配合，將P0口輸出的低8位地址鎖存，從而實(shí)現(xiàn)低8位地址與數(shù)據(jù)的分離。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可以用做對外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)。272.280C51系列單片機(jī)的引腳功能4./VPP(31腳)：

外部程序存儲器訪問允許控制引腳/片內(nèi)編程電壓輸入引腳。為該引腳的第一功能，外部程序存儲器訪問允許控制端。當(dāng)端保持高電平時(shí)，CPU訪問內(nèi)部程序4KB程序存儲器，但在PC值超過0FFFH(標(biāo)準(zhǔn)的80C51單片機(jī)內(nèi)部只有4KBROM)時(shí)，將自動轉(zhuǎn)向訪問外部60K(1000H~FFFFH)程序存儲器。當(dāng)端保持低電平時(shí)，不管是否有內(nèi)部程序存儲器，則只訪問外部64K(0000H~FFFFH)程序存儲器，片內(nèi)的4KB程序存儲器將不起作用。

說明：現(xiàn)在的單片機(jī)內(nèi)部都有ROM，因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)此引腳始終接高電平。282.280C51系列單片機(jī)的引腳功能

四、輸入／輸出引腳（P0口、P1口、P2口和P3口）1.P0口(P0.0～P0.7共8條引腳，即39～32腳)：

一般I/O口引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線復(fù)用引腳。2.P1口(P1.0～P1.7共8條引腳，即l～8腳)：

一般I/O口引腳。3.P2口(P2.0～P2.7共8條引腳，即21～28腳)：

一般I/O口引腳或高位地址總線引腳。4.P3口(P3.0～P3.7共8條引腳，即10～17腳)：

一般I/O口引腳或第二功能引腳。292.280C51系列單片機(jī)的引腳功能2.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)所謂最小系統(tǒng):指單片機(jī)正常工作的最基本的外圍配置主要包括：時(shí)鐘(晶振)電路復(fù)位電路電源等

圖2-6所示51單片機(jī)最小系統(tǒng)302.280C51系列單片機(jī)的引腳功能時(shí)鐘(晶振)電路：

利用XTAL1和XTAL2兩個(gè)引腳外接晶振(晶體振蕩器)的內(nèi)部時(shí)鐘方式，圖中電容器C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值為5~30PF，典型值為30PF，晶振的震蕩頻率典型值為6MHZ、12MHZ或11.0592MHZ，當(dāng)系統(tǒng)與PC機(jī)通信時(shí)常采用11.0592MHZ。312.280C51系列單片機(jī)的引腳功能復(fù)位電路：

設(shè)計(jì)形式主要包括：上電復(fù)位、按鍵復(fù)位和利用專業(yè)的復(fù)位芯片進(jìn)行管理。一般學(xué)習(xí)板上采用的是按鍵復(fù)位，復(fù)雜電路系統(tǒng)一般采用復(fù)位芯片進(jìn)行管理，典型的專用復(fù)位芯片如MAX813。322.280C51系列單片機(jī)的引腳功能332.280C51系列單片機(jī)的引腳功能2.2.3三總線結(jié)構(gòu)什么是單片機(jī)的三總線？單片機(jī)的引腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘接入和用戶I／O口外，其余引腳都是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的，這些引腳構(gòu)成了三總線結(jié)構(gòu)，如圖2-7所示。342.280C51系列單片機(jī)的引腳功能一、地址總線(AB)地址總線寬度為16位，因此外部存儲器直接尋址范圍為64KB。16位地址總線由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)。二、數(shù)據(jù)總線(DB)數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0口提供。三、控制總線(CB)控制總線由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨(dú)立控制線RESET，ALE，，組成。352.280C51系列單片機(jī)的引腳功能圖2-780C51的總線系統(tǒng)圖362.380C51單片機(jī)的存儲器

單片機(jī)在程序存儲器中只能存放程序和一些不能更改的常數(shù)及表格。例如:MOVA，#30H，參考附錄B可知該指令在ROM中存放為74H30H的形式，占用兩個(gè)字節(jié)。源操作數(shù)30H作為常數(shù)就是存放在ROM中的。

單片機(jī)在數(shù)據(jù)存儲器中存放變量的初值和中間及最終運(yùn)算結(jié)果。例如:MOVA，30H，該指令中30H是內(nèi)部RAM的一個(gè)地址，其內(nèi)容是存放在內(nèi)部RAM30H為地址的單元中，其值可以靈活改變。372.380C51單片機(jī)的存儲器2.3.1存儲器的空間地址

程序或數(shù)據(jù)存儲器的地址是指：

指程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器存儲單元的編碼。382.380C51單片機(jī)的存儲器舉例：了方便理解，我們可以把程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器理解成二座每間宿舍住8人的宿舍樓，宿舍樓的房間號就相當(dāng)于存儲空間地址。

對于標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機(jī)：程序存儲器那座樓有4K（1K=210＝1024）個(gè)房間，對應(yīng)共需要4K個(gè)房間號標(biāo)識。數(shù)據(jù)存儲器那座樓有128個(gè)房間，對應(yīng)需要128個(gè)房間號標(biāo)識。這兩個(gè)宿舍樓的大小差別很大喲！392.380C51單片機(jī)的存儲器

為了方便找到各個(gè)宿舍樓具體房間的位置，在生活中我們有一套編號方法。

那么計(jì)算機(jī)要如何給這些存儲器空間編寫地址，才能方便CPU找到自己所要的程序語句或數(shù)據(jù)呢？402.380C51單片機(jī)的存儲器

我們知道計(jì)算機(jī)能夠表達(dá)的不是低電平0就是高電平1。假設(shè)存儲器只有兩個(gè)空間(理解成房間)要編號，我們就用1位二進(jìn)制數(shù)來表示，低電平0表示一個(gè)房間，高電平1表示一個(gè)房間。那么意味著CPU只需要用1條線與存儲器進(jìn)行連接即可，通過設(shè)置這條線的高低電平就可以找到需要的存儲空間，從而找到其內(nèi)部的程序或數(shù)據(jù)。412.380C51單片機(jī)的存儲器那么可以推算：如果是2位二進(jìn)制數(shù)就可以表達(dá)出4（即22）個(gè)房間號，分別是00B、01B、10B、11B，CPU與存儲器需要2條線連接即可。如果是3位二進(jìn)制數(shù)就可以表達(dá)8（即23）個(gè)房間號，分別是000B，001B，010B，011B，100B，101B，110B，111B，CPU與存儲器需要3條線進(jìn)行連接。以此類推，4位二進(jìn)制數(shù)就可以表達(dá)16（24）個(gè)房間號，那么8條線就可以表達(dá)256（28）個(gè)房間，n位二進(jìn)制數(shù)就可以表達(dá)2n個(gè)房間號，CPU用n條線與存儲器連接就可以區(qū)別出2n個(gè)單元。422.380C51單片機(jī)的存儲器80C51單片機(jī)內(nèi)部有4KB(即212)個(gè)程序存儲器單元因此，CPU需要用12條內(nèi)部總線與內(nèi)部程序存儲器連接，正好是4KB。其空間地址范圍從低到高為0000H~0FFFH；80C51單片機(jī)內(nèi)部一般有128B的數(shù)據(jù)存儲器，如果對內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器尋址，需要7條總線進(jìn)行連接，其地址范圍從低到高為00H~7FH。51單片機(jī)外部能夠擴(kuò)展程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量最大均為64KB，這是由于51單片機(jī)的外部地址總線最多可有16根(P0、P2各8根)所限制的，其地址范圍為000H~FFFFH。432.380C51單片機(jī)的存儲器80C51單片機(jī)存儲器空間分布如圖2-8所示。圖2-880C51存儲器空間分布圖442.380C51單片機(jī)的存儲器2.3.2程序存儲器如圖2-8所示，80C51內(nèi)部有4KBROM，片外最多可擴(kuò)展64KBROM，但兩者都有0000H~0FFFH的共同地址部分，CPU該如何區(qū)分呢？

CPU的控制器專門提供一個(gè)/EA控制信號來區(qū)分內(nèi)部ROM和外部ROM編碼相同的地址區(qū)0000H～0FFFH：當(dāng)/EA接高電平時(shí)，單片機(jī)從片內(nèi)4KBROM中取指令，而當(dāng)指令地址超過0FFFH后，就自動地轉(zhuǎn)向片外程序存儲器1000H單元取指令。當(dāng)/EA接低電平時(shí)，CPU只從片外ROM取指令。這種接法特別適用于采用早期內(nèi)部無程序存儲器的8031單片機(jī)，現(xiàn)在的單片機(jī)內(nèi)部都有自己的ROM，因此引腳一般接高電平。452.380C51單片機(jī)的存儲器在程序存儲器中，有6個(gè)單元具有特殊功能。0000H是所有執(zhí)行程序的入口地址，80C51復(fù)位后，CPU總是從0000H單元開始執(zhí)行程序其它五個(gè)入口地址都與中斷相關(guān)，如表2-3所示。

表2-35個(gè)中斷源的中斷入口地址

462.380C51單片機(jī)的存儲器

2.3.3數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器主要用來存放經(jīng)常要改變的數(shù)值，即變量和中間結(jié)果，通常都是由隨機(jī)存儲器RAM(RandomAccessMemory)構(gòu)成。RAM從物理空間上一般可以分為片內(nèi)(單片機(jī)內(nèi))和片外(單片機(jī)外部)兩個(gè)部分。片內(nèi)存儲器的地址范圍是00H~7FH，特殊功能寄存器的地址范圍是80H~FFH。片外數(shù)據(jù)存儲器的地址空間是0000H~FFFFH。片外RAM的低位地址區(qū)段即00H~FFH與內(nèi)部RAM和SFR單元地址編碼重疊，使用時(shí)由指令來進(jìn)行區(qū)分，訪問內(nèi)部RAM及特殊功能寄存器采用MOV指令，而訪問外部RAM用MOVX指令。472.380C51單片機(jī)的存儲器80C51數(shù)據(jù)存儲器配置，如圖2-9所示。80C51單片機(jī)的內(nèi)部有128BRAM，地址為00H～7FH。按其用途可以分為三個(gè)區(qū)域。

圖2-980C51系列單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器配置482.380C51單片機(jī)的存儲器一、通用工作寄存器區(qū)

內(nèi)部RAM從00～1FH安排了4組通用寄存器也稱為工作寄存器，每組占用8個(gè)字節(jié)，記為R0～R7。在某一時(shí)刻，CPU只能使用其中一組工作寄存器，工作寄存器組的選擇由程序狀態(tài)字寄存器PSW中RS1、RS0兩位確定。492.380C51單片機(jī)的存儲器

表2-4工作寄存器地址表502.380C51單片機(jī)的存儲器二、位尋址區(qū)1.什么是位尋址？位尋址是相對于字節(jié)尋址而提出來的。

舉例理解：前面我們把單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM比喻成宿舍樓，RAM的字節(jié)地址就相當(dāng)于宿舍樓的房間號，80C51單片機(jī)內(nèi)部RAM共有128個(gè)單元，也就對應(yīng)有128個(gè)房間號。每個(gè)房間包含8個(gè)床位，每個(gè)床位由低到高命名為0～7號。但是對于房間號為20H～2FH這16個(gè)房間的每個(gè)床位，80C51都編了唯一的床位號，16個(gè)房間包含的128個(gè)床位，床位號的編碼從00H～7FH，這就是單片機(jī)內(nèi)部RAM位尋址區(qū)的位地址。

512.380C51單片機(jī)的存儲器

舉個(gè)大家熟悉的例子來理解字節(jié)尋址和位尋址：假設(shè)某校每周日晚上會要求學(xué)生晚10點(diǎn)前必須返?；厮奚?，當(dāng)某床位對應(yīng)的學(xué)生按要求返?；氐剿奚?，我們認(rèn)為其狀態(tài)為高電平“1”，某床位對應(yīng)的學(xué)生沒返校，我們將這種狀態(tài)認(rèn)為是“0”。一般考勤檢查的具體工作老師會分配給學(xué)生會的同學(xué)去完成。每周都檢查完所有的宿舍實(shí)在太辛苦，老師有時(shí)會采用抽查某個(gè)宿舍或某個(gè)人的方法，也能起到警示的作用。522.380C51單片機(jī)的存儲器字節(jié)尋址舉例：例如老師今天要單獨(dú)檢查30H這個(gè)宿舍同學(xué)的返校情況，學(xué)生會的同學(xué)接到命令后首先要找到這個(gè)宿舍，然后把這個(gè)宿舍學(xué)生的返校情況用8位二進(jìn)制數(shù)表示，呈報(bào)給老師，那么這個(gè)過程叫作字節(jié)尋址。它的特點(diǎn)是通過給出字節(jié)所在的地址找到數(shù)據(jù)。位尋址舉例：

另一種情況是住在20H～2FH房間的同學(xué)都是一年級的同學(xué)，這部分同學(xué)年齡比較小，需要特別關(guān)注，老師會采用抽查某個(gè)人的方法加強(qiáng)管理。但是記住每個(gè)學(xué)生的名字實(shí)在不是件容易的事情，于是老師把這16個(gè)房間的128個(gè)床位統(tǒng)一編號，每次抽查前，老師給學(xué)生會同學(xué)的不是某個(gè)同學(xué)的名字，而是給出一個(gè)床位號。那么這個(gè)過程就是位尋址，這個(gè)位地址單元中的值要么是1表示這個(gè)學(xué)生在，要么是0表示這個(gè)學(xué)生未按時(shí)返校。532.380C51單片機(jī)的存儲器2.位尋址區(qū)

80C51單片機(jī)的位尋址區(qū)占用內(nèi)部RAM字節(jié)地址20H～2FH，共16個(gè)字節(jié)，128位。位尋址區(qū)字節(jié)地址和位地址的對應(yīng)關(guān)系如表2-5所示。542.380C51單片機(jī)的存儲器表2-5位尋址區(qū)字節(jié)地址和位地址的對應(yīng)關(guān)系552.380C51單片機(jī)的存儲器每一位的位地址可以有兩種形式：1)可以直接使用位地址，如內(nèi)部RAM20H單元的最低位位地址為00H，20H的最高位為07H；2)也可以使用“字節(jié)地址．位序號”來表示，20H.0和20H.7也可以表示內(nèi)部RAM20H單元的最低位和最高位的位地址。562.380C51單片機(jī)的存儲器三、用戶RAM區(qū)

包括字節(jié)地址為30H～7FH的區(qū)域，這是真正給用戶使用的一般RAM區(qū)，用戶對該區(qū)域的訪問是按字節(jié)尋址的方式進(jìn)行的。該區(qū)域主要用來存放隨機(jī)數(shù)據(jù)及運(yùn)算的中間結(jié)果，另外也常把堆棧開辟在該區(qū)域中。另外如果在程序中只用到0組工作寄存器，則08H~1FH也可被作為一般RAM區(qū)使用。572.380C51單片機(jī)的存儲器2.3.480C51特殊功能寄存器(SFR)一、21個(gè)特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SpecialFunctionRegister)，簡稱SFR，亦稱專用寄存器。它們與片內(nèi)RAM統(tǒng)一編址，并離散地占據(jù)了部分80H～FFH單元。未占用的地址單元無定義，用戶不能使用，如果對無定義的單元進(jìn)行讀／寫操作，得到的是隨機(jī)數(shù)，而寫入的數(shù)據(jù)將會丟失。特殊功能寄存器主要用于管理片內(nèi)和片外的功能部件如：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口、中斷及外部擴(kuò)展的存儲器及芯片等。582.380C51單片機(jī)的存儲器1.與運(yùn)算器相關(guān)的寄存器(3個(gè))

·累加器Acc；·寄存器B；·程序狀態(tài)字寄存器PSW。

2.指針類寄存器(3個(gè))

·堆棧指針SP；

·數(shù)據(jù)指針DPTR。

3.與串、并口相關(guān)的寄存器(7個(gè))

·并行I／O口P0、P1、P2、P3；

·串行口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF；

·串行口控制寄存器SCON；

·串行通信波特率倍增寄存器PCON。592.380C51單片機(jī)的存儲器4.與中斷相關(guān)的寄存器(2個(gè))

·中斷允許控制寄存器IE；

·中斷優(yōu)先級控制寄存器IP5.與定時(shí)／計(jì)數(shù)器相關(guān)的寄存器(6個(gè))

·定時(shí)／計(jì)數(shù)器T0的兩個(gè)8位計(jì)數(shù)初值寄存器TH0、TL0；

·定時(shí)／計(jì)數(shù)器T1的兩個(gè)8位計(jì)數(shù)初值寄存器TH1、TL1；

·定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器TMOD；

·定時(shí)／計(jì)數(shù)器的控制寄存器TCON。602.380C51單片機(jī)的存儲器表2-680C51特殊功能寄存器一覽表其中帶*的寄存器可以進(jìn)行位尋址。訪問這些特殊功能寄存器僅允許使用直接尋址方式，在指令中，既可以使用特殊功能寄存器的符號，也可以使用它們的地址，使用寄存器符號更能提高程序的可讀性。612.380C51單片機(jī)的存儲器622.380C51單片機(jī)的存儲器二、11個(gè)可以位尋址的特殊功能寄存器位地址在21個(gè)特殊功能寄存器中有11個(gè)寄存器可以位尋址，在表2-6中符號左邊帶“*”號的特殊功能寄存器都是可以位尋址的，這些特殊功能寄存器的特征是地址可以被8整除，下面把可位尋址的特殊功能寄存器的字節(jié)地址及位地址一并列于表2-7中。由表2-7可知可位尋址的特殊功能寄存器的最低位的位地址與其字節(jié)地址相同。632.380C51單片機(jī)的存儲器642.380C51單片機(jī)的存儲器訪問這些可位尋址的寄存器中各位時(shí)，有四種方法。1)可使用它的位符號，如PSW的最高位符號為CY；2)可以使用它的位地址，如PSW的最高位位地址為D7H；3)還可用“寄存器名．位序號”來表示，如PSW.7表示PSW寄存器的第7位等；4)也可以使用“字節(jié)地址．位序號”來表示，如：PSW的字節(jié)地址為D0H，因此其第7位也可寫成D0H.7的形式。一般使用位符號可使程序易讀。652.380C51單片機(jī)的存儲器三、五個(gè)常用的特殊功能寄存器特殊功能寄存器的應(yīng)用幾乎貫穿80C51系列單片機(jī)學(xué)習(xí)過程的始終，下面介紹5個(gè)最常用的特殊功能寄存器。1.累加器A

累加器A是一個(gè)最常用的8位特殊功能寄存器，它既可用于存放操作數(shù)，也可用來存放運(yùn)算的中間結(jié)果。在80C51單片機(jī)中，大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)就取自累加器。許多雙操作數(shù)指令中的一個(gè)操作數(shù)，也取自累加器。指令系統(tǒng)中A表示累加器，用ACC表示A的符號地址，即ACC在指令中可以替換累加器A的地址E0H。662.380C51單片機(jī)的存儲器2.寄存器B

寄存器B是一個(gè)8位寄存器，主要用于乘法和除法運(yùn)算。乘法運(yùn)算時(shí)，B中存放乘數(shù)，乘法操作后，乘積的高8位又存于B中；除法運(yùn)算時(shí)，B中存放除數(shù)，除法操作后，B又存放余數(shù)。在其他指令中，寄存器B可作為一般的寄存器使用，用于暫存數(shù)據(jù)。672.380C51單片機(jī)的存儲器3.狀態(tài)字寄存器PSWPSW是8位寄存器，用于存放程序運(yùn)行的狀態(tài)信息，格式如下。CY(PSW．7)：進(jìn)位標(biāo)志，是累加器A的溢出位。加、減法有進(jìn)位或借位時(shí)由硬件置位，否則清零，乘、除法時(shí)硬件自動清零。AC(PSW．6)：輔助進(jìn)位標(biāo)志，是低半字節(jié)的進(jìn)位位，加、減法運(yùn)算中當(dāng)?shù)?位向高4位進(jìn)位或借位時(shí)，由硬件置位，否則清零。CPU根據(jù)AC標(biāo)志對BCD碼的算術(shù)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。682.380C51單片機(jī)的存儲器F0(PSW．5)：用戶標(biāo)志位，留給用戶編程使用的，用戶可根據(jù)自己的需要用軟件方法置位或復(fù)位，并根據(jù)F0=0或1來決定程序的走向。RSl(PSW．4)、RS0(PSW．3)：工作寄存器組選擇位，開發(fā)人員用軟件改變RSl和RS0的組合，來選擇片內(nèi)RAM中的4組工作寄存器之一，作為當(dāng)前工作寄存器組。692.380C51單片機(jī)的存儲器OV(PSW．2)：溢出標(biāo)志位，當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時(shí)，由硬件置位或清零，根據(jù)計(jì)算方法的不同，OV代表的意義也不同，說明如下：在有符號數(shù)的加、減運(yùn)算中，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出一128～+127的范圍時(shí)，即產(chǎn)生溢出，則OV由硬件自動置1，表示運(yùn)算結(jié)果錯(cuò)誤；否則OV由硬件清零，表示運(yùn)算結(jié)果正確。在無符號數(shù)的乘法運(yùn)算中，當(dāng)乘積超出255時(shí)，OV=1，表示乘積的高8位放在B中，低8位放在A中；若乘積未超出255，則OV=0，表示乘積只放在A中。在無符號數(shù)的除法運(yùn)算中，當(dāng)除數(shù)為0時(shí)，OV=1，表示除法不能進(jìn)行；否則，OV=0，表示除法可正常進(jìn)行。

702.380C51單片機(jī)的存儲器P(PSW．0)：奇偶標(biāo)志位，該位始終跟蹤累加器A內(nèi)容的奇偶性。如果有奇數(shù)個(gè)“1”，則P置1；否則置0。在80C51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)中，凡是改變累加器A中內(nèi)容的指令均影響奇偶標(biāo)志位P。714.堆棧指針SP堆棧：在RAM中專門開辟出一片區(qū)域按照“先進(jìn)后出、后進(jìn)先出”的原則進(jìn)行存取的區(qū)域。SP:始終指明棧頂元素的地址，8位，可軟件設(shè)置初值；復(fù)位時(shí)（SP）=07H。堆棧的作用：保護(hù)現(xiàn)場和保護(hù)斷點(diǎn)堆棧包括進(jìn)棧PUSHdirect出棧POPdirect72進(jìn)棧（壓棧）：首先SP的內(nèi)容自動加1，作為將要保存數(shù)據(jù)的地址，然后將數(shù)據(jù)存入該地址。特別注意：無論是進(jìn)棧還是出棧均是對棧頂單元進(jìn)行的40415622已知：（A）=22，（SP）=40H

執(zhí)行：PUSHACC;則（41H）=22H73已知(SP)=41H執(zhí)行：POPACC;則（A）=22H(SP)=40H40415622出棧：首先將棧頂數(shù)據(jù)彈出，然后將SP的值減1。745.數(shù)據(jù)指針DPTR

DPTR：指明訪問的數(shù)據(jù)存儲器的單元地址；

16位，尋址范圍64KB。

DPTR=DPH+DPL，也可單獨(dú)使用。752.4并行I/0口及其應(yīng)用80C51單片機(jī)共有4個(gè)雙向的8位并行I/O口，分別記為P0，P1，P2和P3。這4個(gè)端口除了按字節(jié)輸入／輸出外，還可以按位尋址，便于位控功能的實(shí)現(xiàn)。762.4并行I/0口及其應(yīng)用2.4.1P0口

P0口是一個(gè)雙功能的8位并行口，字節(jié)地址為80H，位地址為80H-87H。端口的各位具有完全相同但又相互獨(dú)立的電路結(jié)構(gòu)1、P0口用作地址／數(shù)據(jù)總線當(dāng)作為地址或數(shù)據(jù)輸出時(shí)，P0.X（x＝0~7）端口的電路結(jié)構(gòu)能夠按指令輸出相應(yīng)的高電平或低電平。當(dāng)P0口作為地址／數(shù)據(jù)輸入時(shí)，其各引腳端口在CPU控制下首先呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)，然后按指令讀入引腳上的電平狀態(tài)。772.4并行I/0口及其應(yīng)用2、P0口用作通用I/O口

P0口作為通用的I/O口使用，此時(shí)P0口為準(zhǔn)雙向口，且內(nèi)部無上拉電阻。（1）P0口用作輸出口時(shí)：P0口端口的結(jié)構(gòu)可以正常輸出低電平，但必須外接上拉電阻才能按指令的要求有高電平輸出，如圖2-10所示（輸出指令：MOVP0，#0FH）。782.4并行I/0口及其應(yīng)用圖2-10單片機(jī)的上拉電阻接法圖2-11排阻實(shí)物圖79知識點(diǎn)：

排阻。它就是一排電阻，圖2-11中P0口每個(gè)引腳上串連一個(gè)電阻，然后在電阻的另一端接5V電源，因?yàn)?個(gè)引腳接法相同，所以我們把8個(gè)電阻的另一端全部連接在一起，這樣一來，便共有9個(gè)引腳，其中一個(gè)稱為公共端圖2-11（a）排阻的外形圖（b）排阻的結(jié)構(gòu)圖第2章51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)802.4并行I/0口及其應(yīng)用（2）P0口作為輸入口使用時(shí)(需要先執(zhí)行寫“1”操作)

執(zhí)行讀引腳指令如：

“MOVC，P0.0”讀的是P0.0引腳，

“MOVA，P0”也是讀P0口8根口線的引腳指令，讀引腳指令之前一定要有向P0.0寫“1”的指令，即執(zhí)行指令MOVP0，#0FFH。否則P0口引腳上將永遠(yuǎn)為低電平，無法正確反映外部設(shè)備的輸入信號。

812.4并行I/0口及其應(yīng)用2.4.2P1口

P1口是單功能的I/O口，字節(jié)地址為90H，位地址為90H～97H。P1口只能作為通用的I/O口使用。P1口為準(zhǔn)雙向口，但內(nèi)部有上拉電阻。

1.P1口作為輸出口時(shí)，外部不需要接上拉電阻，端口結(jié)構(gòu)即能夠按照指令的要求輸出高低電平。

2.P1口作為輸入口時(shí)，由于其端口不呈現(xiàn)高阻抗輸入狀態(tài)，因此為準(zhǔn)雙向口。仍必須首先執(zhí)行向鎖存器寫“1”操作指令（例如：MOVP1，#0FFH），方能正確讀入引腳電平狀態(tài)數(shù)據(jù)。822.4并行I/0口及其應(yīng)用2.4.3P2口

P2口是一個(gè)雙功能口，字節(jié)地址為A0H，位地址為A0H～A7H。P2口只能作為通用的I/O口使用。P2口為準(zhǔn)雙向口，但內(nèi)部有上拉電阻。P2口功能有以下兩個(gè)方面：

1.作為高8位地址輸出線使用時(shí)，P2口可以輸出外部存儲器的高8位地址，與P0口輸出的低8位地址一起構(gòu)成16位地址，可以尋址64KB的地址空間。

2.作為通用I/O口使用時(shí)，P2口為一個(gè)準(zhǔn)雙向口。功能和使用方法與與P1口一樣。一般情況下，P2口大多作為高8位地址總線口使用，這時(shí)就不能再作為通用I/O口使用。832.4并行I/0口及其應(yīng)用2.4.4P3口

P3口的字節(jié)地址為B0H，位地址為B0H-B7H。由于80C51的引腳數(shù)目有限，因此在P3口電路中增加了引腳的第二功能。P3口的每一位都可以分別定義為第二輸入功能或第二輸出功能。

一、P3口作為第一功能的通用I/O口（字節(jié)或位尋址時(shí)）

P3口可作為通用IO口使用時(shí)使用方法同P1。

二、P3口第二功能表（不進(jìn)行字節(jié)或位尋址時(shí)）當(dāng)CPU不對P3口進(jìn)行字節(jié)或位尋址時(shí)，P3口不需要任何設(shè)置工作，就可以進(jìn)入第二功能操作，詳見表2-8。842.4并行I/0口及其應(yīng)用852.4.5I/O口驅(qū)動發(fā)光二極管（1）單片機(jī)驅(qū)動發(fā)光二極管電路①①①①①發(fā)光二極管簡介(a)直插式發(fā)光二極管（b）貼片式發(fā)光二極管2.4并行I/0口及其應(yīng)用86直插式發(fā)光二極管主要有三種顏色，然而三種發(fā)光二極管的壓降都不相同，具體壓降參考值如下：發(fā)光二極管的顏色導(dǎo)通壓降紅色發(fā)光二極管1.5-1.8v黃色發(fā)光二極管的壓降1.8—2.0V綠色發(fā)光二極管的壓降3.0—3.2V第2章51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)87直插式發(fā)光二極管如果管腳沒有經(jīng)過剪腳處理，則長管腳為正極，短管腳為負(fù)極。正極負(fù)極第2章51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)88點(diǎn)亮一個(gè)發(fā)光二極管的電路原理RVCC限流限流電阻的估算：5V-1.7V=3.3V；

660Ω=3.3V/5mA

；第2章51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)89VCC

單片機(jī)點(diǎn)亮發(fā)光二極管的電路原理圖12345678D1D3D5D7D2D4D6D812345678913121514311716191820403938373635343332VCC212223242526272810113029P1.0(T2)P1.1(T2EX)P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.3(INT1)P3.2(INT0)P3.5(T1)P3.4(T0)EA/VPPP3.7(RD)P3.6(WR)XTAL1XTAL2VSSVCC(AD0)P0.0(AD1)P0.1(AD2)P0.2(AD3)P0.3(AD4)P0.4(AD5)P0.5(AD6)P0.6(AD7)P0.7(A8)P2.0(A9)P2.1(A10)P2.2(A11)P2.3(A12)P2.4(A13)P2.5(A14)P2.6(A15)P2.7(RXD)P3.0(TXD)P3.1ALE/PROGPSEN500ΩVCC第2章51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)90VCCb.單片機(jī)點(diǎn)亮發(fā)光二極管的電路原理圖12345678D1D3D5D7D2D4D6D812345678913121514311716191820403938373635343332VCC212223242526272810113029P1.0(T2)P1.1(T2EX)P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.3(INT1)P3.2(INT0)P3.5(T1)P3.4(T0)EA/VPPP3.7(RD)P3.6(WR)XTAL1XTAL2VSSVCC(AD0)P0.0(AD1)P0.1(AD2)P0.2(AD3)P0.3(AD4)P0.4(AD5)P0.5(AD6)P0.6(AD7)P0.7(A8)P2.0(A9)P2.1(A10)P2.2(A11)P2.3(A12)P2.4(A13)P2.5(A14)P2.6(A15)P2.7(RXD)P3.0(TXD)P3.1ALE/PROGPSEN500ΩVCCP1口輸出高電平發(fā)光二極管不亮第2章51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)91VCC

單片機(jī)點(diǎn)亮發(fā)光二極管的電路原理圖12345678D1D3D5D7D2D4D6D812345678913121514311716191820403938373635343332VCC212223242526272810113029P1.0(T2)P1.1(T2EX)P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.3(INT1)P3.2(INT0)P3.5(T1)P3.4(T0)EA/VPPP3.7(RD)P3.6(WR)XTAL1XTAL2VSSVCC(AD0)P0.0(AD1)P0.1(AD2)P0.2(AD3)P0.3(AD4)P0.4(AD5)P0.5(AD6)P0.6(AD7)P0.7(A8)P2.0(A9)P2.1(A10)P2.2(A11)P2.3(A12)P2.4(A13)P2.5(A14)P2.6(A15)P2.7(RXD)P3.0(TXD)P3.1ALE/PROGPSEN500ΩVCCP1口低電平點(diǎn)亮發(fā)光二極管第2章51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)92這是一個(gè)實(shí)用的電路嗎？如果有按鍵引入這個(gè)電路會出現(xiàn)什么情況VCC12345678D1D3D5D7D2D4D6D812345678913121514311716191820403938373635343332VCC212223242526272810113029P1.0(T2)P1.1(T2EX)P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.3(INT1)P3.2(INT0)P3.5(T1)P3.4(T0)EA/VPPP3.7(RD)P3.6(WR)XTAL1XTAL2VSSVCC(AD0)P0.0(AD1)P0.1(AD2)P0.2(AD3)P0.3(AD4)P0.4(AD5)P0.5(AD6)P0.6(AD7)P0.7(A8)P2.0(A9)P2.1(A10)P2.2(A11)P2.3(A12)P2.4(A13)P2.5(A14)