单片机第2章80C51的结构和原理-thh

1、2021-7-16 1 第第2 2章章 80C5180C51的结构和原理的结构和原理 80C5180C51内部结构与引脚功能内部结构与引脚功能 2.1 80C51单片机的单片机的CPU2.2 80C51的的存储器存储器组织组织2.3 2.480C5180C51单片机并行口单片机并行口 80C5180C51单片机最小系统单片机最小系统 2.5 2021-7-16 2 0 80C51系列概述系列概述 0.1 MCS-510.1 MCS-51系列系列 8051/8751/80318051/8751/8031 8052/8752/8032 8052/8752/8032 80 80C C51/8751/

2、87C C51/8051/80C C3131 80 80C C52/8752/87C C52/8052/80C C3232等等 v MCS-51MCS-51是是IntelIntel公司生产的一个单片机系公司生产的一个单片机系 列名称。这一系列的单片机有多种，如：列名称。这一系列的单片机有多种，如： 2021-7-16 3 v 生产工艺有两种：生产工艺有两种： 8787C C5151。 一是一是HMOSHMOS工艺（高密度短沟道工艺（高密度短沟道MOSMOS工艺）。工艺）。 二是二是C CHMOSHMOS工艺（互补金属氧化物的工艺（互补金属氧化物的HMOSHMOS工艺）。工艺）。 2021-7-

3、16 4 80C51典型产品资源配置典型产品资源配置 2021-7-16 5 v 功能上，有基本型和增强型功能上，有基本型和增强型2 2大类：大类： 增强型增强型： 8052/8752/80328052/8752/8032 80C52/87C52/80C3280C52/87C52/80C32 基本型基本型： 8051/8751/80318051/8751/8031 80C51/87C51/80C3180C51/87C51/80C31 2021-7-16 6 v 由表可见：由表可见： 增强型与基本型的几点不同：增强型与基本型的几点不同： 片内片内ROMROM：从：从4K4K增加到增加到8K8K

4、片内片内RAMRAM：从：从128128增加到增加到256256 定时定时/ /计数器：从计数器：从2 2个增加到个增加到3 3个个 中断源：从中断源：从5 5个增加到个增加到6 6个。个。 2021-7-16 7 无无ROM型，要在片外扩展程序存储器；型，要在片外扩展程序存储器； 掩膜掩膜ROM型，程序由芯片生产厂写入；型，程序由芯片生产厂写入； EPROM型，程序通过写入装置写入；型，程序通过写入装置写入； FlashROM型，程序可电写入（常用）。型，程序可电写入（常用）。 片内片内ROMROM的配置形式：的配置形式： 。 2021-7-16 8 0.2 80C510.2 80C51系列

5、系列 各厂商各厂商以以80518051为基核为基核开发出的开发出的CMOSCMOS单片机统称为单片机统称为 80C5180C51系列。常用系列。常用产品有：产品有： IntelIntel：80C3180C31、80C5180C51、87C5187C51，80C3280C32、 80C5280C52、87C5287C52等；等； ATMELATMEL：89C5189C51、89C5289C52、89C205189C2051等；等； PhilipsPhilips、华邦华邦、DallasDallas、SiemensSiemens等公司的等公司的 许多产品许多产品 。 n 功能上分为：功能上分为： 基

6、本型基本型； 增强型。增强型。 n 存储器配置上分为：存储器配置上分为： ROM ROM； EPROM EPROM； ROMLess ROMLess； FLASHFLASH。 8051是是IntelIntel公司公司MCS-51MCS-51系列的典型品种。系列的典型品种。 以以80518051为基核的为基核的CMOSCMOS产品统称为产品统称为80C5180C51系列。系列。 2021-7-16 10 2.1.1 80C512.1.1 80C51的内部结构与引脚功能的内部结构与引脚功能 80C5180C51的基本结构的基本结构 2021-7-16 11 2.1.1 80C512.1.1 80C

7、51的内部结构与引脚功能的内部结构与引脚功能 n CPUCPU 8 8位，含布尔处理位，含布尔处理 时钟电路时钟电路 总线控制总线控制 n 存储器存储器 ROM,4KBROM,4KB RAM,128BRAM,128B SFR,21SFR,21 n I/OI/O接口接口 并口并口,4,4个个8 8位位 UART,1UART,1个个 定时计数器，定时计数器，2 2个个 中断源，中断源，5 5个个 单片机原理与应用 2021-7-16 12 总的来说：主要由以下功能部件组成总的来说：主要由以下功能部件组成 1.CPU（8位的微处理器）:包含运算器和控制器 2.数据存储器（RAM） 片内为128个字节

8、（52子系列的为256个字节），片外 可扩展到64KB； 3.程序存储器（ROM/EPROM） 8031:无此部件； 8051:4K字节ROM；片外可扩展到64KB ； 8751:4K字节EPROM ； 89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 字节闪存(FLASH存储器) 。 单片机原理与应用 2021-7-16 13 4. P1口、P2口、P3口、P0口：为4个并行8位I/O口。 5. 串行口 1个全双工的异步串行口（UART） 6. 2个16位定时器/计数器（T0，T1） 7. 5个中断源的中断系统（X0，T0，X1，T1，S） 8. 特殊功能寄存器（SFR） 共有21个8

9、位特殊功能寄存器（SFR） 2021-7-16 14 2.1.2 80C512.1.2 80C51典型产品资源配置典型产品资源配置 应注意：应注意：STCSTC系列单片机与系列单片机与80C5180C51兼容，采用串口编程，品种发展迅速。兼容，采用串口编程，品种发展迅速。 2021-7-16 15 80C5180C51的应用模式的应用模式 带总线扩展引脚的产品带总线扩展引脚的产品 扩展总线的应用模式扩展总线的应用模式 不扩展总线的应用模式不扩展总线的应用模式 2021-7-16 16 v 没有总线扩展引脚的产品没有总线扩展引脚的产品 引脚数减少、体积减小。对于不需进行并行外引脚数减少、体积减小

10、。对于不需进行并行外 围扩展，装置的体积要求苛刻且程序量不大的系围扩展，装置的体积要求苛刻且程序量不大的系 统极其适合。统极其适合。 2021-7-16 17 封装方式有：封装方式有：DIPDIP、QFPQFP、LCCLCC等封装，等封装， 2.1.3 80C512.1.3 80C51典型产品封装和引脚典型产品封装和引脚 QFPQFP封装封装 2021-7-16 18 LCC LCC封装封装 2021-7-16 19 采用采用DIPDIP封装引脚如下封装引脚如下 DIP40DIP40封装封装 的的总线型总线型 DIP20DIP20封装封装 的的非总线型非总线型 本书介绍的是本书介绍的是 DIP

11、40DIP40封装封装80C5180C51 电路原理图电路原理图 DIP40 DIP40 封装封装 ProteusProteus逻辑逻辑 80518051采用采用DIPDIP封装引脚如下封装引脚如下 80518051电源及时钟引脚（电源及时钟引脚（4 4个）个） 1电源引脚（2个） （1）Vcc（40脚）：+5V电源； （2）Vss（20脚）：接地。 2时钟引脚 （2个） （1）XTAL2 （18脚）：接内部反向放大器输出端，输入到内部 时钟发生器。采用外部振荡器时， CHMOS型 悬空 （如80C51） HMOS型 外部振荡信号输入 （2） XTAL1（19脚）：接内部反向放大器输入端。 采

12、用外部振荡器时， CHMOS 外部振荡信号输入 80C51 HMOS 接地。 控制引脚（控制引脚（4 4个）个） (1) RST/VPD(9脚)：复位与备用电源 (2) ALE/PROG*（30脚）： 第一功能ALE ：地址锁存允许 第二功能PROG*：编程脉冲输入端。 (3) PSEN* （29脚）：读外部程序存储器的选通信号。可以驱 动8个LS型TTL负载。 (4) EA*/VPP (31脚)： EA*为内外程序存储器选择控制 EA*=1（接Vcc），访问片内程序存储器（Flash） EA*=0（接地），单片机则只访问外部扩展的程序存储器。 第二功能VPP，用于施加编程电压。 I/O I/

13、O 口引脚（口引脚（3232个）个） (1) P0口：双向8位三态I/O口，地址总线（低8位）及数据总 线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。 (2) P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。 (3) P2口：8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可 驱动4个LS型TTL负载。 (4) P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口，可驱动4个LS型 TTL负载。 注意:准双向口与双向三态口的差别。 当3个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写“1”，另外 准双向I/O口无高阻的“浮空”状态。 引脚转义引脚功能说明 P3.0RXD串行数据接收端 P3.1TXD串行数据

14、发送端 P3.2INT0外部中断0请求 P3.3INT1外部中断1请求 P3.4T0计数器0外部输入 P3.5T1计数器1外部输入 P3.6WR外部数据存储器写 P3.7RD外部数据存储器读 2021-7-16 25 2.2 80C51的的CPU 2021-7-16 26 2.2 80C51的的CPU 2.2.1 80C512.2.1 80C51的的CPUCPU功能单元功能单元 n 运算器运算器 ACC,ACC,累加器累加器 B B，寄存器，寄存器 PSW,PSW,程序状态字程序状态字 n 控制器控制器 PCPC，程序计数器，程序计数器 IR,IR,指令寄存器指令寄存器 译码逻辑及时钟译码逻辑

15、及时钟 n 其他寄存器其他寄存器 DPTR,DPTR,数据指针数据指针 SP,SP,堆栈指针堆栈指针 程序计数器程序计数器PC PC 工作寄存器工作寄存器R0-R7R0-R7 1 1 运算器运算器 运算器由算术逻辑单元运算器由算术逻辑单元ALU、累加器、累加器ACC、寄、寄 存器存器B、程序状态字寄存器、程序状态字寄存器PSW、BCD码运算调码运算调 整电路等组成。整电路等组成。 （1） 累加器累加器ACC ACC是一个是一个8位的寄存器，简称为位的寄存器，简称为A，它通过，它通过 暂存器与暂存器与ALU相连。它是相连。它是CPU执行指令时使用执行指令时使用 最频繁的寄存器，用来存一个操作数或

16、中间结果。最频繁的寄存器，用来存一个操作数或中间结果。 2021-7-16 28 （2）算术逻辑单元）算术逻辑单元ALU ALU是由加法器和其它逻辑电路等组成的，是由加法器和其它逻辑电路等组成的， 它用于对数据进行算术四则运算和逻辑运算、移它用于对数据进行算术四则运算和逻辑运算、移 位操作、位操作等功能。位操作、位操作等功能。ALU的两个操作数，的两个操作数， 一个由一个由A通过暂存器通过暂存器2输入，另一个由暂存器输入，另一个由暂存器1输输 入，运算结果的状态送入，运算结果的状态送PSW。 （3）寄存器）寄存器B 乘除运算时候存放一个操作数乘除运算时候存放一个操作数 （4） 程序状态字寄存器

17、程序状态字寄存器PSW PSW是一个是一个8位的专用寄存器，用于存程序运行中位的专用寄存器，用于存程序运行中 的各种状态信息。它可以进行位寻址。的各种状态信息。它可以进行位寻址。PSW各位的各位的 定义如下定义如下: D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H CYACF0RS1 RS0OV- - P PSWPSW位地址位地址 字节地址字节地址D0HD0H v CY(PSW. 7)： 进位标志，在进行加或减运算时，进位标志，在进行加或减运算时， 如果操作结果最高位有进位或借时，如果操作结果最高位有进位或借时，CY由硬件置由硬件置 “1”，否则清，否则清“0”。在进行位操作时。在进行位操作

18、时。 vAC(PSW.6)： 辅助进位标志（又称半进位），在辅助进位标志（又称半进位），在 进行加或减运算时，低四位数向高四位产生的进位或进行加或减运算时，低四位数向高四位产生的进位或 借位，将由硬件置借位，将由硬件置“1”，否则为，否则为0 。 vF0(PSW.5)： 用户标志位，由用户置位或复位。用户标志位，由用户置位或复位。 它可作为用户自行定义的一个状态标记。它可作为用户自行定义的一个状态标记。 vRS1 RS0(PSW.4 PSW.3)： 工作寄存器组指针工作寄存器组指针 ，用以选择，用以选择CPU当前工作的寄存器组。当前工作的寄存器组。 2021-7-16 30 RS1 RS0RS

19、1 RS0与工作寄存器组的对应关系与工作寄存器组的对应关系 OV(PSW.2) :溢出标志，当进行算术运算时，如果溢出标志，当进行算术运算时，如果 产生溢出，则由硬件将产生溢出，则由硬件将OV位置位置1，否则清，否则清“0”。 P(PSW.0):奇偶标志位，该位始终跟踪累加器奇偶标志位，该位始终跟踪累加器A内容内容 中中“1”的奇偶性。当的奇偶性。当累加器累加器A内容中有奇数个内容中有奇数个“1”时，时，P置置1 ；否则，；否则，P置置“0”。改变累加器。改变累加器A中内容的指令均会影响中内容的指令均会影响P标标 志位。志位。 2021-7-16 32 2 2 控制器控制器 v（1 1）指令寄

20、存器（）指令寄存器（IRIR，8 8位）位） 保存当前正在执行的一条指令，内容包含操作码和地址码。保存当前正在执行的一条指令，内容包含操作码和地址码。 暂存当前指令。指令操作码送指令译码器。暂存当前指令。指令操作码送指令译码器。 v（2 2）译码与控制逻辑（）译码与控制逻辑（ID ID ） 微处理器的核心部件。它的任务是完成读指令、执行指令、存取微处理器的核心部件。它的任务是完成读指令、执行指令、存取 操作数运算结果，向其他部件发出各种微控制信号，协调各部操作数运算结果，向其他部件发出各种微控制信号，协调各部 件工作。件工作。 v（3 3）程序计数器）程序计数器PCPC( (具有三种功能具有三

21、种功能) ) 复位功能：通电进入初始状态，复位功能：通电进入初始状态，PCPC内容自动清零。内容自动清零。 计数功能：每取指令代码一个字节，计数功能：每取指令代码一个字节， PCPC自动加自动加1 1。 直接置位功能：直接接受内部总线送来的数据。直接置位功能：直接接受内部总线送来的数据。 CPU CPU执行程序时，先按执行程序时，先按PCPC给出的地址到存储器取一条指令，给出的地址到存储器取一条指令， PCPC自动加自动加1 1。CPUCPU执行完一条指令，再到存储器取下一条指执行完一条指令，再到存储器取下一条指 令，令，。 执行调用子程序或发生中断时执行调用子程序或发生中断时 CPUCPU会

22、自动将当前会自动将当前PCPC值压入堆栈，将子程序入口地址或中断入值压入堆栈，将子程序入口地址或中断入 口地址装入口地址装入PCPC； 子程序返回或中断返回时，恢复原有被压入堆栈的子程序返回或中断返回时，恢复原有被压入堆栈的PCPC值，继值，继 续执行原顺序程序指令。续执行原顺序程序指令。 PCPC不属于特殊功能寄存器，不可访问，在物理结构上不属于特殊功能寄存器，不可访问，在物理结构上 是独立的。是独立的。 PC PC是一个是一个1616位的地址寄存器，用于存放将要从位的地址寄存器，用于存放将要从ROMROM中读中读 出的下一字节指令码的地址，因此也称为地址指针。出的下一字节指令码的地址，因此

23、也称为地址指针。 PC PC的基本工作方式有：的基本工作方式有： 自动加自动加1 1。CPUCPU从从ROMROM中每读一个字节，自动执行中每读一个字节，自动执行 PC+1PCPC+1PC； 执行有条件或无条件转移指令时，执行有条件或无条件转移指令时，PC将被置成数值，从而将被置成数值，从而 使程序流向的发生变化，修改下一次读使程序流向的发生变化，修改下一次读ROM新的地址。新的地址。 v具体来说具体来说 35 3. 3. 其他寄存器其他寄存器 堆栈指针堆栈指针SP:SP:指示栈顶在内部指示栈顶在内部RAMRAM中的位置，复位后中的位置，复位后 ，SPSP 中的内容为中的内容为07H07H，堆

24、栈从，堆栈从08H08H开始向上生长。开始向上生长。80C5180C51的堆栈的堆栈 区是向地址增大的方向生成的。区是向地址增大的方向生成的。 数据指针数据指针DPTR:DPTR:由由DPHDPH和和DPLDPL两个两个8 8位寄存器构成，可对片外位寄存器构成，可对片外 64KB64KB范围内的范围内的RAMRAM或或ROMROM进行间接寻址或变址寻址操作。进行间接寻址或变址寻址操作。 工作寄存器工作寄存器R0-R7R0-R7 2021-7-16 36 工作寄存器工作寄存器R0-R7R0-R7及其存储器映射及其存储器映射 2021-7-16 37 2.2.2 80C512.2.2 80C51的

25、的CPUCPU时钟时钟 时钟产生方式（时序）时钟产生方式（时序） 内部时钟方式内部时钟方式 外部时钟方式外部时钟方式 时钟电路，时钟电路，作用是：产生时序电位和时序脉冲作用是：产生时序电位和时序脉冲 1）内部时钟方式）内部时钟方式 片内振荡器片内振荡器 等效电路等效电路 外部谐振电路外部谐振电路 晶体或陶瓷谐振器晶体或陶瓷谐振器 1.2M12MHZ 补偿电容补偿电容 30PF或或47PF 2）外部时钟方式）外部时钟方式 XTAL2 悬空悬空 3）CPU的时序的时序 一、振荡周期一、振荡周期(时钟周期时钟周期) 即时钟周期，由晶振主频率决定，即时钟周期，由晶振主频率决定， 单片机的基本时间单位。

26、单片机的基本时间单位。 若时钟的晶体的振荡频率为若时钟的晶体的振荡频率为fosc，则时钟周期，则时钟周期 Tosc=1/fosc。如。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。 单片机完成一个基本操作的时间单片机完成一个基本操作的时间 执行一条指令分为几个机器周期。每个机器周期执行一条指令分为几个机器周期。每个机器周期 完成一个基本操作。完成一个基本操作。MCS-51单片机每单片机每12个时钟个时钟 周期为一个机器周期周期为一个机器周期 一个机器周期分为一个机器周期分为6个状态，个状态，S1S6；每个状态包；每个状态包 含两个振荡周期（即两拍），含两个振荡周期（即两拍），P1和和P2。因

27、此，。因此， 80C51的时序可表示为的时序可表示为S1P1，S1P2，S6P1， S6P2 二、机器周期二、机器周期 单片机原理与应用 2021-7-16 42 三、指令周期三、指令周期 一条指令的执行时间一条指令的执行时间 一般为一般为12个机器周期，乘除指令为个机器周期，乘除指令为4个机器周期个机器周期 执行一条指令时，可分为取指令阶段和指令执行阶段 。 p 取指令阶段，PC中地址送到程序存储器，并从中取出需要执行 指令的操作码和操作数。 p 指令执行阶段，对指令操作码进行译码，以产生一系列控制信 号完成指令的执行。 p ALE信号是为地址锁存而定义的，以时钟脉冲1/6的频率出现， 在一

28、个机器周期中，ALE信号两次有效（注意，在执行访问外部 数据存储器的指令MOVX时，将会丢失一个ALE脉冲） 振荡周期振荡周期( (时钟周期时钟周期)= = 晶振频率晶振频率foscfosc的倒数；的倒数； 1 1个机器周期个机器周期 = 6= 6个状态个状态周期；周期；1 1个机器周期个机器周期 = 12= 12个个时钟时钟 周期周期；1 1个指令周期个指令周期 = 1= 1、2 2、4 4个机器周期个机器周期 例如，设晶振主频率为例如，设晶振主频率为12MHZ 时钟周期时钟周期(振荡周期振荡周期)1/12MHz1/12s0.0833s 状态周期状态周期1/6s0.167s 机器周期机器周期

29、1s 指令周期为指令周期为1s、2s、4s 可用于计算指令、程序的执行时间，以及定时器的定时可用于计算指令、程序的执行时间，以及定时器的定时 时间时间 牢牢记住：牢牢记住： 2021-7-16 44 80C5180C51的时钟信号的时钟信号 1、若外接晶振、若外接晶振 fOSC=12MHz时：时： 振荡周期振荡周期1/6MHz1/6s 0.167s S状态周期状态周期 2(1/6s)=0.334s 机器周期机器周期 12(1/6s)= 2s 指令周期指令周期28s 振荡周期振荡周期1/12MHz1/12s0.0833s S状态周期状态周期2(1/12s)=1/6s0.167s 机器周期机器周期

30、12(1/12s)=1s 指令周期指令周期14s 2、若外接晶振、若外接晶振 fOSC=6MHz时：时： 时钟参数时钟参数 2021-7-16 46 80C51 80C51的典型时序的典型时序 单字节指令单字节指令 双字节指令双字节指令 单周期指令单周期指令 2021-7-16 47 程序存储器中的指令代码及其观察程序存储器中的指令代码及其观察 2021-7-16 48 双周期指令双周期指令 2021-7-16 49 访问外部访问外部RAM的双周期指令时序的双周期指令时序 复位操作复位操作,引脚引脚9 RST/VPD ：复位引脚复位引脚 复位电路复位电路 RST 斯密特斯密特 触发器触发器 片

31、内片内 复位复位 电阻电阻 两个机器周期两个机器周期 以上高电平以上高电平 2.2.3 80C512.2.3 80C51单片机的复位单片机的复位 引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时 钟振荡周期）的高电平就可使8051复位 2021-7-16 51 2.2.3 80C512.2.3 80C51单片机的复位单片机的复位 复位复位可使单片机可使单片机或或系统部件处于确定的系统部件处于确定的初始状态初始状态。 复位电路复位电路 上电复位电路上电复位电路 按键与上电复位按键与上电复位 2021-7-16 52 单片机复位后的状态单片机复位后的状态 PC PC = = 00000000H H，所以

32、程序从，所以程序从0000H0000H地址单元开始执行；地址单元开始执行； RAMRAM：随机值随机值（运行中复位不改变（运行中复位不改变RAMRAM内容内容 ） 特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR： P0P0P3=P3=FFFFH H，各口可用于输出，也可用于输入；，各口可用于输出，也可用于输入； SP=SP=0707H H，第一个入栈内容将写入，第一个入栈内容将写入08H08H单元；单元； IPIP、IEIE和和PCONPCON：有效位为：有效位为0 0，各中断源处于低优先级且各中断源处于低优先级且 均被关断、串行通讯的波特率不加倍；均被关断、串行通讯的波特率不加倍； PSW=PSW

33、=0000H H，当前工作寄存器为，当前工作寄存器为0 0组。组。 单片机原理与应用 2021-7-16 53 两种实用的兼有上电复位与按钮复位的电路 图（b）的电路能输出高、低两种电平的复位控制信号，以适应外围 I/O接口芯片所要求的不同复位电平信号。 74LS122为单稳电路，实验表明，电容C的选择约为0.1F较好。 2021-7-16 54 2.3 80C51的存储器组织的存储器组织 80C5180C51存储器可以分成两大类：存储器可以分成两大类： RAMRAM，CPUCPU在运行时能随时进行数据的写入和读在运行时能随时进行数据的写入和读 出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。出，但

34、在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。用用 来存放暂时性的输入输出数据、运算的来存放暂时性的输入输出数据、运算的中间结果中间结果或或 用作用作堆栈堆栈。 ROMROM，写入信息后不易改写的存储器。断电后，写入信息后不易改写的存储器。断电后， 其中的信息保留不变。其中的信息保留不变。用来存放用来存放固定的程序或数据固定的程序或数据， 如系统监控程序、常数表格等。如系统监控程序、常数表格等。 n位位 b (bit)：一个二进制位，信息最小单位。：一个二进制位，信息最小单位。 n字节字节 B (Byte)：8位为一个字节。位为一个字节。 n字长字长 W (Word Length)：一个字包含的二进制位

35、数：一个字包含的二进制位数 (一一) 存储器基本信息单位存储器基本信息单位 (二二)存储器结构存储器结构 存储器功能存储器功能：存放程序和数据等信息。：存放程序和数据等信息。 存储内容存储内容：程序或数据的二进制代码。：程序或数据的二进制代码。 存储地址存储地址：存储器每个单元的位置编号：存储器每个单元的位置编号 存储器容量存储器容量：指存储单元的多少。：指存储单元的多少。 如存储器容量为如存储器容量为1KB = 10248位。位。 1KB存储器存储器 地址地址 存储内容存储内容 0 10011010 1 01101011 1023 10100111 (三三)存储器读写操作存储器读写操作 n存

36、储器存储器读读： CPU从存储器中取出信息。从存储器中取出信息。 n存储器存储器写写： CPU将信息存入存储器。将信息存入存储器。 1KB存储器存储器 地址地址 存储内容存储内容 0 10011010 1 01101011 1023 10100111 CPU 地地 址址 内内 容容 读写控制读写控制 n存储器的存储器的读写操作读写操作： 2.2.发出读写控制时序信发出读写控制时序信 号，对选定单元进行号，对选定单元进行 读或写。读或写。 1 1.CPU.CPU先送出一个确定的单元地址给存储器先送出一个确定的单元地址给存储器 (四四) 半导体存储器半导体存储器 RAM：随机读写存储器。随机读写存

37、储器。 能方便读出和改写信息，但失电后信息将不复存能方便读出和改写信息，但失电后信息将不复存 在。在。RAM常用作数据存储器，暂存各种现场数据、运常用作数据存储器，暂存各种现场数据、运 算结果和正在调试的程序。算结果和正在调试的程序。 ROM：只读存储器。只读存储器。 工作时从工作时从ROM中读出信息，不能随意改写。断电中读出信息，不能随意改写。断电 后信息不会丢失。后信息不会丢失。ROM常用作程序存储器，存放已调常用作程序存储器，存放已调 试好的固定程序和常数。试好的固定程序和常数。 程序存储器：程序存储器：存放程序指令代码。存放程序指令代码。 每个指令周期每个指令周期CPUCPU自动对程序

38、存储器读操作。自动对程序存储器读操作。 数据存储器：数据存储器：存放待处理数据。存放待处理数据。 数据存储器读写操作发生在数据存储器读写操作发生在CPU执行程序的过程中执行程序的过程中 。 2021-7-16 58 2.3.1 80C512.3.1 80C51单片机的程序存储器配置单片机的程序存储器配置 片片内内与片与片外外程序存储器的选择程序存储器的选择 EAEA接高电平接高电平 片内片内 2021-7-16 59 EAEA引脚接地引脚接地-片外片外 2021-7-16 60 程序存储器低端的几个特殊单元程序存储器低端的几个特殊单元 2021-7-16 61 程序存储器中的指令代码及其观察程

39、序存储器中的指令代码及其观察 2021-7-16 62 2.3.2 80C512.3.2 80C51单片机数据存储器配置单片机数据存储器配置 片片内、内、片片外外数据存储器概况数据存储器概况 片内片内RAMRAM及及SFR SFR 片外片外RAM RAM 63 5151存储器结构总结存储器结构总结 64 （1 1）00H00H7FH(07FH(0127)127)单元组成低单元组成低128128 字节的片内字节的片内RAMRAM区，对其访问可采用直接区，对其访问可采用直接 寻址或间接寻址的方式寻址或间接寻址的方式 。 （2 2）80H80HFFH(128FFH(128256)256)单元组成高单

40、元组成高 128128字节的专用寄存器字节的专用寄存器(SFR)(SFR)区，只能采区，只能采 用直接寻址方式来访问。用直接寻址方式来访问。 （3 3）MCS-52MCS-52子系列中的片内子系列中的片内RAMRAM增大了增大了 128128字节，其地址范围也是从字节，其地址范围也是从80H80HFFH FFH ； 为了与为了与SFRSFR区分，对此段的范围只能采用区分，对此段的范围只能采用 间接寻址方式来访问。间接寻址方式来访问。 2021-7-16 65 工作寄存器区（含寄存器组工作寄存器区（含寄存器组0 0 3 3） 寄存器组寄存器组0 0：地址：地址00H00H07H07H 寄存器组寄

41、存器组1 1：地址：地址08H08H0FH0FH 寄存器组寄存器组2 2：地址：地址10H10H17H17H 寄存器组寄存器组3 3：地址：地址18H18H1FH1FH 当前工作寄存器组当前工作寄存器组选择选择 PSWPSW寄存器中：寄存器中： 2021-7-16 66 片内片内RAMRAM详图详图 2021-7-16 67 位寻址区位寻址区 字节字节 地址地址 位地址位地址 D7D6D5D4D3D2D1D0 20H07H06H05H04H03H02H01H00H 21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H 22H17H16H15H14H13H12H11H10H 23H1FH1EH

42、1DH1CH1BH1AH19H18H 24H27H26H25H24H23H22H21H20H 25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H 26H37H36H35H34H33H32H31H30H 27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H 28H47H46H45H44H43H42H41H40H 29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H 2AH57H56H55H54H53H52H51H50H 2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H 2CH67H66H65H64H63H62H61H60H 2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H 2

43、EH77H76H75H74H73H72H71H70H 2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H 2021-7-16 68 通用通用RAMRAM区区 n 30H30H7FH7FH，共，共8080字节字节 n 数据缓冲数据缓冲 n 堆栈堆栈 SPSP指示栈顶指示栈顶 复位时复位时SPSP= =0707H H 系统初始化通常系统初始化通常重新设置重新设置 2021-7-16 69 RAMRAM内容查看内容查看 2021-7-16 70 2.3.3 80C512.3.3 80C51单片机的特殊功能寄存器（单片机的特殊功能寄存器（SFRSFR） 基本型单片机有基本型单片机有2121个个SF

44、RSFR离散地分布在离散地分布在80H80HFFHFFH空间。空间。 与运算器相关与运算器相关3 3个个 ACCACC B B PSWPSW 与定时与定时/ /计数器相关计数器相关6 6 个个 TH0,TL0TH0,TL0 TH1,TL1TH1,TL1 TMODTMOD TCON TCON 指针类指针类3 3个个 SPSP DPH,DPLDPH,DPL 与口相关与口相关7 7个个 P0,P1,P2,P3P0,P1,P2,P3 SBUFSBUF SCON SCON PCONPCON 与中断相关与中断相关2 2个个 IEIE IPIP 2021-7-16 71 80C51的逻辑结构（的逻辑结构（I

45、O） 2021-7-16 72 2.4 80C51的并行口的并行口 P0P0口结构口结构 P0P0作通用作通用I/OI/O口口（当（当EA=1EA=1或或“MOVMOV”传送时传送时C=0C=0） 输输出出时时 2.4.1 P02.4.1 P0、P2P2口的结构口的结构 1 1、 P0P0用作通用用作通用I/OI/O口口 当系统不进行片外的当系统不进行片外的ROM扩展，也不进扩展，也不进 行片外行片外RAM扩展时扩展时，P0用作通用用作通用I/O口口。 在这种情况下，单片机硬件自动使在这种情况下，单片机硬件自动使C=0， MUX开关接向锁存器的反相输出端。开关接向锁存器的反相输出端。 另外，与

46、门输出的另外，与门输出的“0”使输出驱动器的上拉使输出驱动器的上拉 场效应管场效应管T1处于截止状态。因此，输出驱动处于截止状态。因此，输出驱动 级工作在级工作在需外接上拉电阻需外接上拉电阻的的漏极开路漏极开路方式。方式。 作输出口时，作输出口时，CPU执行口的输出指令，内执行口的输出指令，内 部数据总线上的数据在部数据总线上的数据在“写锁存器写锁存器”信号的信号的 作用下由作用下由D端进入锁存器，经锁存器的反向端进入锁存器，经锁存器的反向 端送至场效应管端送至场效应管T2，再经，再经T2反向，在反向，在P0.X 引脚出现的数据正好是内部总线的数据。引脚出现的数据正好是内部总线的数据。 作输入

47、口时，数据可以读自口的锁存器，作输入口时，数据可以读自口的锁存器， 也可以读自口的引脚。这要根据输入操作也可以读自口的引脚。这要根据输入操作 采用的是采用的是“读锁存器读锁存器”指令还是指令还是“读引脚读引脚 ”指令来决定。指令来决定。 2021-7-16 75 输输入入时时 读锁存器（读锁存器（“读读- -修改修改- -写写”类指令，如类指令，如ANL P0,AANL P0,A） 读引脚（读引脚（“MOVMOV”类指令，如类指令，如MOV A, P0MOV A, P0）, ,要先写要先写“1 1” 1 1 0 0 P0P0作通用作通用 I/OI/O时为：时为： 准双向口准双向口！ 2021-

48、7-16 76 2021-7-16 77 2、P0用作地址用作地址/数据总线数据总线 当系统进行片外的当系统进行片外的ROM扩展或进行扩展或进行 片外片外RAM扩展，扩展，P0用作地址用作地址/数据总线数据总线 时时。 在这种情况下，单片机内硬件自动使在这种情况下，单片机内硬件自动使 C=1，MUX开关接向反相器的输出端，开关接向反相器的输出端， 这时与门的输出由地址这时与门的输出由地址/数据线的状态决数据线的状态决 定。定。 2021-7-16 79 P0P0作地址数据总线（作地址数据总线（当当EA=0EA=0或或“MOVXMOVX”类传送时类传送时C=1C=1） 输输出出时，时， 地址地址

49、/ /数据数据信信 息分时出现在息分时出现在 输出引脚输出引脚。 输输入入时，时， 先输出地址，先输出地址， 然后然后自动向锁自动向锁 存器写存器写1 1，再，再 读引脚。此时读引脚。此时 为为真正双向口真正双向口。 P0P0作地址作地址/ /数据总线数据总线 CPU在执行输出指令时，低在执行输出指令时，低8位地址信息和位地址信息和 数据信息分时地出现在地址数据信息分时地出现在地址/数据总线上。数据总线上。 P0.X引脚的状态与地址引脚的状态与地址/数据线的信息相同。数据线的信息相同。 CPU在执行输入指令时，首先低在执行输入指令时，首先低8位地址信位地址信 息出现在地址息出现在地址/数据总线

50、上，数据总线上，P0.X引脚的状态与地引脚的状态与地 址址/数据总线的地址信息相同数据总线的地址信息相同。然后，。然后，CPU自动地使自动地使 转换开关转换开关MUX拨向锁存器，并向拨向锁存器，并向P0口写入口写入 FFH，同时，同时“读引脚读引脚”信号有效，信号有效，数据经缓冲器数据经缓冲器 进入内部数据总线进入内部数据总线。 P0口作为地址口作为地址/数据总线使用时是一个真正数据总线使用时是一个真正 的双向口。的双向口。 2021-7-16 81 P2P2口结构口结构 P2P2作通用作通用I/OI/O口口（未扩片外存储器，或虽扩（未扩片外存储器，或虽扩RAMRAM但采用但采用“MOVX R

51、iMOVX Ri” 传送时传送时C=0C=0） P2P2作通用作通用 I/OI/O时为：时为： 准双向口准双向口！ P2P2作地址作地址 总线高总线高8 8位位 （C=1C=1） 单片机的引脚（P2口） P2.0P2.0P2.7: P2.7: 准双向准双向I/O I/O （内置了上拉电阻）（内置了上拉电阻） 寻址外部存储器时寻址外部存储器时输出高输出高8 8位地址位地址；不接外部存储器时；不接外部存储器时 可可作为作为8 8位位准双向准双向I/OI/O口口使用。使用。 2 1 DQ CK/Q 读引脚读引脚 读锁存器读锁存器 写锁写锁 存器存器 内部内部 总线总线 地址高地址高8位位 控制控制

52、引脚引脚 P2.X 3 内部上拉电阻内部上拉电阻 Vcc 2 1 DQ CK/Q 读引脚读引脚 =0 读锁存器读锁存器 写锁写锁 存器存器 内部内部 总线总线 地址高地址高8位位 控制控制 引脚引脚P2.X 控制控制=0时，此脚作通用时，此脚作通用输出口输出口： 输出输出=1时时 1 1 0 截截 止止 3 内部上拉电阻内部上拉电阻 11 Vcc =1 =0 单片机的引脚（P2口） P2.0P2.0P2.7: P2.7: 准双向准双向I/O I/O （内置了上拉电阻）（内置了上拉电阻） 寻址外部存储器时寻址外部存储器时输出高输出高8 8位地址位地址；不接外部存储器时；不接外部存储器时 可作为可

53、作为8 8位位准双向准双向I/OI/O口口使用。使用。 2 1 DQ CK/Q 读引脚读引脚 =0 读锁存器读锁存器 写锁写锁 存器存器 内部内部 总线总线 地址高地址高8位位 控制控制 引脚引脚P2.X 控制控制=0时，此脚作通用时，此脚作通用输出口输出口： 输出输出=0时时 0 0 1 导导 通通 3 内部上拉电阻内部上拉电阻 00 Vcc =0 =0 单片机的引脚单片机的引脚（P2P2口）口） P2.0P2.0P2.7: P2.7: 准双向准双向I/O I/O （内置了上拉电阻）（内置了上拉电阻） 寻址外部存储器时寻址外部存储器时输出高输出高8 8位地址位地址；不接外部存储器时；不接外部

54、存储器时 可作为可作为8 8位位准双向准双向I/OI/O口口使用。使用。 2 1 DQ CK/Q 读引脚读引脚 =0 读锁存器读锁存器 写锁写锁 存器存器 内部内部 总线总线 地址高地址高8位位 控制控制=1 引脚引脚P2.X 控制控制=1 时，此脚作时，此脚作高高8位地址位地址A8A15输出口：输出口： 当当输出输出 =1 时时 1 0 截截 止止 3 内部上拉电阻内部上拉电阻 1 =1 Vcc =1 单片机的引脚（P2口） P2.0P2.0P2.7: P2.7: 准双向准双向I/O I/O （内置了上拉电阻）（内置了上拉电阻） 寻址外部存储器时寻址外部存储器时输出高输出高8 8位地址位地址

55、；不接外部存储器时；不接外部存储器时 可作为可作为8 8位位准双向准双向I/OI/O口口使用。使用。 2 1 DQ CK/Q 读引脚读引脚 =0 读锁存器读锁存器 写锁写锁 存器存器 内部内部 总线总线 地址高地址高8位位 控制控制=1 引脚引脚P2.X 0 1 导导 通通 3 内部上拉电阻内部上拉电阻 0 =0 Vcc =0 控制控制=1 时，此脚作时，此脚作高高8位地址位地址A8A15输出口：输出口： 当当输出输出 =0 时时 单片机的引脚单片机的引脚（P2P2口）口） P2.0P2.0P2.7: P2.7: 准双向准双向I/O I/O （内置了上拉电阻）（内置了上拉电阻） 寻址外部存储器

56、时寻址外部存储器时输出高输出高8 8位地址位地址；不接外部存储器时；不接外部存储器时 可作为可作为8 8位位准双向准双向I/OI/O口口使用。使用。 2021-7-16 87 P1P1口结构口结构 P1P1仅能为通用的仅能为通用的准双向口准双向口！ 2.4.2 P12.4.2 P1、P3P3口的结构口的结构 2 1 DQ CK/Q 读引脚读引脚 读锁存器读锁存器 写锁写锁 存器存器 内部内部 总线总线 Vcc 引脚引脚P1.X 内部上拉电阻内部上拉电阻 输输出出数据数据 = 1 时时 1 1 0 截截 止止 =1 单片机的引脚（P1口） P1.0P1.0P1.7: P1.7: 准双向准双向I/

57、OI/O口口（内置了上拉电阻）（内置了上拉电阻） 输出时一切照常，仅在作输出时一切照常，仅在作输入口输入口用时要先对其用时要先对其 写写“1 1”。 2 1 DQ CK/Q 读引脚读引脚 读锁存器读锁存器 写锁写锁 存器存器 内部内部 总线总线 Vcc 引脚引脚P1.X 内部上拉电阻内部上拉电阻 输输出出数据数据 = 0 时时 0 0 1 =0 导导 通通 单片机的引脚（P1口） P1.0P1.0P1.7: P1.7: 准双向准双向I/OI/O口（口（内置了上拉电阻内置了上拉电阻） 输出时一切照常，仅在作输出时一切照常，仅在作输入口输入口用时要先对其用时要先对其 写写“1 1”。 2 1 DQ

58、 CK/Q 读引脚读引脚 =1 读锁存器读锁存器 写锁写锁 存器存器 内部内部 总线总线 Vcc 引脚引脚P1.X 内部上拉电阻内部上拉电阻 输输入入数据时，要先对其写数据时，要先对其写“1” 1 1 0 截截 止止 单片机的引脚单片机的引脚（P1P1口）口） P1.0P1.0P1.7: P1.7: 准双向准双向I/OI/O口（口（内置了上拉电阻内置了上拉电阻） 输出时一切照常，仅在作输出时一切照常，仅在作输入口输入口用时要先对其用时要先对其 写写“1 1”。 2021-7-16 91 P3P3口结构口结构 第一功能：第一功能：通用通用I/OI/O口（对口寻址时）口（对口寻址时） 单片机的引脚

59、（P3口） P3.0P3.0P3.7: P3.7: 双功能口双功能口（内置了上拉电阻）（内置了上拉电阻） 它它具有特定的第二功能具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能时它就。在不使用它的第二功能时它就 是普通的是普通的通用准双向通用准双向I/OI/O口口。 2 1 DQ CK/Q 读引脚读引脚 读锁存器读锁存器 写锁写锁 存器存器 内部内部 总线总线 第二功能输出第二功能输出 引脚引脚 P3.X 3 内部上拉电阻内部上拉电阻 Vcc 第二功能输入第二功能输入 4 2 1 DQ CK/Q 读引脚读引脚 读锁存器读锁存器 写锁写锁 存器存器 内部内部 总线总线 第二功能输出第二功能输出 （WRWR，RDRD，TxDTxD） 引脚引脚 P3.X 3 内部上拉电阻内部上拉电阻 Vcc 4 第二功能输出时，内部自动第二功能输出时，内部自动 D=1D=1 11 1 反相器反相器 单片机的引脚（P3口） P3.0P3.0P3.7: P3.7: 双功能口双功能