第2章_单片机芯片的结构

1、主要内容：主要内容：80C51系列单片机的分类系列单片机的分类 80C51的内部结构的内部结构 80C51的引脚功能的引脚功能 80C51 的的I/O端口端口 CPU时序及工作方式时序及工作方式学习目标：学习目标： 了解单片机的分类，各引脚功能，输入了解单片机的分类，各引脚功能，输入/输出口作用输出口作用 熟悉单片机存储器组织熟悉单片机存储器组织2.1 80C512.1 80C51单片机系列单片机系列 80C51系列单片机是系列单片机是Intel公司于公司于1980年推出的年推出的8位机，因其优秀的性能价格比，获得了广泛的位机，因其优秀的性能价格比，获得了广泛的应用应用 80C51是是80C5

2、1系列单片机中系列单片机中CHMOS工艺的一个工艺的一个典型品种。一般以典型品种。一般以8051为基核开发出的为基核开发出的CHMOS工艺单片机产品统称为工艺单片机产品统称为80C51系列单片机系列单片机 80C51可分为可分为51和和52个子系列，主要有四种型个子系列，主要有四种型号，分别是：号，分别是：80C31/80C32、80C51/80C52、87C51/87C52、89C51/89C52。 不同型号不同型号MCS-51单片机单片机CPU处理能力和指令系统处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不接口的配置有所不同。同。硬件配置硬件配置基本配

3、置：基本配置：1. 81. 8位位CPUCPU2. 2. 片内片内ROM/EPROMROM/EPROM、RAMRAM3. 3. 片内并行片内并行 I/OI/O接口接口4. 4. 片内片内1616位定时器位定时器/ /计数器计数器5. 5. 片内中断处理系统片内中断处理系统6. 6. 片内全双工串行片内全双工串行I/OI/O口口n 资源配置资源配置 52系列较系列较51系列功能上有所增强，如片内系列功能上有所增强，如片内ROM及及RAM都增加一倍，定时都增加一倍，定时/计数器个数由计数器个数由2个增加个增加到到3个，中断源由个，中断源由5个增加到个增加到6个等。个等。RAMI/O接口接口电路电路

4、CPU时时 钟钟定时器定时器/计数器计数器ROM微处理器微处理器CPU存储器存储器外部输入外部输入/输出接口电路（输出接口电路（I/O接口）接口）中断系统中断系统 时钟电路时钟电路系统总线系统总线80C5180C51单片机的基本结构是由以下几部分组单片机的基本结构是由以下几部分组成成80C5180C51单片机结构框图单片机结构框图80C5180C51单片机芯片内部逻辑结构框图单片机芯片内部逻辑结构框图n 80C5180C51的微处理器的微处理器 它由运算器、控制器等部件组成它由运算器、控制器等部件组成u 运算器运算器由算术逻辑运算单元由算术逻辑运算单元ALU、累加器、累加器ACC、寄存器、寄存

5、器B、暂、暂存寄存器和程序状态字寄存器存寄存器和程序状态字寄存器PSW组成。它所完成的组成。它所完成的任务是实现算术与逻辑运算、位变量处理和数据传送任务是实现算术与逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作。等操作。u 控制器控制器由指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路和由指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路和程序计数器程序计数器PC等组成。等组成。n 80C5180C51的存储器的存储器 u内部数据存储器内部数据存储器80C5180C51芯片中共有芯片中共有256256个个RAMRAM单元，但其中后单元，但其中后128128单元被单元被专用寄存器占用，供用户使用的只是前专用寄存器占用，

6、供用户使用的只是前128128单元，用于单元，用于存放可读写的数据。存放可读写的数据。 u内部程序存储器内部程序存储器 内部程序存储器是指内部程序存储器是指ROM(4KBROM(4KB8)8)。80C5180C51共有共有 4 KB4 KB掩掩膜膜ROMROM，用存放程序和原始数据，用存放程序和原始数据, ,因此称之为程序存储因此称之为程序存储器，简称器，简称“内部内部 ROMROM”。 n I/OI/O接口电路接口电路 80C51单片机共有单片机共有4个个8位的位的I0口口(P0-P3)，以实现数据的并行输入，以实现数据的并行输入输出。输出。还有一个可编程全双工的串行口，它功能强大，还有一个

7、可编程全双工的串行口，它功能强大，可做异步通信收发器使用，也可用作同步移位器可做异步通信收发器使用，也可用作同步移位器使用。使用。n 中断系统中断系统 80C51单片机的中断功能较强，以满足控制应用单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。的需要。u80C51共有共有5个中断源：个中断源：外部中断外部中断2个个定时计数中断定时计数中断2个个串行中断串行中断1个个全部中断分为高优先级和低优先级共两级。全部中断分为高优先级和低优先级共两级。n 时钟电路时钟电路 80C51单片机的内部具有时钟电路，但石英晶单片机的内部具有时钟电路，但石英晶体振荡器和微调电容需外接。体振荡器和微调电容需外接。 n

8、总线总线 上述这些部件都是通过总线连接起来，才能构上述这些部件都是通过总线连接起来，才能构成一个完整的单片机系统。总线结构减少了单成一个完整的单片机系统。总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。 80C51系列单片机采用系列单片机采用40引引脚的双列直插式封装芯片脚的双列直插式封装芯片4040引脚共可分为四个部分引脚共可分为四个部分1.1. 电源电源2 2个个2.2. 外接晶体振荡器外接晶体振荡器2 2个个3.3. 控制信号引脚控制信号引脚4 4个个4.4. I/OI/O引脚引脚3232个个2.3.1 2.3.1 信号引脚的介绍信号引脚的

9、介绍 Vss（20脚）：接地脚）：接地 Vcc（40脚）：正常操作、对脚）：正常操作、对EPROM编程和验编程和验证时为证时为+5V电源。电源。n主电源引脚主电源引脚VssVss和和VccVccn外接晶振引脚外接晶振引脚XTALlXTALl和和XTAL2XTAL2 XTALl（19脚）脚）：内部振荡电路反相放大器的输入端，是内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。使用外部时钟时，对于外接晶体的一个引脚。使用外部时钟时，对于HMOS单片单片机，该引脚必须接地；对于机，该引脚必须接地；对于CHMOS单片机，该引脚作为单片机，该引脚作为驱动端。驱动端。 XTAL2（18脚）脚）：内部振

10、荡电路反相放大器的输出端，是内部振荡电路反相放大器的输出端，是外接晶体的另一端。若使用外部时钟时，对于外接晶体的另一端。若使用外部时钟时，对于HMOS单片单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于CHMOS单片机，此单片机，此引脚应悬浮。引脚应悬浮。n控制和其它电源复用引脚控制和其它电源复用引脚u RSTVPD（9脚）脚）：双功能引脚：双功能引脚复位信号复位信号RST引脚，输入引脚，输入启动时，需要复位，使启动时，需要复位，使CPUCPU各部件处于确定的初始状态。各部件处于确定的初始状态。正常工作状态（振荡器稳定），该引脚上出现持续正常工作状态（振荡器稳定），该引脚上

11、出现持续2424个个振荡周期（即两个机器周期）以上的高电平，单片机就振荡周期（即两个机器周期）以上的高电平，单片机就可完成系统复位操作可完成系统复位操作 。备用电源备用电源VPD引脚，输入引脚，输入当无当无V VCCCC时使用，给时使用，给内部内部RAMRAM供电以实现掉电保护供电以实现掉电保护。uALEPROG（30脚）：双功能脚）：双功能 地址锁存允许信号地址锁存允许信号ALE，输出，输出当访问当访问外部存储器外部存储器时，时，ALEALE的输出用于锁存地址的的输出用于锁存地址的低位低位字节字节。即使不访问外部存储器，即使不访问外部存储器，ALEALE仍以不变的频率周期性的仍以不变的频率周

12、期性的出现正脉冲信号，出现正脉冲信号，频率为振荡器频率的频率为振荡器频率的1/61/6。 编程脉冲引脚编程脉冲引脚PROG，输入输入在对在对87518751片内片内EPROMEPROM编程时，编程脉冲由此输入编程时，编程脉冲由此输入uEAVpp（31脚）：脚）：双功能双功能访外允许访外允许EA 当当EAEA端保持高电平时，访问端保持高电平时，访问内部程序存储器，内部程序存储器，当当PCPC值超值超过过0FFFH0FFFH时，将自动转向，执行时，将自动转向，执行外部程序存储器外部程序存储器的程序的程序 当当EAEA保持低电平时，则只访问保持低电平时，则只访问外部程序存储器外部程序存储器，不管是，

13、不管是否有内部程序存储器。否有内部程序存储器。 80318031中中EAEA必须接地必须接地Vpp 编程电压输入编程电压输入对对87518751片内片内EPROMEPROM编程时，此脚接编程电压编程时，此脚接编程电压, ,（+21V+21V+25V+25V）uPSEN（29脚）：脚）：外部程序存储器外部程序存储器读选通信号读选通信号在由外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次在由外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次PSENPSEN有效。有效。n并行并行I IO O口引脚口引脚(32(32个，分成个，分成4 4个个8 8位口位口) )u P0.0P0.7：一般一般I IO O口引脚或数据

14、低位地址总线复用引脚；口引脚或数据低位地址总线复用引脚；u P1.0P1.7：一般一般I IO O口引脚；口引脚；u P2.0P2.7：一般一般I IO O口引脚或高位地址总线引脚；口引脚或高位地址总线引脚；u P3.0P3.7：一般一般I IO O口引脚或第二功能引脚。口引脚或第二功能引脚。nP3P3口的第二功能口的第二功能P3.0：RXD 串行数据接收串行数据接收P3.1：TXD 串行数据接收串行数据接收P3.2：INT0# 外部中断外部中断0申请申请P3.3：INT1# 外部中断外部中断1申请申请P3.4：T0 定时器计数器定时器计数器0计数输入计数输入P3.5：T1定时器计数器定时器计

15、数器1计数输入计数输入P3.6：WR# 外部外部RAM写选通写选通P3.7：RD# 外部外部RAM读选通读选通2.3.2 2.3.2 引脚的复用引脚的复用 对于各种型号的芯片，其引脚的第一功能信号是相同对于各种型号的芯片，其引脚的第一功能信号是相同的，所不同的只在引脚的第二功能信号上。的，所不同的只在引脚的第二功能信号上。 对于对于9 9、3030和和3131各引脚，由于第一功能信号与第二功能各引脚，由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号，因此不会发信号是单片机在不同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。生使用上的矛盾。 P3P3口线口线的情况却有所不同，它的第二功

16、能信号都是单的情况却有所不同，它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。因此在实际使用时，总是先按片机的重要控制信号。因此在实际使用时，总是先按需要优先选用它的第二功能，剩下不用的才作为口线需要优先选用它的第二功能，剩下不用的才作为口线使用使用。2.4.1 80C512.4.1 80C51单片机系统的存储器结构特点单片机系统的存储器结构特点n80C51单片机的存储器结构与常见的微型计算单片机的存储器结构与常见的微型计算机的配置方式不同，它把机的配置方式不同，它把程序存储器程序存储器（ROM）和和数据存储器数据存储器（RAM）分开，计成两个独立的）分开，计成两个独立的空间，称为空间，称为哈佛结构

17、。哈佛结构。nROM和和RAM安排在同一空间的不同范围，称为安排在同一空间的不同范围，称为普林斯顿结构普林斯顿结构。哈佛体系结构计算机的存储结构哈佛体系结构计算机的存储结构普林斯顿体系结构计算机的存储结构普林斯顿体系结构计算机的存储结构2.4.2 2.4.2 内部数据存储器低内部数据存储器低128128单元单元n 80C51单片机的单片机的内部数据存储器内部数据存储器(内部内部RAM）共共256字节字节，在物理上分为两个区：，在物理上分为两个区：u低低128字节字节单元，单元地址：单元，单元地址：00H7FH 低低128字节单元字节单元的的RAM常称为常称为片内片内RAM u高高128字节单元

18、，字节单元，单元地址：单元地址：80HFFH 高高128字节单元字节单元又称又称特殊功能寄存器区特殊功能寄存器区（SFR）u80C51片内片内RAM的的128 B单元又分成：单元又分成：工作寄存工作寄存器区、位寻址区、通用用户区器区、位寻址区、通用用户区。工作寄存器区：工作寄存器区：（32B）字节地址：字节地址：00H1FH位寻址区：位寻址区：（16B）字节地址：字节地址：20H2FH位地址为：位地址为：00H7FH一般数据区：一般数据区：（80B）字节地址：字节地址：00H7FH一般使用：一般使用：30H7FHn片内片内RAMRAM（00007FH7FH）工作寄存器区工作寄存器区 p80C5

19、1单片机片内单片机片内RAM低端的低端的00H1FH共共32B分分成成4个工作寄存器组个工作寄存器组，每组占，每组占8个单元个单元。 寄存器寄存器0组：地址组：地址00H07H寄存器寄存器1组：地址组：地址08H0FH寄存器寄存器2组：地址组：地址10H17H寄存器寄存器3组：地址组：地址18H1FHp当前工作寄存器组的选择当前工作寄存器组的选择当前工作寄存器组的选择由当前工作寄存器组的选择由特殊功能寄存器特殊功能寄存器中的中的程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW的的RSl、RS0位来选定位来选定RSl、RS0与工作寄存器组的关系地址如表所示与工作寄存器组的关系地址如表所示 位寻址区位寻址区

20、 内部内部RAM的的20H2FH单元，单元，既可作为一般既可作为一般RAM单元单元使用，进行使用，进行字节字节操作，也可以对单元中每操作，也可以对单元中每一位进行一位进行位操作位操作，因此把该区称之为位寻址区。，因此把该区称之为位寻址区。位寻址区共有位寻址区共有16个个RAM单元，共计单元，共计128位位，地址，地址为为00H7FH。 一般（用户）一般（用户）RAMRAM区区 在内部在内部RAM低低128单元中，单元中，通用寄存器占通用寄存器占32个单个单元元，位寻址区占去位寻址区占去16个单元个单元，剩余，剩余80个单元个单元就是就是供用户使用的供用户使用的一般一般RAM区区，其单元地址为，

21、其单元地址为30H7FH。用户用户RAM区区只能以存储单元的形式来使用，其他只能以存储单元的形式来使用，其他没有任何规定或限制。没有任何规定或限制。在一般应用中常把在一般应用中常把堆栈堆栈开辟在开辟在30H7FH区中区中2.4.3 2.4.3 内部数据存储器高内部数据存储器高128128单元单元（SFRSFR区区）80C51单片机内的单片机内的锁存器锁存器、定时器定时器、串行口数据串行口数据缓冲器缓冲器以及各种以及各种控制寄存器控制寄存器和和状态寄存器状态寄存器等（等（共共21个个）都是以）都是以特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFR）的形式出的形式出现现它们分散地分布在它们分散地分布在内部内

22、部RAM高高128字节字节地址单元地址单元中，可寻址；中，可寻址；程序计数器程序计数器PC不属于此范畴，因为它不可寻址不属于此范畴，因为它不可寻址n累加器累加器AccAcc最常用的最常用的特殊功能寄存器特殊功能寄存器，大部分单操作数指令，大部分单操作数指令的操作取自的操作取自累加器累加器Acc。很多双操作数指令的一。很多双操作数指令的一个操作数取自个操作数取自累加器累加器Acc。乘除法乘除法指令指令中常用的寄存器。乘法指令的两个中常用的寄存器。乘法指令的两个操作数分别取自操作数分别取自A和和B，其结果存放在，其结果存放在A、B寄存寄存器器对中。对中。n寄存器寄存器B Bn程序状态字程序状态字P

23、SWPSWp 程序状态字程序状态字PSW是一个是一个8位位寄存器，它包含了寄存器，它包含了程序状态信息。此寄存器各位的含义如表所示。程序状态信息。此寄存器各位的含义如表所示。其中其中PSW1未用。未用。PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0CYACF0RS1RS0OV/PPSW1未用未用p程序状态字程序状态字PSW PSW 各位定义各位定义 CY(PSW.7)进位标志进位标志 AC(PSW.6)辅助进位标志辅助进位标志 F0(PSW.5)用户标志用户标志 RSl、RS0(PSW.4、PSW.3)寄存器区选择控制寄存器区选择控制 OV(PSW.2)溢出标

24、志溢出标志 P(PSW.0)奇偶标志奇偶标志u进位标志进位标志CYCY(PSW(PSW. .7 7 ：算术逻辑指令时，最高位算术逻辑指令时，最高位D7有进（借）位，则有进（借）位，则CY=1，否则，否则CY=0；在布尔处理器中，它起着在布尔处理器中，它起着“位累加器位累加器”的作用，的作用，17条布尔处理指令多数是针对条布尔处理指令多数是针对CY来完成的。程序来完成的。程序中写成中写成C。加（减）法运算时，如果低半字节的最高位加（减）法运算时，如果低半字节的最高位D3有进（借）位，则有进（借）位，则AC=1，否则，否则AC=0；AC在作在作BCD码运算而进行二十进制调整时有码运算而进行二十进制

25、调整时有用。用。u辅助进位标志辅助进位标志AC(PSW.6)u用户标志用户标志F0F0(PSW(PSW. .5)5)是用户定义的一个状态标志。可通过软件对它置是用户定义的一个状态标志。可通过软件对它置位、清零；位、清零；在编程时，也常测试其状态进行程序分支。在编程时，也常测试其状态进行程序分支。作有符号数加法、减法时由硬件置位或清除，作有符号数加法、减法时由硬件置位或清除，以指示运算结果是否溢出。以指示运算结果是否溢出。u溢出标志溢出标志OV(PSW.2)每执行一条指令，单片机都能根据每执行一条指令，单片机都能根据A中中1的个数的的个数的奇偶自动令奇偶自动令P置位或清零；置位或清零；奇为奇为1

26、，偶为，偶为0。u奇偶标志奇偶标志P(PSW.0)u工作寄存器区选择位工作寄存器区选择位RSlRSl、RS0RS0(PSW(PSW. .4 4、PSWPSW. .3)3)可借软件可借软件置位置位或或清零清零，以选定，以选定4个工作寄存器区个工作寄存器区中的一个区投入工作。中的一个区投入工作。n栈指针栈指针SPSP 栈指针栈指针SP是一个是一个8位特殊功能寄存器位特殊功能寄存器，它指示它指示出出堆栈顶部堆栈顶部在在内部内部RAM中的位置中的位置 系统复位后，系统复位后，SP初始化为初始化为07H，使得堆栈的存，使得堆栈的存放事实上由放事实上由08H单元单元开始。开始。n 数据指针数据指针DPTR

27、DPTRp数据指针数据指针DPTR是一个是一个16位特殊功能寄存器位特殊功能寄存器l可以作为一个可以作为一个16位寄存器位寄存器DPTR来使用来使用l也可作为也可作为两个两个8位寄存器位寄存器使用使用高位字节寄存器高位字节寄存器用用DPH表示表示低位字节寄存器低位字节寄存器用用DPL表示表示 u与接口相关的寄存器与接口相关的寄存器 并行并行IO接口接口P0、P1、P2、P3，均为，均为8位位 串行接口数据缓冲器串行接口数据缓冲器SBUF 串行接口控制寄存器串行接口控制寄存器SCON 电源控制寄存器电源控制寄存器PCONu与中断相关的寄存器与中断相关的寄存器 中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器

28、IE 中断优先级控制寄存器中断优先级控制寄存器lP定时计数器的工作方式寄存器定时计数器的工作方式寄存器TMOD定时计数器的控制寄存器定时计数器的控制寄存器TCONu与定时与定时/ /计数器相关的寄存器计数器相关的寄存器u特殊寄存器的字节寻址特殊寄存器的字节寻址寄存器符号寄存器符号寄存器地址寄存器地址寄存器名称寄存器名称Acc0E0H0E0H累加器累加器B0F0H0F0HB B寄存器寄存器PSW0D0H0D0H程序状态字程序状态字SP81H81H堆栈指针堆栈指针DPL82H82H数据指针低数据指针低8 8位位DPH83H83H数据指针高数据指针高8 8位位IE0A8H0A8H中断允许控制寄存器中

29、断允许控制寄存器IP0B8H0B8H中断优先控制寄存器中断优先控制寄存器可寻址的特殊寄存器及地址可寻址的特殊寄存器及地址寄存器符号寄存器符号寄存器地址寄存器地址寄存器名称寄存器名称P080H80HI/OI/O口口0 0P190H90HI/OI/O口口1 1P20A0H0A0HI/OI/O口口2 2P30B0H0B0HI/OI/O口口3 3PCON87H87H电源控制及波特率选择寄存器电源控制及波特率选择寄存器SCON98H98H串行口控制寄存器串行口控制寄存器SBUF99H99H串行数据缓冲寄存器串行数据缓冲寄存器TCON88H88H定时控制寄存器定时控制寄存器TMOD89H89H定时器方式选

30、择寄存器定时器方式选择寄存器TL08AH8AH定时器定时器0 0低低8 8位位TL18BH8BH定时器定时器0 0高高8 8位位TH08CH8CH定时器定时器1 1低低8 8位位TH18DH8DH定时器定时器1 1高高8 8位位u特殊寄存器的位寻址（共特殊寄存器的位寻址（共1111个）个）寄存器寄存器符号符号MSB 位地址位地址/位名称位名称 LSB B0F7H0F6H0F5H0F4H0F3H0F2H0F1H0F0HA0E7H0E6H0E5H0E4H0E3H0E2H0E1H0E0HPSW0D7H0D6H0D5H0D4H0D3H0D2H0D1H0D0HCYACF0RS1RS0OV/PIP0BFH

31、0BEH0BDH0BCH0BBH0BAH0B9H0B8H/PSPT1PX1PT0PX0P30B7H0B6H0B5H0B4H0B3H0B2H0B1H0B0HP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0IE0AFH0AEH0ADH0ACH0ABH0AAH0A9H0A8HEA/ESET1EX1ET0EX0寄存器寄存器符号符号MSB 位地址位地址/位名称位名称 LSB P20A7H0A6H0A5H0A4H0A3H0A2H0A1H0A0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSM0SM1SM2RENTB

32、8RB8TIRIP197H96H95H94H93H92H91H90HP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0TCON8FH8EH8DH8CH8BH9AH89H88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0P087H86H85H84H83H82H81H80HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.02.4.4 80C512.4.4 80C51单片机的堆栈操作单片机的堆栈操作n 堆栈堆栈 堆栈堆栈是在是在片内片内RAM中开辟的暂存区中开辟的暂存区 功能有两个：功能有两个：保护断点保护断点和和保护现场保护现场 特点：特点：先进后出，后进先出先进后

33、出，后进先出n 堆栈堆栈的操作的操作堆栈共有两种操作：堆栈共有两种操作： 数据进栈数据进栈，指令：，指令：PUSH 数据出栈数据出栈，指令：，指令：POPn堆栈指针堆栈指针SPSP SP实际为一个实际为一个8位寄存器，它的内容是栈顶存位寄存器，它的内容是栈顶存储单元的地址；储单元的地址； 数据的进栈或出栈皆是对堆栈的栈顶单元进行数据的进栈或出栈皆是对堆栈的栈顶单元进行的；的； SP始终指向堆栈始终指向堆栈最后压入最后压入或或即将弹出即将弹出的数据单的数据单元，即指向栈顶。元，即指向栈顶。n 堆栈使用方式堆栈使用方式 堆栈的使用有两种方式：堆栈的使用有两种方式： 自动方式，自动方式，执行子程序、

34、中断响应时执行子程序、中断响应时 指令方式，指令方式，执行指令执行指令 ：PUSH、POPn关于堆栈区的划定关于堆栈区的划定 为保护足够的寄存器内容，需要堆栈有一定的深度，即为保护足够的寄存器内容，需要堆栈有一定的深度，即有足够的容量。有足够的容量。 原则上堆栈区可以是原则上堆栈区可以是片内片内RAM任意区域，但通常任意区域，但通常SP设在设在30H以后，即在以后，即在用户用户RAM（30H7FH）之间开辟堆栈区。）之间开辟堆栈区。 具体应用时栈区设置应和具体应用时栈区设置应和RAM的分配统一考虑，的分配统一考虑，工作寄工作寄存器存器和和位寻址区域位寻址区域分配好后再指定分配好后再指定堆栈区域

35、堆栈区域。 系统复位后，系统复位后，SP07H，则实际堆栈从，则实际堆栈从08H单元单元开始。开始。例例 MOV SP ，3FH即即40H7FH单元为堆栈区单元为堆栈区2.4.5 2.4.5 程序存储器程序存储器n 程序存储器程序存储器用来用来存放程序和表格存放程序和表格常数常数n 程序存储器以程序存储器以程程序计数器序计数器PC作地作地址指针，通过址指针，通过16位地址总线，可位地址总线，可寻址的地址空间寻址的地址空间为为64KBn程序存储器使用时情况程序存储器使用时情况在在80C5187C51片内带有片内带有4KB ROMEPROM程序程序存储器存储器(内部程序存储器内部程序存储器)4KB

36、可存储约可存储约两千两千多条指令多条指令若开发的单片机系统较复杂，若开发的单片机系统较复杂，片内程序存储器片内程序存储器存存储空间不够用时，可外扩展储空间不够用时，可外扩展片外程序存储器片外程序存储器程序存储器程序存储器的总容量为的总容量为64KB片内、片外统一编址片内、片外统一编址64KB总容量减去总容量减去内部内部4KB即为外部能扩展的最大即为外部能扩展的最大容量容量 。n中断入口地址区中断入口地址区在在程序存储器程序存储器中有一个固定的中有一个固定的中断入口地址区中断入口地址区，这些入口地址不得被其他程序指令占用。这些入口地址不得被其他程序指令占用。80C51的的5个个中断入口地址中断入

37、口地址为：为：0003H：外部中断：外部中断0的中断服务程序入口地址的中断服务程序入口地址000BH：定时器计数器：定时器计数器0溢出中断服务程序入溢出中断服务程序入 口地址口地址0013H：外部中断：外部中断1的中断服务程序入口地址的中断服务程序入口地址001BH：定时器计数器：定时器计数器1溢出中断服务程序入溢出中断服务程序入口地址口地址0023H：串行接口中断服务程序入口地址：串行接口中断服务程序入口地址2.4.6 80C512.4.6 80C51的存储器组织的存储器组织 n 根据作用分类根据作用分类：程序存储器程序存储器ROM数据存储器数据存储器RAMn 根据位置分类：根据位置分类：片

38、内存储器片内存储器片外存储器片外存储器n物理上构成了物理上构成了4个结构独立的存储器空间个结构独立的存储器空间片内数据存储器、片外数据存储器片内数据存储器、片外数据存储器片内程序存储器、片外程序存储器片内程序存储器、片外程序存储器p片内程序存储器（片内程序存储器（片内片内ROM）8051、8751有有4KB的的片内片内ROM地址：地址：0000H0FFFHp片内数据存储器片内数据存储器（片内（片内RAM）共有共有256B低低128B片内片内RAM，地址：地址：007FH高高128B片内片内RAM，地址：地址：80HFFH，特殊功特殊功能寄存器（能寄存器（SFRSFR）区）区（占占21B）p片外

39、片外ROM扩展（扩展（最多最多64K）地址为地址为0000HFFFFH或者或者1000HFFFFH注：注：8051、8751芯片根据芯片根据EA状态状态p片外片外RAM扩展扩展地址：地址：0000HFFFFH 80518051存储结构如图存储结构如图n逻辑上划分的逻辑上划分的3 3个存储器地址空间个存储器地址空间p片内外统一编址的片内外统一编址的程序存储器程序存储器地址空间地址空间(64KB) 片内片外的程序存贮器片内片外的程序存贮器在同一逻辑空间中，地在同一逻辑空间中，地址从址从0000HFFFFH，共有，共有64K字节字节范围范围p片内数据存储地址空间片内数据存储地址空间(256B) 片内

40、数据存贮器片内数据存贮器地址范围：地址范围：00HFFH p片外的数据存储器地址空间片外的数据存储器地址空间(64KB) 片外数据存贮器片外数据存贮器地址范围：地址范围：0000HFFFFHn区分四个独立空间的方法区分四个独立空间的方法 使用使用MOV、MOVX、MOVC三个不同的指令分别三个不同的指令分别区分区分片内片内RAM、片外、片外RAM和和ROM 片外片外ROM使用控制信号使用控制信号PSEN片外片外RAM使用控制信号使用控制信号RD、WR EA引脚接地，引脚接地，从片外从片外ROM开始开始 0000H0FFFH 位于位于片外片外ROM EA引脚接高电平，从引脚接高电平，从片内片内R

41、OM开始开始 0000H 0FFFH位于位于片内片内ROM ROM和和片外片外RAM一定要用一定要用16位位地址地址片内片内RAM 和和SFR，只能使用，只能使用8位位地址地址p80C51单片机有单片机有4个个8位位的并行接口的并行接口P0、P1、P2和和P3，共，共32根根I/O线（线（32个引脚个引脚）;p4个个端口都是端口都是双向双向的的;p各接口都由各接口都由接口锁存器接口锁存器、输出驱动器输出驱动器和和输入缓输入缓冲器冲器组成组成;p各接口除可以作为各接口除可以作为字节字节输入输入/输出外，它们的输出外，它们的每每一条一条接口线也可以接口线也可以单独单独地用作地用作位位输入输入/输出

42、线输出线;p各接口编址于各接口编址于特殊功能寄存器特殊功能寄存器中中。P1口内部结构图示口内部结构图示n 接口功能接口功能 P1口只有一种功能：口只有一种功能：通用输入输出接口通用输入输出接口 P1口作输出口时：外电路无需加上拉电阻口作输出口时：外电路无需加上拉电阻 P1口作输入口时：先向锁存器写口作输入口时：先向锁存器写“1”使使“FET”截止截止P1口口由由1个个输出锁存器输出锁存器、2个个三态输入缓冲器三态输入缓冲器和和输出驱动电路输出驱动电路组成组成输出驱动电路输出驱动电路内部设有上拉电阻。内部设有上拉电阻。接口结构中接口结构中锁存器锁存器起输出锁存作用，起输出锁存作用，8位位锁存锁存

43、器器组成组成特殊功能寄存器特殊功能寄存器P1。n P1P1口的内部结构口的内部结构P2口内部结构图示口内部结构图示n P2P2口的内部结构口的内部结构 P2由由1个个输出锁存器输出锁存器、1个个转换转换MUX、2个个三态三态输入缓冲器输入缓冲器、输出驱动电路和、输出驱动电路和1个个反相器反相器组成组成n 接口功能接口功能P2具有双重功能：具有双重功能：通用通用I/O口口和和高高8位地址总线位地址总线u地址总线地址总线单片机扩展时，单片机扩展时，“控制控制”信号使信号使 MUX 打向打向右边，内部的地址线经右边，内部的地址线经反相器反相器与与输出驱动器输出驱动器相相连，于是内部连，于是内部“地址

44、地址”信号可以由信号可以由P2口口引脚输引脚输出，此地址信号为出，此地址信号为高高8位地址位地址。u通用通用I/O接口接口作为作为通用通用I/O口口时，时，“控制控制”信号使信号使MUX打向打向左边，这时左边，这时P2口电路结构与口电路结构与P1口相同，其功能口相同，其功能和用法亦与和用法亦与P1口相同，负载能力也相同。口相同，负载能力也相同。P3口内部结构图示口内部结构图示n P3P3口的内部结构口的内部结构 P3口由口由1个个输出锁存器输出锁存器、3个个输入缓冲器输入缓冲器（其中（其中2个为三态）、个为三态）、输出驱动电路输出驱动电路和和1个个与非门与非门组成组成 输出驱动电路与输出驱动电

45、路与P2接口和接口和P1接口相同，内部设接口相同，内部设有上拉电阻。有上拉电阻。 与与P1口口相比多了一个相比多了一个与非门与非门和一个和一个输入缓冲器输入缓冲器，所以它除了可作为所以它除了可作为一般一般I/O口口外，还具有外，还具有第二第二功能功能。n 接口功能接口功能u 通用通用I/O接口接口作为作为通用通用I/O接口接口时，时，“第二功能输出第二功能输出”线为线为“1”，接口的电路结构与，接口的电路结构与P1口相同，所以功能口相同，所以功能和用法均与和用法均与P1相同。相同。u第二功能第二功能当当P3口口作为第二功能使用时作为第二功能使用时些信号为输出，有些信号为输出，有些信号为输入，为

46、使第二功能信号能顺畅的输些信号为输入，为使第二功能信号能顺畅的输入或输出，该口锁存器的状态必须为入或输出，该口锁存器的状态必须为“1”。P0P0口的内部结构口的内部结构图图n P0P0口的内部结构口的内部结构P0接口由一个接口由一个输入锁存器输入锁存器、两个、两个三态缓冲器三态缓冲器、一个一个输出驱动电路输出驱动电路和一个和一个输出锁存器输出锁存器；输出锁存器为输出锁存器为D触发器触发器；出驱动电路由一对出驱动电路由一对场效应管场效应管T1、T2组成组成；输出控制电路由一个输出控制电路由一个与门与门、一个反相器和一个一个反相器和一个模拟转换开关模拟转换开关MUX组成。组成。n 接口功能接口功能

47、P0口可作为口可作为通用通用I/O接口接口，也可作为，也可作为地址地址/数据总数据总线口线口。u地址地址/ /数据总线数据总线这时这时“控制控制”信号为信号为1 1，多路开关多路开关MUXMUX向上，地向上，地址址/ /数据信号反相后经多路开关送到下一个场数据信号反相后经多路开关送到下一个场效应管的栅极。效应管的栅极。如果地址如果地址/ /数据信号为数据信号为1 1，则下一个场效应管截，则下一个场效应管截止，上一个场效应管导通，引脚为高电平；止，上一个场效应管导通，引脚为高电平；若地址若地址/ /数据信号为数据信号为0 0，则下一个场效应管导通，则下一个场效应管导通，上一个场效应管截止，引脚为

48、低电平，即地址上一个场效应管截止，引脚为低电平，即地址/ /数据信号可顺利的到达引脚数据信号可顺利的到达引脚。u通用通用I/OI/O接口接口此时此时“控制控制”信号为信号为“0 0”，多路开关，多路开关MUXMUX向下，向下，输出驱动器输出驱动器处于开漏状态，故需外接上拉电阻，处于开漏状态，故需外接上拉电阻，这种情况下，电路结构与这种情况下，电路结构与P1P1相同，所以也是一个相同，所以也是一个准双向口准双向口当要作为输入时，必须先向当要作为输入时，必须先向口锁存器口锁存器写写“1”1”。2 2.5.5 .5.5 并行接口电路小结并行接口电路小结1. 按功能划分按功能划分 P0口口：地址低：地

49、址低8位与数据线分时使用端口；位与数据线分时使用端口； P1口口：按位可编址的输入输出口；：按位可编址的输入输出口； P2口口：地址高：地址高8位输出口；位输出口； P3口口：双功能口。若不用第二功能，可作通用：双功能口。若不用第二功能，可作通用I/O口。口。2. 按双向口划分按双向口划分 在在4个口中只有个口中只有P0口是口是真正的双向口真正的双向口，而其余，而其余的的3个口都是个口都是准双向口准双向口。 为此就要求为此就要求P0口的口的输出缓冲器是一个三态门输出缓冲器是一个三态门。 在在P0中中输出三态门输出三态门是由是由两个场效应管两个场效应管(FET)组成组成的，所以说它是一个的，所以

50、说它是一个真正的双向口真正的双向口。 其它其它3个口中，个口中，上拉电阻上拉电阻代替了代替了P0口中的口中的场效场效应管应管，输出缓冲器输出缓冲器不是三态不是三态的，因此的，因此不是真正不是真正的双向口的双向口，而只称其为，而只称其为准双向口准双向口。3. 按三总线划分按三总线划分 地址线地址线：P0、P2口分别输出地址的低口分别输出地址的低8位和高位和高8位位； 数据线数据线：P0口口输入输入输出输出8位数据；位数据； 控制线控制线：P3口口的的8位加上位加上PSEN、ALE共同完成共同完成4. 按负载能力划分按负载能力划分 4个个I/O口的输入和输出口的输入和输出电平电平与与CMOS电平和

51、电平和TTL电平均兼容。电平均兼容。 P0接口的每一位可驱动接口的每一位可驱动8个个LSTTL负载。负载。 P1、P2、P3接口的每一位可驱动接口的每一位可驱动4个个LSTTL负载负载 单片机的工作过程是：单片机的工作过程是：取一条指令取一条指令、译码译码、进进行操作行操作，再取一条指令，再取一条指令，这样自动地、一步，这样自动地、一步一步地依序完成相应指令规定的功能。一步地依序完成相应指令规定的功能。 各指令的操作在时间上有严格的次序，这种各指令的操作在时间上有严格的次序，这种操操作的时间次序作的时间次序称作称作时序时序。 单片机的时钟信号用来为单片机芯片内部各种单片机的时钟信号用来为单片机

52、芯片内部各种操作提供时间基准。操作提供时间基准。 80C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是一是内部时钟方式内部时钟方式，二是，二是外部时钟方式外部时钟方式n内部时钟方式内部时钟方式图中电容器图中电容器C1和和C2的作用的作用是稳定频率和快速起振是稳定频率和快速起振电容值在电容值在530pF，典型值，典型值为为30 pF晶振的振荡频率范围在晶振的振荡频率范围在1.212MHz间选择，典型间选择，典型值为值为12MHz和和6MHz。XTAL1和和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产振），就构

53、成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。生时钟脉冲信号。n外部时钟方式外部时钟方式 一般要求外部信号一般要求外部信号高电高电平的持续时间平的持续时间大于大于20ns，且为频率低于且为频率低于12MHz的的方波方波对于对于CHMOS工艺的单片工艺的单片机，外部时钟要由机，外部时钟要由XTAL1端引入，而端引入，而XTAL2引脚应引脚应悬空。悬空。把外部已有的时钟信号引入到单片机内。此方把外部已有的时钟信号引入到单片机内。此方式常用于多片式常用于多片80C51单片机同时工作，以便于单片机同时工作，以便于各单片机的同步。各单片机的同步。u晶振周期晶振周期（或（或外部时钟信号周期外部时钟信号周期

54、）为最小的时）为最小的时序单位序单位u节拍节拍：一个晶振周期定义叫：一个晶振周期定义叫“节拍节拍”（用（用“P”表示）表示）u状态状态：晶振脉冲经二分频后成为：晶振脉冲经二分频后成为时钟信号时钟信号，将，将时钟周期定义为时钟周期定义为“状态状态”（用（用“S”表示）。表示）。 一个状态等于两个节拍，即一个状态等于两个节拍，即 S2P 前一个前一个节拍称作节拍称作节拍节拍1（P1） 后后一个节拍称作一个节拍称作节拍节拍2（P2）u 机器周期：机器周期：晶振信号晶振信号12分频分频后形成后形成 一个一个机器周期机器周期包含包含12个个晶振周期晶振周期 一个一个机器周期机器周期包含包含6个个状态状态

55、，依次记作，依次记作S1S6 一个一个机器周期机器周期包含包含12个个节拍节拍，依次记作，依次记作S1 P1、 S1 P2、 S2 P1、 S2 P2、 S6 P2u 指令周期：指令周期：执行一条指令所需要的时间执行一条指令所需要的时间。 指令周期指令周期是是最大最大的时序定时单位的时序定时单位, 它一般由若干个它一般由若干个机机器周期器周期组成。组成。 80C51单片机的指令按执行时间可以分为三类：单片机的指令按执行时间可以分为三类：单周单周期指令期指令、双周期指令双周期指令和和四周期指令四周期指令（四周期指令只（四周期指令只有乘、除两条指令）。有乘、除两条指令）。例：例：设单片机工作在晶振

56、频率为设单片机工作在晶振频率为12M12M，则，则时钟周期为：时钟周期为：1/121/12微秒微秒一个机器周期一个机器周期12121/121/121 1微秒微秒若若单片机工作在晶振频率为单片机工作在晶振频率为6M6M，则，则时钟周期为：时钟周期为：1/61/6微秒微秒一个机器周期一个机器周期12121/61/62 2微秒微秒n80C51单片机的指令时序单片机的指令时序 单周期单字节指令单周期单字节指令 单周期双字节指令单周期双字节指令 双周期单字节指令双周期单字节指令 访问外部访问外部RAM周期单字节指令周期单字节指令n 复位复位是使单片或系统中的其他部件处于某种确是使单片或系统中的其他部件处

57、于某种确定的初始状态，单片机的工作是从复位开始的定的初始状态，单片机的工作是从复位开始的n复位电路复位电路 当在当在80C51单片机的单片机的RST引脚引入引脚引入高电平高电平并保持并保持2个机器周期个机器周期时，单片机内部就执行复位操作时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。环复位状态）。 实际应用中，复位操作有两种基本形式：一种实际应用中，复位操作有两种基本形式：一种是是上电复位上电复位。另一种是。另一种是上电与按键均有效的复上电与按键均有效的复位位。 n上电复位上电复位 它是利用电容充电来实现的它是利用电容

58、充电来实现的在接电瞬间，在接电瞬间，RESET端的电位端的电位与与VCC相同，随着充电电流的相同，随着充电电流的减少，减少，RESET的电位逐渐下降。的电位逐渐下降。只要保证只要保证RESET为高电平的时为高电平的时间大于两个机器周期，便能正间大于两个机器周期，便能正常复位。常复位。上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。常用的上电复位电路图如图所示。位操作。常用的上电复位电路图如图所示。n上电与按键均有效的复位上电与按键均有效的复位上电复位原理与上相同上电复位原理与上相同另外在单片机运行期间，另外在单片机运行期间，还可以利用按键完成复位还可以利

59、用按键完成复位操作操作;此时电源此时电源VCC经电阻经电阻R1、R2分压，在分压，在RESET端产生一端产生一个复位高电平个复位高电平; 晶振为晶振为6MHz时，时，R2为为200。复位后，内部各专用寄存器状态表复位后，内部各专用寄存器状态表特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始状态初始状态特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始状态初始状态PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P3FFHSCON00HIP00000BSBUF不定不定IE000000BPCON00000n 80C51有两种有两种低功耗方式低功耗方式，即，即待机方式待机方式和和掉电掉电保护方式保护方式。n 待机方式待机方式和和掉电方式掉电方式都是由都是由专用寄存器专用寄存器PCON（电源控制寄存器电源控制寄存器）的有关位来控制）的有关位来控制n PCON寄存器格式寄存器格式位序位序B7B6B5B4B3B2B1B0位符号位符号SMOD/GF1GF0PDIDLSMOD：波特率倍增位，在串行通信时才使用波特率倍增位，在串行通信时才使用GF1， G