CH2 MCS-51单片机的内部结构-2

1、自动化核心专业课自动化核心专业课单片机及接口技术单片机及接口技术Single-Chip Microcomputer & Interface TechnologyCH2 MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构（第（第2讲）讲）主讲人：于水娟主讲人：于水娟主要内容 1 1）MCS-51MCS-51存储器地址空间划分存储器地址空间划分 2 2）数据存储器结构）数据存储器结构 3 3）程序存储器结构）程序存储器结构 4 4）MCS-51MCS-51存储器结构的特点存储器结构的特点 5 5）思考和练习）思考和练习普林斯顿结构：普林斯顿结构：ROM和和RAM统一编址，即在同一统一编址，即在同

2、一个空间队列内寻址。个空间队列内寻址。哈佛结构：哈佛结构：ROM和和RAM分别编址，在物理空间上分别编址，在物理空间上相互独立。相互独立。存储器的两种结构：存储器的两种结构：2.4 MCS-512.4 MCS-51存储器的结构存储器的结构 哈佛结构（哈佛结构（HarvardHarvard）：哈佛结构是一种并行体哈佛结构是一种并行体系结构将程序和数据存储在不同的存储空间中，系结构将程序和数据存储在不同的存储空间中，即即程序存储器和数据存储器是两个独立的存储程序存储器和数据存储器是两个独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问器，每个存储器独立编址、独立访问。 2.4 MCS-512.4 MCS-

3、51存储器的结构存储器的结构 存储器空间可划分为存储器空间可划分为4类：类： 1.内部程序存储器空间内部程序存储器空间 （8031内部无此空间）内部无此空间） 2.外部程序存储器空间外部程序存储器空间 （最多可扩展（最多可扩展64KB）3.内部数据存储器空间内部数据存储器空间 （低（低128B单元和高单元和高128B单元）单元） 4.外部数据存储器空间外部数据存储器空间 （最多可扩展（最多可扩展64KB）2.4 MCS-512.4 MCS-51存储器的结构存储器的结构单片机存储器配置单片机存储器配置 7FHFFFFH0000H可寻址可寻址片外片外RAMRAM 64K字节字节00H片内片内RAM

4、RAM 128字节字节FFH80H 128字节字节片外片外RAMRAM 64K字节字节FFFFH1000H片外片外ROMROM片外片外ROMROM0FFFH0000HFFFFH0000H片外片外 ROMROM 64K字节字节EA=080C31 4K字节字节EA=1片内片内 ROMROM2.4 MCS-512.4 MCS-51存储器的结构存储器的结构一、一、内部内部数据存储器数据存储器低低128128字节（字节（00H7FH00H7FH）00H00H20H20H2FH2FH7FH7FH1FH1FH30H30H80H80HFFHFFH普通普通RAM区区位寻址区位寻址区工作寄存器区工作寄存器区SFR

5、分布在分布在80H-FFH其中其中83个位个位可位寻址可位寻址内部数据存储器低内部数据存储器低128128单元单元( (包括普通包括普通RAMRAM区、区、位寻址区、工作寄存位寻址区、工作寄存器组区器组区）都可以用于）都可以用于存放数据，也称为存放数据，也称为数数据缓存寄存器。据缓存寄存器。低低128128字节字节片内片内RAMRAM高高128128字节字节2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器片内片内RAMRAM前前3232个单元个单元(00H1FH)(00H1FH)是工作寄存器区是工作寄存器区 ( (由由PSWPSW中的中的RS1,RS0RS1,RS0决定决定) )20H20

6、H2FH2FH7FH7FH30H30H80H80HFFHFFH特殊寄存器区特殊寄存器区普通普通RAM区区位寻址区位寻址区工作寄存器区工作寄存器区08H1FH工作寄存器区工作寄存器区3工作寄存器区工作寄存器区2工作寄存器区工作寄存器区107HR0R2R1R3R4R5R6R702H01H00H06H04H05H03H工作寄存器区工作寄存器区0RS1,RS0=0,0RS1,RS0=0,1RS1,RS0=1,0RS1,RS0=1,100H00H1FH1FH2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器寄存器与寄存器与RAMRAM地址对照表地址对照表 2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据

7、存储器寄存器寄存器地址地址0区区1区区2区区3区区R000H08H10H18HR101H09H11H19HR202H0AH12H1AHR303H0BH13H1BHR404H0CH14H1CHR505H0DH15H1DHR606H0EH16H1EHR707H0FH17H1FH00H00H20H20H2FH2FH7FH7FH1FH1FH30H30H80H80HFFHFFH普通普通RAM区区位寻址区位寻址区工作寄存器区工作寄存器区27H22H21H20H26H24H25H23H28H2FH单元地址单元地址07 06 05 04 03 02 01 000F 0E 0D 0C 0B 0A 09 0817

8、 16 15 14 13 12 11 101F 1E 1D 1C 1B 1A 19 1827 26 25 24 23 22 21 202F 2E 2D 2C 2B 2A 29 2837 36 35 34 33 32 31 303F 3E 3D 3C 3B 3A 39 3847 46 45 44 43 42 41 407F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78位地址位地址总共总共128个可个可按位按位寻址寻址的位的位内部数据存储器中有内部数据存储器中有128128个可按位寻址的位分布在个可按位寻址的位分布在: :20H2FH20H2FH单元单元位地址位地址: :00H7FH00H7FHSFR

9、分布在分布在80H-FFH其中其中83个位个位可位寻址可位寻址片内片内RAMRAM2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器00H00H20H20H2FH2FH7FH7FH1FH1FH30H30H80H80HFFHFFH普通普通RAM区区位寻址区位寻址区工作寄存器区工作寄存器区内部数据存储器的后内部数据存储器的后8080个单元是个单元是普通普通RAMRAM区区(30H7FH)(30H7FH)SFR分布在分布在80H-FFH其中其中83个位可个位可位寻址位寻址片内片内RAMRAM SP栈顶栈顶下一个进栈的下一个进栈的数据将存在此数据将存在此数据数据进栈进栈已经进栈的数已经进栈的数据存放

10、在此据存放在此初始初始 SP普通普通RAMRAM区是用户可以使用的数区是用户可以使用的数据存储区域。据存储区域。通常将堆栈区放通常将堆栈区放在这个区域内在这个区域内。2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器二、内部高二、内部高128128个字节单元个字节单元 特殊功能寄存器特殊功能寄存器（80HFFH80HFFH）00H00H20H20H2FH2FH7FH7FH1FH1FH30H30H普通普通RAM区区位寻址区位寻址区工作寄存器区工作寄存器区SFR分布在分布在80H-FFH其中其中83个位可个位可位寻址位寻址特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR) )又称为专用又称为专用寄存

11、器。寄存器。专用于专用于控制、选择、管理控制、选择、管理、存放存放单片机内部各部分的单片机内部各部分的工作方式、工作方式、条件、状态、结果条件、状态、结果的寄存器的寄存器。80H80HFFHFFH128128字节字节片内片内RAMRAM2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器F8FFF0BF7E8EFE0AE7D8DFD0PSWD7C8CFC0C7B8IPBFB0P3B7A8IEAFA0P2A798 SCONSBUF9F90P19788TCONTMODTL0TL1TH0TH18F80P0SPDPLDPHPCON871 1）程序计数器）程序计数器PCPC（Program Counte

12、rProgram Counter）一般认为：一般认为：PCPC 不是一个特殊功能寄存器不是一个特殊功能寄存器SFRSFR，但，但其作用又十分重要和特殊其作用又十分重要和特殊! !特点：特点：它是它是1616位位的按机器周期的按机器周期自动增自动增1 1计数器。计数器。一切分支一切分支/ /跳转跳转/ /调用调用/ /中断中断/ /复位复位 等操作的本质等操作的本质就是就是: :改变改变 PC PC 值值。总指向下一条指令所在首地址总指向下一条指令所在首地址( (当前当前PCPC值值) )，可，可寻址寻址64KB64KB。PCPC没有地址，是不可寻址的，用户无法对它进没有地址，是不可寻址的，用户

13、无法对它进行读写。行读写。2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器2 2）数据指针）数据指针DPTRDPTR（字节地址（字节地址82H82H，83H83H）特点：特点：它是它是1616位位的寄存器，可分成的寄存器，可分成2 2个个8 8位的寄存器。位的寄存器。它是外部数据存储器的地址指针，可寻址范围它是外部数据存储器的地址指针，可寻址范围64KB64KB。DPTRDPTR是可以访问的，但是不可以进行位寻址。是可以访问的，但是不可以进行位寻址。2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器3 3）堆栈指针）堆栈指针SPSP（Stack Pointer)Stack Pointer

14、)（字节地址（字节地址81H81H）特点：特点：它是它是8 8位位的寄存器。的寄存器。工作方式：先进后出。工作方式：先进后出。作用：暂存数据和地址，用于保护现场或保护断点。作用：暂存数据和地址，用于保护现场或保护断点。系统复位后，系统复位后，SPSP的内容为的内容为07H07H，一般在内部，一般在内部RAMRAM的的30H-7FH30H-7FH单元中开辟堆栈。单元中开辟堆栈。堆栈是向上生长的。堆栈是向上生长的。SPSP可初始化为不同值，所以堆栈位置是浮动的。可初始化为不同值，所以堆栈位置是浮动的。2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器4 4）累加器）累加器 ACCACC（字节地址

15、（字节地址E0HE0H）特点：特点：它是它是8 8位位的寄存器。的寄存器。它可以进行字节寻址和位寻址。它可以进行字节寻址和位寻址。 一个被众多指令用得最频繁的特殊功能寄存一个被众多指令用得最频繁的特殊功能寄存器器( (如：运算、数据传输如：运算、数据传输)。2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器5 5）B B寄存器寄存器（字节地址（字节地址F0HF0H）特点：特点：它是它是8 8位位的寄存器。的寄存器。它可以进行字节寻址和位寻址。它可以进行字节寻址和位寻址。 一个经常与一个经常与 ACC ACC 配合在一起使用的特殊功能配合在一起使用的特殊功能寄存器寄存器( (如：乘法、除法如：

16、乘法、除法) )，此外，它也经常当作，此外，它也经常当作普通寄存器使用。普通寄存器使用。2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器6 6）程序状态字）程序状态字PSWPSW（字节地址（字节地址D0HD0H）特点：特点：它是它是8 8位位的寄存器。的寄存器。它可以进行字节寻址和位寻址。它可以进行字节寻址和位寻址。 用于存放程序运行过程中的各种状态信息。用于存放程序运行过程中的各种状态信息。2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器7 7）I/OI/O口口P0P0- -P3P3（字节地址（字节地址80H80H、90H90H、A0HA0H、B0HB0H）特点：特点：均是均是8 8

17、位位的寄存器。的寄存器。均可以进行字节寻址和位寻址。均可以进行字节寻址和位寻址。P0P0口是双向三态口是双向三态I/OI/O口，口，P1-P3P1-P3口是准双向口是准双向I/OI/O口。口。2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器8 8）定时器）定时器/ /计数器计数器 （TL0TL0，TL1TL1，TH0TH0，TH1TH1） （字节地址（字节地址8AH8AH、8BH8BH、8CH8CH、8DH8DH）特点：特点：2 2个个1616位定时位定时/ /计数器计数器T0T0和和T1T1，各由，各由2 2个独立的个独立的8 8位位的寄存器组成。的寄存器组成。 TL0TL0，TL1TL

18、1，TH0TH0，TH1TH1只能进行字节寻址，但不能只能进行字节寻址，但不能把把TOTO和和T1T1当作当作1616位寄存器来寻址访问。位寄存器来寻址访问。2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器9 9）串行数据缓冲器）串行数据缓冲器SBUFSBUF（字节地址（字节地址99H99H）特点：特点：物理上是有物理上是有2 2个独立的寄存器组成，一个是发送缓个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器，一个是接收缓冲器。冲器，一个是接收缓冲器。 软件上是一个字节地址，不可位寻址。软件上是一个字节地址，不可位寻址。2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器 在在MCSMCS5151的存

19、储器中有一部分地址空间可以的存储器中有一部分地址空间可以进行位操作，这部分空间称为位地址空间。位地址进行位操作，这部分空间称为位地址空间。位地址空间包括两个部分，共空间包括两个部分，共211211个可寻址位：个可寻址位： 内部内部RAMRAM的低的低128128单元中位寻址区（字节地址单元中位寻址区（字节地址20H-20H-2FH2FH）的可寻址位）的可寻址位128128个。个。 内部内部RAMRAM的高的高128128单元专用寄存器中（字节地址单元专用寄存器中（字节地址80H-80H-FFHFFH）的可寻址位）的可寻址位8383个。个。2.4.1 2.4.1 内部数据存储器内部数据存储器三、

20、位地址空间三、位地址空间返回RAMRAM中的位寻址区地址表中的位寻址区地址表 F8FFF0BF7E8EFE0AE7D8DFD0PSWD7C8CFC0C7B8IPBFB0P3B7A8IEAFA0P2A798 SCONSBUF9F90P19788TCONTMODTL0TL1TH0TH18F80P0SPDPLDPHPCON87 为什么需要外部数据存储器？为什么需要外部数据存储器？由于由于MCS-51MCS-51系列单片机内部数据存储器只有系列单片机内部数据存储器只有128128字节，字节，往往不够用，这就需要扩展外部数据存储器。往往不够用，这就需要扩展外部数据存储器。 可扩展多少？可扩展多少？ 最多

21、可扩展至最多可扩展至64KB64KB。 如何访问？如何访问？ 访问地址可由工作寄存器访问地址可由工作寄存器Ri(8Ri(8位位) )提供，寻址空间提供，寻址空间256256字节，由字节，由P0P0口输出。口输出。 访问地址可由数据指针访问地址可由数据指针DPTR(16DPTR(16位位) )提供，寻址空间提供，寻址空间64KB64KB，DPLDPL由由P0P0口输出，口输出，DPHDPH由由P2P2口输出。口输出。2.4.2 2.4.2 外部数据存储器外部数据存储器 EA=1 64K字节字节FFFFH1000H片外片外ROMROM 0FFFH 0000H片内片内ROMROM 4K字节字节 FF

22、FFH 0000H64K字节字节EA=0片外片外 ROMROM80C312.4.3 2.4.3 程序存储器程序存储器 程序存储器中的几个特殊单元程序存储器中的几个特殊单元地址地址用途用途 0000H0000H复位地址复位地址00000303H H外部外部中断中断0 0入口地址入口地址00000B0BH H定时定时器器0 0中断入口地址中断入口地址00001313H H外部外部中断中断1 1入口地址入口地址00001B1BH H定时定时器器1 1中断入口地址中断入口地址00002323H H串串行行口口中断入口地址中断入口地址2.4.3 2.4.3 程序存储器程序存储器 返回数据存储器和程序存储

23、器分开，各有数据存储器和程序存储器分开，各有自己的寻址系统、控制信号和功能。自己的寻址系统、控制信号和功能。存储器有内外之分。存储器有内外之分。分开的存储结构更有效地使用较大而分开的存储结构更有效地使用较大而固定的程序和频繁地处理大量的数据或固定的程序和频繁地处理大量的数据或变量。变量。2.4.4 MCS-512.4.4 MCS-51单片机的存储器结构特点单片机的存储器结构特点1、内部、内部RAM中，位地址为中，位地址为40H、88H的位，该位所在字节的位，该位所在字节的字节地址分别为的字节地址分别为 和和 。2、片内字节地址为、片内字节地址为2AH单元的最低位的位地址是单元的最低位的位地址是

24、 ；片；片内字节地址为内字节地址为88H单元的最低位的位地址是单元的最低位的位地址是 。3、 MCS-51片内片内20H2FH范围内的数据存储器，既可字节范围内的数据存储器，既可字节寻址又可寻址又可_寻址。寻址。4、MCS-51单片机内部单片机内部RAM的低的低128单元可划分为单元可划分为 、 和和 。 5、内部、内部RAM中，可作为工作寄存器区的单元地址为中，可作为工作寄存器区的单元地址为 H。6、MCS-51单片机的内部单片机的内部RAM中共有中共有 个可寻址位。个可寻址位。7、MCS-51单片机的单片机的SFR中唯一一个中唯一一个16位寄存器是位寄存器是 。思考和练习思考和练习8、位地址、位地址2DH与字节地址与字节地址2DH如何区别？位地址如何区别？位地址2DH具体在具体在片内片内RAM中什么位置？中什么位置？ 9、单片机的、单片机的位寻址空间位寻址空间由哪几部分组成由哪几部分组成?10、64KB程序存储器空间有程序存储器空间有5个单元地址对应个单