第二章MCS系列单片机的基本结构

1、第第2 2章章 MCS-51MCS-51系列单片机的基本结构系列单片机的基本结构 2.1 80C51单片机内部组成及引脚功能单片机内部组成及引脚功能2.2时钟电路与复位时钟电路与复位2.3 51系列单片机运行的硬件条件系列单片机运行的硬件条件2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理2.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构2.6 输入输入/输出端口输出端口2.1 80C512.1 80C51单片机内部组成及引脚功能单片机内部组成及引脚功能在在MCS-51MCS-51系列单片机中，有系列单片机中，有2 2个子系列：个子系列：5151子系列和子系列和5252子系列子系列。 5151子系列

2、有子系列有80518051、87518751和和80318031三个型号，后来经过改进产生了三个型号，后来经过改进产生了80C5180C51、87C5187C51和和80C3180C31三个型号；三个型号；5252子系列有子系列有80528052、87528752和和80328032三个型号，改进后的型号是三个型号，改进后的型号是80C5280C52、87C5287C52和和80C3280C32。2.1 80C512.1 80C51单片机内部组成及引脚功能单片机内部组成及引脚功能以以MCS-51MCS-51系列单片机的典型型号系列单片机的典型型号80C5180C51为例，来介绍其结为例，来介绍

3、其结构及功能。构及功能。图2-1 80C51系列单片机的内部结构框图2.1 80C512.1 80C51单片机内部组成及引脚功能单片机内部组成及引脚功能分析图分析图2-12-1， 并按其功能部件划分可以看出，并按其功能部件划分可以看出， 80C5180C51系列系列单片机是由单片机是由8 8大部分组成的。大部分组成的。2.1 80C512.1 80C51单片机内部组成及引脚功能单片机内部组成及引脚功能这这8 8大部分是大部分是: : 1 1一个一个8 8位中央处理机位中央处理机CPUCPU（又称为微处理器）。（又称为微处理器）。 2 2128128个字节的片内数据存储器个字节的片内数据存储器R

4、AMRAM。3 34 KB4 KB的片内程序存储器的片内程序存储器EPROMEPROM或或ROMROM。 4 41818个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器SFRSFR。5 54 4个个8 8位并行输入输出位并行输入输出I/OI/O接口。接口。6 61 1个串行个串行I/OI/O接口，完成单片机与其他微机之间的串行通信接口，完成单片机与其他微机之间的串行通信 。7 72 2个个1616位定时器位定时器/ /计数器计数器T0T0、T1T1。8 8具有具有5 5个（个（5252子系列为子系列为6 6个或个或7 7个）中断源，个）中断源，2 2 个可编程优先级的中个可编程优先级的中断系统。断系统。2.1

5、 80C512.1 80C51单片机内部组成及引脚功能单片机内部组成及引脚功能单片机引脚结构图如下：单片机引脚结构图如下：图2-3 80C51单片机 40引脚配置图2.1 80C512.1 80C51单片机内部组成及引脚功能单片机内部组成及引脚功能2.1 80C512.1 80C51单片机内部组成及引脚功能单片机内部组成及引脚功能2.2 2.2 时钟电路与复位时钟电路与复位 时钟信号的产生有两种方式：时钟信号的产生有两种方式：内部振荡器方式内部振荡器方式外部引入方式外部引入方式2.2 2.2 时钟电路与复位时钟电路与复位图2-4 80C51单片机时钟方式图2.2 2.2 时钟电路与复位时钟电路

6、与复位复位分为复位分为上电复位上电复位和和按钮复位按钮复位方式。方式。图2-5 80C51复位电路2.3 512.3 51系列单片机运行的硬件条件系列单片机运行的硬件条件5151系列单片机内部配有系列单片机内部配有 ROMROM和和RAMRAM，单片机能够运行的最，单片机能够运行的最基本配置是：基本配置是：2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理单片机的单片机的工作过程实质上工作过程实质上是在具备单片机运行的硬件条是在具备单片机运行的硬件条件下执行用户编制程序的过程，一般程序的机器码都已固件下执行用户编制程序的过程，一般程序的机器码都已固化到存储器中，开机复位后，就可以执行指令。化到存

7、储器中，开机复位后，就可以执行指令。2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理指令：指令：规定计算机执行某种操作的命令。规定计算机执行某种操作的命令。机器代码：机器代码：用用8 8位二进制数表示指令代码，机器代码也可用位二进制数表示指令代码，机器代码也可用1616进制数表进制数表示。示。汇编指令：汇编指令：用助记符、字符串和数字来表示机器代码。用助记符、字符串和数字来表示机器代码。用汇编指令编写的程序称为用汇编指令编写的程序称为汇编源程序汇编源程序汇编指令与机器语言指令是一一对应的汇编指令与机器语言指令是一一对应的2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理表表2-22-2机器语言指

8、令与汇编语言指令的对应关系举例机器语言指令与汇编语言指令的对应关系举例2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理中央处理器中央处理器(CPU)(CPU)是单片机内部的核心部件，是单片机内部的核心部件， 它决定了单片机的主要功它决定了单片机的主要功能特性。能特性。 它由它由运算部件运算部件和和控制部件控制部件两大部分组成。两大部分组成。2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理1.1.控制器控制器 1 1）程序计数器）程序计数器PCPC程序存储器中指令的第一字节所在地址称为该指令的指令地址。指令地程序存储器中指令的第一字节所在地址称为该指令的指令地址。指令地址是由程序计数器址是由程序

9、计数器PCPC产生的，用于存放产生的，用于存放CPUCPU下一条要执行指令的地址，下一条要执行指令的地址，即程序存储器地址。即程序存储器地址。CPUCPU根据根据 PCPC中的地址到中的地址到ROMROM中去读取程序指令码中去读取程序指令码和数据，并送给指令寄存器和数据，并送给指令寄存器IRIR进行分析。每取出现行指令的一个字节进行分析。每取出现行指令的一个字节后，后，PC PC 就自动加就自动加1 1，即，即(PC)+1PC(PC)+1PC，指向下一个要读取字节的地址。，指向下一个要读取字节的地址。 2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理2 2）指令寄存器）指令寄存器IRIR指令寄

10、存器指令寄存器IRIR用于存放用于存放CPUCPU根据根据PCPC地址从地址从ROMROM中读出的指令操作码。中读出的指令操作码。3 3）指令译码器）指令译码器IDID指令译码器指令译码器IDID是用于分析指令操作的部件，指令操作码经译码后是用于分析指令操作的部件，指令操作码经译码后产生相应于某一特定操作的信号。产生相应于某一特定操作的信号。2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理4 4）时序部件）时序部件单片机系统的各部分是在单片机系统的各部分是在CPUCPU的统一指挥下协调工作的，的统一指挥下协调工作的，CPUCPU微控微控制器根据不同指令，产生相应的定时信号和控制信号，各部分制器

11、根据不同指令，产生相应的定时信号和控制信号，各部分和各控制信号之间要满足一定的时间顺序。和各控制信号之间要满足一定的时间顺序。2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理（1 1）振荡周期）振荡周期: : 振荡周期为单片机提供时钟信号的振荡源的周期（晶振周期或外振荡周期为单片机提供时钟信号的振荡源的周期（晶振周期或外加振荡源周期）。加振荡源周期）。振荡脉冲的周期也称为节拍，用振荡脉冲的周期也称为节拍，用P P表示。表示。（2 2）状态周期）状态周期: : 状态周期即状态周期即 CPU CPU 从一个状态转换到另一状态所需的时间。在从一个状态转换到另一状态所需的时间。在80C5180C51中

12、，一个状态周期由两个时钟周期组成。中，一个状态周期由两个时钟周期组成。2 2个振荡周期为个振荡周期为1 1个状态周期，个状态周期， 用用S S表示。表示。 2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理（3 3）机器周期）机器周期: : 机器周期是计算机完成一次完整的、基本的操作所需要的时间。机器周期是计算机完成一次完整的、基本的操作所需要的时间。80C5180C51机器周期由六个状态周期组成，用机器周期由六个状态周期组成，用S1S1、S2S2、S6S6表示，表示，共共1212个振荡周期。个振荡周期。1 1个机器周期个机器周期=6=6个时钟周期个时钟周期=12=12个振荡周期。个振荡周期。2

13、.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理5151系列单片机各种周期的关系系列单片机各种周期的关系2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理（4 4）指令周期：）指令周期：执行一条指令所需的时间，指令周期往往由一个或一个以上的机执行一条指令所需的时间，指令周期往往由一个或一个以上的机器周期组成。器周期组成。例如例如: : 外接晶振为外接晶振为12 MHz12 MHz时，时， MCS-51MCS-51单片机的单片机的4 4个时间周期的具个时间周期的具体值为体值为: : 振荡周期振荡周期=1/12 s; =1/12 s; 状态周期状态周期=1/6 s; =1/6 s; 机器周期机器周期=

14、1 s;=1 s; 指令周期指令周期=1=14 s4 s。2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理2.2.运算器运算器运算部件是以算术逻辑单元运算部件是以算术逻辑单元ALUALU为为核心核心， 加上累加器加上累加器A A、 寄寄存器存器B B、 暂存器暂存器TMP1TMP1和和TMP2TMP2、 程序状态寄存器程序状态寄存器PSWPSW及专门及专门用于位操作的布尔处理机组成的，用于位操作的布尔处理机组成的， 它能实现数据的算术它能实现数据的算术逻辑运算，逻辑运算， 位变量处理和数据传送操作。位变量处理和数据传送操作。2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理1 1）算术逻辑单元）

15、算术逻辑单元ALUALU算术逻辑单元算术逻辑单元ALUALU不仅能完成不仅能完成8 8位二进制数的加（带进位加）、位二进制数的加（带进位加）、 减减（带借位减）、（带借位减）、 乘、乘、 除、除、 加加1 1、 减减1 1及及BCDBCD加法的十进制调加法的十进制调整等算术运算，整等算术运算， 还能对还能对8 8位变量进行逻辑位变量进行逻辑“与与”、 “或或”、 “异或异或”、求补、清、求补、清0 0等逻辑运算，等逻辑运算， 并具有数据传送，并具有数据传送， 程序转程序转移等功能。移等功能。2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理2 2）暂存寄存器）暂存寄存器TMP1TMP1、TMP2

16、TMP2用来存放参与算术运算和逻辑运算的另一个操作数，对用户不开用来存放参与算术运算和逻辑运算的另一个操作数，对用户不开放。放。3 3）累加器）累加器ACCACC累加器累加器ACCACC简称累加器简称累加器A A， 为一个为一个8 8位寄存器，位寄存器， 它是它是CPUCPU中使用最中使用最频繁的寄存器。用来存放参与算术运算和逻辑运算的一个操作频繁的寄存器。用来存放参与算术运算和逻辑运算的一个操作数或运算的结果。数或运算的结果。2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理4 4）寄存器）寄存器B B存器存器B B是为是为ALUALU进行乘除法设置的。进行乘除法设置的。5 5）程序状态寄存器

17、）程序状态寄存器PSW PSW 程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW（8 8位）是一个标志寄存器，位）是一个标志寄存器， 它保存指令执它保存指令执行结果的特征信息，行结果的特征信息， 以供程序查询和判别。以供程序查询和判别。6 6）布尔处理器）布尔处理器单片机主要用于各种控制，单片机主要用于各种控制，80C5180C51系列单片机既是系列单片机既是 8 8 位机，同时位机，同时也是一个功能完善的一位机。也是一个功能完善的一位机。2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理下面程序是控制下面程序是控制P1P1口以固定时间间隔周而复始高低电平翻转。汇编程序口以固定时间间隔周而复始高低电

18、平翻转。汇编程序经过汇编后生成十六进制文件，指令地址、指令代码及汇编程序见图经过汇编后生成十六进制文件，指令地址、指令代码及汇编程序见图2-82-8。2.4 2.4 单片机的工作原理单片机的工作原理单片机每执行一条指令都可分为单片机每执行一条指令都可分为3 3个阶段进行，即取指令、个阶段进行，即取指令、分析指令和执行指令分析指令和执行指令2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构单片机在存储器的设计上，将程序存储器单片机在存储器的设计上，将程序存储器ROMROM和数据存和数据存储器储器RAMRAM分开，分开，80C5180C51单片机的存储器从物理上分四个存储单片机的存储

19、器从物理上分四个存储空间：空间：片内程序存储器片内程序存储器片外程序存储器片外程序存储器片内数据存储器片内数据存储器片外数据存储器片外数据存储器2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构从用户的角度考虑，从用户的角度考虑，80C5180C51单片机的存储器又可分三个单片机的存储器又可分三个逻辑空间逻辑空间( (如图如图2-102-10所示所示) )：片内、片外统一编址的片内、片外统一编址的64KB64KB（0000H0000H0FFFFH0FFFFH）程序存）程序存储器地址空间；储器地址空间；片内片内256B256B的数据存储器地址空间（的数据存储器地址空间（00H00H

20、0FFH0FFH，其中，其中80H80H0FFH0FFH内仅有二十几个字节单元供特殊功能寄存器内仅有二十几个字节单元供特殊功能寄存器SFRSFR专用）；专用）；片外可扩展的片外可扩展的64KB64KB（0000H0000H0FFFFH0FFFFH）数据存储器地址）数据存储器地址空间。空间。2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构80518051单片机的存储器地址空间分布图单片机的存储器地址空间分布图 2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构 1 1片内片内ROMROM的配置形式的配置形式无无ROMROM型型(8031(8031、80328032等

21、等) )，应用时要在片外扩展程序存储，应用时要在片外扩展程序存储器。器。 掩膜掩膜ROMROM型型(8051(8051、80528052等等) )，用户程序由芯片生产厂写入。，用户程序由芯片生产厂写入。 2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构EPROMEPROM型型(8751(8751、87528752等等) )，用户程序通过写入装置写入，用户程序通过写入装置写入，通过紫外线照射擦除。通过紫外线照射擦除。 FlashROMFlashROM型型(89C51(89C51、89C5289C52等等) )，用户程序可以电写入或，用户程序可以电写入或擦除。擦除。 OTPROMO

22、TPROM型（一次性编程写入型（一次性编程写入ROMROM），具有较高的环境适），具有较高的环境适应性和可靠性。应性和可靠性。2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构2 2程序存储器的编址程序存储器的编址计算机的工作是按照事先编制好的程序指令一条条循序执行计算机的工作是按照事先编制好的程序指令一条条循序执行的，程序存储器就是用来存放这些已编好的程序和表格常的，程序存储器就是用来存放这些已编好的程序和表格常数。数。AT89C51AT89C51单片机有单片机有64KB64KB程序存储器空间，片内为程序存储器空间，片内为4KB4KB，地址为地址为0000H0000H0FFFH

23、0FFFH；片外最多可扩展至；片外最多可扩展至64KB64KB，地址为，地址为0000H0000H0FFFFH0FFFFH。 2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构当引脚接高电平时，当引脚接高电平时， PCPC在在0000H0000H0FFFH0FFFH范围内执行片范围内执行片内内ROMROM中的程序；当指令地址超过中的程序；当指令地址超过0FFFH0FFFH时，就自动转向片时，就自动转向片外外ROMROM取指令。取指令。当接低电平时，片内当接低电平时，片内ROMROM不起作用，不起作用，CPUCPU只能从片外只能从片外ROM/EPROMROM/EPROM中取指令。中

24、取指令。对于对于80318031芯片，因其片内无芯片，因其片内无ROMROM，故应使接低电平，这，故应使接低电平，这样才能直接从外部扩展的样才能直接从外部扩展的EPROMEPROM中取指令。中取指令。2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构3 3程序运行的入口地址程序运行的入口地址实际应用时，程序存储器的容量由用户根据需要扩展，而程实际应用时，程序存储器的容量由用户根据需要扩展，而程序地址空间原则上也可由用户任意安排，但程序最初运行序地址空间原则上也可由用户任意安排，但程序最初运行的入口地址是固定的，的入口地址是固定的， 用户不能更改。用户不能更改。2.5 512.5

25、51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构数据存储器一般采用随机存取存储器（数据存储器一般采用随机存取存储器（RAMRAM）。）。这种存储器是一种在使用过程中利用程序随时可以写入信息，这种存储器是一种在使用过程中利用程序随时可以写入信息，又可以随时读出信息的存储器。又可以随时读出信息的存储器。2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构80C5180C51单片机数据存储器有片内和片外之分。单片机数据存储器有片内和片外之分。片内有片内有 256256个字节个字节 RAMRAM，地址范围为，地址范围为 00H00H0FFH(0FFH(如图如图2-112-11所示所示) )。片

26、外数据存储器可扩展片外数据存储器可扩展 64 KB64 KB存储空间，地址范围为存储空间，地址范围为0000H0000H0FFFFH0FFFFH。但两者的地址空间是但两者的地址空间是分开分开的，各自独立的。的，各自独立的。2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构1 1片内数据存储器（低片内数据存储器（低128BRAM128BRAM）2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构1 1）通用寄存器区）通用寄存器区 内部内部RAMRAM块的块的00H00H1FH1FH区，区， 共分共分4 4个组，个组， 每组有每组有8 8个工作寄存器个工作寄存器R0R0R

27、7R7， 共共3232个内部个内部RAMRAM单元。单元。 工作寄存器共有工作寄存器共有4 4组，组， 但程序但程序每次只用每次只用1 1组组， 其它各组不工作。其它各组不工作。 哪哪1 1组寄存器工作由程序状态字组寄存器工作由程序状态字PSWPSW中的中的PSW.3PSW.3（RS0RS0）和）和PSW.4PSW.4（RS1RS1）两位来选择，）两位来选择， 其对应关系如表其对应关系如表2-42-4所示。所示。CPUCPU通过软件通过软件修改修改PSWPSW中中RS0RS0和和RS1RS1两位的状态，两位的状态， 就可任选一个工作寄存器组就可任选一个工作寄存器组工作。工作。2.5 512.5

28、 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构 2 2）位寻址区）位寻址区20H20H2FH2FH单元为位寻址区，单元为位寻址区， 这这1616个单元（共计个单元（共计128128位）的每位）的每1 1位都位都有一个有一个8 8位表示的位地址，位表示的位地址， 位地址范围为位地址范围为00H00H7FH7FH， 如表如表2-52-5所示。所示。2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构3 3）用户）用户RAMRAM区区30H30H7FH7FH是数

29、据缓冲区，是数据缓冲区， 也即用户也即用户RAMRAM区，区， 共共8080个单元。个单元。4 4）堆栈区）堆栈区在片内在片内RAMRAM中，常常要指定一个专门的区域来存放某些特别的数据，中，常常要指定一个专门的区域来存放某些特别的数据，它遵循顺序存取和后进先出它遵循顺序存取和后进先出(LIFO/FILO(LIFO/FILO）的原则，这个）的原则，这个RAMRAM区区叫叫堆栈堆栈。2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构功用：功用：(1)(1)子程序调用和中断服务时子程序调用和中断服务时CPUCPU自动将当前自动将当前PCPC值压栈保存，返回值压栈保存，返回时自动将时自

30、动将PCPC值弹栈。值弹栈。(2)(2)保护现场保护现场/ /恢复现场。恢复现场。(3)(3)数据传输。数据传输。2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构2.2.片内数据存储器的操作片内数据存储器的操作1 1）直接寻址与间接寻址的数据传送）直接寻址与间接寻址的数据传送（1 1）直接寻址操作）直接寻址操作将片内数据存储器的将片内数据存储器的00H00H7FH7FH作为直接地址，对其直接进行传送作为直接地址，对其直接进行传送操作。例如操作。例如将将5555数据送入片内数据存储器的数据送入片内数据存储器的50H50H单元。直接寻址指令操作如下：单元。直接寻址指令操作如下：MO

31、VMOV50H50H，#55 ;#55 ;将立即数将立即数5555送入片内数据存储送入片内数据存储 ; ;器器50H50H单元中单元中2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构（2 2）间接寻址操作）间接寻址操作将片内数据存储器作为间接地址空间，将工作寄存器将片内数据存储器作为间接地址空间，将工作寄存器R0R0、R1R1作为作为间接寻址寄存器，通过间接寻址寄存器，通过RiRi（i=0i=0，1 1）实现间接的数据传送。例）实现间接的数据传送。例如同样将如同样将5555数据送入片内数据存储器的数据送入片内数据存储器的50H50H单元，采用单元，采用R1R1寄存寄存器间接寻址

32、时，操作指令如下：器间接寻址时，操作指令如下：MOVMOVR1R1，#50H#50H; ;将寄存器地址将寄存器地址50H50H给给R1R1赋值赋值MOVMOVR1R1，#55#55; ;把立即数把立即数5555送入送入R1R1寄存器指定寄存器指定 ; ;的的50H50H单元中单元中2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构2) 2) 位地址空间操作位地址空间操作在在20H20H2FH2FH的位地址空间可实现位操作。如置位、清的位地址空间可实现位操作。如置位、清0 0、“或或”逻逻辑操作、位条件转移等，一般使用位操作指令。辑操作、位条件转移等，一般使用位操作指令。SETB

33、00HSETB 00H ; ;对对00H00H位置，位置，20H20H单元单元 ; ;的的D0D0位的位地址为位的位地址为00H00HMOV CMOV C，20H.120H.1 ; ;将将00H00H位的值传送到进位位位的值传送到进位位CyCy中中CLR 00HCLR 00H ; ;将将00H00H位清位清0 02.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构3 3特殊功能寄存器特殊功能寄存器( (片内高片内高128B128B的的RAM)RAM)1 1）特殊功能寄存器）特殊功能寄存器SFRSFR80C5180C51单片机内高单片机内高128128字节的字节的RAMRAM中，集合

34、了一些特殊用途的寄存器中，集合了一些特殊用途的寄存器SFRSFR，专用于控制、选择、管理、存放单片机内部各部分的工作，专用于控制、选择、管理、存放单片机内部各部分的工作方式、条件、状态、结果的。方式、条件、状态、结果的。2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构注带* 号的SFR 可位寻址“-”表示保留位2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构(1)(1)程序计数器程序计数器PCPC程序计数器程序计数器PCPC是一个是一个1616位专用计数器，用于存放位专用计数器，用于存放CPUCPU

35、下一条要执行下一条要执行指令的地址，即指令的地址，即程序存储器地址程序存储器地址。(2)(2)数据指针数据指针DPTRDPTR数据指针数据指针DPTRDPTR是一个是一个1616位的专用寄存器，由位的专用寄存器，由DPH(DPH(数据指针高数据指针高8 8位位) )和和DPL(DPL(数据指针低数据指针低8 8位位) )组成，既可以作为一个组成，既可以作为一个1616位寄存器使用，位寄存器使用，也可作为两个独立的也可作为两个独立的8 8位寄存器位寄存器DPHDPH和和DPLDPL使用，使用，DPTRDPTR通常用于通常用于存放外部数据存储器的存储单元地址。存放外部数据存储器的存储单元地址。2.

36、5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构(3)(3)堆栈指针堆栈指针SPSP堆栈指针堆栈指针SPSP是一个是一个8 8位的特殊功能寄存器，用于指出堆栈栈顶的地位的特殊功能寄存器，用于指出堆栈栈顶的地址。数据被压入堆栈，址。数据被压入堆栈，SPSP自动加自动加1 1，数据从堆栈中弹出，数据从堆栈中弹出，SPSP自自动减动减1 12.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构(4)(4)程序状态寄存器程序状态寄存器PSW PSW 程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW（8 8位）是一个标志寄存器，位）是一个标志寄存器， 它保存指令执它保存指令执行结果的特

37、征信息，行结果的特征信息， 以供程序查询和判别，比如作为程序转移以供程序查询和判别，比如作为程序转移的条件，其中有些位是在指令执行中由硬件自动设置的，而有的条件，其中有些位是在指令执行中由硬件自动设置的，而有些位则由用户设定。其程序状态字格式及含义如下些位则由用户设定。其程序状态字格式及含义如下: : 2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构CyCy（PSW.7PSW.7）进位标志位。在执行加、减法指令时，如进位标志位。在执行加、减法指令时，如果运算结果的最高位（果运算结果的最高位（D7D7位）有进位或借位，位）有进位或借位，CyCy位被置位被置“1”1”，否则清否则清

38、“0”0”。ACAC（PSW.6PSW.6）辅助进位（或称半进位）标志。在执行加、辅助进位（或称半进位）标志。在执行加、减法指令时，其低半字节向高半字节有进位或借位时（减法指令时，其低半字节向高半字节有进位或借位时（D3D3位向位向D4D4位），位），ACAC位被置位被置“1”1”，否则清，否则清“0”0”。ACAC位主要被用于位主要被用于BCDBCD码加法调整。码加法调整。 2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构F0F0（PSW.5PSW.5）由用户定义的标志位。是用户定义的一个由用户定义的标志位。是用户定义的一个状态标志位，根据需要可以用软件来使它置位清除。状态标

39、志位，根据需要可以用软件来使它置位清除。RS1RS1（PSW.4PSW.4）、）、 RS0RS0（PSW.3PSW.3）工作寄存器组选择位。工作寄存器组选择位。2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构80C5180C51单片机共有四组工作寄存器组，每组八个工作寄存器单片机共有四组工作寄存器组，每组八个工作寄存器 R0R0R7R7。即可用于存放数据或地址，也可用于位操作指令或数。即可用于存放数据或地址，也可用于位操作指令或数据传送指令。用指令设定据传送指令。用指令设定 RS1RS1、RS0 RS0 的值，确定所选的工作寄的值，确定所选的工作寄存器组。存器组。RS1RS1、

40、RS0 RS0 状态与工作存器状态与工作存器 R0R0R7 R7 的物理地址关系的物理地址关系如表如表2-72-7所示。所示。2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构OVOV（PSW.2PSW.2）溢出标志位。在计算机内，带符号数一律溢出标志位。在计算机内，带符号数一律用补码表示。在用补码表示。在 8 8 位二进制中，补码所能表示的范围是位二进制中，补码所能表示的范围是- -128128+127+127，而当运算结果超出这一范围时，而当运算结果超出这一范围时，OVOV标志为标志为1 1，即溢，即溢出；反之为出；反之为0 0。 PSW.1PSW.1未定义位。未定义位。2.

41、5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构P P（PSW.0PSW.0）奇偶标志位。用于指示运算结果中奇偶标志位。用于指示运算结果中 1 1 的个的个数的奇偶性，若累加器数的奇偶性，若累加器 A A中中1 1的个数为奇数，则的个数为奇数，则 P=1P=1；若；若1 1的个的个数为偶数，则数为偶数，则P=0P=0。该标志位用在串行通信中，常用奇偶校验的。该标志位用在串行通信中，常用奇偶校验的方法检验数据传输的可靠性。方法检验数据传输的可靠性。2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构2 2）SFRSFR的寻址方式的寻址方式（1 1）SFRSFR的直接寻址方

42、式的直接寻址方式特殊功能寄存器只能使用直接寻址方式访问，但使用直接寻址方特殊功能寄存器只能使用直接寻址方式访问，但使用直接寻址方式不够直观，因此在指令中最好直接引用特殊功能寄存器名取式不够直观，因此在指令中最好直接引用特殊功能寄存器名取代对应的特殊功能寄存器地址，例如访问程序状态字寄存器。代对应的特殊功能寄存器地址，例如访问程序状态字寄存器。 MOV PSW,#18HMOV PSW,#18H MOV D0H,#18H MOV D0H,#18H2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构（2 2）SFRSFR的位寻址与字节寻址的位寻址与字节寻址对对SFRSFR编程操作时，必须

43、了解该资源的位定义、位地址、字节地址。编程操作时，必须了解该资源的位定义、位地址、字节地址。应用时应区分控制位与标志位。标志位是系统运行时自动形成应用时应区分控制位与标志位。标志位是系统运行时自动形成的标志；控制位是编程写入的控制操作。要了解标志位的清除的标志；控制位是编程写入的控制操作。要了解标志位的清除特性。在具体操作时，有些标志位可以自动清除，有些标志位特性。在具体操作时，有些标志位可以自动清除，有些标志位则必须通过指令清除。则必须通过指令清除。2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构3)SFR3)SFR复位状态复位状态 (1)(1)（PCPC）=0000H =0

44、000H ；(2)(2)（PSWPSW）=00H=00H， 其中其中RS1(PSW.4)=0RS1(PSW.4)=0， RS0(PSW.3)=0RS0(PSW.3)=0， 表示复表示复位后单片机选择工作寄存器位后单片机选择工作寄存器0 0组；组；(3)(3)（SPSP）=07H =07H 表示复位后堆栈在片内表示复位后堆栈在片内RAMRAM的的08H08H单元处建立；单元处建立；(4) P0(4) P0口口P3P3口锁存器为全口锁存器为全1 1状态，状态， 说明复位后这些并行接口可说明复位后这些并行接口可以直接作输入口，以直接作输入口， 无须向端口写无须向端口写1 1 。2.5 512.5 5

45、1系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构2.5 512.5 51系列单片机的存储结构系列单片机的存储结构外部数据存储器一般由静态外部数据存储器一般由静态RAMRAM芯片组成。芯片组成。扩展存储器容量的大小，由用户根据需要而定，但扩展存储器容量的大小，由用户根据需要而定，但80C5180C51单片机访单片机访问外部数据存储器可用问外部数据存储器可用1 1个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器数据指针寄存器数据指针寄存器DPTRDPTR进行寻址。由于进行寻址。由于DPTRDPTR为为1616位，可寻址的范围可达位，可寻址的范围可达64 KB64 KB，所以扩展外部数据存储器的最大容量是所以扩展外部数据

46、存储器的最大容量是64 KB64 KB。 片外数据存储器寻址空间的数据传送使用专门的片外数据存储器寻址空间的数据传送使用专门的MOVXMOVX指令。指令。 MOVXMOVXA A，DPTRDPTR MOVX MOVXDPTRDPTR，A A 2.6 2.6 输入输入/ /输出端口输出端口在在80C5180C51单片机中有单片机中有四四个双向并行个双向并行I/OI/O端口端口 P0P0P3P3。每个端。每个端口都有口都有八八条端口线，共条端口线，共3232条线。条线。1 1 端口结构端口结构2.6 2.6 输入输入/ /输出端口输出端口2 2通用通用I/OI/O接口功能接口功能当系统不进行片外的

47、当系统不进行片外的ROMROM扩展，也不进行片外扩展，也不进行片外RAMRAM扩展时，扩展时，P0P0用作用作通用通用I/OI/O口。口。 在这种情况下，单片机硬件自动使多路开关在这种情况下，单片机硬件自动使多路开关“控制控制”信号为信号为“0”(0”(低电平低电平) )，MUXMUX开关接向锁存器的反相输出端。另外，与开关接向锁存器的反相输出端。另外，与门输出的门输出的“0”0”使输出驱动器的上拉场效应管使输出驱动器的上拉场效应管T1T1处于截止状态。处于截止状态。此时，此时， 输出级是漏极开路电路。输出级是漏极开路电路。2.6 2.6 输入输入/ /输出端口输出端口3 3地址地址/ /数据

48、分时复用功能数据分时复用功能当系统进行片外的当系统进行片外的ROMROM扩展或进行片外扩展或进行片外RAMRAM扩展时，扩展时，P0P0用作地址用作地址/ /数数据总线，在这种情况下，单片机内硬件自动使多路开关据总线，在这种情况下，单片机内硬件自动使多路开关“控制控制”信号为信号为“1”(1”(高电平高电平) )，MUXMUX开关接向反相器的输出端，这时与开关接向反相器的输出端，这时与门的输出由地址门的输出由地址/ /数据线的状态决定。数据线的状态决定。 2.6 2.6 输入输入/ /输出端口输出端口4 4端口操作端口操作在在MCS-51MCS-51单片机中，没有专门的输入输出指令，而是将单片

49、机中，没有专门的输入输出指令，而是将I/OI/O接口与接口与存储器一样看待，使用和读写存储器一样看待，使用和读写RAMRAM的一样的指令实现输入输出功的一样的指令实现输入输出功能，端口在能，端口在RAMRAM中的字节地址和位地址见表中的字节地址和位地址见表2-62-6，当向，当向I/OI/O端口端口写入数据时，即通过相应引脚向外输出；而当从写入数据时，即通过相应引脚向外输出；而当从I/OI/O读入数据时，读入数据时，则将通过引脚将外设状态信号输入到单片机内。则将通过引脚将外设状态信号输入到单片机内。使用数据传送类使用数据传送类MOVMOV指令输入指令输入/ /输出字节数据，例如：输出字节数据，

50、例如： MOV A MOV A ，P0P0 MOV P0 MOV P0 ，A A2.6 2.6 输入输入/ /输出端口输出端口P1口的位结构见图2-13。2.6 2.6 输入输入/ /输出端口输出端口在结构上，与在结构上，与P0P0相比，主要有两个不同。相比，主要有两个不同。一是一是: :不需要多路开关；不需要多路开关；二是二是: :本身具备上拉电阻。本身具备上拉电阻。在应用上，在应用上，P1P1口只能作一般口只能作一般I/OI/O口使用，除了作输出口使用口使用，除了作输出口使用时不必外接上拉电阻外，其他应用特点及注意事项与时不必外接上拉电阻外，其他应用特点及注意事项与P0P0口完全口完全一样

51、。一样。2.6 2.6 输入输入/ /输出端口输出端口P2口的位结构见图2-14。2.6 2.6 输入输入/ /输出端口输出端口在结构上，与在结构上，与P0P0口相比有两个注意不同：口相比有两个注意不同：一是多路开关一是多路开关MUXMUX的一个输入端只是的一个输入端只是“地址地址”，而不是，而不是“地地址址/ /数据数据”；二是二是P2P2口自身具备上拉电阻。口自身具备上拉电阻。在应用上分两种情况：在应用上分两种情况：一是作一般一是作一般I/OI/O口使用，与口使用，与P1P1口相同；口相同；二是用于为外部扩展存储器或二是用于为外部扩展存储器或I/OI/O口提供高口提供高8 8位地址。位地址

52、。2.6 2.6 输入输入/ /输出端口输出端口P3口的位结构见图2-15。2.6 2.6 输入输入/ /输出端口输出端口与与P1P1口结构相比，多了一个与非门口结构相比，多了一个与非门3 3和一个输入缓冲器和一个输入缓冲器4 4，当，当CPUCPU不对不对P3P3口进行字节或位寻址时，内部硬件自动将口锁存器口进行字节或位寻址时，内部硬件自动将口锁存器的的Q Q端置端置1 1。这时，。这时，P3P3口作为第二功能使用，引脚的第二功能见口作为第二功能使用，引脚的第二功能见表表2-72-7。2.6 2.6 输入输入/ /输出端口输出端口1 1P3P3口用作第二功能使用口用作第二功能使用（1 1）输入第二功能信号时）输入第二功能信号时此时锁存器输出端及此时锁存器输出端及“第二输出功能第二输出功能”信号端均应保持高电平。信号端均应保持高电平。第二功能输入信号通过第二功能输入信号通过P3.XP3.X引脚通过缓冲器引脚通过缓冲器4 4的输出端输入到的输出端输入到单片机内部。单片机内部。（2 2）输出第二功能信号时）输出第二功能信号时此时锁存器应预先置此时锁存器应预先置“1”1”，以保持与非门对第二功能信号的输出，以保持与非门对第二功能信号的输出能顺利进行。能顺利进行。2.6 2.6 输入输入/ /输出端口输出端口2