MCS-51单片机的硬件结构(苏州大学)

1、u MCS-51MCS-51单片机的结构单片机的结构u MCS-51MCS-51的微处理器的微处理器u MCS-51MCS-51的存储器的存储器u MCS-51MCS-51单片机的并行口结构单片机的并行口结构u I/OI/O端口的直接输入端口的直接输入/ /输出输出u MCS-51MCS-51单片机的片外总线结构单片机的片外总线结构u 简单简单I/OI/O端口的扩展端口的扩展u MCS-51MCS-51单片机最小系统单片机最小系统u CMOSCMOS型单片机的低功耗方式型单片机的低功耗方式第三章第三章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构3.13.1 MCS-51MCS-5

2、1单片机的结构单片机的结构1. MC5-511. MC5-51单片机内部功能结构单片机内部功能结构 80518051单片机结构框图单片机结构框图频率基准源外部计数器内部总线 内部中断 外部中断控制 并行I/O口 串行输入/串行输出振荡器及定时电路4K字节程序存储器128/256字节数据存储/2个16位定时器/计数器8051 CPU64K字节总线扩展控制器可编程I/O口可编程全双工串行口3.13.1 MCS-51MCS-51单片机的结构单片机的结构MCS-51MCS-51单片机包含的部件单片机包含的部件: :v 一个一个8 8位位CPUCPUv 一个片内振荡器及时钟电路一个片内振荡器及时钟电路v

3、 4KB 4KB或或8 8KBKB的程序存储器的程序存储器(ROM)(ROM)v 128B 128B或或256B256B的数据存储器的数据存储器(RAM)(RAM)v 2 2个个1616位定时器位定时器/ /计数器计数器v 4 4个个8 8位可编程并行位可编程并行I I/ /O O端口端口v 一个可编程全双工串行口一个可编程全双工串行口 UARTUARTv 64KB64KB外部数据存储器和外部数据存储器和64KB64KB外部程序存外部程序存 储器扩展控制电路储器扩展控制电路v 五个中断源五个中断源/ /两个优先级嵌套中断结构两个优先级嵌套中断结构3.13.1 MCS-51MCS-51单片机的结

4、构单片机的结构3.13.1 MCS-51MCS-51单片机的结构单片机的结构2 . 3/ 0 PIN T6 . 3/PW R3 . 3/ 1 PIN T0 . 1P1 . 1P2 . 1P3 . 1P4 . 1P5 . 1P6 . 1P7 . 1PPDVR ST/0 . 3/PR X D1 . 3/PTX D4 . 3/ 0 PT5 . 3/ 1 PT7 . 3/PR D2X T A L1X T A LV ss1234567891011121314151617181920V cc0 . 0P1 . 0P2 . 0P3 . 0P4 . 0P5 . 0P6 . 0P7 . 0PV ppEA/PR

5、O GA L E/PSE N7 . 2P6 . 2P5 . 2P4 . 2P3 . 2P2 . 2P1 . 2P0 . 2P2122232425262728293031323334353637383940803180518751V ccV ssP DVR ST/1X TA L2X T A LV ppE A/PSE NPR O GA LE/P3口第二功能P0口P1口P2口地址数据总线地址总线8031805187512. MCS-512. MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能3.13.1 MCS-51MCS-51单片机的结构单片机的结构引脚功能描述：引脚功能描述：1)1)电源引脚电源引脚:

6、 : VssVss(20)(20)接地、接地、VccVcc(40),(40),不同不同的单片机可以允许不同的工作电压的单片机可以允许不同的工作电压( (+5+5V/ V/ 3.3V/2.7V),3.3V/2.7V),不同的单片机表现出的功耗也不同的单片机表现出的功耗也不同。不同。2) 2) 外接晶振引脚外接晶振引脚: : XTAL1(19)XTAL1(19)、XTAL2(18)XTAL2(18) 片内振荡电路输入片内振荡电路输入/ /输出端输出端，用于产生振用于产生振 荡时钟脉冲。荡时钟脉冲。3) 3) 控制或复位引脚控制或复位引脚 RST/VPD RST/VPD（9 9）复位复位/ /备用电

7、源引脚备用电源引脚3.13.1 MCS-51MCS-51单片机的结构单片机的结构（1 1）复位信号输入端。复位信号输入端。 当出现两个机器周当出现两个机器周期高电平时，单片机复位期高电平时，单片机复位 。（2 2）备用电源输入端。）备用电源输入端。 VccVcc掉电后此引脚可掉电后此引脚可接备用电源，接备用电源，保护片内保护片内RAMRAM中的内容不丢失。中的内容不丢失。 复位使单片机进入某种确定的初始状态复位使单片机进入某种确定的初始状态 退出处于节电工作方式的停顿状态、退出退出处于节电工作方式的停顿状态、退出一切程序进程、退出程序的死循环，从头一切程序进程、退出程序的死循环，从头开始。开始

8、。 无论是无论是HMOSHMOS型还是型还是CHMOSCHMOS型的单片机，复型的单片机，复位是靠在位是靠在RSTRST引脚上施加持续引脚上施加持续2 2个机器周期个机器周期的的高电平高电平来实现的。来实现的。3.13.1 MCS-51MCS-51单片机的结构单片机的结构 MCS-51MCS-51单片机通常采用的简单复位电路有：单片机通常采用的简单复位电路有：上电自动复位、外部脉冲复位、上电上电自动复位、外部脉冲复位、上电+ +按钮按钮电平复位、程序运行监视复位等方式。电平复位、程序运行监视复位等方式。 程序运行监视复位程序运行监视复位 程序运行监视复位通常是由各种类型的程程序运行监视复位通常

9、是由各种类型的程序监视定时器序监视定时器WDTWDT（Watchdog TimerWatchdog Timer）俗称俗称为为“看门狗看门狗”实现。实现。WDTWDT可保证程序非正常可保证程序非正常运行（如程序运行（如程序“飞逸飞逸”、“死机死机”）时，能）时，能及时进入复位状态，恢复程序正常运行。及时进入复位状态，恢复程序正常运行。3.13.1 MCS-51MCS-51单片机的结构单片机的结构简单复位电路简单复位电路+5V10uF10kVccRSTGND上电复位上电复位10uF10kVccRSTGND上电上电+ +按钮复位按钮复位1k+5V3.13.1 MCS-51MCS-51单片机的结构单片

10、机的结构 ALE/PROG(30) ALE/PROG(30)：地址锁存控制端。：地址锁存控制端。（1 1）地址锁存允许：当单片机访问外部）地址锁存允许：当单片机访问外部ROMROM时，用来锁存由时，用来锁存由P0P0口送出的低口送出的低8 8位地址。不位地址。不访问外部访问外部ROMROM时，提供时，提供1/6 1/6 foscfosc振荡频率，振荡频率，可用于定时或对外输出脉冲。可用于定时或对外输出脉冲。（2 2）为）为87518751片内的片内的EPROMEPROM输入编程脉冲。输入编程脉冲。 PSEN(29) PSEN(29)：输出信号，外部程序存储：输出信号，外部程序存储器器ROMRO

11、M的读选通信号端。的读选通信号端。 执行访问外部执行访问外部ROMROM指令时，会自动产生指令时，会自动产生PSENPSEN信号。访问内部信号。访问内部ROMROM或数据存储器或数据存储器RAMRAM指指时，不产生时，不产生PSENPSEN。3.13.1 MCS-51MCS-51单片机的结构单片机的结构 EA/ EA/VppVpp (31) (31)：内：内/ /外外ROMROM选择端选择端 。复。复用端用端 EA=1 EA=1时，访问内部程序存储器时，访问内部程序存储器, ,即内部即内部ROMROM EA=0 EA=0时，访问外部程序存储器时，访问外部程序存储器, ,即外部即外部ROMROM

12、 对于对于80318031来说，由于无来说，由于无内部内部ROMROM，所以所以该引脚必须接地。该引脚必须接地。 对于对于87518751单片机单片机EPROMEPROM编程时，编程时，VppVpp端施端施加加+21+21V V编程电压。编程电压。4)4)多功能多功能I/OI/O引脚引脚 3.13.1 MCS-51MCS-51单片机的结构单片机的结构 P P0 0口（口（P P0.00.0P P0.70.7）：该端口为漏极开路的：该端口为漏极开路的8 8位双向口，负载能力为位双向口，负载能力为8 8个个LSTTLLSTTL负载，它为负载，它为8 8位地址线和位地址线和8 8位数据线的复用端口。

13、位数据线的复用端口。 P P1 1口（口（P P1.01.0P P1.71.7）：）：它是一个内部带上拉它是一个内部带上拉电阻的电阻的8 8位准双向位准双向I/OI/O口，口，P P1 1口的驱动能力为口的驱动能力为4 4个个LSTTLLSTTL负载。负载。 P P2 2口（口（P P2.02.0P P2.72.7）：）：它为一个内部带上拉它为一个内部带上拉电阻的电阻的8 8位准双向位准双向I/OI/O口，口，P P2 2口的驱动能力也口的驱动能力也为为4 4个个LSTTLLSTTL负载。在访问外部程序存储器时负载。在访问外部程序存储器时，它作存储器的高，它作存储器的高8 8位地址线。位地址线

14、。3.13.1 MCS-51MCS-51单片机的结构单片机的结构 P P3 3口（口（P P3.03.0P P3.73.7）：）：P P3 3口同样是内部带上口同样是内部带上拉电阻的拉电阻的8 8位准双向位准双向I/OI/O口，口，P P3 3口除了作为一口除了作为一般的般的I/OI/O口使用之外，其还具有特殊功能。口使用之外，其还具有特殊功能。P3P3口每位的第二功能：口每位的第二功能：P3.0(RXD)P3.0(RXD)：串行输入端。：串行输入端。P3.1(TXD)P3.1(TXD)：串行输出端。：串行输出端。P3.2(INTO)P3.2(INTO)：外部中断：外部中断0 0输入端，低电平

15、有效。输入端，低电平有效。P3.3(INT1)P3.3(INT1)：外部中断：外部中断1 1输入端，低电平有效。输入端，低电平有效。P3.4(T0)P3.4(T0)：定时计数器：定时计数器0 0外部事件计数输入端。外部事件计数输入端。P3.5(T1)P3.5(T1)：定时计数器：定时计数器1 1外部事件计数输入端。外部事件计数输入端。P3.6(WR)P3.6(WR)：外部数据存储器写选通信号，低电平有效。：外部数据存储器写选通信号，低电平有效。P3.7(RD )P3.7(RD )：外部数据存储器读选通信号，低电平有效。：外部数据存储器读选通信号，低电平有效。 3.13.1 MCS-51MCS-

16、51单片机的结构单片机的结构3.MCS-513.MCS-51系列单片机类型系列单片机类型3.23.2 MCS-51MCS-51的微处理器的微处理器 CPU CPU即中央处理器的简称，是单片机的即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作。核心部件，它完成各种运算和控制操作。CPUCPU的组成：的组成： 运算器运算器 控制器控制器主要功能：主要功能： 产生各种控制信号，控制存储器、输入产生各种控制信号，控制存储器、输入输出端口的数据传送、数据的算术运算、输出端口的数据传送、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等。逻辑运算以及位操作处理等。 3.23.2 MCS-51MCS-

17、51的微处理器的微处理器1.1.运算器运算器 组成：组成：由算术逻运算部件由算术逻运算部件ALUALU、累加器累加器ACCACC、寄存器寄存器B B、2 2个个8 8位暂存器、程序状态字位暂存器、程序状态字PSWPSW、贝尔处理器等组成贝尔处理器等组成 。功能：功能：对数据完成算术运算，逻辑运对数据完成算术运算，逻辑运算、循环移位、位处理。算、循环移位、位处理。A.A.算术逻辑单元算术逻辑单元ALUALUALUALU由加法器和其它逻辑电路等组成。由加法器和其它逻辑电路等组成。功能是完成各种算术运算和逻辑运算。功能是完成各种算术运算和逻辑运算。3.23.2 MCS-51MCS-51的微处理器的微

18、处理器B.B.寄存器寄存器CPUCPU内部设置了一些工作寄存器，用于内部设置了一些工作寄存器，用于暂存数据和状态。暂存数据和状态。 累加器累加器ACC ACC 累加器为累加器为8 8位寄存器，是程序中最常用位寄存器，是程序中最常用的专用寄存器。大部分单操作数指令的操作的专用寄存器。大部分单操作数指令的操作取自累加器，很多双操作数指令的一个操作取自累加器，很多双操作数指令的一个操作数也取自累加器。加、减乘和除等算术运算数也取自累加器。加、减乘和除等算术运算指令的运算结果都存放在累加器指令的运算结果都存放在累加器A A或或ABAB寄存寄存器中，在变址寻址方式中累加器被作为变址器中，在变址寻址方式中

19、累加器被作为变址3.23.2 MCS-51MCS-51的微处理器的微处理器变址寄存器使用。在变址寄存器使用。在MCSMCS5151中由于只有一中由于只有一个累加器，而单片机中的大部分数据操作都个累加器，而单片机中的大部分数据操作都是通过累加器进行的，故累加器的使用是十是通过累加器进行的，故累加器的使用是十分频繁的。分频繁的。 B B寄存器寄存器 B B寄存器为寄存器为8 8位寄存器，主要用于乘除指位寄存器，主要用于乘除指令中。乘法指令的两个操作数分别取自累加令中。乘法指令的两个操作数分别取自累加器器A A和寄存器和寄存器B B，其中其中B B为乘数，乘法结果的为乘数，乘法结果的高高8 8位存放

20、于寄存器位存放于寄存器B B中。除法指令中，被除中。除法指令中，被除数取自数取自A A，除数取自除数取自B B，除法的结果商数存放除法的结果商数存放3.23.2 MCS-51MCS-51的微处理器的微处理器于于A A，余数存放于余数存放于B B中。在其它指令中，中。在其它指令中，B B寄寄存器也可作为一般的数据单元来使用。存器也可作为一般的数据单元来使用。 程序状态字程序状态字PSWPSW程序状态字是一个程序状态字是一个8 8位寄存器，它包含位寄存器，它包含程序的状态信息。在状态字中，有些位状程序的状态信息。在状态字中，有些位状态是根据指令执行结果，由硬件自动完成态是根据指令执行结果，由硬件自

21、动完成设置的，而有些状态位则必须通过软件方设置的，而有些状态位则必须通过软件方法设定。法设定。PSWPSW中的每个状态位都可由软件读中的每个状态位都可由软件读出，出，PSWPSW的各位定义如下表所示。的各位定义如下表所示。 3.23.2 MCS-51MCS-51的微处理器的微处理器 PSWPSW的各状态位定义的各状态位定义位 序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志CYACF0 RS1RS0 OVPCYCY：进位标志位进位标志位 在执行某些算术和逻辑指令时，可以被在执行某些算术和逻辑指令时，可以被硬件或软件置位或清零。在算术运算时，如硬件或软件置

22、位或清零。在算术运算时，如操作结果的最高位操作结果的最高位D D7 7有进位或借位时有进位或借位时， CYCY置置1 1；否则置；否则置0 0。在位运算中，它作累加器。在位运算中，它作累加器C C使用使用，在位传送、位与和位或等位操作中，都，在位传送、位与和位或等位操作中，都要要使用进位标志位。使用进位标志位。3.23.2 MCS-51MCS-51的微处理器的微处理器ACAC：辅助辅助( (半）进位标志半）进位标志进行加法或减法操作时，当发生低四进行加法或减法操作时，当发生低四位向高四位进位或借位时，位向高四位进位或借位时，ACAC由硬件置位由硬件置位，否则，否则ACAC位被置位被置“0”“0

23、”。在进行十进制调整。在进行十进制调整指令时，将借助指令时，将借助ACAC状态进行判断。状态进行判断。 F0F0：用户标志位：用户标志位该位为用户定义的状态标记，用户根该位为用户定义的状态标记，用户根据需要用软件对其置位或清零，也可以用据需要用软件对其置位或清零，也可以用软件测试软件测试F0F0来控制程序的跳转。来控制程序的跳转。3.23.2 MCS-51MCS-51的微处理器的微处理器RS1RS1和和RS0RS0：寄存器组选择控制位寄存器组选择控制位该两位通过软件置该两位通过软件置“0”“0”或或“1”“1”来选来选择当前工作寄存器组择当前工作寄存器组OVOV：溢出标志位溢出标志位当执行算术

24、指令时，由硬件置位或清当执行算术指令时，由硬件置位或清零来指示溢出状态。在带符号的加减运算零来指示溢出状态。在带符号的加减运算中，中，OVOV1 1表示加减运算结果超出了累加器表示加减运算结果超出了累加器A A所能表示的符号数有效范围（所能表示的符号数有效范围（128128127127），），即运算结果是错误的，即运算结果是错误的，反之，反之，OVOV0 0表示运算正确，即无溢出产生。表示运算正确，即无溢出产生。3.23.2 MCS-51MCS-51的微处理器的微处理器P P：奇偶标志位奇偶标志位该标志位始终跟踪累加器该标志位始终跟踪累加器A A中内容的奇偶中内容的奇偶性，每个指令周期由硬件来

25、置位或清零用以性，每个指令周期由硬件来置位或清零用以表示累加器表示累加器A A中中1 1的个数的奇偶性，若累加器的个数的奇偶性，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 P1 1，否则否则P P0 0。3.23.2 MCS-51MCS-51的微处理器的微处理器2.2.控制器控制器组成：组成：由程序计数器由程序计数器PCPC、指令寄存器指令寄存器、指令译码器、时序控制与条件转移逻辑电、指令译码器、时序控制与条件转移逻辑电路等组成。路等组成。功能：功能：对来自存储器中的指令进行译对来自存储器中的指令进行译码，通过时序控制电路，在规定的时刻发出码，通过时序控制电路，在规定的时刻发出各种

26、操作所需的全部内部和外部控制信号，各种操作所需的全部内部和外部控制信号，协调各功能元件的工作，完成指令所规定的协调各功能元件的工作，完成指令所规定的功能。功能。 3.23.2 MCS-51MCS-51的微处理器的微处理器A.A.程序计数器程序计数器PC(Program Counter)PC(Program Counter)一个一个1616位的专用寄存器，用来存放下一位的专用寄存器，用来存放下一条指令的地址。它具有自动加条指令的地址。它具有自动加1 1的功能。的功能。 特点：特点： 它是它是1616位的按机器周期自动加位的按机器周期自动加1 1计数器。计数器。总指向下一条指令所在首地址总指向下一

27、条指令所在首地址( (当前当前PCPC值值) ) 转移指令可强行改变转移指令可强行改变PCPC的内容；的内容；一切分一切分支支/ /跳转跳转/ /调用调用/ /中断中断/ /复位复位 等操作的本质就等操作的本质就是是: :改变改变 PC PC 值。值。3.23.2 MCS-51MCS-51的微处理器的微处理器 复位时，复位时，PC=PC=00000000H H，使程序从使程序从0 0单元开始单元开始执行。通常单片机每取一个字节机器码，执行。通常单片机每取一个字节机器码，PCPC就自动加就自动加1 1，从而保证了指令的顺序执行。，从而保证了指令的顺序执行。 B.B.指令寄存器指令寄存器IRIR

28、8 8位寄存器，位寄存器，用于存放从用于存放从ROMROM中取出的指中取出的指令码令码，等待译码。，等待译码。C.C.指令译码器指令译码器IDID 8 8位寄存器，对指令寄存器中的指令进位寄存器，对指令寄存器中的指令进行译码，分析它的功能，并产生相应的控制行译码，分析它的功能，并产生相应的控制信号。信号。3.23.2 MCS-51MCS-51的微处理器的微处理器D.D.数据指针数据指针DPTRDPTR 是一个是一个1616位的地址指针寄存器。它主要位的地址指针寄存器。它主要用来存放用来存放1616位地址，作间接地址寄存器使用。位地址，作间接地址寄存器使用。可用来访问可用来访问64K64K外部数

29、据存储器和外部数据存储器和I/OI/O端口。端口。DPTRDPTR也可以拆成两个独立也可以拆成两个独立8 8位寄存器，位寄存器，即即DPHDPH（高（高8 8位字节）和位字节）和DPLDPL（低（低8 8位字节），位字节），分别占据分别占据8383H H和和8282H H两个地址。两个地址。3.23.2 MCS-51MCS-51的微处理器的微处理器E. E. 定时控制部件与时序定时控制部件与时序 功能：功能：在规定的时刻发出各种操作所需在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部的控制信号，协调各的全部内部和外部的控制信号，协调各功能元件工作，完成指令所规定的功能。功能元件工作，完成指令所规定

30、的功能。主要任务：主要任务：产生单片机工作所需要的基产生单片机工作所需要的基本时钟。本时钟。3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器1. MCS-511. MCS-51系列单片机存储结构的特点：系列单片机存储结构的特点：将程序存储器和数据存储器分开，并有将程序存储器和数据存储器分开，并有各自的寻址机构和寻址方式，这种结构的单各自的寻址机构和寻址方式，这种结构的单片微机称为哈佛型结构单片微机。片微机称为哈佛型结构单片微机。 3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器物理上分为：物理上分为：4 4个空间个空间 片内和片外程序存储器：片内和片外程序存储器：片内片内ROMRO

31、M、片外片外ROMROM片内和片外数据存储器：片内和片外数据存储器：片内片内RAMRAM、片外片外RAMRAM逻辑上分为逻辑上分为: : 3 3个空间个空间程序存储器程序存储器ROM(ROM(片内外片内外) )统一编址统一编址 MOVCMOVC数据存储器数据存储器RAMRAM（片内）片内） MOV MOV数据存储器数据存储器RAMRAM（片外）片外） MOVX MOVX3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器外部ROM内部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0FFFH1000HFFFFH外部RAM(I/O口)0000H0FFFFH程序存储器(c)特殊功能寄存器区00

32、H 30H2FH 0FFH工作寄存器区位寻址区20H1FH80H7FH0000H0FFFH内部数据存储器(a)外部数据存储器(b)一般RAM区 MCS5lMCS5l系列存储器地址空间分配图系列存储器地址空间分配图 3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器MCS-51MCS-51单片机的内存结构单片机的内存结构0 0F FF FF FF FH H0 0F FF FF FH H1EAROM 外外部部0EAROM 内内部部H0000 程序存储器程序存储器1000H1000HH00000 00 08 80 0H HRAM内内部部0 00 0F FF FH H能寄存器特殊功0 0F FF

33、FF FF FH H）（外部外部K64RAM 数据存储器数据存储器H00000 00 08 80 0H H0 00 07 7F FH H3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器2.2.程序存储器程序存储器功能：功能：存放程序及程序运行时所需的常数。存放程序及程序运行时所需的常数。寻址范围：寻址范围：00000000H HFFFFHFFFFH 容量容量6464KBKB，即地址长度：即地址长度：1616位位 EA=1EA=1；寻址内部寻址内部ROMROM。当当PCPC值超过片内值超过片内ROMROM容量时会自动转向容量时会自动转向 外部存储器空间。外部存储器空间。EA=0EA=0；寻

34、址外部寻址外部ROMROM。 8031 8031单片机，单片机，EAEA接低电平。接低电平。3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器七个具有特殊含义的单元是：七个具有特殊含义的单元是：v 0000 0000H H ：系统复位，：系统复位，PCPC指向此处；指向此处；v 0003 0003H H ：外部中断：外部中断0 0入口入口v 000 000BH BH ：T0T0溢出中断入口溢出中断入口 v 0013 0013H H ：外中断：外中断1 1入口入口v 001 001BH BH ：T1T1溢出中断入口溢出中断入口v 0023 0023H H ：串口中断入口：串口中断入口v 00

35、2 002BH BH ：T2T2溢出中断入口溢出中断入口 3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器3.3.数据存储器数据存储器MCS-51MCS-51单片机的单片机的数据存储器数据存储器在物理上在物理上可分成两部分：可分成两部分：片内数据存储器：片内数据存储器： 低低128128字节字节RAMRAM：00H00H7FH7FH 专用寄存器专用寄存器(SFR)(SFR)：80H80HFFHFFH片外数据存储器：片外数据存储器： 0000H0000HFFFFHFFFFH3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器 A.A.内部数据存储器内部数据存储器低低128128字节字节R

36、AMRAM由工作寄存器区、位寻址由工作寄存器区、位寻址区和通用区和通用RAMRAM区组成。区组成。组组通通用用寄寄存存器器区区第第0组组通通用用寄寄存存器器区区第第1组组通通用用寄寄存存器器区区第第2组组通通用用寄寄存存器器区区第第3）（位位地地址址位位寻寻址址区区FH7H00区区用用户户RAMH00H08/H07H10/FH0H18/H17H20/FH1H30/FH2FH7R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7即可位寻址，又可字节寻址即可位寻址，又可字节寻址数据缓冲区、堆栈区、工作数据缓冲区、堆栈区、工作单元单元3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器1) 工作寄存器区

37、（工作寄存器区（00H00H1FH1FH） 分成分成4 4组，每组组，每组8 8个寄存器个寄存器R0R0R7R7，可以，可以直接和累加器直接和累加器A A以及内部以及内部RAMRAM之间进行数据传之间进行数据传送、算术送、算术/ /逻辑运算等操作，也可在寄存器逻辑运算等操作，也可在寄存器间接寻址时提供地址。间接寻址时提供地址。2) 2) 位寻址区（位寻址区（20H20H2FH2FH）可进行字节寻址，也可进行位寻址。可进行字节寻址，也可进行位寻址。1616个单元共个单元共16168 8128128位位, , 位地址位地址00H00H7FH7FH。对字节内部的每一位都独立编址，每一位可对字节内部的

38、每一位都独立编址，每一位可独立置位、复位。独立置位、复位。3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器3) 3) 通用通用存储区存储区（30H30H7FH7FH）（堆栈区）（堆栈区） 堆栈的定义：堆栈的定义：按照按照“先进后出先进后出”的原则存取的原则存取数据的特殊存储区域，数据的特殊存储区域，是在片内是在片内RAMRAM中临时开中临时开辟的暂存区。辟的暂存区。堆栈的功能：堆栈的功能：保护现场、保护断点保护现场、保护断点堆栈的特点：堆栈的特点：先进后出，后进先出先进后出，后进先出v针对：子程序调用、中断操作针对：子程序调用、中断操作v在响应中断或子程序调用时，发生入栈操在响应中断或子

39、程序调用时，发生入栈操作，入栈是作，入栈是1616位的位的PCPC值，值，PSWPSW值并不自动入栈。值并不自动入栈。3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器B.B.特殊功能寄存器地址空间特殊功能寄存器地址空间v 共有共有2121个专用寄存器个专用寄存器SFRSFR，离散地分布在，离散地分布在片内片内RAMRAM的高的高128128字节地址字节地址80H80H0FFH0FFH中。中。v 程序计数器程序计数器PCPC是是1616位寄存器，但是不在位寄存器，但是不在8080H HFFHFFH范围内，不占据范围内，不占据RAMRAM单元。单元。v 在除在除PCPC外的专用寄存器外的专用

40、寄存器SFRSFR中，有中，有1111个专个专用寄存器既可字节寻址，又可位寻址（用寄存器既可字节寻址，又可位寻址（字字节地址为节地址为8 8的整倍数的整倍数）。）。3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器1 1）累加器累加器ACCACC： 8 8位寄存器。在大部分的位寄存器。在大部分的算术运算中存放某个操作数和运算结果。算术运算中存放某个操作数和运算结果。2 2）寄存器寄存器B B： 8 8位寄存器。主要用于与累位寄存器。主要用于与累加器加器A A配合执行乘法和除法指令的操作。配合执行乘法和除法指令的操作。3 3）程序状态字程序状态字PSWPSW：8 8位寄存器。用来存放位寄存器

41、。用来存放程序状态信息。某些指令的执行结果会自程序状态信息。某些指令的执行结果会自动影响动影响PSWPSW的有关状态标志位，有些状态位的有关状态标志位，有些状态位可用指令来设置。可用指令来设置。 D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OV-P3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器CYCY：进位进位/ /借位标志；位累加器。借位标志；位累加器。ACAC：辅助进辅助进/ /借位标志；用于十进制调整。借位标志；用于十进制调整。F0F0：用户定义标志位；软件置位用户定义标志位；软件置位/ /清零。清零。OVOV：溢出标志；溢出标志； 硬件置位硬件置位/ /清零。清零。

42、P P：奇偶标志；奇偶标志；A A中中1 1的个数为奇数的个数为奇数 P = 1P = 1； 否则否则 P = 0P = 0。RS1 RS0RS1 RS0：寄存器组内部寄存器组内部RAMRAM地址地址 0 0 0 0 工作寄存器组工作寄存器组0 00H0 00H07H07H 0 1 0 1 工作寄存器组工作寄存器组1 08H1 08H0FH0FH 1 0 1 0 工作寄存器组工作寄存器组2 10H2 10H17H17H 1 1 1 1 工作寄存器组工作寄存器组3 18H3 18H1FH1FH3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器4 4）堆栈指针堆栈指针SPSP 栈指针栈指针SP

43、SP为一个为一个8 8位专用寄存器，每存入位专用寄存器，每存入( (或取出或取出) )一个字节数据，一个字节数据，SPSP就自动加就自动加1(1(或减或减1)1)，SPSP始终指向新的栈顶。始终指向新的栈顶。系统复位后钱指系统复位后钱指针初始化为针初始化为07H07H。5 5）数据指针数据指针DPTRDPTR 16 16位的专用寄存器，由高位字节位的专用寄存器，由高位字节DPHDPH和低和低位字节位字节DPLDPL组成。可作为一个组成。可作为一个1616位寄存器使位寄存器使用，也可以作为用，也可以作为2 2个独立的个独立的8 8位寄存器位寄存器DPHDPH和和DPLDPL使用。使用。3.33.

44、3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器6 6）I/OI/O端口端口P0P0P3P3专用寄存器专用寄存器P0P0P3P3分别是分别是I/OI/O端口端口P0P0P3P3的锁存器。可以把的锁存器。可以把I/OI/O口当作口当作般的专用般的专用寄存器来使用，没有专门设置的口操作指令寄存器来使用，没有专门设置的口操作指令，全部采用统一的全部采用统一的MOVMOV指令。指令。7 7）串行输入串行输入/ /输出端口输出端口(1)(1)串行数据缓冲器串行数据缓冲器 SBUFSBUF是物理上独立的两个寄存器，共同使用是物理上独立的两个寄存器，共同使用一个地址（一个地址（9999H H）。）。(2)(2)

45、串行控制串行控制/ /状态寄存器状态寄存器SCONSCON控制监视串行口的工作状态。控制监视串行口的工作状态。3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器(3)(3)电源控制寄存器电源控制寄存器PCONPCON控制单片机的低功耗工作方式及波特率控制单片机的低功耗工作方式及波特率选择。选择。 8 8）中断系统中断系统(1)(1)中断优先级寄存器中断优先级寄存器IPIP：2 2级优先软件设定级优先软件设定(2)(2)中断允许寄存器中断允许寄存器IEIE9 9）定时器定时器/ /计数器计数器(1)(1)定时器方式寄存器：定时器方式寄存器：TMODTMOD(2)(2)定时器控制寄存器：定时器

46、控制寄存器：TCONTCON(3)(3)计数寄存器：计数寄存器：TH0TH0、TL0TL0；TH1TH1、TL1TL1。可可用于设定计数初值。用于设定计数初值。3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器C.C.片外数据存储器片外数据存储器片外数据存储器的地址空间为片外数据存储器的地址空间为64KB64KB，采用采用R0R0、R1R1或或DPTRDPTR寄存器间接寻址方式访问寄存器间接寻址方式访问片外数据存储器片外数据存储器。当采用。当采用R0R0、R1R1间址时只能间址时只能访问低访问低256256字节即字节即00H00HFFHFFH，采用，采用DPTRDPTR间接间接寻址方式可访

47、问整个寻址方式可访问整个64K64K字节空间。字节空间。v 容量最大扩展到容量最大扩展到6464KBKBv 寻址范围：寻址范围：00000000H HFFFFHFFFFHv 寻址方式：间接寻址可用寻址方式：间接寻址可用R0R0，R1R1或或DPTR DPTR 3.33.3 MCS-51MCS-51的存储器的存储器关于关于数据存储器数据存储器1 1）根据地址总线宽度，在片外可扩展的存储器最）根据地址总线宽度，在片外可扩展的存储器最大容量为大容量为64KB64KB，地址范围为，地址范围为0000H0000HFFFFHFFFFH。2 2）片外数据存储器与程序存储器片外数据存储器与程序存储器的操作使用

48、不同的操作使用不同的指令和控制信号，允许两者的地址重复。因此，的指令和控制信号，允许两者的地址重复。因此，片外要扩展的数据存储器与程序存储器各为片外要扩展的数据存储器与程序存储器各为64KB64KB。3 3）片外数据存储器与片内数据存储器片外数据存储器与片内数据存储器的操作指令的操作指令亦不同亦不同( (对片外对片外RAMRAM用用MOVXMOVX指令指令) )，所以也允许两者，所以也允许两者的地址重复，内部数据存储器的地址的地址重复，内部数据存储器的地址0000FFHFFH，外，外部扩展数据存储器的地址可以从部扩展数据存储器的地址可以从0000H0000HFFFFHFFFFH。3.4 3.4

49、 单片机的并行口结构单片机的并行口结构1. P01. P0口的内部结构及其功能口的内部结构及其功能QQDCP写写入入内部总线内部总线读读锁锁存存器器读引脚读引脚x . 0PCCV数据数据地址地址/控制控制锁锁存存器器MUX&P0口：地址口：地址/数据复用口数据复用口P0P0的位结构图的位结构图3.4 3.4 单片机的并行口结构单片机的并行口结构通用通用I / OI / O口口1 1）读（端口外数据）读（端口外数据内部寄存器）内部寄存器）方式方式1 1（读锁存器）（读锁存器）:QG2D:QG2D内部总线内部总线 适于适于“读读修改修改写写”方式方式2 2（读引脚）（读引脚）:P0.xG1

50、D:P0.xG1D内部总线内部总线作为通用作为通用I/OI/O使用，是一个准双向口：使用，是一个准双向口：在输入数据时应先把口置在输入数据时应先把口置1 1，使两个，使两个FETFET都截止，引脚处于悬浮状态，可作高阻抗输都截止，引脚处于悬浮状态，可作高阻抗输入。入。2 2）写（片内数据）写（片内数据 端口）端口） 数据数据锁存锁存MUXP0.x MUXP0.x 3.4 3.4 单片机的并行口结构单片机的并行口结构3 3）地址）地址/ /数据总线口数据总线口控制控制MUXMUX写：地址写：地址/ /数据为数据为1 1，P0 xP0 x高高 地址地址/ /数据为数据为0 0，P0 xP0 x低低

51、 读：经缓冲器读：经缓冲器G1G1读入读入 4)4)负载能力负载能力可带可带8 8个个TTLTTL输入，驱动输入，驱动NMOSNMOS时，接上时，接上拉电阻。拉电阻。3.4 3.4 单片机的并行口结构单片机的并行口结构总结特点：总结特点：（1 1）P0P0口可作通用口可作通用I/OI/O口使用，又可作地址口使用，又可作地址 / /数据总线口；数据总线口；（2 2）P0P0既可按字节寻址，又可按位寻址；既可按字节寻址，又可按位寻址；（3 3）P0P0作为输入口使用时：是准双向口；作为输入口使用时：是准双向口；（4 4）作通用）作通用I/O I/O 口输出时：是开漏输出；口输出时：是开漏输出；（5

52、 5）作地址）作地址/ /数据总线口时，数据总线口时，P0P0是一真正双是一真正双 向口，而作通用向口，而作通用I/OI/O口时，只是一个准口时，只是一个准 双向口。双向口。 3.4 3.4 单片机的并行口结构单片机的并行口结构2. P12. P1口的内部结构及其功能口的内部结构及其功能3.4 3.4 单片机的并行口结构单片机的并行口结构1 1）结构）结构v 只能作只能作I/OI/O口用，且是一个准双向口口用，且是一个准双向口v 内部已有上拉电阻，不是开漏输出口内部已有上拉电阻，不是开漏输出口2 2）特点）特点v 无地址无地址/ /数据口功能数据口功能v 可按字节寻址，也可按位寻址可按字节寻址

53、，也可按位寻址v 作作I/OI/O输入口时：是一准双向口，不输入口时：是一准双向口，不 是开漏输出。是开漏输出。 3.4 3.4 单片机的并行口结构单片机的并行口结构3. P23. P2口的内部结构及其功能口的内部结构及其功能3.4 3.4 单片机的并行口结构单片机的并行口结构特点：特点：v当当P2P2口作为通用口作为通用I/OI/O时是一准双向口时是一准双向口v从从P2P2口输入数据时，先向锁存器写口输入数据时，先向锁存器写 “ “1 1”v可位寻址，也可按字节寻址可位寻址，也可按字节寻址v可输出地址高可输出地址高8 8位位 3.4 3.4 单片机的并行口结构单片机的并行口结构4. P34.

54、 P3口的内部结构及其功能口的内部结构及其功能3.4 3.4 单片机的并行口结构单片机的并行口结构特点：特点：v作通用作通用I / OI / O时，时，“选择输出功能选择输出功能”应应 保持高电平。保持高电平。v工作于第二功能时，该位锁存器应置工作于第二功能时，该位锁存器应置1 1v作输入口时，输出锁存器和选择输出功作输入口时，输出锁存器和选择输出功 能端都应置能端都应置1 1。v第二功能专用输入，取自输入通道第一第二功能专用输入，取自输入通道第一 缓冲器（缓冲器（G1G1）输出端，通用输入信号取输出端，通用输入信号取 自自“读引脚读引脚”。3.4 3.4 单片机的并行口结构单片机的并行口结构

55、小结：小结：1 1.P0.P0口：地址低口：地址低8 8位与数据线分时使用端口。位与数据线分时使用端口。2 2.P1.P1口：按位可编址的输入输出端口。口：按位可编址的输入输出端口。3 3.P2.P2口：地址高口：地址高8 8位输出口。位输出口。4 4.P3.P3口：双功能口。若不用第二功能，也可口：双功能口。若不用第二功能，也可 作通用作通用I/O I/O 口。口。5 5. .按三总线划分：按三总线划分： v地址线：地址线：P0P0低八位地址，低八位地址，P2P2高八地址；高八地址；v数据线：数据线：P0P0输入输出输入输出8 8位数据；位数据；v控制线：控制线：P3P3口的口的8 8位加上

56、位加上/ /PSENPSEN、ALEALE共共 同完成同完成 控制总线。控制总线。3.5 I/O3.5 I/O端口的直接输入端口的直接输入/ /输出输出v 根据根据“输入三态，输出锁存输入三态，输出锁存”与总线相连与总线相连的原则，可采用的原则，可采用TTLTTL电路或电路或CMOSCMOS电路的锁存电路的锁存器、三态缓冲器扩展简单的器、三态缓冲器扩展简单的I/OI/O接口。接口。v 如采用如采用8 8位三态缓冲器位三态缓冲器74LS24474LS244组成输入口组成输入口，采用，采用8D8D锁存器锁存器74LS27374LS273，74LS37374LS373等组成输等组成输出口。出口。3.

57、5 I/O3.5 I/O端口的直接输入端口的直接输入/ /输出输出简单简单I/0I/0扩展举例：扩展举例：3.5 I/O3.5 I/O端口的直接输入端口的直接输入/ /输出输出例：例：74LS24474LS244和和74LS27374LS273地址都为地址都为7FFFH 7FFFH （P2.7=0P2.7=0）。要求当某开关合上时相对应的）。要求当某开关合上时相对应的LEDLED点亮，开关断时相应的点亮，开关断时相应的LEDLED暗，其控制暗，其控制程序如下：程序如下：M1M1：MOV DPTRMOV DPTR，#7FFFH#7FFFH MOVX A MOVX A，DPTRDPTR MOVX

58、DPTR MOVX DPTR，A A SJMP M1 SJMP M13.6 MCS-513.6 MCS-51单片机的片外总线结构单片机的片外总线结构1. MCS-511. MCS-51单片机的片外总线结构单片机的片外总线结构3.6 MCS-513.6 MCS-51单片机的片外总线结构单片机的片外总线结构P2ALEP0PSENRDWR8031EA74LS373地址锁存器A8A15A0A7D0D7控制总线数字总线地址总线高八位地址总线低八位图图 单片机的三总线结构单片机的三总线结构 3.6 MCS-513.6 MCS-51单片机的片外总线结构单片机的片外总线结构为使单片机能方便地与各种扩展芯片连为

59、使单片机能方便地与各种扩展芯片连接，可将单片机的外部连接变为一般的微型接，可将单片机的外部连接变为一般的微型机三总线结构形式。即地址总线、数据总线机三总线结构形式。即地址总线、数据总线和控制总线。和控制总线。 地址总线：地址总线：地址总线宽度为地址总线宽度为1616位。由位。由P P0 0口口提供低提供低8 8位地址线位地址线(A0(A0A7)A7)，由，由P P2 2口提供高口提供高8 8位地址线位地址线(A8(A8A15)A15)。由于。由于P0P0是地址是地址/ /数据分数据分时复用总线，所以为保存地址信息，需外加时复用总线，所以为保存地址信息，需外加地址锁存器锁存低地址锁存器锁存低8

60、8位地址信息。一般都用位地址信息。一般都用ALEALE正脉冲信号的下降沿控制锁存时刻。正脉冲信号的下降沿控制锁存时刻。 3.6 MCS-513.6 MCS-51单片机的片外总线结构单片机的片外总线结构 数据总线：数据总线：数据总线宽度为数据总线宽度为8 8位。由位。由P P0 0口口提供，数据总线是双向的，用于传送数据和提供，数据总线是双向的，用于传送数据和指令。指令。 控制总线：控制总线：常用的控制信号有：片外程序常用的控制信号有：片外程序存储器读选通信号存储器读选通信号PSENPSEN；片外数据存储器读；片外数据存储器读选通信号选通信号RDRD；片外数据存储器写选通信号；片外数据存储器写选通信号W