第2章 MCS-51单片机结构.

1、第二章第二章MCS-51单片机结构单片机结构*2.1 MCS-51单片机外特性单片机外特性2.2 MCS-51单片机内部结构单片机内部结构2.3 MCS-51存储器存储器2.4 专用功能寄存器专用功能寄存器2.5 中断系统中断系统2.6 定时器定时器/计数器计数器2.7串行接口串行接口2.1 MCS-512.1 MCS-51单片机的外特性单片机的外特性2.1.1 MCS-512.1.1 MCS-51系列系列 （1 1）MCS-51MCS-51是是IntelIntel公司生产的一个单公司生产的一个单片机系列名称。属于这一系列的单片机有片机系列名称。属于这一系列的单片机有多种，如：多种，如： 80

2、51/8751/80318051/8751/8031； HMOSHMOS 8052/8752/80328052/8752/8032； HMOSHMOS 80C51/87C51/80C3180C51/87C51/80C31 CHMOS CHMOS 80C52/87C52/80C3280C52/87C52/80C32等等 。 CHMOSCHMOS （2）该系列生产工艺有两种：）该系列生产工艺有两种：CHMOS是是CMOS和和HMOS的结合，既保的结合，既保持了持了HMOS高速度和高密度的特点，还具有高速度和高密度的特点，还具有CMOS的低功耗的特点。的低功耗的特点。在产品型号中凡带在产品型号中凡带

3、有字母有字母“C”的即为的即为CHMOS芯片芯片，CHMOS芯片的电平既与芯片的电平既与TTL电平兼容，又与电平兼容，又与CMOS电平兼容。电平兼容。一是一是HMOS工艺工艺（高密度短沟道（高密度短沟道MOS工工艺）。艺）。二是二是CHMOS工艺工艺（互补金属氧化物（互补金属氧化物的的HMOS工艺）。工艺）。（3）在功能上，该系列单片机有基本型）在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两大类：和增强型两大类：增强型增强型：8052/8752/803280C52/87C52/80C32基本型基本型：8051/8751/803180C51/87C51/80C31（4）在片内程序存储器的配置上，）在片

4、内程序存储器的配置上，该系列单片机有三种形式，即掩膜该系列单片机有三种形式，即掩膜ROM、EPROM和和ROMLess(无片内无片内程序存储器程序存储器)。如：。如：80C51有有4K字节的掩膜字节的掩膜ROM；87C51有有4K字节的字节的EPROM ；80C31在芯片内无程序存储器。在芯片内无程序存储器。2.1.2 80C512.1.2 80C51系列系列 Intel的：的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；等； ATMEL的：的：89C51、89C52、89C2051等；等； Philips、华邦、华邦、Dallas、Siemens(Infineo

5、n)等等公司的许多产品公司的许多产品 。 80C51是是MCS-51系列中系列中CHMOS工艺的一工艺的一个典型品种个典型品种 ；其它厂商；其它厂商以以80C51为基核为基核开发开发出的出的CMOS工艺单片机产品工艺单片机产品统称为统称为80C51系系列列。当前常用的。当前常用的80C51系列单片机主要产品系列单片机主要产品有：有：2.1.3 2.1.3 外封装外封装、双列直插式（PDIP） 40引脚 8051、8031、8751 2、方型（PLCC） 44引脚，有4条空脚 80C51、80C31、87C51其外封装见图2-1外封装形式图外封装形式图2-1 (a) P9方形方形4444引脚贴片

6、形引脚贴片形80518051总线结构图总线结构图 2-1( 2-1(b)b)地址总线(AB)805187518031P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7PSENEAALERST用户I/O控制总线(CB)锁存器P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0ALEA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0VCCVSS数据总线(DB)(a)(b)P1.0P1.1P

7、1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD、P3.0TXD、P3.1INT0、P3.2INT1、P3.3T0、P3.4T1、P3.5WR、P3.6RD、P3.7XTAL2XTAL1VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.080518751803112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221VCCVSSMCS-51总线结构总线结构图图 2-1(

8、b)2.1.4引脚说明引脚说明40条引脚功能说明如下：条引脚功能说明如下：、主电源引脚、主电源引脚Vss和和Vcc (5V)、时钟电路引脚：时钟电路引脚：VTAL1：当采用外部振荡源时接地当采用外部振荡源时接地VTAL2：当采用外部振荡源时接外部振当采用外部振荡源时接外部振荡源荡源、控制信号引脚、控制信号引脚RST/Vpd、ALE/PROG、 PSEN和和EA/VppRST/Vpd:RST:上电复位；上电复位；Vpd:断电时提供备用电源输入断电时提供备用电源输入。ALE/PROG： 允许地址锁存输出允许地址锁存输出/编程脉冲编程脉冲输入。正常时：提供低字节地址锁存到外输入。正常时：提供低字节地

9、址锁存到外部锁存器的信号；对于部锁存器的信号；对于EPROM型单片机，型单片机，在在EPROM编程期间，此引脚接收编程脉冲。编程期间，此引脚接收编程脉冲。PSEN:片外程序存储器读选通信号输出。片外程序存储器读选通信号输出。从外部程序存储器中取指令（数据）期间，从外部程序存储器中取指令（数据）期间，PSEN在每个机器周期内两次有效。可驱动在每个机器周期内两次有效。可驱动个个TTL电路。电路。EA/Vpp: 片内、片外程序存储器选择输出片内、片外程序存储器选择输出/编编 程电压输入程电压输入EA=1访问片内程序存储器；访问片内程序存储器；EA=0 访问外部程序存储器。对访问外部程序存储器。对EP

10、ROM型单片机，在型单片机，在EPROM编程期编程期 间，间，此引脚加此引脚加21V的编程电压（的编程电压（Vpp）。）。、输入输入/输出（输出（I/O）端口引脚：端口引脚：P0.0P0.7、P1.0P1.7、P2.0P2.7、P3.0P3.7 四个位输入四个位输入/输出端口。输出端口。四个端口的特性：四个端口的特性：、 对无内部存储器的单片机，对无内部存储器的单片机，P0口作为口作为数据数据/低位地址，低位地址，P2作为高位地址；作为高位地址；、P0口可驱动个口可驱动个TTL电路，电路， P1、P2、P3口只能驱动个口只能驱动个TTL电路。电路。、P3口具有双重功能。口具有双重功能。2.1.

11、5 外部总线外部总线MCS-51单片机系统采用三总线结构，通过单片机系统采用三总线结构，通过三总线和外部扩充部件相连。三总线分别三总线和外部扩充部件相连。三总线分别为：地址总线、数据总线和控制总线。为：地址总线、数据总线和控制总线。(1)、地址总线（地址总线（AB）：宽度宽度16位，可寻址位，可寻址64kb，P0口低位、口低位、P2口高位地址。口高位地址。(2)、数据总线（数据总线（DB）：宽度位，由宽度位，由P0口提供。口提供。(3)、控制总线（控制总线（CB）：由条控制线和由条控制线和P3口的第二功能状态口的第二功能状态 组成。组成。2.2 MCS-51单片机内部结构单片机内部结构2.2.

12、1MCS-51组成组成MCS-51单片机在一块芯片中集成了单片机在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器定时器/计数器和多种功能的计数器和多种功能的I/O接口等一台计算机所需的基本功能部件。接口等一台计算机所需的基本功能部件。片内包含下列几个部件：片内包含下列几个部件：(1) 一个位的一个位的CPU;(2) 一个片内振荡器及时钟电路；一个片内振荡器及时钟电路；(3) 4KB 的的ROM;(4) 128B的的RAM;(5) 两个两个16位定时器位定时器/计数器计数器(6) 可寻址可寻址64KB外部数据存储器和外部数据存储器和64KB外部程外部程序存储器的控制电路序存储器的控制电路(7)3

13、2(7)32条可编程条可编程I/OI/O线；线；4 4* *8=328=32(8)(8)一个可编程双工串行接口；一个可编程双工串行接口；(9)(9)具有个中断源、两个优先级嵌套中断结构。具有个中断源、两个优先级嵌套中断结构。80518051单片机框图见图单片机框图见图 2-2 2-280518051单片机内部框图见单片机内部框图见2-32-38051结构框图结构框图2-2P118051内部结构框图内部结构框图2-3 P11 2.2.2 8051的微处理器（的微处理器（CPU）CPU是单片机的核心部件。它由运算器和控制器是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成。等部件组成。1、运算器：进

14、行算术和逻辑运算。、运算器：进行算术和逻辑运算。累加器累加器ACC ；寄存器寄存器B ；程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW 。、控制器：、控制器：程序计数器程序计数器PC ：存放马上要执行的指令地址；存放马上要执行的指令地址；指令寄存器指令寄存器IR ：存放指令代码；存放指令代码；定时与控制逻辑：时钟与时序。定时与控制逻辑：时钟与时序。80518051的时钟与时序的时钟与时序一、一、80518051的时钟产生方式的时钟产生方式内部时钟内部时钟 外部时钟外部时钟二、二、8051的时序的时序CPUCPU的工作是不断地取指令和执行指令，以完成数的工作是不断地取指令和执行指令，以完成数据的处理、传

15、输和输入据的处理、传输和输入/ /输出等操作。这些操作要输出等操作。这些操作要按照一定的时间顺序运行，称为按照一定的时间顺序运行，称为时序时序。指令周期指令周期：CPUCPU取出一条指令至该指令执行完毕所取出一条指令至该指令执行完毕所需的时间称为指令周期。指令周期是以需的时间称为指令周期。指令周期是以机器周期机器周期为为单位。一个机器周期由个单位。一个机器周期由个状态周期状态周期组成。组成。状态周期：状态周期：两个振荡周期为一个状态周期，也两个振荡周期为一个状态周期，也称为时钟周期，用称为时钟周期，用S S表示。两个振荡周期作为表示。两个振荡周期作为两个节拍分别称为节拍两个节拍分别称为节拍P1

16、P1和节拍和节拍P2P2。在状态周在状态周期的前半周期期的前半周期P1P1有效时，通常完成算术逻辑操有效时，通常完成算术逻辑操作；在后半周期作；在后半周期P2P2有效时，一般进行内部寄存有效时，一般进行内部寄存器之间的传输。器之间的传输。 MCS-51系列单片机除系列单片机除乘法、除法乘法、除法指令是指令是4周期周期指令外，其余都是单周期指令和双周期指令。指令外，其余都是单周期指令和双周期指令。若用若用12 MHz晶振，则单周期指令和双周期指晶振，则单周期指令和双周期指令的指令周期时间分别为令的指令周期时间分别为1 s和和2 s，乘法乘法和除法指令为和除法指令为4 s。8051的典型时序的典型

17、时序 各指令的微操作在时间上有严格的次序，这各指令的微操作在时间上有严格的次序，这种种微操作的时间次序微操作的时间次序我们称作我们称作时序。时序。 单字节指令单字节指令 双字节指令双字节指令1、单周期指令时序、单周期指令时序 2个机器周期中个机器周期中ALE信号有效信号有效4次，后次，后3次读操作无效。次读操作无效。 2、双周期指令时序、双周期指令时序 在第二机器周期无读操作码的操作，而是进行外部在第二机器周期无读操作码的操作，而是进行外部数据存储器的寻址和数据选通数据存储器的寻址和数据选通 。ALE信号会出现非周期信号会出现非周期现象现象。 访问外部访问外部RAM的双周期指令时序的双周期指令

18、时序 2.2.3存储器存储器、程序存储器、程序存储器（ROM）8051单片机可寻址单片机可寻址64KB程序存储器，内部一般为程序存储器，内部一般为432KB，其类型有其类型有:无存储器、无存储器、ROM、EPROM、Flashmemory。、数据存储器数据存储器（RAM）8051单片机内部有单片机内部有RAM和特殊功能寄存器。和特殊功能寄存器。RAM容量一般在容量一般在1281K字节。字节。2.2.4 I/0端口端口2.2.4.1、端口功能、端口功能、P0口：三态双向口，能驱动个口：三态双向口，能驱动个TTL电路。电路。地址低位地址低位/数据双向输入数据双向输入/输出。输出。、P1口：准双向口

19、，输入、输出。口：准双向口，输入、输出。、P2口：准双向口，地址高位或输入、输出。口：准双向口，地址高位或输入、输出。、P3口：准双向口，双功能口。第一功能为一口：准双向口，双功能口。第一功能为一 般输入、输出口，第二功能见表般输入、输出口，第二功能见表2-1. 表表2-1 P3口的第二功能口的第二功能P3.0 ：RXD（串行口输入）；（串行口输入）；P3.1 ：TXD（串行口输出）；（串行口输出）；P3.2 ：INT0 外部中断外部中断0输入；输入；P3.3 ：INT1 外部中断外部中断1输入；输入；P3.4 ：T0（定时器（定时器0的外部输入）；的外部输入）；P3.5 ：T1（定时器（定时

20、器1的外部输出）；的外部输出）；P3.6 ：WR （片外数据存储器片外数据存储器“写写”选通控制输选通控制输出）；出）；P3.7 ：RD （片外数据存储器片外数据存储器“读读”选通控制输选通控制输出）。出）。2.2.4.2 端口操作端口操作一、一、P0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，也不进行扩展，也不进行片外片外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

21、门输出的另外，与门输出的“0”使输出驱动器的上使输出驱动器的上拉场效应管拉场效应管T1处于截止状态。因此，输出驱处于截止状态。因此，输出驱动级工作在动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。P0口用作通用口用作通用I/O口口C=0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

22、是内部总线的数据。作输入口时，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。 执行执行“读读修改修改写写”类输入指令类输入指令时（如：时（如：ANL P0，A），内部产生的），内部产生的“读锁存器读锁存器”操作信号，使锁存器操作信号，使锁存器Q端数据进入内部数据总线，在与累加端数据进入内部数据总线，在与累加器器A进行逻辑运算之后，结果又送回进行逻辑运算之后，结果又送回P0的口锁存器并出现在引脚。的口锁存器并出现在引脚。

23、读口锁存器可以避免因外部电路原因使读口锁存器可以避免因外部电路原因使原口引脚的状态发生变化造成的误读。原口引脚的状态发生变化造成的误读。 在执行在执行“MOV”MOV”类输入指令时（如：类输入指令时（如：MOV MOV A A，P0P0），内部产生的操作信号是），内部产生的操作信号是“读引读引脚脚”。注意，在。注意，在执行该类输入指令前要先把执行该类输入指令前要先把锁存器写入锁存器写入“1”1”，使场效应管，使场效应管T2T2截止，使截止，使引脚处于悬浮状态，可以作为高阻抗输入。引脚处于悬浮状态，可以作为高阻抗输入。 否则，在作为输入方式之前曾向锁存器输否则，在作为输入方式之前曾向锁存器输出过

24、出过“0”0”，则，则T2T2导通会使引脚箝位在导通会使引脚箝位在“0”0”电平，使输入高电平电平，使输入高电平“1”1”无法读入。无法读入。所以，所以，P0P0口在作为通用口在作为通用I/OI/O口时，属于准双向口口时，属于准双向口。(2)(2)、P0P0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扩展或进扩展或进行片外行片外RAM扩展，扩展，P0用作地址用作地址/数数据总线时据总线时。 在这种情况下，单片机内硬件自在这种情况下，单片机内硬件自动使动使C=1，MUX开关接向反相器的开关接向反相器的输出端，这时与门的输出由地址输出端，这时与门的输出由地址/数数

25、据线的状态决定。据线的状态决定。P0P0用作地址用作地址/ /数据总线数据总线C=1C=1CPU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

26、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。二、二、 P2P2口的结构口的结构C=0：通用通用I/O口；口；C=1：地址输出地址输出(1)(1)、 P2P2用作通用用作通用I/OI/O口口 当不在单片机芯片外部扩展程序存储器，只当不在单片机芯片外部扩展程序存储器，只扩展扩展256B的片外的片外RAM时，仅用到了地址线的时，仅用到了地址线的低低8位，位，P2口仍可以作为通用口仍可以作为通用I/O口使用口使用

27、。 执行输出指令时，内部数据总线的数据在执行输出指令时，内部数据总线的数据在“写锁写锁存器存器”信号的作用下由信号的作用下由D端进入锁存器，经反相器端进入锁存器，经反相器后送至场效应管后送至场效应管T，再经，再经T反相，反相，在在P2.X引脚出现的引脚出现的数据正好是内部总线的数据数据正好是内部总线的数据。 P2口用作输入时，数据可以读自口的锁存器，口用作输入时，数据可以读自口的锁存器，也可以读自口的引脚。这要根据输入操作采用的是也可以读自口的引脚。这要根据输入操作采用的是“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。 执行执行“读读修改修改写写”类输入指令时内部

28、类输入指令时内部产生的产生的“读锁存器读锁存器”操作信号使锁存器操作信号使锁存器Q端端数据进入内部数据总线，在与累加器数据进入内部数据总线，在与累加器A进行进行逻辑运算之后，结果又送回逻辑运算之后，结果又送回P2的口锁存器并的口锁存器并出现在引脚。出现在引脚。 执行执行“MOV”类输入指令时，内部产生的类输入指令时，内部产生的操作信号是操作信号是“读引脚读引脚”。应在执行输入指令。应在执行输入指令前要把锁存器写入前要把锁存器写入“1”，从而使引脚处高阻，从而使引脚处高阻抗输入状态。抗输入状态。 P2口在作为通用口在作为通用I/O口时，属于准双向口口时，属于准双向口。 (2)(2)、P2P2用作

29、地址总线用作地址总线 当需要在单片机芯片外部扩展程序存当需要在单片机芯片外部扩展程序存储器或扩展的储器或扩展的RAM容量超过容量超过256字节时字节时，单片机内硬件自动使控制单片机内硬件自动使控制C=1，MUX开开关接向地址线，这时关接向地址线，这时P2.X引脚的状态正引脚的状态正好与地址线的信息相同好与地址线的信息相同。三、三、 P1口的结构口的结构 P1口由一个口由一个输出锁存器输出锁存器、两个三态输、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成。输出驱入缓冲器和输出驱动电路组成。输出驱动电路与动电路与P2口相同，口相同，内部设有上拉电阻内部设有上拉电阻。 P1口是通用的准双向口是通用的准双向I/

30、O口。输出高口。输出高电平时，能向外提供拉电流负载，不必电平时，能向外提供拉电流负载，不必再接上拉电阻。当口用作输入时，须向再接上拉电阻。当口用作输入时，须向口锁存器写入口锁存器写入1。四、四、 P3口的结构口的结构 1 1、P3P3用作第一功能（通用用作第一功能（通用I/O口）口） 对对P3口进行字节或位寻址时，单片机内部的硬件口进行字节或位寻址时，单片机内部的硬件自动将第二功能输出线的自动将第二功能输出线的W置置1。这时，对应的口线。这时，对应的口线为通用为通用I/O口方式。口方式。输出时，锁存器的状态（输出时，锁存器的状态（Q端）与输出引脚端）与输出引脚的状态相同；的状态相同；输入时，要

31、先向口锁存器写入输入时，要先向口锁存器写入1，使引脚处，使引脚处于高阻输入状态。输入的数据在于高阻输入状态。输入的数据在“读引脚读引脚”信号的作用下，进入内部数据总线。信号的作用下，进入内部数据总线。 P3口作为通用口作为通用I/O口时，属于准双向口口时，属于准双向口。2 2、P3P3用作第二功能使用用作第二功能使用 当当CPU不对不对P3口进行字节或位寻址时，内部硬件口进行字节或位寻址时，内部硬件自动将口锁存器的自动将口锁存器的Q端置端置1。这时，。这时，P3口作为第二功口作为第二功能使用能使用。INT0INT1RDWRP3.0 ：RXD（串行口输入）；（串行口输入）；P3.1 ：TXD（串

32、行口输出）；（串行口输出）；P3.2 ： 外部中断外部中断0输入；输入；P3.3 ： 外部中断外部中断1输入；输入；P3.4 ：T0（定时器（定时器0的外部输入）；的外部输入）；P3.5 ：T1（定时器（定时器1的外部输出）；的外部输出）；P3.6 ： （片外数据存储器（片外数据存储器“写写”选通控制输出）；选通控制输出）；P3.7 ： （片外数据存储器（片外数据存储器“读读”选通控制输出）。选通控制输出）。2.2.5 2.2.5 复位复位和复位电路和复位电路一、复位电路一、复位电路复位复位目的是使单片机或系统中的其它部件处于某种目的是使单片机或系统中的其它部件处于某种确定的确定的初始状态。初

33、始状态。 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 表表2-22-2内部寄存器初时值内部寄存器初时值2.3 MCS-512.3 MCS-51的存储器的存储器80C51存储器可以分成两大类：存储器可以分成两大类： RAM，CPU在运行时能随时进行数据的写入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和读出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。它用来存放暂时性的输入输出数据、运算的失。它用来存放暂时性的输入输出数据、运算的中间结果或用作堆栈。中间结果或用作堆栈。 ROM是一种写入信息后不易改写的存储器。是一种写入信息后不易改写的存储器。断电后，断电后，RO

34、M中的信息保留不变。用来存放固定中的信息保留不变。用来存放固定的程序或数据，如系统监控程序、常数表格等。的程序或数据，如系统监控程序、常数表格等。 2.3.1 2.3.1 程序存储器程序存储器PC是是16位的计数器，所以能寻址位的计数器，所以能寻址64KB的的ROM。80C51内部有内部有4KB的掩膜的掩膜ROM，87C51在内部有在内部有4KB的的EPROM，而，而80C31在内部没有程序存储器。在内部没有程序存储器。 2.3.2 2.3.2 数据存储器数据存储器、外部数据存储器、外部数据存储器寻址范围寻址范围64KB：0000H0FFFFH访问指令：访问指令：MOVX A DPTRMOVX

35、 DPTR A、内部数据存储器、内部数据存储器存储空间存储空间256B字节。字节。按动能和用途，分为按动能和用途，分为四个区域：四个区域：(1)工作寄存器区工作寄存器区(2)位寻址区位寻址区（ 20H2FH ）(3)堆栈和数据缓冲区堆栈和数据缓冲区(4)专用功能寄存器区专用功能寄存器区(SFR)一、工作寄存器区一、工作寄存器区 低端低端32个字节分成个字节分成4个工作寄存器组，每组个工作寄存器组，每组8个单个单元。元。当前工作寄存器组的机制当前工作寄存器组的机制便于快速现场保护。便于快速现场保护。 PSW的的RS1、RS0 决定当前工作寄存器组号决定当前工作寄存器组号 寄存器寄存器0组组 ：地

36、址：地址00H07H； （没有被选用的工作（没有被选用的工作寄存器寄存器1组组 ：地址：地址08H0FH； 寄存器可作为一般寄存器可作为一般寄存器寄存器2组组 ：地址：地址10H17H； 存储器使用）存储器使用）寄存器寄存器3组组 ：地址：地址18H1FH。二、位寻址区二、位寻址区 内部内部RAM的的20H2FH为位寻址区，有为位寻址区，有16个单元，其每一位个单元，其每一位(168=128b)都有一个地都有一个地址，占据位地址空间为址，占据位地址空间为00H7FH。这这16个单个单元的每一位都可以用软件单独置位，用于存元的每一位都可以用软件单独置位，用于存放各种程序标志、位控制变量等。放各种

37、程序标志、位控制变量等。其位寻址映射见表其位寻址映射见表2-5表表2-5: 位寻址区地址映射表位寻址区地址映射表RAM中地址中地址00H7FH，即是即是字节寻址字节寻址区地址也是区地址也是位位寻址的地址，如何分辨是位寻址还是字节寻址？寻址的地址，如何分辨是位寻址还是字节寻址？通过指令来区分：通过指令来区分：MOV A, 20H ; 字节指令，字节指令，8个位。个位。MOV C, 20H ; 位指令，位指令，1个位。个位。 三、堆栈和数据缓存区三、堆栈和数据缓存区 位寻址区之后的位寻址区之后的30H至至7FH共共80个字节个字节为为通用通用RAM区。这些单元可以作为数据缓冲区。这些单元可以作为数

38、据缓冲器使用。这一区域的操作指令非常丰富，器使用。这一区域的操作指令非常丰富，数据处理方便灵活。数据处理方便灵活。 在实际应用中，常需在在实际应用中，常需在RAM区设置堆栈。区设置堆栈。80C51的的堆栈一般设在堆栈一般设在30H7FH的范围内的范围内。栈顶的位置由栈顶的位置由SP寄存器指示。寄存器指示。复位时复位时SP的的初值为初值为07H，在系统初始化时可以重新设置。，在系统初始化时可以重新设置。堆栈和堆栈指针堆栈和堆栈指针栈底SPSP+1数据压入数据弹出堆栈：堆栈：用于保护现场用于保护现场先进后出先进后出进栈时：进栈时：SP先加，先加，然后数据进栈。然后数据进栈。出栈时：数据先出栈，出栈

39、时：数据先出栈，然后然后SP减。减。2.4 2.4 专用功能寄存器（专用功能寄存器（SFRSFR）MCS-51MCS-51内部的内部的I/0I/0口锁存器口锁存器及及定时器、串行口、定时器、串行口、中断中断等各种等各种控制寄存器和状态寄存器控制寄存器和状态寄存器都作为专都作为专用功能寄存器用功能寄存器其地址在其地址在8080H H0FFH0FFH范围内。范围内。MCS-51MCS-51最常用的特殊功能寄存器有最常用的特殊功能寄存器有2121个。个。在特殊功能寄存器中，凡其地址能被在特殊功能寄存器中，凡其地址能被8 8整除的寄整除的寄存器具有位寻址功能。存器具有位寻址功能。表表2-6 2-6 特

40、殊功能寄存器特殊功能寄存器1 1表表2-6 2-6 特殊功能寄存器特殊功能寄存器2 2一、与运算器相关的寄存器（一、与运算器相关的寄存器（3个）个）累加器累加器ACC，8位。用于向位。用于向ALU提供操作数，许多运提供操作数，许多运算的结果也存放在累加器中；算的结果也存放在累加器中；寄存器寄存器B，8位。主要用于乘、除法运算。也可以作为位。主要用于乘、除法运算。也可以作为RAM的一个单元使用；的一个单元使用；程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW，8位。其各位含义为：位。其各位含义为： CY：进位、借位标志。有进位、借位时：进位、借位标志。有进位、借位时 CY=1，否则，否则CY=0； AC：

41、辅助进位、借位标志；：辅助进位、借位标志； F0：用户标志位，由用户自己定义；：用户标志位，由用户自己定义； RS1、RS0：当前工作寄存器组选择位；：当前工作寄存器组选择位； OV：溢出标志位。有溢出时：溢出标志位。有溢出时OV=1，否则，否则OV=0； P：奇偶标志位。：奇偶标志位。ACC中结果有奇数个中结果有奇数个1时时P=1，否则，否则 P=0。二、指针类寄存器（二、指针类寄存器（3个）个）堆栈指针堆栈指针SP，8位。它总是指向栈顶。位。它总是指向栈顶。 堆栈操作遵循堆栈操作遵循“后进先出后进先出”的原则，入栈操作时，的原则，入栈操作时，SP先加先加1，数据再压入，数据再压入SP指向的

42、单元。出栈操作时，指向的单元。出栈操作时， 先将先将SP指向的单元的数据弹出，然后，指向的单元的数据弹出，然后，SP再减再减1，这，这时时SP指向的单元是新的栈顶。可见，指向的单元是新的栈顶。可见，80C51单片机单片机的堆栈区是向地址增大的方向生成的。的堆栈区是向地址增大的方向生成的。数据指针数据指针DPTR，16位。用来存放位。用来存放16位的地址。位的地址。 它由两个它由两个8位的寄存器位的寄存器DPH和和DPL组成。间接寻组成。间接寻址或变址寻址可访问片外的址或变址寻址可访问片外的64KB范围的范围的RAM或或ROM数据。数据。 三、与口相关的寄存器（三、与口相关的寄存器（7个）个）并

43、行并行I/O口口P0、P1、P2、P3，均为，均为8位；位；串行口数据缓冲器串行口数据缓冲器SBUF； 串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON； 串行通讯波特率倍增寄存器串行通讯波特率倍增寄存器PCON（一些位（一些位还与电源控制相关，所以又称为电源控制寄还与电源控制相关，所以又称为电源控制寄存器）。存器）。四、与中断相关的寄存器（四、与中断相关的寄存器（2个）个）中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器IE；中断优先级控制寄存器中断优先级控制寄存器IP。 五、与定时器五、与定时器/计数器相关的寄存器（计数器相关的寄存器（6个）个）定时定时/计数器计数器T0的两个的两个8位计数初值寄存器位计数初

44、值寄存器TH0、TL0，它们可以构成，它们可以构成16位的计数器，位的计数器，TH0存放高存放高8位，位，TL0存放低存放低8位；位；定时定时/计数器计数器T1的两个的两个8位计数初值寄存器位计数初值寄存器TH1、TL1，它们可以构成，它们可以构成16位的计数器，位的计数器，TH1存放高存放高8位，位，TL1存放低存放低8位；位；定时定时/计数器的工作方式寄存器计数器的工作方式寄存器TMOD；定时定时/计数器的控制寄存器计数器的控制寄存器TCON。2.52.5中断系统中断系统中断的基本概念中断的基本概念 所谓所谓中断中断是指是指CPU对系统中或系统外发生的某个事件对系统中或系统外发生的某个事件

45、的一种响应过程，即的一种响应过程，即CPU暂时停止现行程序的执行，而暂时停止现行程序的执行，而自动转去执行预先安排好的处理该事件的服务子程序。当自动转去执行预先安排好的处理该事件的服务子程序。当处理结束后，再返回到被暂停程序的断点处，继续执行原处理结束后，再返回到被暂停程序的断点处，继续执行原来的程序。来的程序。实现这种中断功能的硬件系统和软件系统统称实现这种中断功能的硬件系统和软件系统统称为中断系统。为中断系统。 中断系统是计算机的重要组成部分。实时控制、故障中断系统是计算机的重要组成部分。实时控制、故障自动处理时往往用到中断系统，计算机与外部设备间传送自动处理时往往用到中断系统，计算机与外

46、部设备间传送数据及实现人机联系也常常采用中断方式。数据及实现人机联系也常常采用中断方式。中断系统需要解决以下基本问题：中断系统需要解决以下基本问题： (1) 中断源：中断请求信号的来源。中断源：中断请求信号的来源。包括中断请求信号包括中断请求信号的产生及该信号怎样被的产生及该信号怎样被CPU有效地识别。而且要求中断请有效地识别。而且要求中断请求信号产生一次，只能被求信号产生一次，只能被CPU接收处理一次，即不能一次接收处理一次，即不能一次中断申请被中断申请被CPU多次响应。这就涉及到中断请求信号的及多次响应。这就涉及到中断请求信号的及时撤除问题。时撤除问题。(2) 中断响应与返回：中断响应与返

47、回：CPU采集到中断请求信号后，怎采集到中断请求信号后，怎样转向特定的中断服务子程序、执行完中断服务子程序怎样样转向特定的中断服务子程序、执行完中断服务子程序怎样返回被中断的程序继续正确地执行。中断响应与返回的过程返回被中断的程序继续正确地执行。中断响应与返回的过程中涉及到中涉及到CPU响应中断的条件、现场保护等问题。响应中断的条件、现场保护等问题。 (3) 优先级与中断嵌套控制：优先级与中断嵌套控制：一个计算机应用系统，特别是计算机实时测控应用一个计算机应用系统，特别是计算机实时测控应用系统，往往有多个中断源，各中断源所要求的处理具有系统，往往有多个中断源，各中断源所要求的处理具有不同的轻重

48、、缓急程度。与人处理问题的思路一样，希不同的轻重、缓急程度。与人处理问题的思路一样，希望重要紧急的事件先处理，而且如果当前处于正在处理望重要紧急的事件先处理，而且如果当前处于正在处理某个事件的过程中，有更重要、更紧急的事件到来，就某个事件的过程中，有更重要、更紧急的事件到来，就应当暂停当前事件的处理，转去处理新事件。这就是中应当暂停当前事件的处理，转去处理新事件。这就是中断系统优先级控制所要解决的问题。断系统优先级控制所要解决的问题。中断优先级的控制形成了中断嵌套。中断优先级的控制形成了中断嵌套。中断嵌套示意中断嵌套示意2.5.1 2.5.1 中断请求源和中断请求标志中断请求源和中断请求标志一

49、、中断请求源（一、中断请求源（5个）个）INT0:(P3.2)外部中断请求；外部中断请求；INT1:(P3.3)外部中断请求；外部中断请求；T0: 片内定时器片内定时器/计数器计数器0溢出中断请求溢出中断请求(TF0);T1: 片内定时器片内定时器/计数器计数器1溢出中断请求溢出中断请求(TF0);串行接口串行接口：片内串行接口完成一帧数据的发送或：片内串行接口完成一帧数据的发送或 接收中断请求源接收中断请求源(TI)和和(RI)。与中断系统有关的特殊功能寄存器有：与中断系统有关的特殊功能寄存器有：中断源寄存器：中断源寄存器：TCON（定时定时/计数）计数）、SCON（串行控制）串行控制）中断

50、允许寄存器：中断允许寄存器：IE中断优先级控制寄存器：中断优先级控制寄存器：IP中断系统结构见中断系统结构见P26 图图2-10MCS-51中断系统中断系统EX0ET0EX1ET1ESIE0INT0TF0INT1TF1TIRIIE1TCON中中断请求标断请求标志置志置 中断允许寄存器中断允许寄存器IEIE源允许总允许源允许总允许EA中断中断优先优先级寄级寄存器存器IPIP高优先级中断请求低优先级中断请求图图 2-10 2-10 中断系统结构中断系统结构二、二、 TCON寄存器寄存器TCON是定时器是定时器/计数器计数器0和和1(T0、T1)的控制寄的控制寄存器，它同时也用来锁存存器，它同时也用

51、来锁存T0、T1的溢出中断请的溢出中断请求和外部中断请求。其与中断有关的位如图示求和外部中断请求。其与中断有关的位如图示TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0TCON字节字节地址地址88H IT0(IT1)：外部中断外部中断0(或或1)触发方式控制位。触发方式控制位。IT0(或或IT1)0，则选择外部中断为电平触发方式；，则选择外部中断为电平触发方式；IT0(或或IT1)1，则选择外部中断为跳变触发方式。，则选择外部中断为跳变触发方式。 IE0(IE1)：外部中断外部中断0(或或1)的中断请求标志位。当的中断请求标志位。当IT0(或或IT

52、1)= 1， IE0(IE1)由硬件置位，外部由硬件置位，外部中断中断0（或）请求中断。（或）请求中断。 在在CPU响应中断时响应中断时 由硬件将由硬件将IE0(或或IE1)清零。清零。TF0(TF1): 定时器定时器/计数器计数器(T0、T1)的溢出中断标的溢出中断标志。计数溢出后志。计数溢出后TF0(TF1)置置1，CPU相应中断后相应中断后由硬件清由硬件清“0”。 三、三、SCONSCON寄存器寄存器SCONSCON寄存器为寄存器为串行接口寄存器串行接口寄存器。其低。其低2 2位用来做串行接口位用来做串行接口的中断标志，如图示的中断标志，如图示TIRID7 D6 D5 D4 D3 D2

53、D1 D0SCON字节字节地址地址98H RI: 串行接口接收中断标志。串行接口接收中断标志。接收完一个字符后接收完一个字符后RIRI由硬件置位，必须由软件复位；由硬件置位，必须由软件复位；TI: 串行接口发送中断标志。串行接口发送中断标志。发送完一个字符后发送完一个字符后TITI由硬件置位，必须由软件复位。由硬件置位，必须由软件复位。2.5.2 2.5.2 中断控制中断控制一、中断允许与禁止一、中断允许与禁止在在MCS-51中断系统中，中断允许或禁止是由片内的中断中断系统中，中断允许或禁止是由片内的中断允许寄存器允许寄存器IE（特殊功能寄存器）控制的，特殊功能寄存器）控制的，IE中的各位功中

54、的各位功能如下：能如下：EAET2ESET1EX1ET0EX0D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0IE字节字节地址地址A8H EA：中断允许总控位。中断允许总控位。EA=0：屏蔽所有的中断请，屏蔽所有的中断请，EA=1：开放中断。开放中断。ESES：串行口中断允许位。串行口中断允许位。ES=0ES=0：禁止串行口中断；禁止串行口中断；ES=1ES=1允许串行口中断。允许串行口中断。ET1(ET0)ET1(ET0)：定时器定时器/ /计数器计数器T1(T0)T1(T0)的溢出中断允许位。的溢出中断允许位。ET1(ET0)=0ET1(ET0)=0，禁止禁止T1(T0)T1(T0)中断；中

55、断；ET1(ET0)=1ET1(ET0)=1，允许允许T1(T0)T1(T0)中断。中断。EX1(EX0)EX1(EX0)： INT1INT1外部中断外部中断1(1(INT0INT0，外部中断外部中断0)0)的中断允的中断允许位。许位。EX1(EX0)=0EX1(EX0)=0，禁止外部中断禁止外部中断1(1(外部中断外部中断0 0) )中断；中断；EX1(EX0)=1EX1(EX0)=1，允许外部中断允许外部中断1(1(外部中断外部中断0 0) )中断。中断。 二、中断优先级控制二、中断优先级控制中断的优先级由中断优先级寄存器中断的优先级由中断优先级寄存器IPIP控制，其各位功能如控制，其各位

56、功能如下：下：PSPT1PX1PT0PX0D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0IP字节地址B8H PSPS：串行口的中断优先级控制位。串行口的中断优先级控制位。PT1(PT0)PT1(PT0)：定时器定时器/ /计数器计数器T1T1的中断优先级控制位。的中断优先级控制位。PX1(PX0)PX1(PX0)：外部中断外部中断1(1(外部中断外部中断0)0)的中断优先级控制位。的中断优先级控制位。以上标志以上标志P =1P =1设置为高级，设置为高级，P =0P =0设置为低级。设置为低级。当几个同级别的中断源同时请求时，其中断优先级由内部当几个同级别的中断源同时请求时，其中断优先级由内部

57、查询确定其优先级查询确定其优先级查询顺序为：查询顺序为： 中中 断断 源源同级的中断优先级同级的中断优先级 外部中断外部中断0 0 定时器定时器/ /计数器计数器0 0中断中断 外部中断外部中断1 1 定时器定时器/ /计数器计数器1 1中断中断 串行口中断串行口中断 最高最高 最低最低三、中断响应过程三、中断响应过程CPU响应中断后，由硬件自动执行如下的功能操作：响应中断后，由硬件自动执行如下的功能操作： (1) 根据中断请求源的优先级高低，对相应的优先级根据中断请求源的优先级高低，对相应的优先级状态触发器置状态触发器置1。 (2) 保护断点，即把程序计数器保护断点，即把程序计数器PC的内容

58、压入堆栈的内容压入堆栈保存。保存。 (3) 清内部硬件可清除的中断请求标志位清内部硬件可清除的中断请求标志位(IE0、IE1、TF0、TF1)。 (4) 把被响应的中断服务程序入口地址送入把被响应的中断服务程序入口地址送入PC，从从而转入相应的中断服务程序执行。各中断服务程序的入而转入相应的中断服务程序执行。各中断服务程序的入口地址见下页。口地址见下页。 5个中断源的入口地址：个中断源的入口地址：复位：复位： 0000HINT0： 0003HT0： 000BHINT1： 0013HT1： 001Bh串行口串行口: 0023H中断处理程序的最后一个指令应为：中断处理程序的最后一个指令应为： RE

59、TI 。RETI: 中断服务程序结束指令。中断服务程序结束指令。 四、中断响应时间四、中断响应时间 所谓中断响应时间是指所谓中断响应时间是指CPUCPU检测到中断请求信号到转检测到中断请求信号到转入中断服务程序入口所需要的机器周期数。了解中断响应入中断服务程序入口所需要的机器周期数。了解中断响应时间对设计实时测控应用系统有重要指导意义。时间对设计实时测控应用系统有重要指导意义。 MCS-51MCS-51单片机响应中断的最短时间为单片机响应中断的最短时间为3 3个机器周期。最个机器周期。最长时间为长时间为8 8个机器周期。个机器周期。五、多个中断源系统设计五、多个中断源系统设计MCs-51有两个

60、外部中断源有两个外部中断源INT0、INT1，但实际的应用但实际的应用系统中，外部中断请求往往比较多，这些中断请求应怎系统中，外部中断请求往往比较多，这些中断请求应怎样设计呢？下面讨论两种多中断源系统的设计方法：样设计呢？下面讨论两种多中断源系统的设计方法：、定时器中断作为外部中断使用：、定时器中断作为外部中断使用：把片内把片内T0、T1设置为计数器方式，每当设置为计数器方式，每当P3.4(T0)或或P3.5(T1)引脚上发生负跳变时，引脚上发生负跳变时， T0、T1的计数器加的计数器加 1。利用这个特性，可把利用这个特性，可把P3.4、 P3.5引脚作为外部中断请求引脚作为外部中断请求输入线