单片机 第二章MCS-51单片机的内部结构及工作原理

1、第二章第二章 MCS-51单片机的内部结构及单片机的内部结构及工作原理工作原理lMCS-51单片机的基本结构及工作原理单片机的基本结构及工作原理u 2-1u 2-2u 2-3l主要内容主要内容的的内部结构、存储器结构、内部结构、存储器结构、工作原理、引脚功能、工作方式、时序和最小工作原理、引脚功能、工作方式、时序和最小应用系统应用系统l本章要点：本章要点：l掌握掌握 uMCS-51单片机的单片机的内部结构内部结构、存储器结构存储器结构 、PSW特殊功能寄存器的使用特殊功能寄存器的使用、引脚功能、最小引脚功能、最小应用系统的设计应用系统的设计；l了解了解u工作时序及工作方式。工作时序及工作方式。

2、 第一节第一节 内部结构和引脚功能内部结构和引脚功能l教学内容：教学内容：MCS-MCS-5151系列单片机配置一览表系列单片机配置一览表系列片内存储器（字节）定时器计数器并行I/O串行I/O中断源片内ROM片内RAM无有ROM有EPROMIntelMCS-51子系列803180C31805180C51(4K字节)875187C51(4K字节)128字节2x164x8位15IntelMCS-52子系列803280C32805280C52(8K字节)875287C52(8K字节)256字节3x164x8位16ATEMLATEML89C89C系列系列( (常用型常用型) )10511051(1(1

3、K)K)/ / 20512051(2K)(2K)/ / 40514051(4K)(4K)（2020条引脚条引脚DIPDIP封装）封装）1281282 215151 15 58989C51C51(4K)(4K)/ / 89C5289C52(8K)(8K)（4040条引脚条引脚DIPDIP封装）封装）128/128/2562562/32/332321 15/65/6一、一、MCS-51内部结构内部结构ROM 4KB时钟电路RAM 128计数器/定时器8051CPU控制逻辑可编程I/O口可编程全双工串行口图图2-1 8051的功能部件图的功能部件图二二 、 CPUl主要功能：主要功能：产生各种控制信

4、号，去控制存储产生各种控制信号，去控制存储器、输入输出端口的数据传送、数据的算器、输入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。术运算、逻辑运算以及位操作处理等。 （一）运算器（一）运算器 组成：组成：运算器由算术逻运算部件运算器由算术逻运算部件ALU、累加累加器器Acc、暂存器、程序状态字寄存器暂存器、程序状态字寄存器PSW、BCD码运算调整电路等组成码运算调整电路等组成 。对数据完成对数据完成算术运算算术运算，逻辑运算逻辑运算、循环移位循环移位、位处理位处理。（二）控制器（二）控制器组成：组成：由程序计数器由程序计数器PC、指令寄存器、指令指令寄存器、指令译码器、定时控

5、制与条件转移逻辑电路等组成。译码器、定时控制与条件转移逻辑电路等组成。功能：功能：对来自存储器中的对来自存储器中的指令进行译码指令进行译码，通，通过定时控制电路，过定时控制电路，在规定的时刻发出各种操作在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部控制信号所需的全部内部和外部控制信号，协调各功能，协调各功能元件的工作，完成指令所规定的功能。元件的工作，完成指令所规定的功能。 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加自动加1 1计数器计数器一切一切分支分支/ /跳转跳转/ /调用调用/ /中断中断/ /复位复位 等操作等操作的的本质本质就是就是: :改变改变 PC PC 值值

6、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) ) 1程序计数器程序计数器PC(Program Counter) 一个一个16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。它具有条指令的地址。它具有自动加自动加1的功能。的功能。 l2指令寄存器指令寄存器 一个一个8位的寄存器，用于暂存待执行的指位的寄存器，用于暂存待执行的指令，等待译码。令，等待译码。l3指令译码器指令译码器 对指令寄存器中的指令进行译码，分析它对指令寄存器中的指令进行译码，分析它的功能，并根据功能产生相应的电信号。的功能，并根据功能产生相应的电信号。4 4. 定时控制

7、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的全部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，协调各功能元件工作，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。完成指令所规定的功能。主要任务：主要任务：产生一个工作时序，其工作需要时产生一个工作时序，其工作需要时钟电路提供一个工作频率。钟电路提供一个工作频率。 三、三、MCS-51单片机的引脚及其功能单片机的引脚及其功能AT89S52MCS-51MCS-51单片机单片机4040脚脚Vcc, GND Vcc, GND 2 2XTAL1, XTAL2 XTAL1, XTAL2 2 2RESET

8、 RESET 1 1EAEA/Vpp /Vpp 1 1ALE/ALE/PROG PROG 1 1PSENPSEN 1 1P0.0P0.0P0.7P0.7 8 8 P1.0P1.0P1.7 P1.7 8 8 P2.0P2.0P2.7 P2.7 8 8 P3.0P3.0P3.7 P3.7 8 8l（1）Vcc（40脚）脚）, GND（20脚）脚） u正电源端与接地端正电源端与接地端u不同的单片机可以允许不同的工作电压不同的单片机可以允许不同的工作电压（+5V / 3.3V / 2.7V) ，不同的单片机表现，不同的单片机表现出的功耗也不同。出的功耗也不同。l（2）XTAL1（19脚）脚）, XTA

9、L2（18脚）脚）u 片内振荡电路输入片内振荡电路输入/输出端输出端对对A AT89S51/S52T89S51/S52单片机，通常外接一个晶振两个单片机，通常外接一个晶振两个2020或或30p30pF F电容，一个电容，一个12M12M或或11.0592MHz11.0592MHz的晶振的晶振l（3）RST/VPD(9脚脚)、ALE/PROG (30脚脚) 、 EA/Vpp (31脚脚) PSEN (29脚脚)控制信号引脚。控制信号引脚。lRST/VPD：复位（正脉冲有效复位（正脉冲有效）/备用电源引脚备用电源引脚u复位使单片机进入某种确定的复位使单片机进入某种确定的初始状态初始状态 u退出处于

10、节电工作方式的停顿状态、退出一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，切程序进程、退出程序的死循环，从头开始从头开始。uVcc掉电期间，此引脚可接备用电源，能保掉电期间，此引脚可接备用电源，能保护片内护片内RAM中的内容不丢失。中的内容不丢失。RST2个机器周期个机器周期高电平高电平lMCS-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：上电自动复位上电自动复位、外部脉冲复位、上电外部脉冲复位、上电+按钮按钮电平复位电平复位、程序运行监视复位程序运行监视复位等方式。等方式。简单复位电路简单复位电路+5V10uF10kVccRSTGND上电复位上

11、电复位10uF10kVccRSTGND上电上电+按钮复位按钮复位1k+5Vl程序运行监视复位程序运行监视复位WDT看门狗看门狗l“看门狗看门狗”工作原理：工作原理：喂狗喂狗否则否则“看门狗看门狗”电路将电路将复位单片机。复位单片机。l实现：实现：lWDT通常有几种实现方法供用户选择：通常有几种实现方法供用户选择：l1）单片机内部带有的单片机内部带有的WDT功能功能单元单元（如：（如：S51）l2 ）选择选择P （microprocessor）监视控制监视控制器件，这些器件中大多有器件，这些器件中大多有WDT电路，如电路，如Max705芯片等。芯片等。P 监视控制器件监视控制器件lMAX705/

12、706、 DS1232等等微机监控电路芯片微机监控电路芯片l主要功能：主要功能：TD 引脚连接至引脚连接至定时时间定时时间看门狗定时器定时时间设置看门狗定时器定时时间设置Tol：电源检测选择端：电源检测选择端Tol接地接地，电源电压跌至，电源电压跌至4.75V以下产生复位信号以下产生复位信号Tol接接VCC，电源电压跌至，电源电压跌至4.5V以下产生复位信号以下产生复位信号注意注意：保证看门狗定时器计数溢出前复位看：保证看门狗定时器计数溢出前复位看门狗定时器定时时间门狗定时器定时时间89S51看门狗功能的使用方法看门狗功能的使用方法WDTRST寄存器寄存器SFR地址为地址为0A6H#01EH#

13、0E1Hl AJMP MAINl ;启动看门狗启动看门狗lMAIN: MOV 0A6H, #01EH ; 先送先送1E MOV0A6H, #0E1H ; 后送后送E1l ;主程序主程序 START: .l ACALL WDT ; 调用复位看门狗子程序调用复位看门狗子程序 . AJMP START ; 主程序主程序*l ;复位看门狗子程序复位看门狗子程序lWDT: MOV 0A6H, #01EH ; 先送先送1E MOV 0A6H, #0E1H ; 后送后送E1RET END注意事项：注意事项：必须保证必须保证CPUCPU有可靠的上电复位有可靠的上电复位当晶振为当晶振为12M12M时每时每161

14、6个毫秒需喂狗一次。个毫秒需喂狗一次。 lALE/PROGALE/PROG（下降沿有效下降沿有效）（3030脚）脚）: : 地址锁存允许地址锁存允许/ /编程脉冲输入端。编程脉冲输入端。 u P0P0口寻址外部低口寻址外部低8 8位地址时接位地址时接外部锁存器外部锁存器74ls37374ls373的的G G端；端；u ALEALE端端平时会输出周期正脉冲平时会输出周期正脉冲： f f foscfosc/6/6 ；u 对片内对片内ROMROM编程时编程脉冲由此端加入。编程时编程脉冲由此端加入。 （指并行编程模式）（指并行编程模式） lEA/Vpp（31脚）脚）: 寻址外部寻址外部ROM控制端控制

15、端 / 编编程电源输入端。程电源输入端。u低电平有效低电平有效，u片内片内无无ROM时时必须必须接地接地；u片内片内有有ROM时时可以可以接高电平接高电平 ，也可以，也可以接低电平接低电平；u接低电平时，只访问片外接低电平时，只访问片外ROM，接高电平时，访问片内，接高电平时，访问片内ROM，超范围时，访问片外，超范围时，访问片外ROMu对对S51/S52单片机，若不扩展单片机，若不扩展ROM，/EA要接要接+5Vl 对片内对片内ROM编程时编程正电源加到此端。编程时编程正电源加到此端。 （指并行编程模式）（指并行编程模式）PSENPSEN（2929脚）：脚）：寻址外部程序存储器时选通外部寻址

16、外部程序存储器时选通外部EPROMEPROM的的读控读控制端制端（OEOE），低电平有效。低电平有效。单片机单片机锁存器锁存器74LS373P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROM无固定上拉电阻，无固定上拉电阻，有两个有两个MOSMOS管串接。管串接。有固定的上拉电阻。有固定的上拉电阻。无高阻无高阻“浮空浮空”状状态。态。注意：注意：准双向口与双向口的差别准双向口与双向口的差别。准双向口仅有两。准双向口仅有两个状态。而个状态。而P0P0口作为总线使用，口线内无上拉电阻，口作为总线使用，口线内无上拉电阻，处于高阻处于高

17、阻“悬浮悬浮”态。故态。故P0P0口为双向三态口为双向三态I/OI/O口。口。为什么为什么P0P0口要有高阻口要有高阻“悬浮悬浮”态？态？准双向准双向I/OI/O口则无高阻的口则无高阻的“悬浮悬浮”状态。状态。另外，另外，准双向口准双向口作通用作通用I/OI/O的输入口使用时，的输入口使用时，一定一定要向该口先写入要向该口先写入“1 1”。P3第二功能：第二功能： 串行口：串行口： P3.0：RXD 串行输入口。串行输入口。 P3.1：TXD 串行输出口。串行输出口。 中断：中断： 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。 定时器计数

18、器：定时器计数器： P3.4：T0 的外部输入。的外部输入。 P3.5：T1的外部输入。的外部输入。 数据存储器选通：数据存储器选通： P3.6：WR ，片外数据存储器或，片外数据存储器或I/O端口写选通。端口写选通。 P3.7： RD ，片外数据存储器或，片外数据存储器或I/O端口读选通。端口读选通。小结小结单片机的引脚u电源引脚：Vcc（40）、 GND（20）uXTAL1（19）、 XTAL2（18） u控制引脚：控制引脚： RST/VPD(9)、ALE/PROG (30) 、 EA/Vpp (31) PSEN (29)u输入输出引脚：输入输出引脚：P0、P1、P2、P3l2、常用的复位

19、电路、控制引脚的功能80518051在物理结构上有在物理结构上有 4 4个存储空间：个存储空间： 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 8051在逻辑结构（用户角度）在逻辑结构（用户角度）有有5个存储空间：个存储空间： 特殊功能寄存器特殊功能寄存器 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 1、 地址的重叠性地址的重叠性 存在存在3 3处处重叠性，但是尽管有这些重叠，却不重叠性，但是尽管有这些重叠，却不会产生操作的混乱。这是因为会产生操

20、作的混乱。这是因为MCS-51MCS-51采用了不同的采用了不同的操作指令及操作指令及EAEA的控制选择来自动区分这些重叠的空的控制选择来自动区分这些重叠的空间间（1 1）程序存储器片内和片外低程序存储器片内和片外低4KB4KB重叠重叠 EAEA接高电平接高电平, , 执行片内执行片内ROMROM中的程序，中的程序，PCPC0FFFH0FFFH，CPUCPU自动访问片外。自动访问片外。 EAEA接低电平，只执行片外程序存储器中的程序。接低电平，只执行片外程序存储器中的程序。 （2 2）程序存储器和数据存储器全部程序存储器和数据存储器全部64k64k重叠重叠。 访问程序存储器使用访问程序存储器使

21、用MOVCMOVC类指令。类指令。 访问数据存储器使用访问数据存储器使用MOVMOV和和MOVXMOVX类指令。类指令。 （3 3）数据存储器片内和片外低数据存储器片内和片外低128B128B重叠重叠 访问片内数据存储器使用访问片内数据存储器使用MOVMOV类指令。类指令。 访问片外数据存储器使用访问片外数据存储器使用MOVXMOVX类指令。类指令。2.2. 程序存储器与数据存储器在使用上的严格区分程序存储器与数据存储器在使用上的严格区分 程序存储器存放指令及常数表格，其操作指令不程序存储器存放指令及常数表格，其操作指令不分片内与片外。分片内与片外。 数据存储器存放数据，访问片内与片外的指令是

22、数据存储器存放数据，访问片内与片外的指令是不同的。不同的。3.3. 位地址共有位地址共有2 2个区域。个区域。一个为一个为20H-2FH20H-2FH单元中单元中128128位位, ,另一个为另一个为SFRSFR中被中被8 8整除的字节地址单元中的位整除的字节地址单元中的位. .4.4. 片外数据存储区中，片外数据存储区中，RAMRAM存储单元存储单元与与MCS-51MCS-51外扩的外扩的I/OI/O口口是是统一统一编址的。因此，应用系统中所有外围编址的。因此，应用系统中所有外围I/OI/O端口的地址均占用端口的地址均占用RAMRAM地址单元。地址单元。 2.4.1 2.4.1 程序存储器程

23、序存储器 存放存放应用程序应用程序和和表格表格之类的固定常数。之类的固定常数。分为片内和片外两部分，由分为片内和片外两部分，由EAEA引脚引脚上所上所接的电平确定。接的电平确定。程序存储器中的程序存储器中的0000H0000H地址是系统地址是系统程序程序的启动地址的启动地址 l ( (2)2)程序存储器的某些单元被固定用于各中断源程序存储器的某些单元被固定用于各中断源的中断服务程序的中断服务程序(ISR-Interrupt Service (ISR-Interrupt Service Routine)Routine)的入口地址。的入口地址。 1 1 工作寄存器区工作寄存器区用寄存器直接寻址的区

24、用寄存器直接寻址的区域。从域。从00H00H1FH1FH，共，共 3232个单元，是个单元，是 4 4个通用工个通用工作寄存器组（作寄存器组（表表2l2l），），每个组包含每个组包含 8 8个个 8 8位寄位寄存器，编号为存器，编号为 R0R0R7R7。表表21 工作寄存器组工作寄存器组表表2-3 内部内部RAM的可寻址位及位地址的可寻址位及位地址3 通用通用RAM30H7FH 按字节访问按字节访问表表2-4 SFR中的位地址分布中的位地址分布3 3 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（Special Function Special Function Registers Registers 简称

25、简称SFRSFR） 1.1.在在80518051单片机中设置了单片机中设置了2121个特殊功能个特殊功能寄存器寄存器, ,它们不连续地分布在地址为它们不连续地分布在地址为80H-80H-FFHFFH的的128128个字节的存储空间中。个字节的存储空间中。 2.2.在这在这2121个个SFRSFR中，凡是字节地址中，凡是字节地址能被能被8 8整除整除（即（即1616进制的地址码尾数为进制的地址码尾数为0 0或或8 8）的的1111个单元均具有位寻址能力个单元均具有位寻址能力, ,有效的位有效的位地址共有地址共有8282个。个。表表2-2 SFR2-2 SFR的名称及其分布的名称及其分布对于尚未定

26、义的字对于尚未定义的字节地址单元，用户节地址单元，用户不能作普通寄存器不能作普通寄存器使用，若访问没有使用，若访问没有定义的单元，将得定义的单元，将得到一个不确定的随到一个不确定的随机数。机数。 增加不经过累加器增加不经过累加器A的传送指令，既的传送指令，既可以加快数据的传送速度，同时又可减可以加快数据的传送速度，同时又可减少少“瓶颈瓶颈”现象的发生。现象的发生。1)累加器累加器A（ACC） 8位的累加器，也是位的累加器，也是CPU中使用中使用最频繁最频繁的的寄存器。它的进位标志寄存器。它的进位标志Cy是特殊的，因为是特殊的，因为它同时是位处理器的一位累加器。它同时是位处理器的一位累加器。思考

27、：如何减少思考：如何减少“瓶颈瓶颈”现象的发生？现象的发生？2)寄存器寄存器B3) 程序状态寄存器程序状态寄存器PSW（Program Status Word）8位可读写的寄存器。其各位的定义如下：位可读写的寄存器。其各位的定义如下：( (1)Cy:1)Cy:进位标志位进位标志位. .在执行算数和逻辑指令时，可被硬、软件置在执行算数和逻辑指令时，可被硬、软件置位或清除，在位处理器中，它是位累加器。位或清除，在位处理器中，它是位累加器。( (2)AC2)AC：辅助进位标志位辅助进位标志位当进行加法或减法操作而产生由低当进行加法或减法操作而产生由低4 4位进位位进位或借位时，或借位时，ACAC被硬

28、件置被硬件置1 1，否则被清除。，否则被清除。( (3)F03)F0： 标志位标志位( (4)RS14)RS1、RS0:RS0: 寄存器区选择控制位寄存器区选择控制位(5)(5)OVOV（PSW.2PSW.2）溢出标志位）溢出标志位: :当执行算术指令当执行算术指令时，由硬件置时，由硬件置1 1或清或清0 0，以指示是否溢出。，以指示是否溢出。 (6) (6)P P（PSW.0PSW.0）奇偶标志位）奇偶标志位: :每个指令周期都每个指令周期都由由硬件硬件来置位或清除，以表示累加器来置位或清除，以表示累加器A A中值为中值为1 1的位数的奇偶数。的位数的奇偶数。 P=1P=1，则，则A A中中

29、1 1的个数为奇数。的个数为奇数。 P=0P=0，则，则A A中中1 1的个数为偶数。的个数为偶数。 此标志位对串行口通讯中的数据传输有意义，此标志位对串行口通讯中的数据传输有意义，常用奇偶检验的方法来检验数据传输的常用奇偶检验的方法来检验数据传输的可靠可靠性性。 (A)=10101011(A)=10101011P=1P=1还是还是0?0?4)4) 堆栈指针堆栈指针SPSP SP SP是一个是一个8 8位的位的SFR, SFR, 堆栈的实质是一个特殊的堆栈的实质是一个特殊的RAMRAM区，主要功能是暂放数据和地址。堆栈的具体功区，主要功能是暂放数据和地址。堆栈的具体功能为：能为： （1 1）保

30、护断点：保护断点：子程序调用以及中断时，最终子程序调用以及中断时，最终都要返回主程序。为了保证程序能正确返回，应该都要返回主程序。为了保证程序能正确返回，应该在堆栈中预先将主程序的断点保护起来。在堆栈中预先将主程序的断点保护起来。 （2 2） 现场保护：现场保护： 单片机执行子程序或单片机执行子程序或ISRISR之后，之后，很可能要用到单片机中的一些寄存器，为了不破坏很可能要用到单片机中的一些寄存器，为了不破坏寄存器中的原有内容，可以把有关寄存器的内容保寄存器中的原有内容，可以把有关寄存器的内容保存起来，送入堆栈。存起来，送入堆栈。堆栈的操作有两种方式：堆栈的操作有两种方式：l（1 1）指令方

31、式，使用堆栈操作指令进行进栈）指令方式，使用堆栈操作指令进行进栈/ /出出栈操作。栈操作。l（2 2）自动方式，在调用子程序或产生中断时，返）自动方式，在调用子程序或产生中断时，返回地址（断点）自动进栈。程序返回时，断点地回地址（断点）自动进栈。程序返回时，断点地址再自动弹回址再自动弹回PCPC。这种堆栈操作不需要干预，是。这种堆栈操作不需要干预，是通过硬件自动实现的。通过硬件自动实现的。l 提示：系统复位后提示：系统复位后,SP,SP初始化为初始化为07H07H，使得堆栈，使得堆栈事实上由事实上由08H08H开始。因为开始。因为08H-1FH08H-1FH单元为工作寄单元为工作寄存器区存器区

32、1-3, 20H-2FH1-3, 20H-2FH为位寻址区，在程序设为位寻址区，在程序设计很可能要用到这些区，所以用户在编程时最好计很可能要用到这些区，所以用户在编程时最好把把SPSP初值设为初值设为2FH2FH或更大值，当然同时还要顾及其或更大值，当然同时还要顾及其允许的深度。要防止设置不当，引起内部允许的深度。要防止设置不当，引起内部RAMRAM单元单元冲突。冲突。 l堆栈的特点：堆栈的特点： 先进后出。先进后出。l堆 栈 的 操 作 ： 进 栈 （堆 栈 的 操 作 ： 进 栈 （ PUSH） ， 出 栈） ， 出 栈（POP）。第一个进栈的数据所在的单元）。第一个进栈的数据所在的单元称

33、为栈底，然后逐次进栈，最后进栈的数称为栈底，然后逐次进栈，最后进栈的数据所在的存储单元称为栈顶。据所在的存储单元称为栈顶。5) 数据指针数据指针DPTR 是一个是一个16位的位的地址指针寄存器。它主要地址指针寄存器。它主要用来存放用来存放16位地址，作间址寄存器使用。位地址，作间址寄存器使用。可可用来访问用来访问64K外部数据存储器和外部数据存储器和I/O端口端口。 DPTR也可以拆成两个独立也可以拆成两个独立8位寄存器，位寄存器，即即DPH（高（高8位字节）和位字节）和DPL（低（低8位字节）位字节），分别占据分别占据83H和和82H两个地址。两个地址。PC与与DPTR： 都是与地址有关的都

34、是与地址有关的16位的寄存器。位的寄存器。PC与程与程序存储器的地址有关，序存储器的地址有关， DPTR与数据存储器或与数据存储器或I/O的的地址有关。作为地址寄存器使用时，地址有关。作为地址寄存器使用时，PC与与DPTR都都是通过是通过P0和和P2口输出的。口输出的。PC的输出与的输出与ALE及及PSEN信号有关；信号有关；DPTR的输出，则与的输出，则与ALE、WR、RD信信号有关。号有关。 PC只能作为只能作为16位寄存器对待，是不可以访位寄存器对待，是不可以访问的。问的。DPTR可以作为可以作为16位寄存器，也可以作为两个位寄存器，也可以作为两个8位特殊功能寄存器，位特殊功能寄存器，D

35、PTR是可以访问的是可以访问的。 6) I/O端口端口P0-P3l 特殊功能寄存器特殊功能寄存器P0-P3分别为分别为I/O端口端口P0-P3的锁存器。的锁存器。l 在在MCS-51中，中，I/O端口和端口和RAM是统一编址的，所有访问是统一编址的，所有访问RAM单元的指令，都可用来访问单元的指令，都可用来访问I/O端口。端口。7) 串行数据缓冲器串行数据缓冲器SBUF 由由两个独立的寄存器两个独立的寄存器组成：发送缓冲器，接收缓冲器。组成：发送缓冲器，接收缓冲器。存放欲发送或已接收的数据，存放欲发送或已接收的数据，一个字节地址一个字节地址，物理上是，物理上是两个两个独立寄存器。独立寄存器。8

36、) 定时器定时器/计数器计数器 两个两个1616位位定时器定时器/ /计数器计数器T1T1和和T0T0，各由两个独立的各由两个独立的8 8位寄位寄存器组成存器组成： TH1TH1、TL1TL1、TH0TH0、TL0TL0，只能字节寻址，但，只能字节寻址，但不能把不能把T1T1或或T0T0当作一个当作一个1616位位寄存器来寻址访问。寄存器来寻址访问。 80C51共有共有4个个 8位的并行双向口，计有位的并行双向口，计有 32根输入输出（根输入输出（I/O）口线。各口的每一位均）口线。各口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器所组成。由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器所组成。由于它们在结构上的

37、一些差异，故各口的性由于它们在结构上的一些差异，故各口的性质和功能也就有了差异。质和功能也就有了差异。 多功能的多功能的8位口，字节访问地址为位口，字节访问地址为80H，位访，位访问地址为问地址为80H87H。 位结构位结构 P0口位结构原理图见图口位结构原理图见图2-5。 0 P0口中一个多路开关：多路开关的输口中一个多路开关：多路开关的输入有两个，地址数据输出；输出锁存器的入有两个，地址数据输出；输出锁存器的输出输出/Q。多路开关的输出用于控制输出。多路开关的输出用于控制输出FET Q0的导通和截止。多路开关的切换由内部控的导通和截止。多路开关的切换由内部控制信号控制。制信号控制。 P0口

38、的输出上拉电路导通和截止受内部口的输出上拉电路导通和截止受内部控制信号和地址数据信号共同（相控制信号和地址数据信号共同（相“与与”）来控制。来控制。 当内部信号置当内部信号置1时，多路开关接通地址时，多路开关接通地址数据输出端。数据输出端。 输出状态随地址数据线而变，输出状态随地址数据线而变，P0口可口可以作为地址以作为地址/数据复用总线使用。这时上下两数据复用总线使用。这时上下两个个FET处于反相，构成了推拉式的输出电路，处于反相，构成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增加。此时的其负载能力大大增加。此时的P0口相当一个口相当一个双向口。双向口。 作数据总线输入时，作数据总线输入时，CPU自

39、动使自动使上下上下FET截止，截止，P0口处于悬浮状态。口处于悬浮状态。当内部信号置当内部信号置0时，多路开关接通输出锁存器时，多路开关接通输出锁存器的的Q端端 由于内部控制信号为由于内部控制信号为0，与门关闭，上拉，与门关闭，上拉FET截止，截止，形成形成P0口的输出电路为口的输出电路为漏极开路漏极开路输出。输出。 输出锁存器的输出锁存器的Q端引至下拉端引至下拉FET栅极，栅极，P0口的输出口的输出状态由下拉电路决定。状态由下拉电路决定。 在在P0口作输出口用时，若口作输出口用时，若P0i输出输出1，输出锁，输出锁存器的存器的Q端为端为0，下拉，下拉FET截止，这时截止，这时P0i为漏极为漏

40、极开路输出；若开路输出；若P0i输出输出0，输出锁存器的，输出锁存器的Q端为端为1，下拉下拉FET导通，导通，P0i输出低电平。输出低电平。在在P0口作输入口用时，为了使口作输入口用时，为了使P0i能正确读入能正确读入数据，必须先使数据，必须先使P0.i置置1。这样，下拉。这样，下拉FET也截止，也截止，P0i处于悬浮状态。处于悬浮状态。A点的电平由外设的电平而点的电平由外设的电平而定，通过输入缓冲器读入定，通过输入缓冲器读入CPU，P0口相当于一个口相当于一个高阻抗的输入口。高阻抗的输入口。 P0口的功能口的功能 作作IO口使用口使用 此时此时P0口为一个准双向口。口为一个准双向口。 与其它

41、口的区别是，输出时为漏极开路输出，与与其它口的区别是，输出时为漏极开路输出，与NMOS的电路接口时的电路接口时必须要用电阻上拉必须要用电阻上拉，才能有高电，才能有高电平输出；输入时需先将口置平输出；输入时需先将口置1；但是有上拉电阻，作；但是有上拉电阻，作数据输入时，口不是悬浮状态。每根口线可以独立定数据输入时，口不是悬浮状态。每根口线可以独立定义为输入或输出。义为输入或输出。 作地址数据复用总线用（作地址数据复用总线用（需外接地址锁存器需外接地址锁存器） 相当于一个真正的双向口：输出锁存、输入缓相当于一个真正的双向口：输出锁存、输入缓冲，作地址数据复用总线用。作数据总线用时，冲，作地址数据复

42、用总线用。作数据总线用时，输入输出输入输出8位数据位数据D0D7；作地址总线用时，输；作地址总线用时，输出低出低8位地址位地址A0A7。当。当P0口作地址数据复用总口作地址数据复用总线用之后，就再也不能作线用之后，就再也不能作IO口使用了。它具有双口使用了。它具有双向口的一切特点。输入时为悬浮状态，为一个高阻向口的一切特点。输入时为悬浮状态，为一个高阻抗的输入口。抗的输入口。 8位口，字节访问地址为位口，字节访问地址为90H，位访问地址为，位访问地址为90H97H。 位结构和工作原理位结构和工作原理 P1口的位结构如图口的位结构如图2-6所示。所示。 、 P1口的特点口的特点 输出锁存器，输出

43、时没有条件；输出锁存器，输出时没有条件； 输入缓冲，输入时有条件，即需要先将该口设为输输入缓冲，输入时有条件，即需要先将该口设为输入状态，先输出入状态，先输出1； 工作过程中无高阻悬浮状态，也就是该口不是输入工作过程中无高阻悬浮状态，也就是该口不是输入态就是输出态。态就是输出态。 具有这种特性的口不属于具有这种特性的口不属于“真正真正”的双向口，而被的双向口，而被称为称为“准准”双向口。双向口。 P1口的操作口的操作 字节操作和位操作字节操作和位操作 CPU对于对于 P1口可以作为一个口可以作为一个 8位口来操作，也可以位口来操作，也可以按位来操作。按位来操作。 有关字节操作的指令有：有关字节

44、操作的指令有： 输出：输出： MOV P1，A ；P1A MOV P1，data ；P1data MOV P1，direct ；P1direct 输入：输入： MOV A，P1 ；AP1 MOV direct，P1 ；directP1 有关位操作的指令有有关位操作的指令有： 置位、清除：置位、清除：SETB P1.i ；P1.i1 CLR Pli ；P1i0 输入、输出：输入、输出：MOV P1i，C ；P1iCY MOV C，P1i ；CYP1.i 判跳：判跳： JBP1i，rel ；P1.i=1，跳转，跳转 JBC P1i，rel ；P1.i1，跳转且，跳转且；清；清P1.i0 逻辑运算：

45、逻辑运算： ANL C，P1i ；CY（P1.iCY） ORL C，P1i ；CY（P1.iCY） P1i中的中的i0，7。 P1口不仅可以以口不仅可以以8位一组进行输入、输出操作，位一组进行输入、输出操作，还可以逐位分别定义各口线为输入线或输出线。还可以逐位分别定义各口线为输入线或输出线。例如：例如：ORL P1，0 0 0 0 0 0 1 0 B使使P11位口线输出位口线输出l，而使其余各位不变。，而使其余各位不变。 ANL P1，1 1 1 1 1 1 0 1 B使使P11位线输出位线输出0，而使其余各位不变。，而使其余各位不变。 读引脚操作和读锁存器操作读引脚操作和读锁存器操作 从从P

46、1口的位结构图中可以看出，有两种读口的操口的位结构图中可以看出，有两种读口的操作：一种是读引脚操作，一种是读锁存器操作。作：一种是读引脚操作，一种是读锁存器操作。 在响应在响应CPU输出的读引脚信号时，端口本身引脚输出的读引脚信号时，端口本身引脚的电平值通过缓冲器的电平值通过缓冲器BUF1进入内部总线。这种类型进入内部总线。这种类型的指令，执行之前必须先将端口锁存器置的指令，执行之前必须先将端口锁存器置1，使，使A点点处于高电平，否则会损坏引脚，而且也使信号无法处于高电平，否则会损坏引脚，而且也使信号无法读出。读出。这种类型的指令有：这种类型的指令有： MOV A，P1 ；AP1 MOV di

47、rect，P1 ；directP1 在执行读锁存器的指令时，在执行读锁存器的指令时，CPU首先完成将锁存首先完成将锁存器的值通过缓冲器器的值通过缓冲器BUF2读入内部，进行修改，然读入内部，进行修改，然后重新写到锁存器中去，这就是后重新写到锁存器中去，这就是“读读修改修改写写”指令。指令。 这种类型的指令包含这种类型的指令包含所有的口的逻辑操作所有的口的逻辑操作（ANL、ORL、XRL）和）和位操作位操作（JBC、CPL、MOV、SETB、CLR等）指令。等）指令。 P1口的多功能线口的多功能线 在在80C52中，中，P10和和P11口线是多功口线是多功能的，即除作一般双向能的，即除作一般双向

48、I/O口线之外，还具口线之外，还具有下列功能：有下列功能： P10：T2的外部输入端的外部输入端T2； P11：T2的外部控制端的外部控制端T2EX。 多功能的多功能的8位口，字节访问地址为位口，字节访问地址为A0H，位访问地，位访问地址为址为A0HA7H。 P2口位结构和工作原理口位结构和工作原理 P2口位结构原理图示于图口位结构原理图示于图2-7。 多路开关的输入有两个：一个是口输出锁存器的输多路开关的输入有两个：一个是口输出锁存器的输出端出端Q；一个是地址寄存器（；一个是地址寄存器（PC或或DPTR）的高位输）的高位输出端。多路开关的输出经反相器反相后去控制输出出端。多路开关的输出经反相

49、器反相后去控制输出FET的的 Q0。多路开关的切换由内部控制信号控制。多路开关的切换由内部控制信号控制。输出锁存器的输出端是输出锁存器的输出端是Q而不是而不是Q，多路开关之后需接，多路开关之后需接反相器。反相器。 P2口的功能口的功能 作作IO口使用时，口使用时，P2口为一准双向口。口为一准双向口。 作地址输出时，作地址输出时，P2口可以输出程序存储器或片外口可以输出程序存储器或片外数据存储器的高数据存储器的高8位地址，与位地址，与P0输出的低地址一起构输出的低地址一起构成成16位地址线，从而可分别寻址位地址线，从而可分别寻址64KB的程序存储器的程序存储器或片外数据存储器。地址线是或片外数据

50、存储器。地址线是8位一起自动输出的。位一起自动输出的。 P2口使用中注意的问题口使用中注意的问题 由于由于P2口的输出锁存功能，在取指周期内或外部口的输出锁存功能，在取指周期内或外部数据存储器读、写选通期间，输出的高数据存储器读、写选通期间，输出的高8位地址是锁位地址是锁存的，故无需外加地址锁存器。存的，故无需外加地址锁存器。 在系统中如果外接有程序存储器，由于访问片外在系统中如果外接有程序存储器，由于访问片外程序存储器的连续不断的取指操作，程序存储器的连续不断的取指操作，P2口需要不断口需要不断送出高位地址，这时送出高位地址，这时P2口的全部口线均不宜再作口的全部口线均不宜再作I/O口使用。

51、口使用。 多功能的多功能的8位口，字节访问地址为位口，字节访问地址为B0H，位访问地，位访问地址为址为B0HB7H。 位结构与工作原理位结构与工作原理 P3口的位结构原理如图口的位结构原理如图2-8所示。所示。 与非门有两个输入端：一个为口输出锁存器的与非门有两个输入端：一个为口输出锁存器的Q端，端，另一个为替代功能的控制输出。与非门的输出端控制另一个为替代功能的控制输出。与非门的输出端控制输出输出FET管管Q0。 有两个输入缓冲器，替代输入功能取自第一个缓冲有两个输入缓冲器，替代输入功能取自第一个缓冲器的输出端；器的输出端；I/O口的通用输入信号取自第二个缓冲口的通用输入信号取自第二个缓冲器

52、的输出端。器的输出端。输出工作过程：输出工作过程： 当替代输出功能当替代输出功能B点置点置1时，输出锁存器的输出时，输出锁存器的输出可以顺利通到引脚可以顺利通到引脚P3.i。其工作状况与。其工作状况与P1口相类口相类似。这时似。这时P3口的工作状态为口的工作状态为I/O口，显然此时该口口，显然此时该口具有准双向口的性质。具有准双向口的性质。 当输出锁存器的输出置当输出锁存器的输出置1时，替代输出功能可以时，替代输出功能可以顺利通到引脚顺利通到引脚P3.i。 若替代输出为若替代输出为0时，因与非门的时，因与非门的C点已置点已置l，现，现B点为点为0，故与非门的输出为，故与非门的输出为l，使，使Q

53、0导通，从而导通，从而使使A点也为点也为0。若替代输出为。若替代输出为1时，与非门的输出时，与非门的输出为为0，Q0截止，从而使截止，从而使A点也为高电平。这时点也为高电平。这时P3口口的工作状态处于替代输出功能状态。的工作状态处于替代输出功能状态。 P3口的功能口的功能 可作可作I/O口使用，为准双向口。口使用，为准双向口。 既可以字节操作，也可以位操作；既可以既可以字节操作，也可以位操作；既可以8位口位口操作，也可以逐位定义口线为输入线或输出线；操作，也可以逐位定义口线为输入线或输出线；既可以读引脚，也可以读锁存器，实现既可以读引脚，也可以读锁存器，实现“读一修读一修改一输出改一输出”操作

54、。操作。 可以作为替代功能的输入、输出。可以作为替代功能的输入、输出。 替代输入功能：替代输入功能： P3.0： RXD，串行输入口。，串行输入口。 P3.2：INT0，外部中断，外部中断0的请求。的请求。 P3.3：INT1，外部中断，外部中断1的请求。的请求。 P3.4：T0，T0外部计数脉冲输入。外部计数脉冲输入。 P3.5：T1，T1外部计数脉冲输入。外部计数脉冲输入。 替代输出功能：替代输出功能： P3.l：TXD，串行输出口。，串行输出口。 P3.6：WR外部数据存储器或外部数据存储器或I/O端口写选通。端口写选通。 P3.7：RD 外部数据存储器外部数据存储器或或I/O端口端口读

55、选通。读选通。 地址总线地址总线（Address Bus,Address Bus,简写简写ABAB） 地址线地址线A0A0A15 A15 共共1616位，位，P2P2口提供高口提供高8 8位地址位地址A8A8A15A15，P0P0口经地址锁存器提供低口经地址锁存器提供低8 8位地址位地址A0A0A7 A7 。片外存储器可寻址范围。片外存储器可寻址范围达达64KB64KB（即（即=65536=65536个字节）。个字节）。 数据总线数据总线(Data Bus(Data Bus，简写，简写DB)DB) 地址线地址线D0-D7D0-D7共共8 8位，由位，由P0P0口提供，分时口提供，分时输送低输送低8 8位地址（通过地址锁存器锁存）和位地址（通过地址锁存器锁存）和8 8位数据信息。位数据信息。 控制总线控制总线(Control Bus(Control Bus，简写，简写CB)CB) 控制总线由控制总线由P3P3口的第二功能口的第二功能/WR /WR （P3.6P3