第9章_MCS51单片机结构及原理

1、汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 第第9章章 . MCS-51 MCS-51单片机结构及原理单片机结构及原理9.1 单片机基础知识单片机基础知识( (回顾回顾) )9.2 MCS-51单片机的组成与结构单片机的组成与结构9.3 MCS-51单片机的存储器单片机的存储器9.4 MCS-51单片机的单片机的I/OI/O口口9.5 MCS-51单片机的时钟电路与时序单片机的时钟电路与时序9.6 MCS-51单片机的复位电路单片机的复位电路 汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 201

2、0-2011 春季学期春季学期 9.19.1 有关单片机有关单片机( (回顾回顾) )微型计算机的分类微型计算机的分类p 按系统规模分类：按系统规模分类：单片机单片机个人计算机个人计算机( (台式机台式机Desktop)Desktop)笔记本电脑笔记本电脑(Laptop)(Laptop)掌上电脑掌上电脑汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 单片机的概念：单片机的概念：单片机即单片微型计算机，它是将微处理器单片机即单片微型计算机，它是将微处理器(CPU)(CPU)、一定容量的、一定容量的程序存储器程序存储器(ROM)(R

3、OM)和数据存储器和数据存储器(RAM)(RAM)、输入、输入/ /输出接口输出接口(I/O)(I/O)、时、时钟及其它一些计算机外围电路，通过总线连接在一起并集成在一钟及其它一些计算机外围电路，通过总线连接在一起并集成在一个芯片上，构成的微型计算机系统。个芯片上，构成的微型计算机系统。单片机也称为单片机也称为微控制器微控制器(MiCrocontroller Unit, MCU)(MiCrocontroller Unit, MCU)、嵌入嵌入式控制器式控制器(Embedded MiCrocontroller Unit, EMCU)(Embedded MiCrocontroller Unit,

4、EMCU)。 单片机的分类：单片机的分类：单片机分为单片机分为通用型通用型和和专用型专用型两种，通用型单片机把可开发的内两种，通用型单片机把可开发的内部资源全部提供给用户，内部资源丰富、性能全面、适应性强。部资源全部提供给用户，内部资源丰富、性能全面、适应性强。专用型单片机针对某些产品的特定用途而制作，是专用型单片机针对某些产品的特定用途而制作，是MCUMCU发展的一发展的一个趋势。个趋势。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 单片机的特点：单片机的特点：(1) (1) 集成度高，功能强。集成度高，功能强。单片机在一块

5、芯片上集成了单片机在一块芯片上集成了CPUCPU、RAMRAM、ROMROM、I/OI/O接口等资源，在芯片上还包含了中断系统、串行通信接口、定时器接口等资源，在芯片上还包含了中断系统、串行通信接口、定时器/ /计计数器等功能部件。芯片功能强、体积小、集成度高。数器等功能部件。芯片功能强、体积小、集成度高。(2) (2) 具有很高的性价比。具有很高的性价比。单片机尽可能地把应用所需的各种资源集成单片机尽可能地把应用所需的各种资源集成在一块芯片内，性能高，但是价格却相对较低廉。在一块芯片内，性能高，但是价格却相对较低廉。(3) (3) 抗干扰能力强。抗干扰能力强。单片机是面向工业检测、控制环境设

6、计的，因此，单片机是面向工业检测、控制环境设计的，因此，抗噪声干扰能力较强。程序固化在抗噪声干扰能力较强。程序固化在ROMROM类型的存储器中不易被破坏；许多资类型的存储器中不易被破坏；许多资源集成在一个芯片，可靠性高。源集成在一个芯片，可靠性高。 汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 单片机的发展：单片机的发展：第第1 1阶段阶段(19711976)(19711976)：单片机萌芽阶段。单片机萌芽阶段。 第第2 2阶段阶段(19761980)(19761980)：初级单片机阶段。初级单片机阶段。第第3 3阶段阶段(1

7、9801983)(19801983)：高性能单片机阶段。高性能单片机阶段。 第第4 4阶段阶段(19831990)(19831990)：8 8位单片机巩固发展及位单片机巩固发展及1616位单片机推出位单片机推出阶段。阶段。 第第5 5阶段阶段(1990 )(1990 )：单片机在集成度、功能、速度、可靠性、单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等方面高速发展。应用领域等方面高速发展。 p 发展方向发展方向(1) 内部结构内部结构 （硬件结构包括指令结构）（硬件结构包括指令结构）(2) 功耗和电源电压方面功耗和电源电压方面 (3) 工艺的进步及抗干扰能力的提高工艺的进步及抗干扰能力的提高

8、(4) 存储能力和存储能力和Internet连接连接汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 1、8051类单片机类单片机 （属（属MCS-51系列）系列）2、Motorola单片机单片机 3、Microchip单片机单片机 4、华邦单片机、华邦单片机 5、Philips单片机单片机 6、Epson单片机单片机 7、NS单片机单片机 8、AT89、ATMega系列系列9、其它单片机、其它单片机 单片机的系列产品单片机的系列产品汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春

9、季学期春季学期 本章学习要求本章学习要求1 1、掌握、掌握MCS-51MCS-51单片机的内部结构特点。单片机的内部结构特点。3 3、掌握、掌握MCS-51MCS-51单片机的基本工作原理。单片机的基本工作原理。2 2、了解单片机并行、了解单片机并行I/OI/O口的结构特点。口的结构特点。4 4、掌握单片机存储器的扩展方法。、掌握单片机存储器的扩展方法。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 9.2 MCS-51单片机的组成与结构单片机的组成与结构9.2.19.2.1 MCS-51MCS-51的基本组成的基本组成MCS-

10、51单片机单片机(以以8051为例，为例，Intel产品产品)p 1个个8位位CPU；p 1个片内振荡器及时钟电路；个片内振荡器及时钟电路；p 128字节字节RAM（数据存储器）；（数据存储器）；p 4K字节字节ROM（程序存储器）；（程序存储器）；p 2个个16位定时器位定时器/计数器；计数器；p 32条可编程的条可编程的I/O线（四个线（四个8位并行位并行I/O端口）；端口）；p 1个全双工串行口；个全双工串行口；p 5个中断源；个中断源；汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 振荡电路外部中断CPU中断控制4K字节

11、ROM128字节RAM定时/计数器1定时/计数器0总线控制4个 I/0口串行口计数器输入P0P2P1P3RXDTXDEARESETXTAL1XTAL2OSCC1C2PSENALE 地址/数据总线MCS-51单片机的逻辑结构单片机的逻辑结构汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 9.2.29.2.2 MCS-51MCS-51单片机的引脚与功能单片机的引脚与功能逻辑符号8051引脚分配P0P1P2P3汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 引脚分配P0

12、P1P2P3(1) P0(1) P0口（口（3232脚脚3939脚）脚）有两种使用方法：有两种使用方法：作为与外部传送数据的作为与外部传送数据的8 8位数据总线位数据总线（D0D0D7D7）。）。作为扩展外部存储器时的低作为扩展外部存储器时的低8 8位地址总线位地址总线（A0A0A7A7）。）。(2) P1(2) P1口（口（1 1脚脚8 8脚）脚）作为普通作为普通I/OI/O口使用，无须外接上拉电阻口使用，无须外接上拉电阻(80C52的P1.0和P1.1还具有第二功能，见表)汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 引脚

13、分配P0P1P2P3(3) P2(3) P2口（口（2121脚脚2828脚）脚）有两种使用方法：有两种使用方法： 作为普通作为普通I/OI/O口使用，无须外接上拉电阻。口使用，无须外接上拉电阻。 作为扩展外部存储器时的高作为扩展外部存储器时的高8 8位地址总线位地址总线(A8(A8A15)A15)。(4) P3(4) P3口（口（1010脚脚1717脚）脚）作为普通作为普通I/OI/O口使用，无须外接上拉电阻；口使用，无须外接上拉电阻；各引脚具有第二功能，见下表。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 引脚 特殊功能符号

14、 功能说明 1（80C52） P1.0/ T2 定时/计数器 T2计数输入端 2（80C52） P1.1/ T2 T2的捕捉/重新加载的触发输入 10 P3.0/ RXD 串行数据输入端 11 P3.1/ TXD 串行数据输出端 12 P3.2/ INT0 外部中断 0申请信号 13 P3.3/ INT1 外部中断 1申请信号 14 P3.4/ T0 定时/计数器 T0计数输入端 15 P3.5/ T1 定时/计数器 T1计数输入端 16 P3.6/ WR 外部数据 RAM 写控制信号 17 P3.7/ RD 外部数据 RAM 读控制信号 P1口与口与P3口的第二功能口的第二功能汕头大学工学院

15、汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 (5) V(5) VDDDD（4040脚）：脚）： +5V电源。电源。(6) V(6) VSSSS（2020脚）：脚）： GND(7) XTAL1(7) XTAL1（1919脚）脚） XTAL2XTAL2（1818脚）：脚）：接外部石英晶振的引脚，也可引入外部接外部石英晶振的引脚，也可引入外部时钟。时钟。(8)RESET(8)RESET（9 9脚）：脚）：复位信号引脚。必复位信号引脚。必须在此引脚上出现两个机器周期的高电须在此引脚上出现两个机器周期的高电平，才能保证单片机可靠的复位。复位平，才能

16、保证单片机可靠的复位。复位后，单片机内部各寄存器的状态如下表后，单片机内部各寄存器的状态如下表所示。所示。引脚分配P0P1P2P3汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 寄存器 寄存器内容 ACC 0 0 0 0 0 0 0 0 B 0 0 0 0 0 0 0 0 SP（堆栈指针） 0 0 0 0 0 1 1 1 PSW（程序状态字） 0 0 0 0 0 0 0 0 IP（中断优先级控制） X X X 0 0 0 0 0 IE（中断使能） 0 X X 0 0 0 0 0 TMOD（计数器模式控制） 0 0 0 0 0 0

17、 0 0 TCON（定时/计数控制） 0 0 0 0 0 0 0 0 P0/P1/P2/P3 1 1 1 1 1 1 1 1 复位后单片机各寄存器的内容复位后单片机各寄存器的内容汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 (9) ALE/PROG(9) ALE/PROG（3030脚）：脚）：地址锁存地址锁存允许信号。有以下两个作用：允许信号。有以下两个作用： 当外接存储器（当外接存储器（RAM/ROMRAM/ROM）时，）时，ALEALE（允（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低许地址锁存）的输出用于锁存地址的低8 8位。一

18、般位。一般ALEALE接锁存器的接锁存器的ENEN端。端。 当没有外部存储器时，当没有外部存储器时，ALEALE端可输出脉端可输出脉冲信号，此频率为石英振荡频率的冲信号，此频率为石英振荡频率的1/61/6。因此，它可用作对外部芯片提供输出的时因此，它可用作对外部芯片提供输出的时钟，或用于定时的目的。钟，或用于定时的目的。(10) PSEN(10) PSEN（2929脚）：脚）：外部程序存储外部程序存储器的读选通信号器的读选通信号 引脚分配P0P1P2P3汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 (11)(11) /VPP/

19、VPP（脚（脚3131）：）：访问程序存访问程序存储器控制信号储器控制信号。 当信号接低电平时，对当信号接低电平时，对ROMROM的读操作（执的读操作（执行程序）限定在外部程序存储器。行程序）限定在外部程序存储器。 当接高电平时，对当接高电平时，对ROMROM的读操作（执行程的读操作（执行程序）从内部开始。在使用内部带程序存储序）从内部开始。在使用内部带程序存储器的单片机时，应接高电平。器的单片机时，应接高电平。EA引脚分配P0P1P2P3汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 振荡电路外部中断CPU中断控制4K字节RO

20、M128字节RAM定时/计数器1定时/计数器0总线控制4个 I/0口串行口计数器输入P0P2P1P3RXDTXDEARESETXTAL1XTAL2OSCC1C2PSENALE 地址/数据总线MCS-51单片机的逻辑结构单片机的逻辑结构9.2.39.2.3 MCS-51MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 TMP1TMP2ALUPSW4K字节ROMACCSPB寄存器RAM地址寄存器地址译码器与128字节RAMP2口锁存器P2口驱动器P3口锁存器P3口驱动器P1口锁存器P1口驱动

21、器P0口锁存器P0口驱动器程序地址寄存器PCPC加1寄存器缓冲器DPTRPCONSCON TMOD TCONTH0TL0TH1TL1SBUFIEIP中断模块 串行口模块定时器/计数器模块指令寄存器定时与控制电路PSENALERESETEAXTAL1XTAL2OSCC1C2P2.0P2.7P0.0P0.7P3.0P3.7P1.0P1.7VccGND振荡器总线总线 数据数据存储存储器器 程序程序存储存储器器 特殊功能特殊功能 寄存器寄存器 I/O口口 I/O口口 运算器运算器 控制器控制器汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学

22、期 一、中央处理器一、中央处理器 (CPU)CPUCPU由运算器和控制器组成，它是单片机的核心，完成由运算器和控制器组成，它是单片机的核心，完成运算和控制操作。运算和控制操作。1、运算器、运算器 组成：组成： 算术逻辑运算器算术逻辑运算器ALU、布尔处理器、算术累加器、布尔处理器、算术累加器ACC、寄存器、寄存器B、暂存器、暂存器TMP1和和TMP2、程序状态字、程序状态字PSW寄寄存器、布尔累加器存器、布尔累加器Cy及十进制调整电路等。及十进制调整电路等。 功能：功能： 进行移位、算术运算和逻辑运算；进行移位、算术运算和逻辑运算；MCS-51运算器还运算器还包含有一个布尔（位）处理器，用来处

23、理位操作。包含有一个布尔（位）处理器，用来处理位操作。(1)、累加器、累加器ACC (8位位)暂存操作数及保存运算结果。暂存操作数及保存运算结果。ACC是是MCS-51单片机中最繁忙的单片机中最繁忙的寄存器。寄存器。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 (2)、寄存器、寄存器B (8位位)用于乘法、除法运算，对于其它指令可作为一个寄存器使用。用于乘法、除法运算，对于其它指令可作为一个寄存器使用。(3)、程序状态字、程序状态字PSW寄存器寄存器 (8位位)存放累加器存放累加器ACC在运算过程中标志位（在运算过程中标志位（

24、P，OV，AC，Cy）的状）的状态；指出态；指出CPU所使用的当前工作寄存器组。所使用的当前工作寄存器组。CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6 PSW.5PSWp CY (PSW.7) 进位进位/借位标志位借位标志位若若ACC在运算过程中发生了进位或借位，则在运算过程中发生了进位或借位，则CY=1；否则；否则=0。它也是布。它也是布尔处理器的位累加器，可用于布尔操作。尔处理器的位累加器，可用于布尔操作。p AC (PSW.6) 半进位进位/借位标志位借位标志位若若ACC在运算过程中，在运算过程中，D3位向位向D4位发生了进位或借位，则位发生了进位或借位，则CY=1，否，

25、否则则=0。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 p F0 (PSW.5) 用户标志位用户标志位CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6 PSW.5PSWp RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3) 工作寄存器组选择位工作寄存器组选择位若若RS1，RS0 = 00 则选择了工作寄存器组则选择了工作寄存器组 0 区，区，R0R7分别代表分别代表00H 07H单元。单元。若若RS1，RS0 = 01 则选择了工作寄存器组则选择了工作寄存器组 1 区，区，R0R7分别代表分别代表08H 0FH单元。单元

26、。若若RS1，RS0 = 1 0 则选择了工作寄存器组则选择了工作寄存器组 2 区，区，R0R7分别代表分别代表10H 17H单元。单元。若若RS1，RS0 = 11 则选择了工作寄存器组则选择了工作寄存器组 3 区，区，R0R7分别代表分别代表18H 1FH单元。单元。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6 PSW.5PSWp OV (PSW.2) 溢出标志位溢出标志位OV=1时特指累加器在进行带符号数时特指累加器在进行带符号数(-128+127)运算时出错

27、（超出范运算时出错（超出范围）；围）；OV=0时未出错。时未出错。p PSW.1 未定义未定义p P (PSW.0) 奇偶标志位奇偶标志位P=1表示累加器中表示累加器中“1”的个数为奇数的个数为奇数P=0表示累加器中表示累加器中“1”的个数为偶数的个数为偶数CPU随时监视着随时监视着ACC中的中的“1”的个数的个数,并反映在并反映在PSW中。中。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 (4)、布尔处理器、布尔处理器Cy 实现各种位逻辑运算和传送；实现各种位逻辑运算和传送；MCS-51专门提供了一个位寻址空间。专门提供了一

28、个位寻址空间。(5)、TMP1和和TMP2 8位暂存寄存器位暂存寄存器 存放参与运算的操作数。存放参与运算的操作数。2、控制器、控制器 组成：组成： 程序计数器程序计数器(PC)、指令寄存器、指令译码器，数据、指令寄存器、指令译码器，数据指针指针(DPTR)、堆栈指针、堆栈指针(SP)、定时与控制部件、复位电路等。、定时与控制部件、复位电路等。 功能：功能： 产生计算机所需的时序，控制程序自动执行。产生计算机所需的时序，控制程序自动执行。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 (1)、程序计数器、程序计数器PC (16位

29、位) 程序计数器程序计数器PC用来存放即将要执行的指令地址，共用来存放即将要执行的指令地址，共16位，低位，低8位位经经P0口输出，高口输出，高8位经位经P2口输出。口输出。CPU每取一次机器码，每取一次机器码，PC内容自动加一。内容自动加一。CPU执行完一条指令，执行完一条指令，PC内容自动增加该指令的长度。内容自动增加该指令的长度。CPU复位后，复位后，PC内容为内容为0000H，它标志着程序从头开始执行。，它标志着程序从头开始执行。PC的内容变化决定程序的流向。的内容变化决定程序的流向。(2)、指令寄存器、指令寄存器 (8位位) 指令寄存器中存放将要执行的指令代码，通过指令译码器，将指指

30、令寄存器中存放将要执行的指令代码，通过指令译码器，将指令代码转化为电信号令代码转化为电信号(控制信号控制信号ALE等等)。(3)、数据指针、数据指针DPTR (16位位)用于访问外部用于访问外部RAM或外部或外部I/O口，提供十六位地址；也用于程序存口，提供十六位地址；也用于程序存储器的查表和程序散转指令，作为基地址寄存器，提供十六位基储器的查表和程序散转指令，作为基地址寄存器，提供十六位基地址。地址。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 (4)、堆栈指针寄存器、堆栈指针寄存器SP (8位位)用于管理堆栈，指出栈顶位置

31、。用于管理堆栈，指出栈顶位置。MCS-51单片机复位后，单片机复位后，(SP)=07H。CPU程序存储器指令寄存器外外RAM,EPROM,外外I/O指令译码器控制单片机各部分的运行,产生ALE，PSEN, RD/WR单片机取指令、分析指令和执行指令的过程：单片机取指令、分析指令和执行指令的过程： 取指令：取指令：汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 CPU根据程序计数器根据程序计数器PC的内容所指的单元地址，从程序存储器中的的内容所指的单元地址，从程序存储器中的某个单元取一个字节的指令代码某个单元取一个字节的指令代码(

32、机器码机器码)，并将它送入指令寄存器中，并将它送入指令寄存器中，同时，同时，PC的内容自动加的内容自动加1，指出存储下一个字节指令代码的单元地址。，指出存储下一个字节指令代码的单元地址。 分析指令：分析指令：即解释指令或指令译码。分析指令时，即解释指令或指令译码。分析指令时，CPU对指令寄存器中的指令代对指令寄存器中的指令代码译码分析，指出要求码译码分析，指出要求CPU做什么，并按一定的时序产生相应的操作做什么，并按一定的时序产生相应的操作命令、控制信号、读取所需的操作数。命令、控制信号、读取所需的操作数。 执行指令：执行指令：对操作数进行相应的运算操作，并将运算结果存放到指定的单元对操作数进

33、行相应的运算操作，并将运算结果存放到指定的单元(或或存储器、存储器、I/O口口)，同时，在运算过程中自动设置有关标志位的状态。，同时，在运算过程中自动设置有关标志位的状态。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 二、存储器二、存储器 1、内部数据存储器、内部数据存储器单片机的内部数据存储器由单片机的内部数据存储器由RAM地址寄存器、地址译码器以及地址寄存器、地址译码器以及128个单元的个单元的RAM构成，用于存放可读写的数据。构成，用于存放可读写的数据。2、内部程序存储器、内部程序存储器MCS-51系列单片机系列单片机

34、(8031除外除外) 的内部程序存储器由程序地址寄的内部程序存储器由程序地址寄存器、地址译码器以及存器、地址译码器以及4K (4096) 个单元的个单元的ROM构成，用于存放构成，用于存放程序的机器代码和常数。程序的机器代码和常数。3、特殊功能寄存器、特殊功能寄存器(Special Function Register，SFR)MCS-51系列单片机有系列单片机有21个可以寻址的特殊功能寄存器，包括单个可以寻址的特殊功能寄存器，包括单片机内的片机内的I/O口、串行口、定时口、串行口、定时/计数器、中断系统等相关的数据计数器、中断系统等相关的数据寄存器（或缓冲器）以及控制寄存器和状态寄存器，用于存

35、放相寄存器（或缓冲器）以及控制寄存器和状态寄存器，用于存放相应功能部件的控制命令、状态和数据。应功能部件的控制命令、状态和数据。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 三、并行口三、并行口（Parallel Port）有有4个并行的个并行的I/O口：口：P0、P1、P2、P3，每根口线都可独立地用，每根口线都可独立地用作输入或输出。作输入或输出。四、串行口四、串行口（Serial Port）有有1个全双工的串行口，用于串行通信。串行口由发送缓冲器个全双工的串行口，用于串行通信。串行口由发送缓冲器SBUF、接收缓冲器、接收

36、缓冲器RBUF、移位寄存器和串行口控制逻辑等部、移位寄存器和串行口控制逻辑等部分组成。分组成。五、定时五、定时/计数器（计数器（Timer/Counter）有有2个个16位的定时位的定时/计数器计数器T0和和T1，T0由由TH0和和TL0构成，构成，T1由由TH1和和TL1构成，定时构成，定时/计数器方式寄存器计数器方式寄存器TMOD选择定时选择定时/计数计数器的工作模式和方式，定时器的工作模式和方式，定时/计数器控制寄存器计数器控制寄存器TCON控制控制T0和和T1的启动和停止，同时反映的启动和停止，同时反映T0和和T1的溢出状态。的溢出状态。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及

37、应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 六、中断系统（六、中断系统（Interrupt System）有有5个中断源，分别为个中断源，分别为2个外部中断、个外部中断、2个定时个定时/计数器溢出产生的计数器溢出产生的中断、中断、1个串行口接收个串行口接收/发送产生的中断，提供发送产生的中断，提供2个中断优先级。个中断优先级。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 9.3 MCS-51单片机的存储器单片机的存储器MCS-51单片机的的程序存储器和数据存储器分开设置，单片机的的程序存储器和数据存储器分

38、开设置，地址空间相互独立。地址空间相互独立。MCS-51存储器地址空间可分为以存储器地址空间可分为以下下5类：类：n 程序存储器，最大空间程序存储器，最大空间64K；n 片内数据存储器，片内数据存储器，128个单元；个单元；n 特殊功能寄存器，共特殊功能寄存器，共21个；个；n 位寻址空间，位寻址空间，211位；位；n 外部数据寄存器，最大空间外部数据寄存器，最大空间64K。这些存储资源与单片机的应用关系密切。这些存储资源与单片机的应用关系密切。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 9.3.19.3.1 程序存储器程序

39、存储器程序存储器用来存放程序和常数，最大寻址空间程序存储器用来存放程序和常数，最大寻址空间64K个个单元。单元。MCS-51系列产品按程序存储器配置类型分为系列产品按程序存储器配置类型分为3类：类： 8051芯片含有芯片含有4k个单元的个单元的ROM 8751芯片含有芯片含有4k个单元的个单元的EPROM 8031中无程序存储器，需要扩展程序存储器中无程序存储器，需要扩展程序存储器在实际应用中，用户既可使用芯片内部的程序存储器，在实际应用中，用户既可使用芯片内部的程序存储器，也可以使用芯片外部的程序存储器，但最大空间为也可以使用芯片外部的程序存储器，但最大空间为64k。程序存储器的地址空间构成

40、与引脚程序存储器的地址空间构成与引脚 的接法有关。的接法有关。EA汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 (1) 芯片内部含有程序存储器的单片机芯片内部含有程序存储器的单片机 (8051/8751 )EA00000FFF1000FFFF00010FFEFFFE 1001芯片内部的4K 芯片外部的60K程序存储器结构锁存器P0P2ALEPSENEAVccR片外ROMDBOE AB8751/8051程序存储器连接电路当当 =1（接高电平）时，（接高电平）时，8051/8751的程序存储器结构：的程序存储器结构： 汕头大学工学

41、院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 当当 =0（接低电平）时，（接低电平）时，8051/8751的程序存储器结构：的程序存储器结构： EA0000FFFFFFFE0001 芯片外部的64K程序存储器结构锁存器P0P2ALEPSENEAROMDBOE AB8751/8051程序存储器连接电路汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 (2) 芯片内部不含有程序存储器的单片机芯片内部不含有程序存储器的单片机 (8031 )EA 必须接地，必须接地，8031的程序存

42、储器结构：的程序存储器结构： 0000FFFFFFFE0001 芯片外部的64K程序存储器结构锁存器P0P2ALEPSENEAROMDBOE AB8751/8051程序存储器连接电路8031不论哪一种不论哪一种MCS-51单片机，如果单片机，如果 接地，其内部的程序存接地，其内部的程序存储器都将被储器都将被CPU忽略。忽略。EA汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 在单片机的程序存储器中，有在单片机的程序存储器中，有5 5个特殊的单元地址被定义为个特殊的单元地址被定义为中断入口地址中断入口地址，分别为：，分别为：外部中

43、断入口地址外部中断入口地址0003H0003H，外部中外部中断入口地址断入口地址0013H0013H，定时定时/ /计数器计数器T0T0入口地址入口地址000BH000BH，定时定时/ /计计数器数器T1T1入口地址入口地址001BH001BH，串行口中断入口地址串行口中断入口地址0023H0023H。0000000100020003000B0013001B0023复位INT0中断入口INT1中断入口T0中断入口T1中断入口串行口中断入口中断入口地址映射 汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 9.3.29.3.2 片内

44、数据存储器片内数据存储器MCS-51MCS-51单片机的片内数据存储单片机的片内数据存储器按照功能可划分为器按照功能可划分为3 3个区域：个区域：00001FH1FH：3232个单元为工作寄存个单元为工作寄存 器区器区20202FH2FH：1616个单元为位寻址区个单元为位寻址区30307FH7FH：8080个单元为数据缓冲个单元为数据缓冲 区区共共128128个单元。个单元。000102031F202F7F数据缓冲区（80个单元）位寻址区工作寄存器区30 （16个单元）（32个单元）片内RAM分区示意图汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-20

45、11 春季学期春季学期 (一一) 工作寄存器区工作寄存器区 (Register Bank) (001FH 32个单元个单元)0001020304050607R0R1R2R3R4R5R6R7080F1017181FR0R7R0R7R0R7BANK0BANK1BANK2BANK3工作寄存器组分区工作寄存器区也称为工作寄存器区也称为通用寄存器区通用寄存器区。工作寄存器区包含工作寄存器区包含4 4个工作寄个工作寄存器组，每个工作寄存器组由存器组，每个工作寄存器组由8 8个工作寄存器个工作寄存器R0R0R7R7组成：组成： BANK0BANK0（0007H0007H） BANK1BANK1（080FH0

46、80FH） BANK2BANK2（1017H1017H） BANK3BANK3（181FH181FH）汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 CPUCPU在每个时刻只能使用在每个时刻只能使用4 4个工作寄存器组中的一个作为当前个工作寄存器组中的一个作为当前寄存器组，由程序状态字寄存器组，由程序状态字PSWPSW中的第中的第3 3位位(RS0)(RS0)和第和第4 4位位(RS1)(RS1)指定。通过对这指定。通过对这2 2位的编程，可设定位的编程，可设定CPUCPU的当前工作寄存器组。的当前工作寄存器组。剩余的工作寄存器

47、组所对应的存储单元可作为一般的数据缓剩余的工作寄存器组所对应的存储单元可作为一般的数据缓冲区使用。冲区使用。CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6 PSW.5PSW若若RS1，RS0 = 00 则选择了工作寄存器组则选择了工作寄存器组 0 区，区，R0R7分别代表分别代表00H 07H单元。单元。若若RS1，RS0 = 01 则选择了工作寄存器组则选择了工作寄存器组 1 区，区，R0R7分别代表分别代表08H 0FH单元。单元。若若RS1，RS0 = 1 0 则选择了工作寄存器组则选择了工作寄存器组 2 区，区，R0R7分别代表分别代表10H 17H单元。单元。若若RS1

48、，RS0 = 11 则选择了工作寄存器组则选择了工作寄存器组 3 区，区，R0R7分别代表分别代表18H 1FH单元。单元。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 (二二) 位寻址区位寻址区 (Bit Addressable Area) (202FH 16个单元个单元)位寻址区中的位寻址区中的1616个单元不仅有个单元不仅有1 1个单元地址个单元地址( (可按单元访问可按单元访问) )，单元中的每一位也有一个自己的位地址，单元中的每一位也有一个自己的位地址，CPUCPU可以对其中的每可以对其中的每一位按位访问。一位按位访

49、问。D7D6D5D3D2D0D4D1位寻址区中的位寻址区中的位地址范围位地址范围为为00007FH (167FH (16 8=1288=128位位) )。CPUCPU可以可以对每一位直接操作。对每一位直接操作。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 单元地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D02C67666564636261602B5F5E5D5C5B5A59582A5756555453525150294F4E4D4C4B4A4948284746454443424140273F3E3D3C3B3A393826

50、3736353433323130252F2E2D2C2B2A2928242726252423222120231F1E1D1C1B1A1918221716151413121110210F0E0D0C0B0A09082D6F6E6D6C6B6A69682007060504030201002E77767574737271702F7F7E7D7C7B7A7978片内数据存储器中片内数据存储器中20202FH2FH的位地址映射的位地址映射通常可以将各种程序状态标志、位控制变量存储在位寻址区内。通常可以将各种程序状态标志、位控制变量存储在位寻址区内。l 在片内在片内RAMRAM中只有中只有20202FH2

51、FH单元的位能够进行位操作，我们经常表示为单元的位能够进行位操作，我们经常表示为20H.020H.0，它与位地址，它与位地址00H00H是等价的。是等价的。l 位寻址区位寻址区1616个单元也可以按单元访问，因此当位寻址区个单元也可以按单元访问，因此当位寻址区1616个单元的个单元的128128位未完全使用时，其剩余单元也可作为位未完全使用时，其剩余单元也可作为RAMRAM单元使用。单元使用。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 (三三) 数据缓冲区数据缓冲区 (Data Buffer Area) (307FH 80个

52、单元个单元)1 1、数据缓冲区的作用：、数据缓冲区的作用：作为数据缓冲、数据暂存、堆栈区使用；它们只能按单元访问。作为数据缓冲、数据暂存、堆栈区使用；它们只能按单元访问。2 2、单片机中的堆栈、单片机中的堆栈堆栈是为了保护堆栈是为了保护CPUCPU执行程序的现场，在存储器中开辟一个执行程序的现场，在存储器中开辟一个“先先进后出进后出”（后进先出）的区域。（后进先出）的区域。堆栈的操作包括出栈与入栈。堆栈的操作包括出栈与入栈。堆栈由堆栈指针堆栈由堆栈指针SPSP管理，它始终指向栈顶位置，一般情况下，管理，它始终指向栈顶位置，一般情况下，将堆栈设在将堆栈设在30H30H单元之后。单元之后。单片机数

53、据入栈时，堆栈是向上生长的。因此程序设计时，最单片机数据入栈时，堆栈是向上生长的。因此程序设计时，最好将好将SPSP设在片内设在片内RAMRAM的末端，如的末端，如MOV SP,60HMOV SP,60H，以避免堆栈向上生，以避免堆栈向上生成时覆盖所存储的数据。成时覆盖所存储的数据。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 9.3.39.3.3 特殊功能寄存器特殊功能寄存器 (SFR)(SFR)MCS-51MCS-51芯片内部有芯片内部有2121个个可寻址的可寻址的SFR(SFR(具有独立地址具有独立地址) )，它们，它们

54、离散的分布在离散的分布在8080H HFFHFFH地址范围内，并与片内地址范围内，并与片内RAMRAM统一编址。统一编址。MCS-51MCS-51芯片内部还有芯片内部还有1 1个不可寻址的个不可寻址的SFRSFR程序计数器程序计数器PCPC。可寻址的可寻址的SFRSFR中部分中部分SFR (SFR (单元地址能够被单元地址能够被8 8整除整除) ) 还具有位还具有位寻址功能。寻址功能。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 单片机的特殊功能寄存器（单片机的特殊功能寄存器（SFRSFR）及其单元地址）及其单元地址SFR符号

55、符号SFR名称功能名称功能SFR对应单元对应单元ACC累加器E0HBB寄存器F0HPSW程序状态字寄存器D0HDPTR数据指针83H /82HSP堆栈指针81HP0P0口80HP1P1口90HP2P2口A0HP3P3口B0HIP中断优先级B8HIE中断允许控制A8HSFR符号符号SFR名称功能名称功能SFR对应单元对应单元TMODTimer工作方式89HTCONTimer控制寄存器88HTH0T0计数寄存器(H)8CHTL0T0计数寄存器(L)8AHTH1T1计数寄存器(H)8DHTL1T0计数寄存器(L)8BHSCON串行口控制寄存器98HSBUF串行口缓冲器99HPCON电源控制寄存器87

56、H 与与CPUCPU有关的：有关的：ACCACC、B B、PSWPSW、SPSP、DPTR(DPHDPTR(DPH、DPL)DPL)。 与并行与并行I/OI/O口有关的：口有关的：P0P0、P1P1、P2P2、P3P3。 与串行口有关的：与串行口有关的：SCONSCON、SBUFSBUF、PCONPCON。 与定时与定时/ /计数器有关的：计数器有关的：TCONTCON、TMODTMOD、TH0TH0、TL0TL0、TH1TH1、TL1TL1。 与中断系统有关的：与中断系统有关的：IPIP、IEIE。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011

57、 春季学期春季学期 凡是凡是SFRSFR的地址的地址能被能被8 8整除的整除的SFR(SFR(单元地址的末位是单元地址的末位是0 0或或8)8)都都具有位寻址功能，具有位寻址功能，MCS-51MCS-51单片机共有单片机共有1111个个SFRSFR具有位寻址功具有位寻址功能，这些寄存器（单元）的每一位都有一个位地址。位地址能，这些寄存器（单元）的每一位都有一个位地址。位地址空间：空间：8080FFHFFH。特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）的位地址空间的特点：）的位地址空间的特点：p SFR SFR对应的单元地址为该对应的单元地址为该SFRSFR最低位的位地址。最低位的位地址。p

58、SFR SFR的位寻址区地址是不连续的。的位寻址区地址是不连续的。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 SFRSFR位寻址空间地址映射位寻址空间地址映射SFR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0ACCE7E6E5E4E3E2E1E0BF7F6F5F4F3F2F1F0单元地址PSWD7D6D5D4D3D2D1D0IPBFBEBDBCBBBAB9B8B8P3B7B6B5B4B3B2B1B0B0IEAFAEADACABAAA9A8A8P2A7A6A5A4A3A2A1A0A0SCON9F9E9D9C9B9A9998

59、98P19796959493929190TCON8F8E8D8C8B8A8988P08786858483828180908880D0E0F0CyACF0RS1RS0OVPPSPT1PX1PT0PX0P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0EAESET1EX1ET0EX0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRITF1TR1TF0TR0IE1IT1IT0IE0汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2010-2011 春季学期春季学期 MCS-51MCS-51单片机中单片

60、机中SFRSFR的使用：的使用：(1)(1)、对于、对于SFRSFR以单元形式访问时，只能采用直接寻址方式。以单元形式访问时，只能采用直接寻址方式。 二者是等价的。二者是等价的。(2)(2)、对于、对于8080FFHFFH区间未定义的单元，用户不能使用。同区间未定义的单元，用户不能使用。同样，对于未定义位地址所对应的位操作也是无效的。样，对于未定义位地址所对应的位操作也是无效的。(3)(3)、编程时，最好不要采用、编程时，最好不要采用SFRSFR作为中间寄存器暂存中间作为中间寄存器暂存中间结果。因为复位时，多数结果。因为复位时，多数SFRSFR会被清会被清0 0。汕头大学工学院汕头大学工学院