第二章MCS-51单片机的基本结构

1、2.1 2.1 MCS-51MCS-51系列单片机概述系列单片机概述2.2 2.2 MCS-51MCS-51单片机结构及组成单片机结构及组成2.3 2.3 存存 储储 器器2.4 2.4 特殊功能寄存器特殊功能寄存器2.52.5 时钟电路与复位电路时钟电路与复位电路第第2 2章章 MCS-51MCS-51单片机结构单片机结构本章分为四节，主要介绍：本章分为四节，主要介绍：2.1 MCS-512.1 MCS-51系列单片机概述系列单片机概述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

2、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： 8051/8751/80318051/8751/8031； 8052/8752/80328052/8752/8032； 80C51/87C51/80C31;80C51/87C51/80C31; 80C52/87C52/80C32;80C52/87C52/80C32; * *89S5189S51等等 。 （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，既保持了的结合，既保持了HMOS高速度和高集成度的特点，还具有高速度和高集成度的特点，还具有CMOS的的低功耗低功耗的

3、特点。的特点。在产品型号中凡带有字母在产品型号中凡带有字母“C”的即的即为为CHMOS芯片芯片，CHMOS芯片的电平既与芯片的电平既与TTL电平电平兼容，又与兼容，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工艺）。工艺）。二是二是CHMOS工艺工艺（互补金属氧化物的（互补金属氧化物的HMOS工工艺）。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：8051/8751/803180C51/87C51/8

4、0C3189S51（4）在片内程序存储器的配置上，该系）在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有三种形式，即列单片机有三种形式，即掩膜掩膜ROM、EPROM和和ROMLess(无片内程序存储器无片内程序存储器)。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。 MCS-51系列单片机有多种型号的产品：系列单片机有多种型号的产品： 普通型普通型（51子系列）子系列） 8051、8031、8751、89C51、89S51等。等。 增强型增强型（52子系列）子系列） 8032、8052、8752、

5、89C52、89S52等。等。 它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上的配置上。 8031片内没有程序存储器片内没有程序存储器 8051内部设有内部设有4KB的的掩模掩模ROM程序存储器程序存储器 8751是将是将8051片内的片内的ROM换成换成EPROM 89C51则换成则换成4KB的闪速的闪速EEPROM 89S51结构同结构同89C51， 4KB的闪速的闪速EEPROM可在线编可在线编程程 增强型的存储容量为普通型的增强型的存储容量为普通型的2倍倍 本课以本课以 8XX51 代表这一系列的单片机。代表这一系列的单片机。2.1.2 8

6、0C512.1.2 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(Infineon)等公司等公司的许多产品的许多产品 。 80C51是是MCS-51系列中系列中CHMOS工艺的一个典工艺的一个典型品种型品种 ；其它厂商；其它厂商以以8051为基核为基核开发出的开发出的CMOS工艺单片机产品工艺单片机产品统称为统称为80C51系列系列。当前常用的。当前常用的80C51系列单片机主要产品有：系列单片机主要

7、产品有：2.2 MCS-512.2 MCS-51系列单片机结构框图及外部引脚系列单片机结构框图及外部引脚单片机单片机（Single-Chip Single-Chip MicrocomputerMicrocomputer） 是将微处理器、一定容量是将微处理器、一定容量RAMRAM和和ROMROM以及以及I/OI/O 口、定时器等电路集成在一块芯片上，构成单口、定时器等电路集成在一块芯片上，构成单 片微型计算机，又称片微型计算机，又称MCUMCU。CPU振荡器和时序振荡器和时序OSC64KB 总线总线扩展控制器扩展控制器数据存储器数据存储器128/256B 2/316位位定时器定时器/计数器计数器

8、可编程可编程I/O程序存储器程序存储器4K/8K可编程全双工可编程全双工串行口串行口外中断外中断内中断内中断控制控制并行口并行口串行通信串行通信外部时钟源外部时钟源外部事件计数外部事件计数PSENALEEARETP0驱动器驱动器P2驱动器驱动器P0锁存器锁存器P2锁存器锁存器RAM地地址寄存址寄存器器128BRAM4KBFlash ROMB寄存寄存器器暂存器暂存器1暂存器暂存器2ACCSP程序地址程序地址寄存器寄存器 缓冲缓冲器器PC增增1PCDPTR中断、串行口和定时中断、串行口和定时器器PSWP1锁存器锁存器P1驱动器驱动器P3锁存器锁存器P3驱动器驱动器定定时时控控制制指指令令寄寄存存器

9、器指指令令译译码码器器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1 XTAL2时钟电路总线控制CPUROM/EPROM/FLASH4K 字节RAM 128字节SFR 21个定时/计数器2个中断系统5中断源、2优先级串行口全双工 1个并行口4个RST EA ALE PSENXTAL2XTAL1P0P1P2P3VCCVSS80C51的内部结构的内部结构内部总线时钟电路CPUINT0T1T0并行接口串行接口P0 P1 P2 P3TXD RXD中断系统ROMRAM定时/计数器INT18051单片机的结构8051的内部结构框图的内部结构框图2.2.1 M

10、CS-51系列单片机组成系列单片机组成。它由。它由运算器运算器和和控制器控制器等部件组成。等部件组成。 运算器运算器 运算器的运算器的功能功能是完成是完成算术运算算术运算：加、减、乘、除、加、减、乘、除、加加1、减、减1、比较、比较、BCD码十进制调整等码十进制调整等逻辑运算逻辑运算：与、或、异或、求反、循环等逻辑操作与、或、异或、求反、循环等逻辑操作位操作位操作：内部有布尔处理器，它以进位标志位内部有布尔处理器，它以进位标志位C C为位累为位累加器，用来处理位操作。可对位置加器，用来处理位操作。可对位置 “1 1”、对位清零、对位清零 、位判断等。、位判断等。 操作结果的状态信息送至状态寄存

11、操作结果的状态信息送至状态寄存PSWPSW。运算器由算数运算器由算数/逻辑运算单元逻辑运算单元ALU、累加器、累加器ACC、寄存器、寄存器B、暂存器、暂存器1、暂存器、暂存器2、程序、程序状态寄存器状态寄存器PSW组成组成。 累加器累加器ACC：用于向：用于向ALU提供操作数和存放运算结果。将提供操作数和存放运算结果。将操作数分别经暂存器操作数分别经暂存器1与暂存器与暂存器2送至送至ALU进行运算，结果进行运算，结果送回送回ACC。MCS-51单片机的大部分指令都要通过大部分指令都要通过ACC来完来完成成。除此之外ACC也可作为通用寄存器通用寄存器使用。可按位操作，在指令中通常用助记符助记符A

12、表示。【寄存器A】 寄存器寄存器B：乘法寄存器。乘除运算时用来存放其中一个操：乘法寄存器。乘除运算时用来存放其中一个操作数，也用来存放运算的后一部分结果。不进行乘除运算作数，也用来存放运算的后一部分结果。不进行乘除运算时可作为普通寄存器使用。时可作为普通寄存器使用。乘积高八位存入乘积高八位存入B，低八位存，低八位存入入A。除法。除法B中放除数，中放除数，A中放被除数，除完之后余数存入中放被除数，除完之后余数存入B，商存入，商存入A。 程序状态寄存器程序状态寄存器PSW：8位寄存器。保存位寄存器。保存ALU运算结果的特运算结果的特征标志。寄存指令之行的状态信息。征标志。寄存指令之行的状态信息。2

13、.控制器：控制器：分析指令并发出相应的控制信号分析指令并发出相应的控制信号CPU的另外一个组成部分为控制器。的另外一个组成部分为控制器。由由指令寄存器指令寄存器IR(指令寄存器存放将要执行的指令寄存器存放将要执行的指令代码指令代码) ， 译码器，译码器，定时及控制逻辑电路定时及控制逻辑电路（微处理器的核心部件），（微处理器的核心部件），程序计数器程序计数器PC，数据指针寄存器数据指针寄存器DPTR（唯一一个（唯一一个16位的寄存位的寄存器，可作为两个器，可作为两个8位的寄存器使用位的寄存器使用DPH/DPL,当当单片机访问片外单片机访问片外64kb程序存储器或数据存储程序存储器或数据存储器时用

14、来存放器时用来存放16位地址）位地址）和和堆栈指针堆栈指针SP寄存寄存器（器（8位寄存器，暂时存放数据）位寄存器，暂时存放数据）组成。组成。 由两个由两个8 8位计数器位计数器PCHPCH、PCLPCL组成。组成。(16(16位位) ) PCPC是程序的字节地址计数器，是程序的字节地址计数器，PCPC内容为内容为将要执行的指令地址将要执行的指令地址。改变。改变PCPC内容，改内容，改变程序执行的流向。变程序执行的流向。( (始终跟踪程序的始终跟踪程序的执行执行) ) PCPC可对可对64KB64KB的的ROMROM直接寻址。直接寻址。 直接寻址：低位直接寻址：低位P0P0口输出，高口输出，高位

15、位P2P2口输出口输出+程序计数器PC 时钟电路：时钟电路： MCSMCS内部有一个高增益反相放内部有一个高增益反相放大器（运放）。其输入端为大器（运放）。其输入端为XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2 有两种时钟生成电路：内部方式和有两种时钟生成电路：内部方式和外部方式外部方式+定时与控制部件芯片结构CPUCPU执行指令过程：执行指令过程： 由程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器，由程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器，经指令译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控经指令译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。制信号，完成指令功能。指令代码控制信号单片机

16、内部的时序控制信号4K/8K字节程序存储器（ROM）128/256字节数据存储器（RAM）2/3个16位定时/计数器32条可编程I/O口线（4个8位并行I/O端口）可寻址64K外部数据存储器（RAM）和64K外部程序存储器（ROM）一个可编程全双工串行口五个中断源，两个优先级嵌套中断结构8XX51单片机有单片机有44引脚的方形引脚的方形封装形式封装形式和和40个引脚的双列直个引脚的双列直插式封装形式插式封装形式，最常用的最常用的40个个引脚封装引脚封装，见图，见图2-8.2.2.2 MCS-512.2.2 MCS-51系列单片机引脚系列单片机引脚VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0. 0

17、P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1. 0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0ALEP3. 0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7EARXD/TXD/INT0/ INT1/ T0/ T1/WR/ RD/1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C5189C5244引脚方形封装形式MCS - 51

18、单片机引脚及总线结构4040引脚按其功能可以分为引脚按其功能可以分为电源和时电源和时钟引脚钟引脚，控制引脚控制引脚，I/OI/O口引脚口引脚。各个引脚的功能说明如下：各个引脚的功能说明如下：1 1、电源和时钟引脚、电源和时钟引脚（1 1）电源引脚：）电源引脚：VccVcc，VssVss VssVss: :接地端。接地端。 VccVcc: :电源端，接电源端，接+5V+5V。（2 2）时钟引脚：）时钟引脚： XTAL1 XTAL1，XTAL2XTAL2 XTAL1XTAL1（1919脚）脚），XTAL2XTAL2（1818脚）脚）: : 接外部晶体或外部时钟。接外部晶体或外部时钟。1 2 3 4

19、 5 6 7 8 9 101112131415161718192040393837363534333231302928 27 26 25 24 23 22 21 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.080C51/89C512 2、控制

20、引脚、控制引脚RST/VPDRST/VPD（9 9脚）脚）：复位信号输入。复位信号输入。接备用电源，当接备用电源，当VCCVCC掉电后，在低功耗条掉电后，在低功耗条件下保持内部件下保持内部RAMRAM中的数据。中的数据。ALE/PROGALE/PROG（3030脚）脚）：ALE ALE 地址锁存允许。地址锁存允许。 ALEALE输出脉冲的频率为输出脉冲的频率为振荡频率的振荡频率的1/61/6。低低8 8位位PROG PROG 对对87518751单片机片内单片机片内 EPROM EPROM 编程时，编编程时，编程脉冲由该引脚引入。程脉冲由该引脚引入。PSENPSEN（2929脚）脚）：程序存储

21、器允许。输出读外：程序存储器允许。输出读外部程序存储器的选通信号。部程序存储器的选通信号。EA/VPPEA/VPP（3131脚）脚）：决定初始程序在片内决定初始程序在片内、外、外 EA =0EA =0，单片机只访问外部程序存储器，单片机只访问外部程序存储器。 EA =1EA =1，单片机访问内部程序存储器。，单片机访问内部程序存储器。 在在87518751单片机片内单片机片内EPROMEPROM编程期间，此编程期间，此引脚引入引脚引入21V21V编程电源编程电源VPPVPP。1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192040393837363534333231

22、302928 27 26 25 24 23 22 21 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.080C51/89C513 3、I/OI/O口引脚口引脚8xx518xx51共有共有4 4个并行个并行I/OI/O口（口（P0-P3P0-P3

23、），每个），每个I/OI/O口口都是都是8 8位的，用于传送数据和地址，但每组接口位的，用于传送数据和地址，但每组接口的结构各不相同，因此在功能和用途上有一定的结构各不相同，因此在功能和用途上有一定的差别。的差别。（1 1）P0P0口：口：P0.0P0.0P0.7P0.7（39-3239-32脚）脚）：准双向：准双向I/OI/O口，数据口，数据/ /地址分时复用总线端口，传输片地址分时复用总线端口，传输片外存储器低外存储器低8 8位地址。位地址。（2 2）P1P1口：口：P1.0P1.0P1.7P1.7（1-81-8脚）脚）：准双向：准双向I/OI/O口口（3 3）P3P3口：口：P2.0P2

24、.0P2.7P2.7（21-2821-28脚）脚）：准双向：准双向I/OI/O口，与口，与P0P0配合传输片外存储器高八位地址。配合传输片外存储器高八位地址。 （4 4）P3P3口：口：P3.0P3.0P3.7P3.7（10-1710-17脚）脚）：准双向：准双向I/OI/O口，双功能静态端口。口，双功能静态端口。 在增强型的在增强型的52系列单片机中，系列单片机中，P1.0、P1.1除为除为端口线外，还为定时端口线外，还为定时/计数器计数器2的外部引脚的外部引脚 T2和和T2EX。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819204039383736353433

25、3231302928 27 26 25 24 23 22 21 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.080C51/89C51 在51系列单片机的2051/1051型号中因无P0口和P2口总线引脚，因此只有20个引脚（见图2.7），由于

26、不能进行外部扩展，因此无PSEN引脚，它们内部有一个模拟比较器，相比较的模拟信号由P1.0（AIN0）和P1.1（AIN1）输入，而模拟比较器的输出接P3.6，在内部已连接，因此外部无P3.6引脚。图2-7小结 重点掌握单片机内部结构 熟悉单片机的引脚功能电源端接+5V接地端晶振通常选用6MHz、12MHz或24Hz C1、C2电容值一般为530pf 上电复位 电阻R=101K 电C=1030uf MCS-51系列单片机的结构基本相同，其主要系列单片机的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上。差别反映在存储器的配置上。q80318031片内没有程序存储器片内没有程序存储器q8051805

27、1内部设有内部设有4KB4KB的掩模的掩模ROMROM程序存储器程序存储器q87518751是将是将80518051片内的片内的ROMROM换成换成EPROMEPROMq89C5189C51则换成则换成4KB4KB的闪速的闪速EEPROMEEPROMq89S5189S51结构同结构同89C5189C51，4KB4KB的闪速的闪速EEPROMEEPROM可在线编程可在线编程程程序运行中所需要的常数和变量。序运行中所需要的常数和变量。 增强型的存储容量为普通型的一倍增强型的存储容量为普通型的一倍2.1 2.1 MCS-51MCS-51系列单片机概述系列单片机概述2.2 2.2 MCS-51MCS-

28、51单片机结构及组成单片机结构及组成2.3 2.3 存存 储储 器器2.4 2.4 特殊功能寄存器特殊功能寄存器2.52.5 时钟电路与复位电路时钟电路与复位电路第第2 2章章 MCS-51MCS-51单片机结构单片机结构本章分为四节，主要介绍：本章分为四节，主要介绍：2.3 存 储 器 存储器用来存放程序和数据，半导体存储器由一个一个的单元存储器用来存放程序和数据，半导体存储器由一个一个的单元组成，每个单元有一个编号（称为地址），一个单元存放一个组成，每个单元有一个编号（称为地址），一个单元存放一个8位数据，当一个数据多于位数据，当一个数据多于8位就需要两个单元存放。计算机的位就需要两个单元

29、存放。计算机的存储器地址结构形式有两种存储器地址结构形式有两种普林斯顿结构（普林斯顿结构（RAM和和ROM连连续编址在同一地址空间）续编址在同一地址空间）和和哈佛结构（哈佛结构（RAM和和ROM分别编址在分别编址在不同的地址空间。不同的地址空间。RAM与与ROM可以有相同的地址，可以有相同的地址，CPU靠不同靠不同的指令区别）的指令区别）见下图。见下图。 MCS-51MCS-51的存储器结构与常见的微型计算机的存储器结构与常见的微型计算机的配置方法不同的配置方法不同, , MCS-51单片机的存储器单片机的存储器采用哈佛结构，采用哈佛结构，它将它将ROM和和RAM分开编址分开编址，各有自己的寻

30、址方式、控制信号和指令，各有自己的寻址方式、控制信号和指令。 程序存储器（程序存储器（ROMROM）：）：用来存放程序、表格用来存放程序、表格和始终要保留的数据。和始终要保留的数据。 数据存储器（数据存储器（RAMRAM）：）：存放程序运行中所需存放程序运行中所需要的数据（常数和变量）或运算的结果。要的数据（常数和变量）或运算的结果。当然，全局数据也可以存放在当然，全局数据也可以存放在RAMRAM中。中。物理结构（哈佛结构）C51存储器存储器程序存储器程序存储器ROM数据存储器数据存储器RAM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

31、数据存储器从从物理空间物理空间看看,MCS-51,MCS-51有四个存储器地址空间：有四个存储器地址空间：外部数据 存储器 (RAM)外部程序 存储器 (ROM)内部程序 存储器内部数据 存储器8XX51 MCS-51存储器物理结构 从从逻辑上逻辑上看看,MCS-51,MCS-51有三个存储器空间：有三个存储器空间： MCS51的存储器的存储器逻辑结构逻辑结构如图所示。如图所示。C51存储器存储器片内外统一编址的程序存储器片内外统一编址的程序存储器ROM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思考：为什么是三个存储器空间？思考：为什么是三个存储器空间？1、片内、外统一编址的、片

32、内、外统一编址的64K程序存储器地程序存储器地址空间。址空间。CPU访问片内、片外访问片内、片外ROM指令指令用用MOVC。2、64K的片外数据存储器地址空间。的片外数据存储器地址空间。访问访问片外片外RAM指令用指令用MOVX。3、256字节的片内数据存储器地址空间。字节的片内数据存储器地址空间。访问片内访问片内RAM指令用指令用MOV。从从逻辑上逻辑上看看,MCS-51,MCS-51有三个存储器空间：有三个存储器空间：2.3.1 2.3.1 程序存储器程序存储器 q 程序存储器用来存放编制好的始终保留的固定程序和表格程序存储器用来存放编制好的始终保留的固定程序和表格常数。常数。程序储存器以

33、程序计数器程序储存器以程序计数器 PC PC 作为地址指针作为地址指针，通过，通过1616位地址总线，可寻址的地址空间为位地址总线，可寻址的地址空间为64KB64KB。q 在在8051/8751/89C51/89S518051/8751/89C51/89S51片内，分别内置最低地址空间的片内，分别内置最低地址空间的4KB ROM/EPROM/EEPROM4KB ROM/EPROM/EEPROM程序储存器（内部程序储存器），程序储存器（内部程序储存器），而在而在8031/80328031/8032片内，则无内部程序储存器，必须外部扩展片内，则无内部程序储存器，必须外部扩展EPROMEPROM。q

34、 MCS-51MCS-51单片机中单片机中64KB64KB内、外程序储存器的地址是统一编排内、外程序储存器的地址是统一编排的。的。程序程序存储器存储器内部内部外部外部0000H0FFFH4K0000HFFFFH64K4KEA=1EA=1自动转外部自动转外部EA=0EA=0 80318031单片机无内部程序存储器，单片机无内部程序存储器， 地址从地址从0000H0000HFFFFHFFFFH都是外部程序存储空间。都是外部程序存储空间。 应应始终接地。始终接地。 对于内部有对于内部有ROMROM的单片机（的单片机（5151、5252系列），系列）， 引脚接高电平，使程序从内部引脚接高电平，使程序从

35、内部ROMROM开始执行。开始执行。当当PCPC值超出内部值超出内部ROMROM的容量时，会自动转向外的容量时，会自动转向外部程序存储器空间。外部程序存储器地址空部程序存储器空间。外部程序存储器地址空间为间为1000H1000HFFFFHFFFFH。 访问程序存储器使用访问程序存储器使用MOVC指令。指令。 程序存储器中几个特殊地址的使用程序存储器中几个特殊地址的使用程序存储器中的几个特殊地址的使用：程序存储器中的几个特殊地址的使用： 地址地址 用途用途 0000H 0000H 复位操作后的程序入口复位操作后的程序入口 0003H 0003H 外部中断外部中断0 0服务程序入口服务程序入口 0

36、00BH 000BH 定时器定时器0 0中断服务程序入口中断服务程序入口 0013H 0013H 外部中断外部中断1 1服务程序入口服务程序入口 001BH 001BH 定时器定时器1 1中断服务程序入口中断服务程序入口 0023H 0023H 串行口中断服务程序入口串行口中断服务程序入口 51系列单片机复位后系列单片机复位后PC=0000H，系统从，系统从0000H开始执行程序，开始执行程序，安排一条跳转指令安排一条跳转指令。 0003H-0032H单元被保留专用于中断服务程单元被保留专用于中断服务程序的序的入口地址入口地址。 每个中断服务程序只有每个中断服务程序只有8个字节单元存放，显个字

37、节单元存放，显然不够，然不够，此此8个单元通常放一条跳转指令个单元通常放一条跳转指令，指，指向被实际分配的中断服务程序段。向被实际分配的中断服务程序段。思思 考考 当EA引脚接到高电平时，51单片机程序存储器空间是怎样分配的?2. 8031 EA引脚必须怎样连接?3. ROM中有哪些特殊地址, 说出它们的地址及作用？2.3.2 2.3.2 外部数据存储器外部数据存储器 用于用于存放随机读写的数据存放随机读写的数据。 MCS-51MCS-51单片机的外部数据存储器和外部单片机的外部数据存储器和外部I/OI/O口实行统一编址，并使用相同的口实行统一编址，并使用相同的 作作选通控制信号，均使用选通控

38、制信号，均使用 MOVXMOVX 指令访问。指令访问。 MCS-51 MCS-51 单片机最多可扩展单片机最多可扩展64KB64KB外部数据存外部数据存储器储器 地址：地址：0000HFFFFH 0000HFFFFH 寻址：用寻址：用MOVXMOVX指令指令RD WR2.3.3 2.3.3 内部数据存储器内部数据存储器 内部数据存储器是使用最多的地址空间内部数据存储器是使用最多的地址空间，所有指，所有指令（算术运算，逻辑运算，位操作运算等）的操令（算术运算，逻辑运算，位操作运算等）的操作数只能在此地址空间或特殊功能寄存器地址空作数只能在此地址空间或特殊功能寄存器地址空间。间。 2、00H1FH

39、：32个单元是个单元是4组通用工作寄存器区；组通用工作寄存器区； 3、20H2FH：16个单元可进行共个单元可进行共128位的位寻址；位的位寻址； 4、30H7FH：用户：用户RAM区，只能进行字节寻址，区，只能进行字节寻址， 用作数据缓冲区以及堆栈区。用作数据缓冲区以及堆栈区。0000HFFFFH内部外部外部数据存储器数据存储器00HFFH7FH80H( (高高128B)128B)( (低低128B)128B)内内RAMSFR1FH1FH18H18H17H17H10H10H0FH0FH08H08H07H07H00H00H3区区2区区1区区0区区工作寄工作寄存器区存器区R0R7位寻址区位寻址区

40、20H2FH 7F 7807 0030H7FH数据缓冲区数据缓冲区内部内部RAMRAM007FH007FH64K64K1 1、四组工作寄存器区选择、四组工作寄存器区选择RS1 RS0 组别 R0R1R2R3R4R5R6R7000组 00h 01h 02h 03h 04h 05h 06h 07h011组 08h 09h 0Ah 0Bh 0Ch 0Dh 0Eh 0Fh102组 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h113组 18h 19h 1Ah 1Bh 1Ch 1Dh 1Eh 1Fh用途：用途：q 作通用寄存器作通用寄存器R0R0R7R7。（寄存器寻址）。（寄存器寻址）q

41、 R0R0与与R1R1可作间址寄存器使用。（寄存器间接寻址）可作间址寄存器使用。（寄存器间接寻址）选择：选择：q 可可其他三组只能做数据存储器。其他三组只能做数据存储器。，其他三组作为数据存储器使，其他三组作为数据存储器使用，不能作为寄存器使用。用，不能作为寄存器使用。注意注意: : 一个单元地址对应有一个单元地址对应有8 8个位地址个位地址MSBMost Significant Bit MSBMost Significant Bit （最高有效位）（最高有效位）LSB Least Significant Bit LSB Least Significant Bit （最低有效位）（最低有效位）

42、单元地址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F7F77776F6F67675F5F57574F4F47473F3F37372F2F27271F1F17170F0F0707 MSB 位地址 LSB7E7E76766E6E66665E5E56564E4E46463E3E36362E2E26261E1E16160E0E06067D7D75756D6D65655D5D55554D4D45453D3D35352D2D25251D1D15150D0D05057C7C74746C6C64645C5C54544C4C44443C3C34342C2C

43、24241C1C14140C0C04047B7B73736B6B63635B5B53534B4B43433B3B33332B2B23231B1B13130B0B03037A7A72726A6A62625A5A52524A4A42423A3A32322A2A22221A1A12120A0A0202797971716969616159595151494941413939313129292121191911110909010178787070686860605858505048484040383830302828202018181010080800002 2、位地址区、位地址区20H20H2FH2F

44、H为位地址区：为位地址区： 单片机片内单片机片内RAMRAM中中20H20H2FH2FH地址范围中共地址范围中共1616个字节单元称个字节单元称为位寻址区。该区的为位寻址区。该区的1616个字节单元，既可作为一般的个字节单元，既可作为一般的RAMRAM使用，进行字节操作，也可以对单元中的每一位进行位操使用，进行字节操作，也可以对单元中的每一位进行位操作。作。 1616个字节单元共个字节单元共128128位，每位有位地址，地址范围是位，每位有位地址，地址范围是00H00H07H07H。 位寻址区中的每一位地址有两种表示形式：一是表中位寻址区中的每一位地址有两种表示形式：一是表中位地位地址形式址形

45、式，另一种是，另一种是单元地址单元地址. .位序形式位序形式。注：位地址和字节地址位寻址是对20H到2FH这16个字节的每一位直接进行操作把每个字节的每一位编上号码（00H到7FH），就是位地址，通过对这个地址的调用可以把对应的位变成1或者0。我们知道内存都是1个字节也就是8位一个单元，操作时，最小也得对1个字节进行操作，而单片机的位操作则是更细，这是单片机的一个重要特点。位地址区位地址区问问 题题 位地址和字节地址可以用相同的十六进制数表示，应怎样区分?例如： MOV C，24H（因为C是进位标志，所是这里的24H是位地址） MOV A，24H提示：是位地址还是字节地址要看另一个操作数提示：

46、是位地址还是字节地址要看另一个操作数 3 3、片内、片内RAMRAM数据数据通用通用RAMRAM区区 单片机片内单片机片内RAMRAM中中, ,30H-7FH30H-7FH的的8080个单元只能以存储个单元只能以存储单元的形式来使用没有其它任何规定或限制，用户可以单元的形式来使用没有其它任何规定或限制，用户可以根据需要自由安排所以称它为通用根据需要自由安排所以称它为通用RAMRAM区。区。 该区域中的单元只能用直接寻址、寄存器间接寻址该区域中的单元只能用直接寻址、寄存器间接寻址等方式按字节访问。等方式按字节访问。 堆栈就是设在单片机内部堆栈就是设在单片机内部RAMRAM中。深度不大于中。深度不

47、大于128128字字节，初始化时堆栈指针寄存器节，初始化时堆栈指针寄存器SPSP指向指向07H07H。 注：注： 对对5151基本型单片机只有基本型单片机只有00H-7FH00H-7FH单元单元128128字节的字节的RAMRAM区。对区。对5252增强型的单片机还增强型的单片机还有有80H-FFH80H-FFH组成的高组成的高128128字节字节RAMRAM区（共区（共256256字节字节RAM RAM ）。）。1.4 特殊功能寄存器 MCS-51 MCS-51单片机的特殊功能寄存器用英文缩单片机的特殊功能寄存器用英文缩写写SFR(Special Fuction RegisterSFR(Sp

48、ecial Fuction Register）表示。）表示。又称专用寄存器。又称专用寄存器。 功能：记录电路的运行状态，标明有关标功能：记录电路的运行状态，标明有关标志。志。1.4 特殊功能寄存器1.1.基本型基本型5151单片机中设置了单片机中设置了2121个特殊功能寄存个特殊功能寄存器器, ,它们它们不连续地不连续地分布在地址为分布在地址为80H-FFH80H-FFH的的128128个个字节字节的存储空间中。的存储空间中。2.2.在这在这2121个个SFRSFR中，凡是字节地址能被中，凡是字节地址能被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

49、1111个单元个单元均具有位寻址能力均具有位寻址能力, ,有效的位地址共有有效的位地址共有8282个。个。3.823.82个有效位地址可用位地址、位符号、单元个有效位地址可用位地址、位符号、单元地址地址. .位序和寄存器名位序和寄存器名. .位序四种方法来表示，位序四种方法来表示，但一般是用位符号或寄存器名但一般是用位符号或寄存器名. .位序来表示的。位序来表示的。 表表1.21.2中还标注了各中还标注了各SFRSFR的名称、字节地址、的名称、字节地址、可寻址位的位地址和位名称。可寻址位的位地址和位名称。 2121个特殊功能寄存器的名称及主要功能介绍个特殊功能寄存器的名称及主要功能介绍如下。如

50、下。 A A累加器，累加器， 8 8位。自带有全零标志位。自带有全零标志Z Z，A=0A=0则则Z=1Z=1；A0A0则则Z=0Z=0。该标志常用于程序分支转移的判断条件；。该标志常用于程序分支转移的判断条件； （用于向（用于向ALU提供操作数，许多运算的结果也存放在累加器提供操作数，许多运算的结果也存放在累加器中。）中。） B B寄存器，寄存器， 8 8位。常用于乘除法运算；位。常用于乘除法运算； （存放乘积的高存放乘积的高8 8位，除法运算后的余数。）位，除法运算后的余数。） PSWPSW程序状态字。主要起着标志寄存器的作用。程序状态字。主要起着标志寄存器的作用。其中：其中： CYCY：进

51、：进/ /借位标志借位标志 反映反映最高位最高位的进位借位情况，加法为进位、减法为借位。的进位借位情况，加法为进位、减法为借位。 CY=1CY=1，有进，有进/ /借位借位 ； CY=0CY=0，无进，无进/ /借位。借位。ACAC：辅助进：辅助进/ /借位标志借位标志 反映高半字节与低半字节之间的进反映高半字节与低半字节之间的进/ /借位，借位， AC=1AC=1有进有进/ /借位；借位； AC=0AC=0无进无进/ /借位借位 。 FOFO：用户标志位。可由用户设定其含义。：用户标志位。可由用户设定其含义。RS1RS1，RS0RS0：工作寄存器组选择位。：工作寄存器组选择位。 位地址位名称

52、CyACF0RS1RS0OVPD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OVOV：溢出标志：溢出标志 反映补码运算的运算结果有无溢出反映补码运算的运算结果有无溢出 有溢出有溢出 OV=1OV=1，无溢出，无溢出OV=0OV=0。 - -：无效位。：无效位。 P P：奇偶标志。始终跟踪：奇偶标志。始终跟踪A A累加器内容的奇偶性。累加器内容的奇偶性。 运算结果有奇数个运算结果有奇数个“1”1”，P=1P=1；运算结果有偶数个；运算结果有偶数个“1”1”，P=0P=0。 SPSP堆栈指针。堆栈指针。8XX518XX51单片机的堆栈设在片内单片机的堆栈设在片内RAMRAM，对，对堆栈的操作包括

53、压入（堆栈的操作包括压入（PUSHPUSH）和弹出（）和弹出（POPPOP）两种方）两种方式，并且遵循后进先出的原则，但在堆栈生成的方向式，并且遵循后进先出的原则，但在堆栈生成的方向上，与上，与80868086正好相反正好相反,8XX51,8XX51单片机的堆栈操作遵循先单片机的堆栈操作遵循先加后压，先弹后减的顺序，按字节进行操作。加后压，先弹后减的顺序，按字节进行操作。 DPTRDPTR数据指针寄存器数据指针寄存器 用来存放用来存放1616位地址值，以便对外部数据存储器位地址值，以便对外部数据存储器RAMRAM进行读写。进行读写。DPTRDPTR可分成可分成DPLDPL和和DPHDPH两个两

54、个8 8位寄存器分别使用。位寄存器分别使用。DPTRDPTR的值通过指的值通过指令设置和改变。令设置和改变。P0 P1 P2 P3P0 P1 P2 P3I/OI/O端口寄存器端口寄存器 是四个并行是四个并行I/OI/O端口映射入端口映射入SFRSFR中的寄存器。通过对该寄存器的中的寄存器。通过对该寄存器的读读/ /写，可实现从相应写，可实现从相应I/OI/O端口的输入端口的输入/ /输出，称他们为输出，称他们为双向双向I/OI/O口口。 例如：指令例如：指令 MOV P1MOV P1，A A实现了把实现了把A A累加器中的内容从累加器中的内容从P1P1端口输出端口输出的操作。指令的操作。指令M

55、OV AMOV A，P3P3实现了把实现了把P3P3端口线上的信息输入到端口线上的信息输入到A A中中的操作。的操作。此外还有如下寄存器，它们将在后面章节介绍：此外还有如下寄存器，它们将在后面章节介绍：IPIP中断优先级控制寄存器。中断优先级控制寄存器。IEIE中断允许控制寄存器。中断允许控制寄存器。 TMODTMOD定时器定时器/ /计数器方式控制寄存器。计数器方式控制寄存器。TCONTCON定时器定时器/ /计数器控制寄存器。计数器控制寄存器。TH0TH0，TL0TL0定时器定时器/ /计数器计数器0 0。TH1TH1，TL1TL1定时器定时器/ /计数器计数器1 1。SCONSCON串行

56、端口控制寄存器。串行端口控制寄存器。SBUFSBUF串行数据缓冲器。串行数据缓冲器。PCONPCON电源控制寄存器。电源控制寄存器。 注：注： 在在5252子系列中，高子系列中，高128128字节字节RAMRAM和和SFRSFR的地址是重叠的，究竟访问哪一块可通过的地址是重叠的，究竟访问哪一块可通过不同的寻址方式加以区分，访问高不同的寻址方式加以区分，访问高128128字字节节RAMRAM采用寄存器间址，访问采用寄存器间址，访问SFRSFR则只能采则只能采用用直接寻址直接寻址，访问低访问低128128字节字节RAMRAM时，两种时，两种寻址均可采用。寻址均可采用。 存储器回顾小结存储器回顾小结

57、 程序存储器1、片内程序存储器（ =1）2、片外程序存储器（ =0）MOVC指令，由 值决定片内片外。 数据存储器1、片内数据存储器2、片外数据存储器片内MOV指令 片外MOVX指令。 引脚引脚 EA 的接法决定了程序储存器的的接法决定了程序储存器的00000FFFH 4KB地址范围地址范围是在单片机片内还是片外。是在单片机片内还是片外。 H00000FFFHMCS-51单片机的存储器逻辑结构FFFFH0000H0FFFH 外部 RAM 外部R O M内部ROM (EA=1)H00008031外部ROM (EA=0）80511000HFFFFH 特殊功能 寄存器内部数据存储器内部数据存储器 内

58、部数据 RAM7FH80H00HFFH外部数据存储器外部数据存储器 （增强型）程序存储器程序存储器 地址重叠2.5 时钟电路与复位电路2.5.1 时钟电路时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，时钟时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，时钟 信号信号有两种方式产生：有两种方式产生：内部振荡方式内部振荡方式和和外部振荡方式外部振荡方式。内部振荡方式：内部振荡方式：在引脚在引脚 XTAL1和和 XTAL2外接晶体振荡器（简外接晶体振荡器（简称晶振）如图（称晶振）如图（a）所示。）所示。电容器电容器C1C1、C2C2起稳定振荡起稳定振荡频率、快速起振的作用。电频率、快速起振的作用。

59、电容值一般为容值一般为 5 530PF30PF。由于单片机内部有一个高增益运由于单片机内部有一个高增益运算放大器，当外接晶振后，就算放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。时钟脉冲。XTAL1XTAL2GND8XX51C1C2外部振荡方式外部振荡方式：外部震荡方式外部震荡方式是把已有的时是把已有的时钟信号引入单片机。这种方钟信号引入单片机。这种方式适宜用于使单片机的时钟式适宜用于使单片机的时钟与外部信号保持一致，适用与外部信号保持一致，适用于于多块芯片同时工作多块芯片同时工作。外部。外部振荡方式如图所示。振荡方式如图所示。 对对HMOS的单片机（的

60、单片机（8031、8031AH等）外部时钟信号由等）外部时钟信号由XTAL2引入，引入，对于对于CHMOS的单片机（的单片机（8XCXX），外部时钟），外部时钟由由XTAL1引入，因为时钟电路的信号取自反向放大器的输入引入，因为时钟电路的信号取自反向放大器的输入端，此时，端，此时，XTAL2悬空。悬空。外部时钟XTAL1XTAL2GND8XX51悬空外部时钟XTAL1XTAL2GND悬空CHMOSHMOS图图1 14 4外部振荡方式外部振荡方式8XX518XX51TTL(a) 内部振荡器方式XTAL1R外部振荡器XTAL2VCCXTAL2XTAL1VSS(b) 8051外时钟源接法8051NC