第2章 MCS-51单片机的硬件结构

1、MCS51系列单片机内部结构MCS51系列单片机的存储器配置CPU的时序及辅助电路了解MCS-51系列单片机内部结构掌握MCS51系列单片机的存储器配置掌握MCS51系列单片机各引脚的功能掌握CPU时序及看门狗电路的工作原理主要功能概述主要功能概述 MCS51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位单片机，包含51和52子两个系列。51子系列中主要有8031、8051、8751三种机型，它们指令和引脚完全兼容，仅片内ROM有所不同。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理2.1 MCS-512.1 MCS-51系列单片机的基本结构系列单片机的基本结构1.81.8位

2、位CPUCPU2.2.片内带振荡器，频率片内带振荡器，频率foscfosc的范围为的范围为1.21.212MHz12MHz3.1283.128个字节的片内数据存储器个字节的片内数据存储器RAM(RAM(用于储存用于储存数据数据, ,工作变量工作变量, ,位标志等位标志等,8052,8052内部有内部有256256字字节的节的RAM)RAM)4.4K4.4K字节的片内程序存储器字节的片内程序存储器ROMROM( (片外可扩展到片外可扩展到64K,803164K,8031无无) )5151系列主要功能为：系列主要功能为：5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理5.5.程序存储器的寻址范

3、围为程序存储器的寻址范围为64KB64KB6.6.片外数据存储器的寻址范围为片外数据存储器的寻址范围为64KB64KB7.217.21个字节专用寄存器个字节专用寄存器( (1818个特殊功能寄存个特殊功能寄存 器，其中器，其中3 3个为双字节，共占用个为双字节，共占用2121个字节。个字节。 用于用于CPUCPU对片内各功能部件进行管理，控对片内各功能部件进行管理，控 制，监视制，监视具有特殊功能的具有特殊功能的RAMRAM区，是一区，是一 些控制寄存器和状态寄存器）。些控制寄存器和状态寄存器）。8.48.4个个8 8位并行位并行I/OI/O口：口：P0P0、 P1P1、P2P2、P3P3。

4、可以作为并行输入可以作为并行输入/ /出口，其他复用功能。出口，其他复用功能。 5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理9. 19. 1个全双工串行口，可个全双工串行口，可实现实现多机通信多机通信10.210.2个个1616位定时位定时/ /计数器，中断系统有计数器，中断系统有5 5 个中断源个中断源 11.11111.111条指令，含乘、除法，有很强的条指令，含乘、除法，有很强的 位处理能力位处理能力12.12.片内采用单总线结构，单一片内采用单总线结构，单一5V5V电源电源5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理 5252子系列主要有子系列主要有80328032、8

5、0528052两种机型。两种机型。与与5151子系列不同在于：片内数据存储器子系列不同在于：片内数据存储器 增至增至256256个字节，个字节，3 3个个1616位定时位定时/ /计数器，计数器，6 6个中断源。个中断源。 5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理MSC51MSC51芯片的基本结构芯片的基本结构 芯片的封装形式芯片的封装形式4040脚和脚和4444脚（其脚（其中中4 4脚是无用的）。脚是无用的）。 MCS-51MCS-51系列单片机的内部结构如下图系列单片机的内部结构如下图所示：所示：2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机的单片机的CPUCPU及其特点及其特

6、点5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理P0驱动器RAM地址寄存器RAMEPROM或ROMP2驱动器P0锁存器 P2锁存器B寄存器A暂存器2暂存器1SP16位地址寄存器缓冲器PSWALUP1锁存器P1驱动器振荡器P3锁存器P3驱动器PC加1PCDPTR中断系统串行口定时/计数器定时及控制指令寄存器PSENALEEARSTVccVssP0.0P0.7P2.0P2.7P1.0P0.7P3.0P3.75151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理1.1.控制器控制器: :解释解释( (译码译码) )指令，发出控制信指令，发出控制信 号，协调工作，完成号，协调工作，完成CPUCPU

7、给出的任务。给出的任务。u程序计数器程序计数器PC(ProgramPC(Program Counter) Counter) 功能功能: :用来存放下一条即将执行指令的存用来存放下一条即将执行指令的存储单元的地址。系统自动将储单元的地址。系统自动将PCPC的内容送到的内容送到指令寄存器指令寄存器IRIR中。开机或复位时，中。开机或复位时，PCPC里的里的值被清零，计算机自动从值被清零，计算机自动从0000H0000H地址开始地址开始执行指令。当执行指令时，执行指令。当执行指令时，CPUCPU将自动修将自动修改改PC,PC=PC+1PC,PC=PC+1。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与

8、工作原理u指令寄存器指令寄存器IR(InstructionIR(Instruction Register) Register) 功能功能: :用来存放从存储器送来的即将执行用来存放从存储器送来的即将执行指令的地址。是一个指令的地址。是一个9 9位的寄存器。位的寄存器。u指令译码器指令译码器ID(InstructionID(Instruction Decoder) Decoder) 功能功能: :对指令寄存器的指令进行译码，并对指令寄存器的指令进行译码，并将指令转变为逻辑电路所需的逻辑电信号。将指令转变为逻辑电路所需的逻辑电信号。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理u堆栈指示器堆

9、栈指示器SP(StackSP(Stack Pointer) Pointer) 功能功能: :用来存放特殊数据的用来存放特殊数据的8 8位专用的片内位专用的片内RAMRAM存储器空间。是计算机不可缺少的部存储器空间。是计算机不可缺少的部件。又称为堆栈指针。件。又称为堆栈指针。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理2 2、运算器、运算器 它包含它包含ALUALU、累加器、累加器A A、暂存器、寄、暂存器、寄存器存器B B、程序状态字、程序状态字PSWPSW等功能部件。等功能部件。uPSW(PSW(程序状态字程序状态字) )为为8 8位位D7D6D5 D4D3D2D1D0CACF0RS

10、1RS0OV F1 P5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理uC C 进位标志位进位标志位 D7D7有进位或借位时有进位或借位时C C1,1,否则否则C C0 0uAC AC 辅助进位标志辅助进位标志 D6D6有进位或借位时有进位或借位时ACAC1 (1 (包括半个包括半个字节进位字节进位) )，否则，否则ACAC0 0，用于，用于BCDBCD码码运算运算uFO F1 FO F1 软件标志软件标志 用户定义，通过软件置位或清零用户定义，通过软件置位或清零, ,在在程序运行中自己定义的标志。程序运行中自己定义的标志。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理uRS1RS1

11、、RS0 RS0 工作寄存器选择工作寄存器选择位位 选择四个工作寄存器组中选择四个工作寄存器组中的的一组投入工一组投入工作作( (见后面内容见后面内容) ) uOV OV 溢出标志溢出标志 用于用于有符号数运算，若结果超过有符号数运算，若结果超过 -128-128+127+127，则，则OVOV1 1，否则，否则OVOV0 0uP P 奇偶标志奇偶标志 A A中中1 1的个数若为奇数的个数若为奇数P=1,P=1,否则否则P=0P=05151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理例如：例如：MOV A, #7FHMOV A, #7FH ADD A, #4FH ADD A, #4FH 011

12、1,1111B 0111,1111B + 0100,1111B + 0100,1111B 1100,0110B 1100,0110B结果结果: :(A)=C6H, C=0,AC=1,OV=0,P=0(A)=C6H, C=0,AC=1,OV=0,P=05151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理 3. I/O 3. I/O接口：接口：4 4个个8 8位并行输入输出位并行输入输出(I/O)(I/O)接口，即接口，即P0, P1,P2P0, P1,P2和和P3P3口，用来传送数口，用来传送数据或地址信号。它们是准双向输出输入口。据或地址信号。它们是准双向输出输入口。P0P0和和P2P2口除了

13、可以传送数据，还可以在扩口除了可以传送数据，还可以在扩展存储器系统时作为地址总线。展存储器系统时作为地址总线。 4. 4. 串行接口：集成了一对可编程全双工串行接口：集成了一对可编程全双工串行通信接口。可以实现单片机的串行通串行通信接口。可以实现单片机的串行通信。信。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理 5. 5. 定时定时/ /计数器：集成计数器：集成2 2个个1616位的可编程位的可编程定时定时/ /计数器计数器T0T0和和T1T1。其主要部件是一个。其主要部件是一个1616位加法计数器。计满了就清零，再重新位加法计数器。计满了就清零，再重新计数。计数。 6. 6. 中断系

14、统中断系统 7. 7. 数据指针数据指针DPTRDPTR：1616位，访问片外位，访问片外ROMROM、 RAMRAM和扩展和扩展I/OI/O时用时用5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理8.8.振荡器振荡器 MCS-51MCS-51系列单片机内含一个高增益反相放系列单片机内含一个高增益反相放大器，外接晶体和微调电容，便成为自激振大器，外接晶体和微调电容，便成为自激振荡器。其功能是为系统提供时钟信号源。荡器。其功能是为系统提供时钟信号源。 30pF30pFC1C2XTAL1XTAL2单单片片机机单片机外接单片机外接晶体的接法晶体的接法5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工

15、作原理 晶体与两个电容晶体与两个电容C1C1、C2C2构成并构成并联谐振。振荡器频率取决于晶体联谐振。振荡器频率取决于晶体, ,电电容微调，取容微调，取30pF,30pF,电容应尽量靠近单电容应尽量靠近单片机芯片安装。频率范围是片机芯片安装。频率范围是1.2-12 1.2-12 MHz(MHz(与单片机芯片有关与单片机芯片有关) )。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理VccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.6P0.7P0.5EA/VDDALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.3P2.2P2.4P2.1P2.0P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P

16、1.6P1.7P1.5RST VPDRXD P3.0TXD P3.1INT0 P3.2INT1 P3.3T0 P3.4WR P3.6RD P3.7T1 P3.5XTAL2XTAL1Vss1220403921.5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理2.3 MCS-512.3 MCS-51单片机的单片机的引脚图引脚图 一般采用双列直插式一般采用双列直插式4040引脚引脚(DIP40)(DIP40)封装，封装，也有方形封装，用也有方形封装，用HMOSHMOS工艺制造，也有低功工艺制造，也有低功耗耗CHMOSCHMOS工艺制造，加工艺制造，加“C”C”识别。部分引脚识别。部分引脚采用分时

17、复用技术。采用分时复用技术。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理 MSC51MSC51芯片引脚的功能芯片引脚的功能电源引脚电源引脚Vcc(40Vcc(40脚脚) )；接；接5V5V电源正极，电源正极，Vss(20Vss(20脚脚) )：接：接5V5V电源负极，系统数字地，电源负极，系统数字地，GNDGND；时钟引脚时钟引脚XTAL1(19XTAL1(19脚脚) )，XTAL2(18XTAL2(18脚脚) )：该两脚连接外接晶体和补偿电容的两脚；该两脚连接外接晶体和补偿电容的两脚；5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理 MSC51MSC51芯片引脚的功能芯片引脚的功

18、能控制引脚控制引脚PSENPSEN，ALEALE，EAEA，RESETRESET（RSTRST）PSEN(29PSEN(29脚脚) )程序存储器允许输出控制端；程序存储器允许输出控制端；是片外取指令信号输出端，仅对程序存储是片外取指令信号输出端，仅对程序存储器作用，一般连程序存储器的器作用，一般连程序存储器的OEOE端。端。ALE/PROG(30ALE/PROG(30脚脚) )ALEALE的作用是输出地址的作用是输出地址锁存允许信号。当锁存允许信号。当CPUCPU访问外部存储器时，访问外部存储器时，ALEALE发出的信号的负跳沿控制锁存器锁存发出的信号的负跳沿控制锁存器锁存CPUCPU发出发出

19、的低的低8 8位地址信号。该引脚输出频率为振荡频位地址信号。该引脚输出频率为振荡频率率f foscosc的的1/61/6。 PROGPROG的作用是片内含有的作用是片内含有EPROMEPROM的机型，该脚用作编程脉冲输入端。的机型，该脚用作编程脉冲输入端。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理 MSC51MSC51芯片引脚的功能芯片引脚的功能控制引脚控制引脚PSENPSEN，ALEALE，EAEA，RESETRESET（RSTRST）EA/VEA/VPPPP(31(31脚脚) )EAEA的作用是内的作用是内/ /片外程序片外程序存储器选用端。当存储器选用端。当EA=1EA=1时，

20、访问片内存储器，时，访问片内存储器，但当但当PCPC溢出时（大于溢出时（大于4K4K，即地址值为，即地址值为0FFFH0FFFH），），CPUCPU自动执行外部存储器程序。当自动执行外部存储器程序。当EA=0EA=0时，时，CPUCPU只执行外部存储器程序；只执行外部存储器程序；V Vpppp的作用是对片内的作用是对片内含有含有EPROMEPROM的机型，该脚用作编程电压输入端。的机型，该脚用作编程电压输入端。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理 MSC51MSC51芯片引脚的功能芯片引脚的功能控制引脚控制引脚PSENPSEN，ALEALE，EAEA，RESETRESET（RS

21、TRST）RST/VRST/VPDPD(9(9脚脚) )RSTRST是复位端是复位端RESETRESET。即复。即复位信号输入端。只要在位信号输入端。只要在RSTRST加上持续时间大于加上持续时间大于2 2个机器周期（个机器周期（2424个时钟振荡周期）的高电平，个时钟振荡周期）的高电平，就可以对系统复位。就可以对系统复位。 备用备用电源的接入端口。电源的接入端口。当当VccVcc掉电期间，该脚接备用电源掉电期间，该脚接备用电源V VPDPD，可保存，可保存片内片内RAMRAM的信息的信息。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理 MSC51MSC51芯片引脚的功能芯片引脚的功能输

22、入输出输入输出I/OI/O端口引脚端口引脚P0.0P0.0P0.7:P0.7:(32-39(32-39脚脚) )可作为准双向可作为准双向I/OI/O口。在接有片口。在接有片 外存储器或扩展外存储器或扩展I/OI/O口时，口时，P0P0口分时复用口分时复用 为低为低8 8位地址总线和位地址总线和8 8位数据线。位数据线。P1.0P1.0P1.7:P1.7:(1-8(1-8脚脚) )可作为准双向可作为准双向I/OI/O口。在口。在5252系列系列 中还有第二种功能中还有第二种功能( (通用通用I/OI/O接口功能接口功能) )。P2.0P2.0P2.7:P2.7:(21-28(21-28脚脚) )

23、可作为准双向可作为准双向I/OI/O口。在接有片口。在接有片 外存储器或扩展外存储器或扩展I/OI/O口时，口时，P2P2口用作高口用作高8 8位位 地址总线。地址总线。P3.0P3.0P3.7:P3.7:(10-17(10-17脚脚) )可作为准双向可作为准双向I/OI/O口。此外，还口。此外，还 有特殊功能。第二种功能，如下图所示：有特殊功能。第二种功能，如下图所示： 5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理引脚引脚第第 二二 功功 能能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0请求输入端）P3.3INT1 （外部中断1请求输入端）P3

24、.4T0（定时器/计数器0脉冲输入端）P3.5T1 （定时器/计数器1脉冲输入端）P3.6WR（片外数据存储器写选通信号输出端）P3.7RD（片外数据存储器读选通信号输出端）5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理引脚特点功能多功能多/ /引脚少，许多引脚具有第二功能。引脚少，许多引脚具有第二功能。ABAB总线总线( (地址总线地址总线) )由由P0P0、P2P2组成组成1616位位DBDB总线总线( (数据总线数据总线) )由由P0P0分时复用分时复用8 8位位CBCB总线总线( (控制总线控制总线) )有有ALEALE、PSENPSEN、RSTRST、 EAEA、INT0INT

25、0、INT1INT1、T0T0、T1T1、WRWR、RDRD等等1010根。根。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理存储器配置存储器配置 MCS-51MCS-51系列单片机内含的存储器系列单片机内含的存储器容量（字节数）如下表所示容量（字节数）如下表所示: :5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理2.4 MCS-512.4 MCS-51单片机的存储空间单片机的存储空间MCS-51系系列列单片机型号单片机型号存存 储储 器器 类类 型型片内程序存储器容量(B)片内数据存储器容量(B)掩膜ROMEPROMRAMSFR专用寄存器51子子系系列列8031128128805

26、14KB12812887514KB12812852子子系列系列803225612880528KB2561285151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理 MCS-51MCS-51系列单片机存储空系列单片机存储空间可分为三大区域：间可分为三大区域：程 序 存 储 器片内数据存储器片外数据存储器5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理1000HFFFFH片外ROM片外RAM0000HFFFFH7FH0000H0FFFH0000H0FFFH00H80HFFH片外ROM/EA=0 SFR片内ROM/EA=1 片内RAM存储器编址图如下图所示存储器编址图如下图所示 数据存储器数据存储

27、器程序存储器程序存储器5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理MCS-51系列单片机的存储器结构与常见的微机的配置方式不同。采用哈佛（Harvard）结构。它们把程序和数据存储器分开，各自独立。各有自己的寻址系统、控制信号和功能。因访问指令不同，地址可以重叠。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理程序存储器程序存储器1.编址与访问 MCS-51MCS-51系列单片机的系列单片机的程序计程序计数器数器PCPC为为1616位，所以程序存储器位，所以程序存储器寻址范围为寻址范围为64KB64KB（0000H0000HFFFFHFFFFH）5151单片机的结构与工作原理单片机

28、的结构与工作原理通过通过MOVCMOVC指令进行访问指令进行访问编址规律：编址规律： 先片内、后片外，片内片外地址连续，先片内、后片外，片内片外地址连续，二者一般不作重叠。二者一般不作重叠。 EAEA0 0，只访问片外程序存储器，只访问片外程序存储器 EAEA1 1，先访问片内程序存储器。当程，先访问片内程序存储器。当程序计数器序计数器PC0FFFHPC0FFFH（5151子系统）或子系统）或PC1FFFH (52PC1FFFH (52子系统子系统) )，再去访问片外程，再去访问片外程序存储器。序存储器。 5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理地址分配地址分配: :片内片内4K(

29、0000H4K(0000H0FFFH)0FFFH)：对于：对于小程序，片内的空间已经够用，可以存放小程序，片内的空间已经够用，可以存放20002000多条指令。对于大程序，需要扩展到片多条指令。对于大程序，需要扩展到片外：片外外：片外64K(0000H64K(0000HFFFFH);FFFFH);复位复位: :复位后复位后PCPC里的内容为里的内容为0000H0000H。0000H0000H是程序启动地址，通常在该单元放一条绝对是程序启动地址，通常在该单元放一条绝对跳转指令，跳向主程序的入口地址跳转指令，跳向主程序的入口地址; ; 5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理2 . 7

30、2 . 7个特殊单元个特殊单元 程序存储器有程序存储器有7 7个单元留作特殊用途。不个单元留作特殊用途。不能存放其他指令。第一单元为能存放其他指令。第一单元为0000H0000H。复位后。复位后程序执行起始地址（程序执行起始地址（PCPC0000H0000H）。另外）。另外6 6个个对应于对应于6 6个中断源个中断源（5151子系列仅有子系列仅有5 5个）个），作，作为中断服务程序入口地址为中断服务程序入口地址( (在在64K64K存储器中存储器中),),见下表见下表5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理中 断 源入 口 地 址外部中断外部中断00003H-000AH定时定时/计

31、数器计数器0溢出溢出000BH-0012H外部中断外部中断10013H-001AH定时定时/计数器计数器1溢出溢出001BH-0022H串行口中断串行口中断0023H-002AH定时定时/计时器计时器2溢出或溢出或T2EX端负跳变端负跳变(仅仅增强型增强型8XX52, 如如8032、8052用用)002BH5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理作用：作用：7 7个单元相隔很近，放不下稍长个单元相隔很近，放不下稍长程序代码。它们实际存放一条无条件转程序代码。它们实际存放一条无条件转移指令，分别转移到用户程序真正起始移指令，分别转移到用户程序真正起始地址或对应中断服务程序真正入口地址

32、。地址或对应中断服务程序真正入口地址。 5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理主程序实际从主程序实际从0030H0030H开始存放，复位后，通过开始存放，复位后，通过跳转指令跳转指令LJMPLJMP转移至转移至0030H0030H开始执行。开始执行。ORG 0000HLJMP MAIN.ORG 0030HMAIN: MOV SP, #30H 5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理片内数据存储器片内数据存储器 51 51子系列单片机片内含有子系列单片机片内含有256256个字节个字节RAM(00HRAM(00HFFH)FFH)。其中前。其中前 128128个个(00H

33、(00H7FH)7FH)可供用户使用。可供用户使用。 可供用户使用的前可供用户使用的前 128128个字节分为个字节分为三大区域三大区域：（1 1）(4(4组组) )工作寄存器工作寄存器(00H(00H1FH1FH，4 48=328=32单元单元) )；（2 2）(128(128个单元（位）的个单元（位）的 ) )位位寻址区寻址区(20H(20H2FH2FH，16168=1288=128个个单元单元) )；（3 3）数据缓冲区数据缓冲区(30H(30H7FH7FH的的 存储空间只能作字存储空间只能作字节寻址节寻址) )如下图所示：如下图所示：5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理

34、工工作作寄寄存存器器区区00H00HR0R0工作寄存器0组01H01HR1R107H07HR7R708H08HR0R0工作寄存器1组09H09HR1R10FH0FHR7R710H10HR0R0工作寄存器2组11H11HR1R117H17HR7R718H18HR0R0工作寄存器3组19H19HR1R11FH1FHR7R75151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理D7 D7 D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0位位寻寻址址区区20H20H0707060605050404030302020101000021H21H0F0F0E0E0D0D0C0C0B0B0A0A0909

35、080822H22H1717161615151414131312121111101023H23H1F1F1E1E1D1D1C1C1B1B1A1A1919181824H24H2727262625252424232322222121202025H25H2F2F2E2E2D2D2C2C2B2B2A2A2929282826H26H3737363635353434333332323131303027H27H3F3F3E3E3D3D3C3C3B3B3A3A3939383828H28H4747464645454444434342424141404029H29H4F4F4E4E4D4D4C4C4B4B4A4A

36、494948482AH2AH575756565555545453535252515150502BH2BH5F5F5E5E5D5D5C5C5B5B5A5A595958582CH2CH676766666565646463636262616160602DH2DH6F6F6E6E6D6D6C6C6B6B6A6A696968682EH2EH777776767575747473737272717170702FH2FH7F7F7E7E7D7D7C7C7B7B7A7A797978785151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理1. 1.工作寄存器区工作寄存器区 占用占用片内片内RAM 00HRAM 0

37、0H1FH1FH。共分。共分4 4组，每组组，每组8 8个个单元，用单元，用R0R0R7R7表示，实际应用只使用一组，表示，实际应用只使用一组，其他各组不工作、待用。哪一组工作由其他各组不工作、待用。哪一组工作由PSWPSW中中RS1RS1、RS0RS0两位选择，如下表所示：两位选择，如下表所示：5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理RS1RS0选 中00工作寄存器0组01工作寄存器1组10工作寄存器2组11工作寄存器3组5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理 占用片内202FH 16个单元，每个单元 8位，共计168128位，每位对应都有位地址。有了位地址可以位寻

38、址。2.位寻址区 占用片内307FH，共80个单元。3.数据缓冲区 1个16位的寄存器。也可分成2个独立的寄存器使用。高字节为DPH,低字节为DPL 。4. 数据指针DPTR5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理一个8位的堆栈指针SP，专用于指出当前堆栈顶部是片内RAM的哪一个单元，向上原则，复位后SP07H。为了避开工作寄存器和位寻址区，SP初值可定为2FH或更大的片内RAM地址值。堆栈的作用：保护断点和现场。用于子程序调用和中断操作。5.堆栈与堆栈指针5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理占用片内RAM 80FFH中部分单元。80FFH未被SFR占用的单元保留，

39、用户不能使用。SFR也称专用寄存器，专用于控制、管理片内ALU部件、并行I/O口、串行I/O口、定时/计数器、中断系统，如下表所示。其中有些专用寄存器有位地址或位名称，可以进行位操作。6.特殊功能寄存器块SFR5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理专用寄存器专用寄存器符号符号地址地址位地址与位名称位地址与位名称D7D6D5D4D3D2D1D0P0口口P080H8786858483828180堆栈指针堆栈指针SP81H数据指针低字节数据指针低字节数据指针高字节数据指针高字节DPLDPTRDPH82H83H定时器定时器/计数器控制计数器控制TCON88HTF18FTR18ETF08D

40、TR08CIE18BIT18AIE089IT088定时器定时器/计数器方式控计数器方式控制制TMOD89HGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定时器定时器/计数器计数器0低字节低字节TL08AH定时器定时器/计数器计数器1低字节低字节TL18BH定时器定时器/计数器计数器0高字节高字节TH08CH定时器定时器/计数器计数器1高字节高字节TH18DH5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理专用寄存器专用寄存器符号符号地址地址位地址与位名称位地址与位名称D7D6D5D4D3D2D1D0P1口口P190H9796959493929190电源控制电源控制PCON97HSMOD-GF

41、1GF0PDIDL串行控制串行控制SCON98HSM09FSM19ESM29DREN9CTB89BRB89ATI99RI98串行数据缓冲区串行数据缓冲区SBUF99HP2口口P2A0HA7A6A5A4A3A2A1A0中断允许控制中断允许控制IEA8HEAAF-ET2ADESACET1ABEX1AAET0A9EX0A8P3口口P3B0HB7B6B5B4B3B2B1B0中断优先级控制中断优先级控制IPB8H-PT2BDPSBCPT1BBPX1BAPT0B9PX0B85151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理专用寄存器专用寄存器符号符号地址地址位地址与位名称位地址与位名称D7D6D5D4D

42、3D2D1D0定时器定时器/计数器计数器2控制控制T2CONC8HTF2CFEXF2CERCLKCDTCLKCCEXEN2CBTR2CAC/T2C9CP/RI2C8定时器定时器/计数器计数器2自动重载低字节自动重载低字节RLDLCAH定时器定时器/计数器计数器2自动重载高字节自动重载高字节RLDHCBH定时器定时器/计数器计数器2低字节低字节TL2CCH定时器定时器/计数器计数器2高字节高字节TH2CDH程序状态字程序状态字PSWD0HCD7ACD6F0D5RS1D4RS0D3OVD2-D1PD0累加器累加器AE0HE7E6E5E4E3E2E1E0B寄存器寄存器BF0HF7F6F5F4F3F2

43、F1F05151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理片外数据存储器片外数据存储器MCS-51系列单片机有一个数据指针DPTR可用于寻址片外程序存储器或片外数据存储器单元。它为16位，可寻址范围为64KB（0000HFFFFH）。通过MOVX指令进行访问。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理CPUCPU时序及辅助电路时序及辅助电路基本概念基本概念1. 1.振荡周期振荡周期振荡器输出脉冲频率所对应的周期。振荡器输出脉冲频率所对应的周期。T T振振1/fsoc1/fsoc5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理2.5 MCS-512.5 MCS-51单片机的单片机

44、的CPUCPU及辅助电路及辅助电路2. 2.时钟周期时钟周期( (也称状态周期也称状态周期) )振荡器输出脉冲经二分频后成为内部时振荡器输出脉冲经二分频后成为内部时钟信号（用作单片机内部各功能部件按钟信号（用作单片机内部各功能部件按序协调工作的控制信号），其对应的序协调工作的控制信号），其对应的周期：周期：T时T状2/fosc5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理3. 3.机器周期机器周期6 6个时钟周期构成一个机器周期个时钟周期构成一个机器周期，T T机机6T6T时时。有时用。有时用TcyTcy表示。表示。 4. 4.指令周期指令周期CPUCPU执行一条指令所需时间，它以执行一

45、条指令所需时间，它以机器周机器周期期为计量单位。如单周期指令为计量单位。如单周期指令( (一个机器一个机器周期周期) )、双周期指令、双周期指令、4 4周期指令。周期指令。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理CPU时序时序以S1S6表示一个机器周期的6个T时，以P1 P2表示每个T时的两个节拍，则一个T机依次有S1P1、S1P2S6P1、S6P2 12个T振。除访问片外RAM时，ALE(地址锁存信号)脉冲每个Tcy的S1P2至S2P1及S4P2至S5P1期间发生一次。单周期指令的CPU时序如下图所示： 5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理振荡器信号振荡器信号(X

46、TAL2端)ALES1P1 P2S2P1 P2S3P1 P2S4P1 P2S5P1 P2S6P1 P2S1P1 P2读操作码S1S2S3S4S5S6读下一条指令读操作码S1S2S3S4S5S6读第二字节a）b)单周期指令的时序a）单字节周期指令，如单字节周期指令，如INCA b）双字节单周期指令，例如：双字节单周期指令，例如：ADD A, #data5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理它包含有单字节、双字节指令。两者都在S1P2期间由CPU取指令（读指令），PC自动加1；双字节指令在同一个T机的S4再读第二字节，PC+1PC，而单字节指令在S4也读操作码，因是单字节指令读后丢弃

47、不用。PC不加1。两种指令在S6P2结束时都完成操作。 若是单字节双周期指令在两个若是单字节双周期指令在两个T机机内读内读4次，后次，后3次读后丢弃。次读后丢弃。(图见教材图见教材) 5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理辅助电路辅助电路1. 1.复位电路复位电路 MCS-51系列单片机的RST脚上只要出现10ms以上的高电平,持续时间大于2个机器周期，实现复位。它的两种复位方式：上电复位，手动复位。5151单片机的结构与工作原理单片机的结构与工作原理(1)(1)复位状态复位状态 复位后，复位后，SFRSFR和和PCPC的状态如下表所示：的状态如下表所示：寄寄 存存 器器复复 位位 状状 态态寄寄 存存 器器复复 位位 状状 态态PCPC0000H0000HTCONTCON00H00HA A00H00HT2CONT2CON00H00HB B00H00HTH0TH000H00HPSWPSW00H00HTL0TL000H00HSPSP07H07HTH1TH100H00HDPTRDPTR0000H0000HTL1TL100H00HP0P0P3P3FFHFFHSCONSCON00H00HIP