第3章 51单片机的基本结构

第3章51单片机的基本结构INT0INT1TXDRXDT0P3P2P1P0T1CPUROMRAM定时器/计数器并行接口串行接口中断系统时钟电路8051系统总线晶体振荡器§3.151单片机的内部结构MCS-51单片机内部结构§3.2

51单片机的引脚及其功能MCS-51单片机是40引脚的DIP封装，按引脚的功能可以分为三部分。

MCS-51引脚图1．主电源引脚和时钟振荡电路引脚●XTAL2(18脚)：用作晶体振荡电路的反相器输出端。当采用外部振荡器时，XTAL2接收振荡器信号，对CHMOS单片机，此引脚应悬浮。●

XTAL1(19脚)：接外部石英晶体的一端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。3.2.1MCS-51的芯片引脚定义MCS-51引脚图P0.0~P0.7(39~32脚)：在不接片外存储器与不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。2．输入输出I/O引脚P2.0～P2.7(21~28脚)：8位内部带上拉电阻的准双向I/O口引脚。当使用片外存储器时，输出高8位地址。P1.0~P1.7(1~8脚)：8位内部带上拉电阻的准双向I/O口引脚。在编程/校验期间，用做输入低8位地址。对于8052，P1.0是定时器T2的计数输入端；P1.1是定时器T2的外部输入端。P3.0～P3.7(10~17脚)：8位内部带上拉电阻的准双向I/O口引脚，此外P3口还具有第二功能。P3口的第二功能

MCS-51引脚图3．控制信号引脚

RST/VPD(9脚)：输入，保持两个机器周期以上的高电平使单片机完成复位操作。第二功能VPD为内部RAM的备用电源输入端。ALE/PROG#(30脚)：ALE为地址锁存允许信号。在访问外部存储器时，ALE用来锁存P0扩展地址低8位的信号。在不访问外部存储器时，ALE也以时钟振荡频率的1/6的固定速率输出ALE能驱动8个LSTTL门输入。第二功能PROG#是对8751内部EPROM编程时的编程脉冲输入端。MCS-51引脚图3．控制信号引脚

RST/VPD(9脚)：输入，保持两个机器周期以上的高电平使单片机完成复位操作。第二功能VPD为内部RAM的备用电源输入端。PSEN#(29脚)：外部程序存储器ROM的读选通信号。当访问外部ROM时，产生负脉冲作为外部ROM的选通信号。而在访问外部数据RAM或片内ROM时，不会产生有效的PSEN#信号。PSEN#可驱动8个LSTTL门输入。MCS-51引脚图3．控制信号引脚

RST/VPD(9脚)：输入，保持两个机器周期以上的高电平使单片机完成复位操作。第二功能VPD为内部RAM的备用电源输入端。EA#/VPP(31脚)：EA#访问外部程序存储器控制信号。

对8051和8751，当EA=1时

情形1：0～4KB内，访片内程序存储器情形2：超4KB时，自动访问外部ROM

对于8031，EA必须接地，只能访问外部ROM。

Vpp为对8751的EPROM的编程电源输入。§3.3

51单片机的存储结构

8051的存储器组织分三个不同的存储地址空间：

1）64KB的程序存储器地址空间（包括片内ROM和外部ROM）。2）64KB的外部数据存储器（RAM）地址空间。3）256字节的片内数据存储器（寄存器堆）。在对这三个不同的存储器空间进行数据传送时，必须分别采用三种不同形式的指令。ROM（程序存储器）—>取指令（PC寻址）

，

MOVC指令控制信号是*PSEN和*EA外RAM（数据存储器）—>MOVX指令控制信号是P3口中的*RD和*WR。内RAM（寄存器堆）—>MOV指令

▲

编址与访问

程序存储器用于存放程序及表格常数。8051（或8751）片内驻留有4KB的ROM（或EPROM），外部可用16位地址线扩展到最大64KB的ROM空间。片内ROM和外部扩展ROM是统一编址的。

EA#引脚为高电平时，8051的程序计数器PC在0000H～0FFFH（4KB）地址时从内部ROM取指令；超过4KB地址时，CPU自动转向外部ROM执行程序。

EA#为低电平（接地），则所有取指令操作均在外部程序存储器中进行。对8031单片机，EA#必须接低电平。

读取程序存储器中的常数表格用MOVC指令。

3.3.1程序存储器表2-3系统复位和中断入口地址

▲特定程序入口

0000H单元是复位入口，0003H～002AH单元均匀地分为五段，被保留用于五个中断服务程序。3.3.2数据存储器◆用途：用于存放运算中间结果，用作缓冲和数据暂存，以及设置特征标志等。◆分类：分为内部和外部两个独立的部分。即片内有256字节的数据存储器地址空间，片外有64KB存储器地址空间，内部和外部两个存储空间独立寻址。

1.内部数据存储器（寄存器堆）

◆低128字节地址空间（00H～7FH）为内部RAM区，作为数据缓冲器。◆高128字节地址空间（80H～FFH）为特殊功能寄存器区（简称SFR区），未全部使用。◆对于52子系列为256字节内部RAM区.对SFR和高128字节RAM的访问，可通过直接寻址和寄存器间接寻址方式加以区分。

（1）工作寄存器组00H~1FH单元为工作寄存器区。工作寄存器分成4组，每组都有8个寄存器，用R0~R7来表示。使用哪一组寄存器工作由程序状态字PSW中的PSW.3(RS0)和PSW.4(RS1)两位来选择。（2）位寻址区■20H~2FH单元是位寻址区。■位地址范围为00H~7FH。用户可以用程序对它们直接进行清零、置位、取反和逻辑、测试等操作。例如：MOV78H,C

；把进位标志存于位寻址区的2FH单元的D0位。■另一部分位寻址区在部分SFR中。（3）数据存储区内部RAM的30H～7FH为通用数据存储区，即用户RAM区，共80个单元，作为一般的数据存储使用。52子系列的用户RAM区为30～FFH范围内的208个字节。按照先进后出（FILO）或后进先出（LIFO）的原则存取信息。堆栈原则上可以设在内部RAM的任意区域，但由于00H～1FH为工作寄存器区，20H～2FH为位寻址区，堆栈通常设在内部RAM的30H～7FH地址空间内，但要考虑到堆栈的最大深度。堆栈可用于响应中断或调用子程序时，保护断点地址。在中断服务程序或子程序结束时，执行中断返回或子程序返回指令，堆栈中弹出断点地址给PC，使程序从断点处继续执行。（4）堆栈区2．外部数据存储器内部RAM不能满足要求时，可以外接RAM芯片扩展数据存储器容量，最大可达64KB(0000H～FFFFH)。当系统需要扩展I/O口时，I/O地址空间就要占用一部分外部数据存储器地址空间。访问外部RAM或扩展I/O口采用“MOVX”指令，用寄存器间接寻址方式。

内部RAM数据传送用“MOV”指令，都可以通过直接给出的字节地址来寻找。

例如：MOV30H，#9FH；（30H）←9FH

如果要寻找内部RAM中的可位寻址区的各个位（bit），必须在位操作指令中用位地址来寻找。

例如：SETB1FH；（1FH）←1

特殊功能寄存器(SFR)，又称为专用寄存器，专用于控制、管理片内算术逻辑部件、并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作。

每一个SFR都有字节地址，并定义了符号名。其中有11个SFR（字节地址能被8整除）具有位地址（可位寻址），对应的位也定义了位名。■用直接地址访问特殊功能寄存器，直接地址的表示可以用地址单元，也可以用寄存器符号名。例如累加器可以用地址0E0H，也可以用累加器符号名ACC。■对于具有位地址的SFR，在表示其某一位时，可以用位地址，也可以用位定义名，或者用“寄存器名.位”表示。

D3H；(位地址)，表示程序状态寄存器PSW中的D3位

RS0；(位定义名)，表示程序状态寄存器PSW中的D3位

PSW.3；(寄存器.位)，表示程序状态寄存器PSW中的D3位

8051片内含有21个字节8位的SFR，离散地分布在内部数据存储区80H～FFH地址空间内。3.3.3特殊功能寄存器特殊功能寄存器地址映像1.几个重要的特殊功能寄存器(1)累加器ACC（简称A）ACC是一个实现各种寻址及运算的寄存器，而不是一个仅做加法的寄存器，在51指令系统中所有算术运算、逻辑运算几乎都要使用它。而对程序存储器和外部数据存储器的访问只能通过它进行。只有很少的指令不需要ACC的直接参与。虽然从功能上看，A与一般处理器的累加器没有什么特别之处，是CPU进行数值运算的核心数据处理单元，是计算机中最繁忙的单元。(2)寄存器B寄存器B是为执行乘法和除法操作设置的，在不执行乘、除法操作的一般情况下可把B作为一个普通的寄存器使用。(3)程序状态字PSW程序状态字PSW就是标志寄存器，是用来表示程序运行的状态。PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0CYACF0RS1RS0OV-PCY进位标志位，在执行算术和逻辑指令时，可以被硬件或软件置位或清除，在位处理器中，它作为累加器。AC辅助进位标志位，当进行加法或减法操作而产生由低4位数（十进制中的一个数字）向高4位进位或借位时，AC将被硬件置1，否则就被清除。AC被用于十进位调整。F0它是由用户使用的一个状态标志位，可用软件来使其置位或清除，可以靠软件测试F0以控制程序的流向。RS1、RS0寄存器区选择控制位用于确定工作寄存器组。OV溢出标志位。当执行算术指令时，由硬件置1或清0，以指示溢出状态。各种运算对该位的影响情况较为复杂，将在后面章节详细说明。P奇偶（Parity）标志位。P随累加器A中数值变化而变化，若A中1的位数为奇数，则P=1，否则P=0。此标志位对串行口通信中的数据传输有重要的意义，借助P实现奇偶校验，保证数据传输的可靠性。(4)堆栈指针SP

堆栈指针SP为8位的SFR。堆栈指针SP也可以由指令赋值，通常设在内部RAM的30H～7FH区域内的适当空间，一般在该区域的顶部建立堆栈。例如用指令MOVSP，#60H，即可将栈顶设置为60H。

堆栈指针SP是一个双向计数器，始终指向堆栈的栈顶。在执行进栈操作时，SP指针先加1，然后数据压入堆栈；在执行出栈操作时，先把SP所指的栈顶中的数据弹出，然后SP自动减1而指向新的栈顶。

(5)数据指针DPTR（DPL和DPH）

51系列单片机中，有两个16位寄存器，即数据指针DPTR和PC（PC不属于SFR）。DPH为DPTR的高8位，DPL为DPTR的低8位。访问外部数据存储器和程序存储器时，必须以DPTR为数据指针通过ACC进行访问。

特殊功能寄存器P0、P1、P2和P3分别是4个I/O端口P0、P1口、P2口和P3口对应的锁存器。当I/O端口某一位用于输入时，必