第3章MCS51单片机的结构和原理

单片机原理及应用1课程特点及要求课程特点归属专业基础课，理论和实践性强，知识点多、内容抽象。课程要求先修课程：数字电路、微机原理要求：课前预习、认真听课、课后复习、动手实践课程安排总学时：32课堂：24实验：8课程考核方式平时：10%实验：10%期末：80%

教学要求掌握内容

单片机基本工作原理

单片机汇编语言程序设计

单片机接口技术教学目标

具备单片机软/硬开发的基本能力3单片机概念将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种I/O接口电路等都集成一块集成电路芯片上的微型计算机称为单片机或微控制器。

单片机是经典的嵌入式系统，具有唯一的专门为嵌入式应用设计的体系结构及指令系统。现代计算机技术通用计算机系统的技术要求：高速、海量的数值计算发展方向：总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大

嵌入式计算机系统的技术要求：对象的智能化控制能力发展方向：与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性单片机的基本结构CPU字长：4位、8位、16位、32位

存储器ROM(程序存储器，容量大)和RAM(数据存储器，容量小)I/O接口串行和并行

特殊功能部件定时器/计数器、A/D、D/A单片机的发展初始阶段（74-76年）：4位单片机，功能较简单探索阶段（76-78年）：低中档8位单片机Intel公司的MCS-48系列单片机完善阶段（78-82年）：高档8位Intel公司的MCS-51系列单片机巩固发展阶段（82-90年）：推出16位单片机Intel公司的16位MCS-96系列单片机全面发展阶段（90年到今）：推出适合不同领域要求的单片机各种高速、大存储容量、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机及用于单一领域的专用型单片机。

单片机的发展趋势CMOS化：单片机将具有更低的功耗、更低的电压片内存储器大容量化高性能化：RISC结构和流水线技术将广泛应用外围电路内装化（微型单片化）：把各种外围功能器件（如：ADC，DAC，PWM等）集成在片内串行扩展技术：引入SPI、I2C、MICROWIRE等串行总线，使单片机的引脚设计得更少，结构更简化高可靠性：提高单片机抗电磁干扰能力

单片机的特点及其应用单片机的特点性价格比高集成度高、体积小、可靠性高控制功能强系统功能扩展性强、配置较典型、规范外部总线丰富低功耗器件10单片机的类型

通用型单片机

特点

常用芯片

硬件电路设计简单，软件开发容易用单芯片就可完成系统设计11单片机的类型

专用型单片机

根据特殊要求而设计的单片机

在单片中加入更强的数据处理能力（DSP）

常用芯片TI公司用于信号处理单片机TMS320系列

AD公司用于信号处理单片机ADSP2106系列注:本课程讲授通用型单片机的原理与应用单片机的应用机电一体化设备的控制核心数据采集系统的前端采集单元分布式控制系统的前端控制单元智能化仪器仪表的控制机芯消费类电子产品的控制机芯终端及外部设备的控制机芯单片机系统的开发过程设计硬件电路制作PCB板器件的安装焊接编写应用程序调试软硬件烧写程序实际应用14第三章MCS-51单片机的结构和原理

MCS-51系列单片机的结构8051单片机的引脚及其功能MCS-51单片机的工作方式MCS-51单片机的工作时序MCS-51单片机外部存储器的扩展MCS-51单片机的分类两个子系列和4种类型51子系列是基本型，而52子系列属于增强型16§3.1MCS-51系列单片机的结构

MCS-51单片机的基本结构（图3-1）

CPU及内部总线内部ROM和内部RAM

4个8位I/O口——P0、P1、P2、P3

可屏蔽中断系统

MCS-51单片机结构上的两个特点I/O端口与三总线（AB、DB、CB）共用ROM（程序存储器）和RAM（数据存储器）分开17§3.1MCS-51系列单片机的结构

MCS-51单片机的基本组成

芯片寄存器由内部RAM的特定单元构成

4个8位I/O口应用灵活

P0~P3用于输入/输出并可位操作

P0口可为外部存储器的8位数据线

P0、P2口可为外部存储器的16位地址线

P3口可用于定时/计数器中断、外部中断、

串行通信中断及读写控制

ROM、RAM分别寻址

18§3.1

MCS-51系列单片机的结构

MCS-51单片机系列芯片

按片内ROM、RAM容量分

按是否有片内ROM分

按制造工艺材料分

按特殊要求分8051芯片的片内ROM为4KB、RAM为128B8052芯片的片内ROM为8KB、RAM为256B8051有4KB的片内ROM8031无片内ROMTTL型高功耗8051CMOS型低功耗80C518051有2个16位计数器，可有5个中断源8052有3个16位计数器，可有6个中断源19§3.1：MCS-51系列单片机的结构

51单片机系列

原始版

Intel公司的MCS-48、MCS-51系列

兼容版

Atmel公司的AT89XX系列

Philips公司的PCF80C5XX系列已不用大量用20§3.1

MCS-51系列单片机的结构

熟悉8051内部结构框图掌握8051片内ROM、RAM结构掌握8051片内寄存器与RAM的关系掌握程序状态字（寄存器）PSW的作用掌握堆栈指针SP的特点掌握P0、P1、P2、P3口的功能和应用

8051单片机芯片的内部结构21§3.1：MCS-51系列单片机的结构

8051内部结构框图（图3.2）

与其它CPU的共同点

与其它CPU的不同点运算器、控制器、寄存器、总线接口

无独立寄存器硬件（除TMP外），由片内RAM中的特定单元组成可寻址64KB的ROM和64KB的RAM

程序指针为16位的PC寄存器数据指针为16位的DPTR寄存器标志寄存器与程序状态寄存器其它CPU将运算结果状态放入标志寄存器FR

8051将运算结果状态放入程序状态字（寄存器）PSW22§3.1

MCS-51系列单片机的结构

8051系统RAM结构RAM的分配RAM的使用

256字节的片内RAM，地址范围为00H~FFH

64KB的片外RAM，地址范围为0000H~FFFFH

访问片内RAM用指令MOV类访问片外RAM用指令MOVX类注:片内外RAM分别独立，使用不同的指令寻址23

8051

RAM（数据存储器）配置图片外RAM控制信号：/RD、/WRMOV指令访问MOVX指令访问片内数据存储器片外数据存储器低128B高128B24§3.1：MCS-51系列单片机的结构

8051的系统ROM结构ROM的分配ROM的使用

4KB的片内ROM，地址范围为0000H~0FFFH

64KB的片外ROM，地址范围为0000H~FFFFH

当控制线/EA=1时，片内外

ROM统一编址

PC≤0FFFH时访问片内ROM

PC≥1000H时访问片外ROM

当控制线/EA=0时，仅访问片外ROM

片外ROM地址范围为0000H~FFFFH

注:片内外ROM统一使用，控制线/EA选择控制258051

ROM（程序存储器）配置图ROM片内外识别控制信号：/EA/EA=1时，从片内外ROM取指令；/EA=0时，只从片外ROM取指令外部ROM26§3.1：MCS-51系列单片机的结构

8051的系统RAM、ROM结构总结

访问片内外RAM用不同指令识别

访问片内外ROM用控制线/EA识别

访问片内RAM用——MOV

访问片外RAM用——MOVX

访问片内外

ROM时——/EA=1

仅访问片外

ROM时——/EA=027§3.1：MCS-51系列单片机的结构

8051片内RAM的分配00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH00H1FH工作寄存器组可位寻址区仅字节寻址区寄存器借用区00HFFH256个字节单元注意：在任何时刻CPU只能使用其中一组工作寄存器（当前寄存器组）28§3.1：MCS-51系列单片机的结构

128字节用户可寻址片内RAM的分配30H~7FH（共80字节）00H~1FH（共32字节）20H~2FH（共16字节）用于通用工作寄存器组，共四组，每组8个工作寄存器，R0~R7（同名）用于可位寻址的RAM操作用于仅字节寻址的RAM操作29§3.1：MCS-51系列单片机的结构

128字节特殊功能片内RAM的分配--(SFR)80H~FFH（共128字节）用于定义功能各异的寄存器

寄存器名、对应RAM地址值、功能表（51页表3.2）通用寄存器累加器——ACC

乘法寄存器——B

程序状态字（寄存器）——PSW指针寄存器8位堆栈指针寄存器——SP16位数据指针寄存器——DPTR

（低8位为DPL、高8位为DPH）

注:程序计数器（指针）PC未占用RAM单元6个30§3.1：MCS-51系列单片机的结构

128字节特殊功能片内RAM的分配（续）

专用（特殊功能）寄存器(15个)

8位I/O口专用寄存器——P0、P1、P2、P3

8位中断允许寄存器——IE

8位中断优先级寄存器——IP

8位串行控制寄存器——SCON

8位电源控制和波特率选择——PCON

8位串行数据缓冲器——SBUF

8位定时控制寄存器——TCON

8位定时方式选择寄存器——TMOD

16位定时数据寄存器——TL0、TH0、TL1、TH131§3.1：MCS-51系列单片机的结构

片内RAM的使用特点128字节用户RAM的使用128字节特殊RAM的使用

工作寄存器R0~R7可用寄存器名访问工作寄存器R0~R7也可用字节地址访问

20H~2FH空间可用字节地址访问

20H~2FH空间也可用位地址访问

30H~7FH空间仅用字节地址访问

按寄存器名访问A、B、P0

按对应存储器地址访问E0H、F0H、80H32§3.1：MCS-51系列单片机的结构

片内RAM的位操作

位寻址区（20H~2FH）的位操作

某些特殊功能寄存器的位操作

字节地址定义——20H~2FH

位地址定义——00H~7FH

条件——寄存器RAM地址值能被8整除例：累加器A的字节地址为E0H

位地址为E0H~E7H33片内RAM区从20H~2FH的位地址表

20H34某些特殊功能寄存器的位地址表

35§3.1：MCS-51系列单片机的结构

位操作中位地址的表示

直接使用位地址

用字节地址．位表示位地址

用寄存器名．位表示位地址00H——为字节地址20H中b0位的位地址20H．0——为字节地址20H中b0位的位地址83H——为P0口中b3位的位地址P0．3——为P0口中b3位的位地址80H．3——为P0口中b3位的位地址好用36

PSW——程序状态字（寄存器）CY——无符号数加减法运算的进位、借位标志

AC——半字节进位、借位标志

OV——有符号数加减法运算的溢出标志

P——奇偶校验标志

F0、F1——用户自定义标志位

RS0、RS1——工作寄存器组选择控制注：对应于8086CPU的CF、AF、OF、PF，但无SF、ZF。没有控制标志位。37

RS1、RS0——工作寄存器的组选择标志

通用工作寄存器组的RAM地址为00H~1FH

每组工作寄存器的8个8位寄存器名为R0~R7

RS1、RS0与工作寄存器的组名及寄存器地址38

SP——堆栈栈顶指针寄存器

8位堆栈栈顶指针寄存器SPSP的使用特点

定义堆栈深度最大为256个字节堆栈区地址为片内RAM的00H~7FH之间堆栈栈顶指针SP的初值为07H（单片机复位时）

MCS-51的堆栈为地址增长型堆栈数据入栈时，堆顶指针SP自动加1，即SP=SP+1

数据出栈时，堆顶指针SP自动减1，即SP=SP–1一般设置SP=30H或以上（避免切换工作寄存器组时产生冲突）39MCS-51

堆栈操作8051堆栈结构向上生长型（堆栈朝高地址方向发展）栈底

07HSP=0BH8位操作入栈：先SP←SP＋1，再数据入栈出栈：先数据出栈，再SP←SP－1箭头表示数据入栈时的存储器的占用情况正方向40

P0、P1、P2、P3口的功能和特点

可作4个8位并行I/O口使用

可对各口中的某一位进行位操作

存储器扩展时P0、P2口具有AB/DB第二功能P3口的第二功能为外部中断、定时中断、串口中断、外部RAM、I/O的R/W控制常规用特殊用41

P0口的功能和特点

当8051仅使用片内RAM、ROM时（最小系统）

当8051要使用片外RAM、ROM时（扩展系统）

P0口作为一般I/O口使用字节操作时的名——P0

P0口的字节地址——80H

位操作时的名——P0.0~P0.7

P0口的位地址——80H~87H

P0口作8位数据线和16位地址线的低8位即AD0~AD7

需解决数据/地址复用线的分离42

P1口的功能和特点

仅作一般I/O口使用

字节操作时的名——P1

P1口的字节地址——90H

位操作时的名——P1.0~P1.7

P1口的位地址——90H~97H注：P0~P3口中唯有P1无第二功能43

P2口的功能和特点

当8051仅使用片内RAM、ROM时（最小系统）

当8051要使用片外RAM、ROM时（扩展系统）

P2口作为一般I/O口使用字节操作时的名——P2

P2口的字节地址——A0H

位操作时的名——P2.0~P2.7

P2口的位地址——A0H~A7H

P2口作16位地址线的高8位即A8~A15

由于未复用，可直接使用44§3.1：MCS-51系列单片机的结构

P3口的功能和特点

作一般I/O口使用

字节操作时的名——P3

P2口的字节地址——B0H

位操作时的名——P3.0~P3.7

P2口的位地址——B0H~B7H

作特殊I/O口使用（按位定义）

P3.0——RXD串行口的输入

P3.1——TXD串行口的输出

P3.2——/INT0外部中断0的中断请求输入，低有效

P3.3——/INT1外部中断1的中断请求输入，低有效

P3.4——T0计数器0的计数输入

P3.5——T1计数器1的计数输入

P3.6——/WR外部RAM的写选通输出，低有效

P3.7——/RD外部RAM的读选通输出，低有效记清楚45§3.1：MCS-51系列单片机的结构

P0~P3口的硬件电路特点（作一般I/O口使用时：准双向口）

作输出口使用时内部带锁存器作输入口使用时内部带缓冲器均具有读端口和读引脚功能46§3.1：MCS-51系列单片机的结构

P1口的位硬件电路（54页图3.6B）

VCCGND读引脚控制读端口控制外引脚内总线DQ/Q上拉电阻47§3.1：MCS-51系列单片机的结构

P1口的位输出

L电平VCCGND0DQ/Q01场效应管饱和048§3.1：MCS-51系列单片机的结构

P1口的位输出

H电平VCCGND1DQ/Q10场效应管截止149§3.1：MCS-51系列单片机的结构

P1口的位输入（场效应管必须截止）

VCCGND读引脚控制0/11DQ/Q

先写1

后读取100/150

P1口的位硬件电路特点总结

当写入锁存器Q=H时，读引脚有效

当写入锁存器Q=L时，读引脚无效

Q=H、/Q=L

场效应管截止，不影响输入引脚电平

Q=L、/Q=H

场效应管饱和，输入引脚电平恒为低(常称“被锁”)

引脚有内部上拉电阻注：写操作可直接用写指令读操作必须先写1（解锁）后用读指令51

P0口的位硬件电路特点（54

页图3.6A）

当控制端使两路开关MUX在下面时（控制＝0）

当控制端使两路开关MUX在上面时（控制＝1）P0口作一般I/O口用（同P1口）P0口作数据/地址复用线AD0~AD7用

引脚无内部上拉电阻52§3.1：MCS-51系列单片机的结构

P0口的位为一般I/O（控制=0）VCCGND读引脚控制外引脚内总线DQ/Q053P0口的位为一般I/O（控制=0）

GND读引脚控制外引脚内总线DQ/Q54

P0口的位为一般I/O输出（同P1口，为准双向口）GND外引脚内总线DQ/Q0/10/？VCCP1口作为一般I/O时需外接上拉电阻55P0口的位为一般I/O输入（先写1）

GND读引脚控制外引脚内总线DQ/Q56

P0口的位为一般I/O输入（先写1后等效图）

读引脚控制外引脚内总线DQ/Q0/10/157

P0口的位为AB/DB（控制=1）：真正的双向口

VCCGND读引脚控制外引脚内总线DQ/Q&控制=1AB/DB58

AB/DB输出0

VCCGND外引脚&控制=1AB/DB001059

AB/DB输出1

VCCGND外引脚&控制=1AB/DB110160

DB输入

读引脚控制外引脚内总线DQ/Q0/10/161

P0口的位硬件电路特点总结

当控制端=0（MUX在下）

当控制端=1（MUX在上）P0口作一般I/O口用（同P1口）：“准双向”口P0口作数据/地址复用线AD0~AD7用：双向口

引脚无内部上拉电阻P0口作一般I/O口使用时需外加上拉电阻P0口作数据/地址复用线使用时无需外加上拉电阻注：上拉电阻在应用中非常重要，实际工程应用中，P0口很少用作I/O口62

P2口的硬件电路特点（54

页图3.6C）

当控制端使两路开关MUX在下边时

当控制端使两路开关MUX在上边时P2口作一般I/O口用（同P1口）P2口作地址线A8~A15用

引脚有内部上拉电阻63

P0~P3口的应用特点总结P0～P3作一般I/O口时，是“准双向”口，即P0~P3

口写引脚直接用输出指令，读引脚时，先对口寄存器写1，再读,例如：

MOVP1,＃0FFH

MOVA,P1P1口仅作I/O口用系统扩展时，P0作AB/DB，是真正的双向口系统扩展时，P2、P0分别提供高、低8位地址线系统扩展时，P3口的第二功能，提供必要的控制信号64§3.2

8051单片机的引脚及其功能ATMEL单片机AT89S51实物图65§3.2

8051单片机的引脚及其功能双列直插式40脚DIP封装GNDVCC(DualIn－linePackage)

66§3.2

8051单片机的引脚及其功能8051单片机的电路逻辑图

p30p31p32p33p34p35p36p3767§3.2

8051单片机的引脚及其功能

I/O口

P0——8条I/O引线

P1——8条I/O引线

P2——8条I/O引线

P3——8条I/O引线（特殊定义）注：共32条引脚68

控制线(4条)

1、复位线——RST（输入、高有效）

2、外部存储器选择控制线——/EA（输入）

当RST端获得两个机器周期（24个振荡周期）的高电平时，8051单片机系统将进入复位状态。即高复位低工作。/EA=H时，8051单片机系统用片内外ROM

/EA=L时，8051单片机系统仅用片外ROM注：VPD为第二功能，提供编程电压，仅8751有效69

控制线/EA（最小系统电路）

70§3.2：8051单片机的引脚及其功能

3、地址锁存允许线——ALE（输出、高有效）

当8051单片机系统扩展外部存储器时，用于对P0口输出的数据/地址信息的低

8位地址信息进行锁存

当8051单片机系统无外部存储器时,

输出1/6主频的定时信号（可用作8051是否工作的判断标志）注：PROG为第二功能，提供编程脉冲71§3.2

8051单片机的引脚及其功能

4、外部ROM读选通线——/PSEN（输出、低有效）

仅用于外部ROM中信息的读取控制注:外部RAM的读/写控制线为/RD和/WR

（P3口的第二功能）

当使用MOVC类指令时，/PSEN输出低电平注:MCS-51仅单独提供4条控制线

RST、/EA、ALE、/PSEN72§3.2：8051单片机的引脚及其功能

时钟输入线（2条）XTAL1和XTAL2（第19、18引脚）

由外部晶体和内部振荡电路获得主频，系统常用

由外部直接输入时钟获得主频，特殊系统用（第18引脚可用作8051是否工作的判断标志）73§3.2：8051单片机的引脚及其功能

电源线

VCC和GND引脚总结

I/O口线——32条

控制线——4条时钟线——2条电源线——2条

共计40条好记！注：可根据ALE、/PSEN、XTAL2输出端有否信号输出判断8051是否在工作！74§3.3

MCS-51单片机的工作方式掌握MCS-51单片机的复位方式掌握MCS-51单片机的程序执行方式了解MCS-51单片机的单步执行方式了解MCS-51单片机的掉电和节电方式了解MCS-51单片机的编程和校验方式75

MCS-51单片机的复位方式

复位时各芯片寄存器的初值

复位时程序指针PC的特点

PSW=00H

初始化时使用通用寄存器0组的R0~R7

SP=07H

初始化时栈顶在0组R7，入栈从08H开始

P0~P3=FFH

初始化时并口输出为高电平其余寄存器为00HPC=0000H76

MCS-51单片机的上电复位电路

保持复位端RESET高电平两个机器周期

常用上电复位电路

根据主频选择R、C值，一般R=10K、C=10uF77§3.3：MCS-51单片机的工作方式

MCS-51单片机的手动复位电路

直接按键方式放电电流太大，按键寿命短RSTVCCGND78§3.3：MCS-51单片机的工作方式

MCS-51单片机的手动复位电路

限流按键方式RSTVCCGND放电电流限止，延长按键寿命电阻合理选择，保证可靠复位79最小系统分解80最小系统组合81

MCS-51单片机的程序执行方式

程序指针PC从初始值0000H处执行指令

在PC=0000H处通常有直接跳转指令

LJMPmain；将PC转移到主程序main处执行

程序指针PC执行指令时会完成自动加1操作注：程序不能访问PC，PC值的范围：0000H~FFFFH82

MCS-51单片机的单步执行方式

用于应用程序的调试

需用单步调试命令

是程序设计的重要步骤注:一般MCS-51单片机仿真开发系统均有此功能83

MCS-51单片机的掉电和节电方式

掉电方式——单片机深睡眠状态(电源唤醒)

节电方式——单片机浅睡眠状态（中断唤醒）

当Vcc下降，RST/VPD供电，进入掉电方式此时，RAM中的数据不丢失，时钟停止工作当Vcc正常，单片机又进入程序执行方式

CPU暂时不工作时钟振荡电路工作，各种状态保持可由中断请求随时唤醒84

MCS-51单片机的编程和校检方式

从源程序到机器码——编辑与汇编

编程——将汇编产生的机器码写入ROM

校验——对写入ROM的机器码进行检查注：编程和校验方式一般用专门的编程器完成注：编程时应在ALE/PROG端提供编程脉冲85§3.4

MCS-51单片机的工作时序

掌握振荡周期、机器周期、指令周期的概念

理解取指令、执行指令的概念

理解取指令时序、执行指令时序的概念

了解指令字节数与指令周期数的概念

掌握时序与控制线ALE的关系86

MCS-51单片机的振荡、机器、指令周期

振荡周期（时钟周期）—由晶振频率确定(4、6、12MHz)

机器周期

——由12个时钟周期构成

指令周期

——由1~4个机器周期构成

机器周期由6个S状态构成，即S1~S6

每个S状态由两个拍即SnP1、SnP2构成，一拍为一个时钟周期机器周期可写为S1P1，S1P2、S2P1，S2P2、S3P1，S3P2、

S4P1，S4P2、S5P1，S5P2、S6P1，S6P2

不同指令功能所用机器周期数不同使用机器周期数愈少，指令执行速度愈快乘、除法指令用4个机器周期，故少用乘、除法指令87

MCS-51单片机指令的取指/执指时序

取指——CPU从ROM中读取指令机器码

执指——CPU根据指令码完成指定功能

时序——取指、执指时三总线的时间波形ALE信号（周期性信号）的作用

在一个机器周期内，ALE信号出现二次取指时序总是发生在ALE有效期间

ALE有效期间并不总是取新的指令机器码

ALE=1/6时钟频率88

MCS-51的指令字节数与所用机器周期数1字节指令——1机器周期2字节指令——1机器周期

第一个ALE有效期读1字节指令机器码第二个ALE有效期重读

第一个ALE有效期读第1字节指令机器码第二个ALE有效期读第2字节指令机器码89

MCS-51的指令字节数与所用机器周期数（续）1字节指令——2机器周期

第一个周期的第一个ALE有效期读1字节指令机器码其余三个ALE有效期重读2字节指令——2机器周期

第一个周期的第一个ALE有效期读第1字节指令机器码第二个周期的第一个ALE有效期读第2字节指令机器码90

MCS-51的指令字节数与所用机器周期数（续）3字节指令——2机器周期1字节指令——4机器周期

第一个周期的第一个ALE有效期读第1字节指令机器码第一个周期的第二个ALE有效期读第2字节指令机器码第二个周期的第一个ALE有效期读第3字节指令机器码

第一个周期的第一个ALE有效期读1字节指令机器码其余七个ALE有效期无效91

访问外部ROM和外部RAM的时序

访问外部ROM、RAM时16位地址信息的产生

访问外部ROM、RAM时8位数据信息的产生

低8位地址信息由P0口复用输出（经锁存器）高8位地址信息由P2口直接输出8位数据信息经P0口进行双向传送注:8位数据/低8位地址的分离控制及时序92

访问外部ROM和外部RAM的时序（续）

访问外部ROM、RAM时控制线ALE的作用

ALE=H

从P0口的地址/数据复用中获得低8位地址信息

从P2口获得高8位地址信息注:控制线ALE控制地址锁存器芯片的触发端

ALE=L

将从P0口获得的低8位地址信息进行锁存93

访问外部ROM和外部RAM的时序（续）

访问外部ROM时控制线/PSEN的作用

/PSEN=L

从外部ROM选定存储单元中读机器码经P0口读入MCS-51，即读操作有效。注:控制线/PSEN控制外部ROM芯片的读有效端注:/PSEN和ALE控制信号的时序关系

/PSEN=H

读操作无效。94

访问外部ROM和外部RAM的时序（续）

访问外部RAM时，读写线/RD、/WR的作用

/RD=L、/WR=H

从外部RAM选定存储单元中将数据经P0口读入MCS-51，即读操作有效。

/WR=L、/RD=H

MCS-51将数据经P0口写入外部RAM

选定的存储单元中，即写操作有效。注：控制线/RD、/WR为P3口第二功能线，控制外部RAM芯片的读/写有效端95§3.4:MCS-51单片机的工作时序

访问外部ROM的时序图ALE/PSENA8~A15P2A0~A7A0~A7指令指令P0转第98页96§3.4:MCS-51单片机的工作时序

访问外部RAM的时序图

ALE/RDA8~A15P2A0~A7数据P097§3.5：MCS-51单片机外部存储器的扩展

最小（基本）系统

最大（扩展）系统P0、P2口均作一般I/O口使用

为什么要扩展？常见扩展包括什么内容？如何实现扩展？981、光靠片内资源，大多数应用中不够2、存储器扩展、I/O口扩展，外部中断源扩展3、单片机的总线结构形式，大大减少了单片机系统中传输线的数目，提高了可靠性，增加了灵活性，且使扩展易于实现（只要求扩展部件符合总线规范）4、先构造系统总线，再“挂”上扩展部件，“挂”什么芯片，就是什么扩展99

外部程序存储器ROM的扩展

外部数据存储器RAM的扩展FLASH存储器的应用与连接

本节内容：注：

AB、DB、CB的使用是外部存储器扩展的关键

ALE控制信号是数据/地址信息分离的时间基础锁存器是数据/地址信息分离的硬件条件100§3.5：MCS-51单片机外部存储器的扩展P0、P2口提供地址总线AB和数据总线DB注:控制线、P3口的应用MCS-51单片机没有独立的三总线，如何形成独立的AB、DB、CB？存储器扩展工作主要是单片机三总线和存储器芯片的连接101/PSENALE/EA/WR//RDMCS-51单片机扩展用控制信号：102三总线扩展的电路图74LS373OEGALE80C31D7::D0Q7::Q0PSENEAP2P0ABDBCBWRRDD锁存器103§3.5：MCS-51单片机外部存储器的扩展P0

ALEA0~A7D0~D7/OE/PSEN/CEP2.0~P2.n8031锁存器ROM读控制片选控制地址锁存控制/EAGND

外部程序存储器ROM的扩展图A8~An高n位地址线低8位地址线8位数据线104§3.5：MCS-51单片机外部存储器的扩展

8031与2716ROM的硬件连接（图3.13）

8031无片内ROM，需用片外ROM，故/EA=0

8031的P0（8位）与2716的数据线直接相连

8031的P0（8位）与8位锁存器74LS373的D端相连，8位锁存器74LS373的Q端与2716的低

8位地址相连，8031的控制线ALE接8位锁存器74LS373的触发端G。

8031的P2.0~P2.2接2716的A8~A10直接相连

8031的P2.7作2716的片选控制，低有效

注:若外部ROM仅有一片也可将2716的/CE接地

8031的/PSEN作2716的读控制，低有效105§3.5：MCS-51单片机外部存储器的扩展

8031与2716ROM的时序分析

当ALE=H，P0口发低8位地址信息到锁存器D端当ALE=L，锁存器Q端锁存A0~A7

P2.0~P2.2接2716ROM的A8~A10

当P2.7=L，则/CE=L，ROM片选有效当/PSEN=H，P0口无指令数据读取当/PSEN=L，P0口从锁存地址单元中读指令数据

注:65页图3.10的时序图106§3.5：MCS-51单片机外部存储器的扩展

2716ROM的地址范围分析

若P2.6~P2.3=0000

则地址空间范围为0000H~07FFH

（线选法）重复地址为24=16个107§3.5：MCS-51单片机外部存储器的扩展P0

ALEA0~A7D0~D7/OE/RD/CEP2.0~P2.n8031锁存器RAM读控制片选控制地址锁存控制

外部数据存储器RAM的扩展图A8~An高n位地址线低8位地址线8位数据线/WE/WR写控制108

§3.5：MCS-51单片机外部存储器的扩展8031与6116RAM的硬件连接（图3.14）注:该电路译码输入两线，可片选四片61168031的/RD端接6116的读有效端/OE

8031的/WR端接6116的写有效端/WE8031的P2.6、P2.7经译码器接6116的片选端/CS，低有效。

地址/数据复用线分离方法同ROM的扩展连法RAM数据读/写接法不同ROM的扩展连法

片选控制的接法用译码器109§3.5：MCS-51单片机外部存储器的扩展

8031与6116RAM的时序分析

当AEL=H，P0口发低8位地址信息到锁存器D端当AEL=L，锁存器Q端锁存低8位地址信息P2.0~P2.2接6116RAM的A8~A10

当P2.7=H、P2.6=L，则/CE=L，RAM片选有效

当/RD=L、/WR=H，P0口从地址单元读数据当/RD=H、/WR=L，P0口向地址单元写数据110§3.5：MCS-51单片机外部存储器的扩展

6116RAM的地址范围分析

若P2.5~P2.3=000

则地址空间范围为8000H~87FFH

（部分译码法）重复地址为23=8个111§3.5：MCS-51单片机外部存储器的扩展

单片机与FLASH存储器的连接特点

仅作外部RAM时的连接仅作外部ROM时的连接

又作外部ROM及RAM时的