MCS-51单片机的组成和内部结构培训教材

MCS-51单片机的组成和内部结构MCS-51单片机系列包括51、52两个子系列51子系列有80C31、80C51、87C51和89C51四种机型52子系列也有四种机型，分别是80C32、80C52、87C52和89C52两子系列的区别是:51子系列有128B的片内RAM，4KB的ROM（不包括80C31），2个定时器/计数器及5个中断源。52子系列有256B的片内RAM，8KB的ROM（不包括80C32），3个16位定时器/计数器及6个中断源。OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerial外部中断晶振输入P0P1P2P3TXDRXD8051单片机OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerialP0P1P2P3TXDRXD程序8-bitdatabus数据总线16-bitaddressbus地址总线8-bitaddressbus地址总线外部中断晶振输入OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerialP0P1P2P3TXDRXD中央处理器中断振荡器定时器串口外部中断晶振输入OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerialP0P1P2P3TXDRXDMOVP3,23h外部中断晶振输入外部中断晶振输入OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerialP0P1P2P3TXDRXDMOVP3,23H给我一条指令!!指令地址是什么？在这里OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerialP0P1P2P3TXDRXDMOVP3,23hMOVP3,23H外部中断晶振输入OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerialP0P1P2P3TXDRXDMOVP3,23H外部中断晶振输入OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerialP0P1P2P3TXDRXDMOVP3,23H外部中断晶振输入详细结构引脚P1P0P2P3CPU中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码。CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。它由运算器、控制器及位处理器（布尔处理器）等组成。运算器包括算数逻辑单元、累加器A、寄存器B、暂存器（TEMP）及程序状态寄存器PSW等。ACC寄存器TMP2临时寄存器TMP1临时寄存器ALU运算单元PSW程序状态寄存器内部数据总线程序状态标志寄存器PSW反映ALU运算结果的标志寄存器。如计算加法时的进位、计算减法时的借位及ACC寄存器中数据的奇偶等标志同时还具有一些其它的标志，它是单片机编程时特别需要关注的寄存器

控制器主要任务：根据指令控制单片机各功能部件；包括：程序计数器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令译码器、条件转移逻辑电路及时序控制逻辑电路。存储器

数据存储器(RAM)：51/52片内有128/256个8位用户读写数据存储单元和21/26个特殊功能寄存器

程序存储器(ROM)：51/52有4KB/8KB的掩膜ROM，用于存放用户程序和常数（如原始数据或表格）等。当需要扩展片外ROM时，MCS-51对外有64KB程序存储器的寻址能力。MCS-51的存储器配置

MCS-51单片机的程序存储器和数据存储器的寻址空间是分开的，属于哈佛存储结构共有5个物理上相互独立的存储器空间用户角度看有3个存储空间：片内外统一编址的64KB程序存储器地址空间、64KB外部数据存储器地址空间、256B的片内数据存储地址空间VonNeumannarchitecture00010C0B0A0908070605040302JohnVonNeumann存储器配置类型冯·诺依曼VonNeumannarchitecture00010C0B0A09080706050403024B44016F2326A3554745DataProgram存储器配置类型存储器配置类型VonNeumannarrangementHarvardarrangement00010C0B0A09080706050403A02CBD五种类型的存储器ExternalRAMExternalROM8051InternalROMSpecialFunctionRegistersInternalRAMSFR,特殊功能寄存器00hFFh80h7FhFFFF0000内部RAMb.8052内存分配数据存储器00hFFh80h7FhFFFF0000内部RAM8052内存分配SFR特殊功能寄存器00hFFh80h7FhFFFF0000内部RAMSFR外部RAM8052内存分配数据存储器00hFFh80h7FhFFFF0000内部RAMSFR外部RAMROM8052内存分配内部外部DataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000内部RAM内部ROM外部ROM外部RAM8052如何判别使用哪类存储器？DataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000MOV内部RAM内部ROM外部ROM外部RAMDataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000MOV内部RAM内部ROM外部ROM外部RAMDataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000MOV(间接寻址)内部RAM内部ROM外部ROM外部RAMDataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000MOVX(间接寻址)

内部RAM内部ROM外部ROM外部RAMDataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000MOVC(间接寻址)内部RAM内部ROM外部ROM外部RAMDataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000MOVC(间接寻址)内部RAM内部ROM外部ROM外部RAMDataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000如何确定使用哪个程序存储器?内部RAM内部ROM外部ROM外部RAM40239133843753663573483393210311130122913281427152616251724182319222021P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0Vcc+5vP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6VssGNDXTAL2P3.0RXDRSTP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP3.7RDXTAL1P0.7Vpp/EAPROG/ALEPSEN8051EA=ExternalAccessEA为低则使用外部ROMEA为高则使用内部ROM+5VDataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000EA=lowEA=high内部RAM内部ROM外部ROM外部RAM内部RAM001F202F307F32bytesR区（寄存器区）

16bytes位空间80bytes普通RAM00R区07080F1017181FRegisterBank0RegisterBank1RegisterBank2RegisterBank3R0R7R0R7R0R7R0R7当使用0区寄存器时MOVR7，#12H=MOV07H,#12H

001F202F307F4RegisterBanks16bytes可位寻址RAM80bytesRAM位空间可位寻址RAM如何区别位地址和字节地址？不同指令区分！如：INC7FH（字节）SETB7FH（位）001F202F307F4RegisterBanks16bytes可位寻址RAM80bytesRAM普通RAM区

(b)向上生长型进栈SP增加，出栈SP减小栈顶数据入数据出SPSPSP+1栈底数据出数据入SPSP-1SP(a)向下生长型进栈SP减小，出栈SP增加两种不同类型的堆栈8051堆栈BaseEndGrowingupwards基地址BaseEndGrowingdownwards写入新数据8051堆栈BaseEndGrowingupwards在内部RAM堆栈在哪儿?00hFFh80h7FhFFFF0000内部RAMSFR外部RAM程序存储器8051内存分配堆栈在内部RAMStackPointer栈指针SPStackPointer(8-bit)堆栈中最后一项的地址STACKStackPointerStackPointer当8051复位（RESET）时SP值为07h07h1110000008h09h0Ah06h05h04h03hBase内部RAMSFR外部RAM程序存储器SP是一个SFRSP在什么地方？PUSH36hStackPointer36h37h35hXXXXPOP37hStackPointer36h37h35hXXXX堆栈指针操作

MOVSP,#45h INCSP DECSP危险堆栈指针操作

MOVSP,#45h INCSP DECSP初始化堆栈指针

BEGIN:

MOVSP,#45h ;堆栈从46h开始特殊功能寄存器区地址范围：80H~FFH一是通用数据RAM区（51子系列单片机没有该区）二是特殊功能寄存器区。特殊功能寄存器（SFR）

地址范围：80H~FFH，与通用RAM的高128B地址，在逻辑上是重合的。51子系列单片机有21个特殊功能寄存器。52子系列比51子系列多了一个定时器/计数器T2，增加了5个特殊功能寄存器。

PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0~P3FFHSCON00HIP××000000BSBUF不定IE0×000000BPCON0×××0000BTMOD00H没有占用的地址单元读写均无效寻址方式：可以以字节寻址，部分也可以位寻址可位寻址的寄存器：地址是8的整倍数。有11个可位寻址寄存器。其字节和位的地址见表2.5所示位地址与位寻址区地址统一编址

累加器ACC（0E0H）累加器的助记符是A，当对累加器的位进行操作时，常用符号ACC，如累加器的D0位，表示为“ACC.0”。大部分单操作数指令的操作数取自累加器A。B寄存器(0F0H)B寄存器可以作为一般寄存器使用。但在乘除指令中，B寄存器有专门的用途。乘法指令中，两个操作数一个是累加器A，另一个必须是B寄存器。其结果存放在A、B寄存器对中。除法指令中，被除数是累加器A，除数是寄存器B，商数存放于A，余数存放于B寄存器。

程序状态寄存器PSW(0D0H)程序状态寄存器是一个8位寄存器。它包含了程序状态信息和一些可控制位。该寄存器各位的含义见表2.6所示

CyACFORS1RS0OV

P进位标志Cy：算术逻辑指令时，最高位D7有进（借）位，则Cy=1，否则Cy=0；在布尔处理器中，它起着“位累加器”的作用。17条布尔处理指令多数是针对CY来完成的。程序中写成C。

辅助进位标志AC：加（减）法运算时，如果低半字节的最高位D3有进（借）位，则AC=1，否则AC=0；AC在作BCD码运算而进行二~十进制调整时有用。Cy

ACFORS1RS0OV

P用户标志FO：是用户定义的一个状态标志。可通过软件对它置位、清零；在编程时，也常测试其状态进行程序分支。CyACFORS1RS0OV

PCyACFORS1RS0OV

P工作寄存器区选择位RS1、RS0:可借软件置位或清零，以选定4个工作寄存器区中的一个区投入工作。RS1RS0寄存器区00第0区01第1区10第2区11第3区溢出标志OV：作有符号数加法、减法时由硬件置位或清除，以指示运算结果是否溢出。CyACFORS1RS0OV

P奇偶标志P:每执行一条指令，单片机都能根据A中1的个数的奇偶自动令P置位或清零：奇为1，偶为0。串行通信的数据传输非常有用，通过奇偶校验可检验数据传输的正确与否。CyACFORS1RS0OV

PDPTR（83H、82H）数据指针DPTR是一个16位专用寄存器。它既可以是一个16位专用寄存器DPTR，有16位数的加一功能。也可以拆开，作为2个独立的8位寄存器DPH和DPL使用。DPTR是继程序计数器PC以外的第二个16位寄存器。用途：保持16位的地址，寻址片外64KB的数据存储器或程序存储器空间。大多数情况下只能作为两个8位寄存器使用，如将DPTR压栈应先压DPL后压DPH有“自加一”指令，没有“自减一”指令指针SP（81H）堆栈指针SP是一个8位的特殊功能寄存器MCS-51的堆栈指针具有自加一功能，指向栈顶压栈过程：SP先“自加一”而后将数据放入存储器单元出栈过程：先将SP指向单元数据送出，而后SP“自减一”程序计数器PC程序计数器PC不属于特殊功能寄存器。编程不能对它进行访问。一个16位程序地址寄存器。专门用于存放下一条要执行指令的地址。可寻址0000H-0FFFFH范围，64KB的程序存储器空间。当一条指令被取出后，PC的内容会自动增量，指向下一条要执行指令的地址。注意：PC在0000H~0FFFH范围内，执行片内ROM中的程序当PC的内容在1000H~0FFFFH范围时，CPU自动转向外部ROM执行程序P0-P3端口寄存器地址：80H，90H，0A0H，0B0H专用寄存器P0、P1