§2-3CPU§2-4并行I/O第二章80C51單片機硬件結構§2-2單片機存儲器配置內容提要:§2-1單片機內部結構及引腳1§2-1MCS-51單片機內部結構及引腳MCS-51系列單片機是因特公司1980推出的高檔8位機分為二個子系列，、三個版本：/8KB8052//803252子系列4KB/8751/4KB8051//803151子系列MCS-51EPROM掩膜MOS存儲器類型單片機系列2一、MCS-51單片機內部結構內部結構框圖如下：單片機結構框圖

頻率基準源

計數器

內部總線

中斷

中斷

控制

并行I/O口

串行輸入/輸出

8051振蕩器及定時電路4K/8K字節(jié)程序存儲器ROM128/256字節(jié)數據存儲器RAM2個16位定時器/計數器8051CPU64K字節(jié)總線擴展控制可編程I/O口4×8位可編程串行口31、中央處理單元CPU（8位）用于數據處理、位操作（位測試、置位、復位）2、只讀存儲器ROM（4KB或8KB）用于永久性存儲應用程序，掩膜ROM、EPROM、EEPROM3、隨機存取存取器RAM（256B）用于程序運行中存儲工作變量和數據4、并行輸入/輸出口I/O（32線）用作系統(tǒng)總線、擴展外存、I/O接口芯片5、串行輸入/輸出口UART（二線）串行通信、擴展I/O接口芯片46、定時/計數器T（16位增量可編程）它與CPU之間各自獨立工作，當它計數滿時向CPU中斷7、時鐘電路fosc分為內部振蕩器、外接振蕩電路8、中斷系統(tǒng)五源中斷、兩級優(yōu)先，可編程進行控制。5二、MCS-51單片機外部引腳封裝形式，見右圖：6引腳分類：1、主電源引腳Vss、Vcc2、外接晶振引腳XTAL1、XTAL273、控制或復位引腳

RST/VPD——

當出現兩個機器周期高電平時，單片機復位。復位后，P0~P3

輸出高電平；SP寄存器為07H；其它寄存器全部清0；不影響RAM狀態(tài)。參考復位電路如下：891.時鐘電路引腳：

XTAL1：接外部晶振和微調電容的一端，在單片機內部，它是構成片內振蕩器的反向放大器的輸入端。當采用外部振蕩器時，該引腳接收振蕩器的信號，即把此信號直接接到內部振蕩器的輸入端。

XTAL2：接外部晶振和微調電容的另一端，在單片機內部，它是構成片內振蕩器的反向放大器的輸出端。當采用外部振蕩器時，此引腳應懸空。10=0時，只訪問外部程序存儲器,即外ROM=1時，訪問內部程序存儲器,即內ROM

/Vpp——內\外ROM選擇端對于8751單片機編程時，該端施加編程電壓4、輸入/輸出引腳P0.0~P0.7；P1.0~P1.7；P2.0~P2.7；P3.0~P3.7四個I/O口，每口八條線；還兼作地址/數據線。EAEAEAALE/PROG——地址鎖存控制端提供1/6fosc振蕩頻率；為其內的EPROM輸入編程脈沖PSEN——外部程序存儲器的讀選通信號端11ALE/PROG:(Address

Latch

Enable/Programming)當單片機上電正常工作后，ALE引腳不斷向外輸出正弦脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。CPU訪問外部存儲器時，ALE作為鎖存低8位地址的控制信號。此引腳的第二功能PROG作為8751編程脈沖輸入端使用。12PSEN：(Program

StoreEnable)在訪問片外存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為片外存儲器的選通信號。EA/VPP：(Enable

Address/Voltage

PulseOf

Programming)當EA接高電平時，CPU訪問片內ROM，并執(zhí)行內部程序存儲器中的指令，但當PC（程序計數器）的值超過4K時，將自動轉去執(zhí)行片外存儲器內的程序。當EA腳接低電平時，CPU只訪問片外ROM并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內程序存儲器。VPP是對8751片內ROM固化程序時，作為施加較高編程電壓（12V~21V）的輸入端。

133.輸入輸出引腳：

P0~P3：4個8位雙向輸入輸出端口，每個端口都有鎖存器、輸出驅動器和輸入緩沖器。4個端口都可以做輸入輸出口使用，其中，P0和P2通常用于對外部存儲器的訪問。在這種方式下，把P0口作為地址/數據總線使用，分時輸出外部存儲器的地址和傳送8位數據。當擴充外部存儲器的地址為16位時，P2口作為地址總線的高8位地址使用。14§2-2MCS-51單片機內存配置一、MCS-51單片機的內存結構）（外部K64RAM數據存儲器

程序存儲器15物理上分為：4個空間，即片內ROM、片外ROM（/PSEN讀選通)

PSEN_外部程序存儲器的讀選通信號端片內RAM、片外RAM(/WR、/RD端)邏輯上分為:

3個空間，即程序內存（片內、外）統(tǒng)一編址MOVC

數據存儲器（片內）

MOV

數據存儲器（片外）

MOVX16二、程序存儲器尋址范圍：0000H~FFFFH容量64KB，即地址長度：16位

，尋址內部ROM；

，尋址外部ROM。

當PC值超過片內ROM容量時會自動轉向外部存儲器空間。8031單片機接低電平。作用：

存放程序及程序運行時所需的常數。17七個具有特殊含義的單元是：

0000H——

系統(tǒng)復位，PC指向此處；

0003H——

外部中斷0入口

000BH——T0溢出中斷入口

0013H——

外中斷1入口

001BH——T1溢出中斷入口

0023H——

串口中斷入口

002BH——T2溢出中斷入口

18三、內部數據存儲器物理上分為兩大區(qū)域：00H~7FH即128B內RAM區(qū)80H~FFH即SFR區(qū)。R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7即可位尋址，又可字節(jié)尋址數據緩沖區(qū)、堆棧區(qū)、工作單元19位尋址區(qū)（20H—2FH）16個字節(jié)。16*8=128位，每一位都有一個位地址，范圍為：00H—7FH，位地址區(qū)也可作為一般RAM使用。位尋址區(qū)20四、特殊功能寄存器MCS-51單片機內共有22個特殊功能寄存器，包括PC及SFR。PC為程序計數器。它是一個雙字節(jié)寄存器,尋址范圍為:0000H~FFFFH，即0~64KB。SFR為特殊功能寄存器。其尋址空間：80H~FFH其中，51子系列有18個寄存器，占有21個字節(jié)；52子系列有21個寄存器，占有26個字節(jié)。

51子系列SFR的地址分配及位地址見下頁表：21

寄存器

位地址/位定義

地址

F7

F6

F5

F4

F3

F2

F1

F0

B

F0H

E7

E6

E5

E4

E3

E2

E1

E0

ACC

E0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

PSW

CY

AC

F0

RS1

RS0

OV

/

P

D0H

BF

BE

BD

BC

BB

BA

B9

B8

IP

B8H

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

B0

P3

P3.7

P3.6

P3.5

P3.4

P3.3

P3.2

P3.1

P3.0

B0H

IE

A8H

A7

A6

A5

A4

A3

A2

A1

A0

P2

P2.7

P2.6

P2.5

P2.4

P2.3

P2.2

P2.1

P2.0

A0H

SBUF

99H

22++23

注意：1、表中共有5個雙字節(jié)寄存器。2、PC也為雙字節(jié)寄存器，但是不在80H~FFH

范圍內。

3、表中，凡地址能被8整除的寄存器都是可位尋址的寄存器。24各寄存器的名稱：1、算術運算寄存器（1）A——累加器。（2）B——B寄存器，乘、除法運算用。（3）PSW——程序狀態(tài)字寄存器：包含程序運行狀態(tài)、信息。

25CY——

進位/借位標志；位累加器。AC——

輔助進/借位標志；用于十進制調整。F0——

用戶定義標志位；軟件置位/清零。OV——

溢出標志；

硬件置位/清零。P——

奇偶標志；A中1的個數為奇數

P=1；否則

P=0。RS1、RS0——寄存器區(qū)選擇控制位。

00：0區(qū)

R0~R7

01：1區(qū)

R0~R710：2區(qū)

R0~R7

11：3區(qū)

R0~R7

P—RS0RS1OV

F0

AC

CYPSW262、指針寄存器（1）程序計數器PC指明即將執(zhí)行的下一條指令的地址(程序存儲器地址)，在物理上獨立，復位時PC=0000H。（2）堆棧指針SP指明棧頂元素的地址，8位，可軟件設置初值，復位時SP=07H。（3）數據指針DPTR@DPTR；指明訪問的數據存儲器的單元地址，16位，尋址范圍64KB。DPTR=DPH+DPL，也可單獨使用。

273、并行輸入/輸出端口寄存器P0、P1、P2、P3實為相應端口鎖存器。4、串行輸入/輸出端口（1）串行數據緩沖器

SBUF是物理上獨立的兩個寄存器，共同使用一個地址（99H）。（2）串行控制/狀態(tài)寄存器SCON控制監(jiān)視串行口的工作狀態(tài)（3）電源控制寄存器PCON控制單片機的低功耗工作方式及波特率選擇。

285、中斷系統(tǒng)（1）中斷優(yōu)先級寄存器IP：2級優(yōu)先，可軟件設定（2）中斷允許寄存器IE6、定時/計數器（1）定時器方式寄存器：TMOD（2）定時器控制寄存器：TCON（3）計數寄存器：TH0、TL0；TH1、TL1。可用于設定計數初值。29五、址空間（1）內部RAM20H~2FH共16個單元可按位尋址128位。（2）SFR80H~FFH51子系列，有11個寄存器，83位；52子系列，有12個寄存器，93位。

六、外部數據存儲器

（1）容量最大擴展到64KB（2）尋址范圍：0000H~FFFFH（3）尋址方式：間接尋址可用R0，R1DPTR

30

時鐘的基本概念

啟動單片機后，指令執(zhí)行順序：

取指令

分析

執(zhí)行§2-3CPU時序31一個機器周期P1P2P1P2單字節(jié)單周期指令例：INCA32以上是單周期單字節(jié)指令在執(zhí)行過程中ALE脈沖、取指操作、執(zhí)行操作等在時間上的先后關系。時序的定義：單片機內的各種操作都是在一系列脈沖控制下進行的，而各脈沖在時間上是有先后順序的，這種順序就稱為時序。

執(zhí)令周期：即從取指到執(zhí)行完，所需時間。

不同機器指令周期不一樣；即使相同機器，不同的指令其指令周期也不一樣。機器周期：機器的基本操作周期。個指令周期含若干機器周期（單、雙、四周期）33

每個狀態(tài)周期含兩個振蕩周期，即相位P1、P2。

振蕩周期：由振蕩時鐘產生。

振蕩周期Tosc=1/fosc

一個機器周期=12個振蕩周期=12×1/fosc。

例如，若fosc=12MHz，則一個機器周期=1μs。狀態(tài)周期：一個機器周期分6個狀態(tài)周期Si34單字節(jié)單周期指令例：INCA雙字節(jié)單周期指令例：ADDA，DATA單字節(jié)雙周期指令例：INCDPTR35當ALE（ALE信號為振蕩頻率6分頻）正跳變時，對應單片機進行一次讀指令操作。一個機器周期二次出現，在S1P2