6.1MCS-51內部資源及工作時序6.1.1MCS-51的特點和基本組成

MCS-51系列單片機種類很多，8051是最早最典型的產品，其他產品都是在8051核心電路上增、減、改變而來的，都具有8051的基本結構和軟件特征。6.1.28051的內部資源

6.1.2.1.CPU核心部件字長8位1.運算器

（1）

算術/邏輯單元ALU

（2）累加器A(ACC)

8位頻繁使用（3）

寄存器B

8位乘除運算專用

8位運算電路

（4）

程序狀態器寄存器PSW（8位）8位標志寄存器存放運算結果的狀態信息，以供程序查詢和判斷1）Cy(PSW.7)無符號數的進/借位標志位和運算結果的邏輯分析位。運算過程中Cy由運算電路自動置1或清0。Cy在位操作時被稱為累加器，此時常將其用字母C表示。

2）AC(PSW.6)半進位（或借位）兩個8位數進行加減運算時，運算過程中低4位向高4位有進/借位時AC=1，否則AC=0。AC位為BCD碼運算時運算結果調整的輔助標志位。3）F0(PSW.5)

用戶自定義標志位可軟件設置5）OV(PSW.2)溢出標志位溢出時OV=1，否則OV=0，專指有符號數4）RS1RS0(PSW.4PSW.3)工作寄存器組選擇標志位7）P(PSW.0)奇偶校驗標志位A中1的個數為奇數時P=1，反之P=0

。

（5）

布爾處理器

8051是8位微處理器，具有1位微處理器的功能，布爾處理器具有較強的布爾變量處理能力以位為單位進行運算和操作，以C作為累加器，內部RAM的所有可尋址的位作為操作位或存儲位，有自己的指令系統。6）D1(PSW.1)保留位。2.控制器

控制器是計算機的指揮控制部件，它對來自存儲器中的指令進行譯碼，并通過定時和控制電路在規定的時刻發出各種操作所需要的控制信號，使各部件協調工作，完成指令所規定的操作。（1）

程序計數器PC16位的計數器，也稱為程序指針寄存器，其內容為CPU將要執行的下一條指令的首地址，PC將決定程序的流程，每執行完一條指令PC會自動增值，增值量與已執行過的指令的長度有關，尋址范圍為64KB。可以通過轉移、調用、返回等指令改變其內容，以實現程序的轉移，復位后PC=0000H（2）

指令寄存器IR和指令譯碼器ID

CPU執行指令時，首先根據程序指針PC中的地址從ROM中取出要執行的指令代碼送至指令寄存器IR，然后由指令譯碼器ID譯碼。IR主要用于寄存指令代碼，ID則是負責指令代碼的“解釋”。（3）堆棧指針寄存器SP

堆棧是在存儲器中開辟的一段具有特殊功能的存儲空間，該存儲空間

利用堆棧操作指令可實現數據的“先進后出”存取。微型計算機系統中的堆棧常用作中斷時的斷點地址存儲、程序調用時的返回地址存儲以及中斷服務程序和子程序設計時保護現場涉及到的數據存儲。

堆棧指針寄存器SP是1個8位寄存器，存放堆棧地址，系統復位后，8051單片機的SP初值（默認值）為07H。而在實際應用中，為避免數據空間沖突，堆棧資源需要用戶根據實際需求在內部低128B的RAM高端開辟。堆棧開辟方法很簡單，只需要給SP堆棧指針寄存器定義1個存儲單元地址即可，該地址稱為棧底地址，該單元即為棧底單元，需要指出的是棧底單元不屬于堆?？臻g即不可使用。進棧，SP+1，后輸入數據出棧，輸出數據，SP-1（4）數據指針寄存器(DPTR)

數據指針寄存器DPTR是1個16位的專用寄存器，它由兩個8位的寄存器組成，DPH是DPTR的高8位，DPL是DPTR的低8位，它們也可以獨立使用。在MOVX指令中，DPTR用來存放片外RAM或I/O接口的端口地址；在MOVC指令即查找ROM存放在ROM中的數據表時，DPTR用來存儲數據表的首地址。6.1.2.28051存儲器結構

馮.諾依曼存儲結構

ROM、RAM、外設端口統一編址

哈佛存儲結構

ROM、RAM、外設端口分開（獨立）編址6.1.2.28051存儲器結構MCS-51有4個物理上相互獨立的地址空間。片內ROM和片外ROM片內RAM和片外RAM

從用戶使用的角度分為三類：片內片外統一編址的ROM0000H~FFFFH64KB00H~FFH256B片內RAM64KB片外RAM和I/O端口地址1.程序存儲器

ROM

8051從片內和片外ROM中取指令時間相同。8051單片機的程序存儲器ROM最多允許64KB，用于存放用戶程序、數據和表格等信息EA=1,兩者統一編址，PC在0000H~0FFFH從片內取指令，PC大于0FFFH時則從片外ROM取指。

EA=0，片內ROM不起作用，片外ROM從0000H~FFFFH，對于片內無ROM的8031/2單片機，EA應接地，以便從外部擴展ROM中取指令。

0000H~0002H，系統復位PC=0000H如果程序不從0000H單元開始，則在此處安排一條無條件轉移指令，以便直接轉去執行用戶程序。0003H~002AH，共40單元，分為5段作為5個中斷源的中斷地址區。0003H~000AHINT00023H~002AH串行口0013H~001AHINT1000BH~0012HT/C0001BH~0022HT/C1

注：8個字節難以存放中斷服務程序安排一條無條件轉移指令。

ROM存儲器特殊單元2.片內數據存儲器

RAM8051單片機內部RAM共有256B，分為低128B數據區和高128B特殊功能寄存器區。

（1）.片內數據存儲器低128單元1）.工作寄存器（00H~1FH）32個單元分4組，存放操作數和中間結果，通用寄存器，可以就近存儲數據，提高了單片機的運算速度。任一時刻，CPU只能使用其中一組。2）.位尋址區（20H~2FH）16個單元共128位，每一位都有相應的位地址，既可以作一般的RAM也可以位尋址。

布爾處理器的存儲空間00H~7FH，低128B地址也是00H~7FH，用不同的尋址方式區分，訪問128BRAM用直接尋址和間接尋址，訪問128位地址用位尋址方式。3）.用戶區（30H~7FH）

供用戶使用，共80個單元，存放用戶數據和做堆棧區用。（2）.高128B特殊功能寄存器區

（80H~FFH）8051單片機的21個特殊功能寄存器（SFR）不連續的分散在內部RAM的高128B，SFR的映射地址如表6-3所示。SFR的訪問可用寄存器名稱也可以用SFR對應的單元地址。

帶*的SFR是可以位尋址的，在21個SFR中，可以位尋址的寄存器有11個，其單元地址均可被8整除，提供88個位空間。

片外RAM的地址范圍為0000H~FFFFH，其中0000H~00FFH與片內RAM重疊，若8051單片機擴展接口，將占用部分外RAM單元地址作為接口的端口地址。8051MCU4個并行I/O口P0~P3共32位根I/O線。雙向I/O功能一個8位數據輸出鎖存器一個輸出驅動器一個8位數據輸入緩沖器CPU將數據從并行I/O接口輸出時，可以得到鎖存，輸入時可得到緩存。3.片外數據存儲器RAM6.1.2.38051并行I/O接口CPU訪問片外存儲器時，P2輸出地址線的高8位地址碼(A15~A8)P0輸出地址線的低8位地址碼(A7~A0)P0口兼作8位雙向數據總線D7~D0分時復用P0口不接外存儲器或不擴展I/O接口，P0口可作數據輸入/出。P1口常作數據輸入/出，CPU傳送用戶數據用，P3口除作為數據輸入/出使用外還有第二功能。6.1.2.4.定時器/計數器（T/C）8051單片機

2個16位T/CTC0和TC1TC0TH0（8CH）高8位TL0（8AH）低8位TC1TH1（8DH）高8位TL1（8BH）低8位存計數初值，加1計數6.1.2.58051串行接口8051單片機內部有一個可編程的全雙工串行接口。CPU→串→TxDRxD→串→CPU2個8位SBUF寄存器，共用一個99H，讀寫區分。6.1.2.68051中斷系統8051單片機可實現中斷控制，以提高CPU的運行效率。8051單片機共有5個中斷源，包括2個外部中斷、2個定時器中斷和1個串行口中斷。每個中斷源均有高低兩個優先級且有固定的入口地址。0003H~000AHINT00023H~002AH串行口0013H~001AHINT1000BH~0012HT/C0001BH~0022HT/C1

注：8個字節難以存放中斷服務程序安排一條無條件轉移指令。6.1.38051時序1.8051單片機時序單位（1）

節拍（P）（3）

機器周期

6個狀態為1個機器周期，即TM=6S(S1~S6)=12P。8051單片機時序的單位從小到大依次為節拍、狀態、機器周期、指令周期。（2）

狀態（S）2個節拍為一個狀態S（P1P2）

時鐘周期T即節拍(P),

T=1/fosc。若fosc=1MHz，則T=1μS。

若fosc=12MHz，則TM=1μS。（4）指令周期指令周期是最大的時序定時單位，執行一條指令所需要的時間為指令周期。2.8051單片機指令執行時序6.1.4MCS-51單片機引腳功能1.電源引腳VCC和接地引腳Vss8051單片機采用+5V電源供電，VCC為+5V電源端，Vss為電源接地端。8051單片機中高電平“1”電壓標準為5V，低電平“0”電壓標準為0V。2.時鐘引腳XTALl和XTAL2PSEN（2）

。片外ROM選通信號，低電平有效，從片外ROM讀取指令和常數，每個機器周期該信號兩次有效，以實現對片外ROM單元的讀操作。（3）EA/VPP

。內部ROM選擇控制信號。EA=0，內ROM無用，只用外ROM。EA=1，內外ROM都用，PC>4K,自動讀外ROM。

VPP用于8751的EPROM編程時，轉入21V編程電壓。3.控制信號引腳（1）ALE/PROG。址鎖存控制信號。在訪問外部存儲器時，ALE用于鎖存出現在P0口上的低8位地址，以實現低8位地址和8位數據的隔離。ALE就以時鐘振蕩頻率1/6的固定頻率，周期地向外輸出正脈沖信號。（4）RST/VPD

復位信號，2個機器周期的高電平就可以復位，VPD為備用電源的輸入端。當主電源VCC發生故障時，VPD的備用電源自動投入，以保證片內RAM的信息不丟失。4.并行I/O端口P0、P1、P2和P3

（1）P0口(P0.7~P0.0)。P0口是8位雙向I/O口，每位能驅動8個LS型TTL負載。在訪問片外存儲器時，P0分時提供低8位地址線和8位雙向數據線。當不接片外存儲器或不擴展I/O接