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1、第第 2 2 章章MCS-51MCS-51单片机的单片机的硬件结构硬件结构2.1 MCS-51 2.1 MCS-51 单片机的硬件结构单片机的硬件结构CPUCPU运算部件运算部件控制部件控制部件B BRAMRAMP0P0口口P2P2口口ROMROM(EPROM)(EPROM)串串行行口口 C/TC/T中断中断系统系统SFRSFRP1P1口口8 8P3P3口口8 88 88 8XTALXTAL1 1XTALXTAL2 2PSEN ALEPSEN ALE EA RESET EA RESETVccVccVssVssu按功能可分成按功能可分成8个部件，通过片内单一总线连接起来个部件，通过片内单一总线连
2、接起来1.1.微处理器微处理器2.2.数据存储器数据存储器3.3.程序存储器程序存储器4.I/O4.I/O口口5.5.串行口串行口6.6.定时定时/计数器计数器7.7.中断系统中断系统8.8.特殊功能特殊功能寄存器寄存器u控制方式：控制方式：SFR对各功能部件集中控制对各功能部件集中控制片内总线片内总线片内总线片内总线各功能部件：各功能部件：1.CPU1.CPU（微处理器）微处理器）2.2.数据存储器（数据存储器（RAMRAM）片内为片内为128128个字节（个字节（5252子系列的为子系列的为256256个字节）个字节）3.3.程序存储器（程序存储器（ROM/EPROMROM/EPROM）8
3、031:8031:无此部件；无此部件；8051:8051:4K4K字节字节ROMROM；8751:8751:4K4K字节字节EPROM EPROM；89C51/89C52/89C55:89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 4K/8K/20K 字节闪存字节闪存。4.P14.P1口、口、P2P2口、口、P3P3口、口、P0P0口：口：为为4 4个并行个并行8 8位位I/OI/O口。口。5.5.串行口串行口 1 1个全双工的异步串行口个全双工的异步串行口6.6.定时器定时器/计数器计数器7.7.中断系统中断系统 8.8.特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）共有共有2121
4、个，是一个具有特殊功能的个，是一个具有特殊功能的RAMRAM区。区。2.2 MCS-51的引脚的引脚 40只引脚只引脚双列直双列直插封装（插封装（DIP）4444只引脚方形封装方式（只引脚方形封装方式（4 4只未用）只未用）引脚逻辑图引脚逻辑图80518051单片机为单片机为4040条引脚双列直插式封装条引脚双列直插式封装引脚可分为三个部分引脚可分为三个部分控控制制引引脚脚并行并行I/O口引脚口引脚电电源源及及时时钟钟引引脚脚 （1 1）电源及时钟引脚）电源及时钟引脚:VccVcc、VssVss；XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL2。（2 2）控制引脚：控制引脚：PSENPSEN*、EA
5、EA*、ALEALE、RESET RESET （3 3）I/OI/O口引脚：口引脚：P0P0、P1P1、P2P2、P3P3，4 4个个8 8位位I/OI/O口口2.2.1 2.2.1 电源及时钟引脚电源及时钟引脚 1 1电源引脚电源引脚 （1 1）VccVcc（4040脚）脚）：+5V+5V电源；电源；（2 2）VssVss（2020脚）脚）：接地。：接地。2 2时钟引脚时钟引脚 （1 1）XTAL1XTAL1（1919脚脚）：采采用用外外接接晶晶体体振振荡荡器器时时，此此引引脚脚应接地。应接地。（2 2）XTAL2XTAL2（1818脚）脚）：接外部晶体的另一端。：接外部晶体的另一端。2.2
6、.2 2.2.2 控制引脚控制引脚 (1)RST/VPD(9(1)RST/VPD(9脚脚)：复位与备用电源：复位与备用电源(2)ALE/PROG(2)ALE/PROG*（3030脚）：脚）：第一功能第一功能ALEALE ：地址锁存允许：地址锁存允许 第二功能第二功能PROGPROG*：编程脉冲输入端。编程脉冲输入端。(3)(3)PSENPSEN*（2929脚脚）：读读外外部部程程序序存存储储器器的的选选通通信信号号。可以驱动可以驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(4)EA(4)EA*/VPP(31/VPP(31脚脚)：EAEA*为内外程序存储器选择控制为内外程序存储器选择控制
7、EAEA*=1=1，访问片内程序存储器，访问片内程序存储器，EAEA*=0=0，单片机则只访问外部程序存储器。单片机则只访问外部程序存储器。第二功能第二功能V VPPPP，用于，用于施加编程电压施加编程电压。2.2.3 I/O2.2.3 I/O口引脚口引脚(1)(1)P0P0口口：双向双向8 8位三态位三态I/OI/O口，地址总线（低口，地址总线（低8 8位）及位）及数据总线分时复用口，可驱动数据总线分时复用口，可驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(2)(2)P1P1口口：8 8位位准双向准双向I/OI/O口，可驱动口，可驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(3)
8、(3)P2P2口口：8 8位位准准双双向向I/OI/O口口，与与地地址址总总线线（高高8 8位位）复复用，可驱动用，可驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(4)(4)P3P3口口：8 8位位准准双双向向I/OI/O口口，双双功功能能复复用用口口，可可驱驱动动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。注意注意:准双向口与双向三态口的差别准双向口与双向三态口的差别。当当3 3个个准准双双向向I/OI/O口口作作输输入入口口使使用用时时，要要向向该该口口先先写写“1”1”，另外准双向，另外准双向I/OI/O口无高阻的口无高阻的“浮空浮空”状态。状态。引脚引脚转义引转义引脚脚功能说明
9、功能说明P3.0RXD串行数据接收端串行数据接收端P3.1TXD串行数据发送端串行数据发送端P3.2INT0外部中断外部中断0请求请求P3.3INT1外部中断外部中断1请求请求P3.4T0计数器计数器0外部输入外部输入P3.5T1计数器计数器1外部输入外部输入P3.6WR外部数据存储器写外部数据存储器写P3.7RD外部数据存储器读外部数据存储器读2.3 MCS-512.3 MCS-51的的CPUCPU 由由运算器运算器和和控制器控制器所构成所构成2.3.1 2.3.1 运算器运算器 对操作数进行对操作数进行算术、逻辑运算和位操作算术、逻辑运算和位操作。1 1算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元AL
10、UALU2 2累加器累加器A A 使用最频繁的寄存器，使用最频繁的寄存器，可写为可写为AccAcc。A A的作用：的作用：（1 1）是）是ALUALU单元的输入之一，又是运算结果存放单元。单元的输入之一，又是运算结果存放单元。（2 2）数据传送大多都通过累加器）数据传送大多都通过累加器A A。（3 3）A A的进位的进位标志标志CyCy同时又是同时又是位处理机的位累加器。位处理机的位累加器。3 3、寄存器、寄存器B B 为了执行乘法和除法操作设置。为了执行乘法和除法操作设置。4 4、位处理器、位处理器 所有具有位处理能力的寄存器。所有具有位处理能力的寄存器。3 3程序状态字寄存器程序状态字寄存
11、器PSWPSW （1 1）CyCy（PSW.7PSW.7）进位标志位进位标志位（2 2）Ac(PSW.6)Ac(PSW.6)辅助进位标志位辅助进位标志位（3 3）F0F0（PSW.5PSW.5）标志位标志位 由用户使用的一个状态标志位。由用户使用的一个状态标志位。（4 4）RS1RS1、RS0RS0（PSW.4PSW.4、PSW.3PSW.3）：4 4组组工工作作寄寄存存器器区区选择控制位选择控制位1 1和位和位0 0。工作寄存器区的选择工作寄存器区的选择 18181FH1FH3 3区区1 11 1101017H17H2 2区区1 01 008080FH0FH1 1区区0 10 1000007
12、H07H0 0区区0 00 0R R0 0R R7 7地址地址寄存器组寄存器组RSRS1 1 RS RS0 0（5 5）OVOV（PSW.2PSW.2）溢出标志位溢出标志位 指示运算是否产生溢出。各种算术运算指示运算是否产生溢出。各种算术运算指令对该位的影响情况较复杂，将在第指令对该位的影响情况较复杂，将在第3 3章章介绍。介绍。（6 6）PSW.1PSW.1位位:保留位，未用保留位，未用 （7 7）P(PSW.0)P(PSW.0)奇偶标志位奇偶标志位 P=1P=1，A A中中“1”1”的个数为奇数的个数为奇数P=0P=0，A A中中“1”1”的个数为偶数的个数为偶数2.3.2 2.3.2 控
13、制器控制器 单片机的指挥控制部件单片机的指挥控制部件任任务务：识识别别指指令令，根根据据指指令令的的性性质质控控制制单单片片机机各各功功能能部部件，保证单片机自动协调的工作。件，保证单片机自动协调的工作。工作流程：工作流程：首首先先，从从程程序序存存储储器器中中读读出出指指令令，送送指指令令寄寄存存器器保存。保存。然然后后，送送指指令令译译码码器器进进行行译译码码，结结果果送送定定时时控控制制逻逻辑辑电电路路，由由定定时时控控制制逻逻辑辑产产生生各各种种定定时时信信号号和和控控制制信号信号 最后，送到单片机各个部件进行相应操作。最后，送到单片机各个部件进行相应操作。1 1程序计数器程序计数器P
14、CPC（Program CounterProgram Counter）存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。基本工作过程：基本工作过程：读读指指令令时时，PCPC将将其其中中的的数数作作为为所所取取指指令令的的地地址址，输输出出给给程程序序存存储储器器，然然后后程程序序存存储储器器按按此此地地址址输输出出指指令令字字节节，同同时时PCPC本本身身自自动动加加1 1，指指向向下下一一条条指指令令在在程程序存储器中的地址序存储器中的地址 基本工作方式：基本工作方式：（1 1）程序计数器）程序计数器自动加自动加1 1 （2 2）执执行行有有条条件件或
15、或无无条条件件转转移移指指令令时时，程程序序计计数数器器将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。（3 3）执行）执行子程序调用或中断调用子程序调用或中断调用时完成下列操作：时完成下列操作：PCPC的当前值保护的当前值保护 将子程序入口地址或中断向量的地址送入将子程序入口地址或中断向量的地址送入PCPC。2 2指令寄存器指令寄存器IRIR、指令译码器及控制逻辑电路、指令译码器及控制逻辑电路2.4 MCS-512.4 MCS-51存储器的结构存储器的结构 哈佛结构（哈佛结构（HarvardHarvard）:哈佛结构是哈佛结构是 一种并一种并行体系结构
16、将程序和数据存储在不同的存储行体系结构将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个空间中，即程序存储器和数据存储器是两个独立的存储器，每个存储器独立编址、独立独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。访问。存储器空间可划分为存储器空间可划分为5类：类：1.程序存储器空间程序存储器空间 8031无内部程序存储器。无内部程序存储器。2.内部数据存储器空间内部数据存储器空间 3.特殊功能寄存器特殊功能寄存器 4.位地址空间位地址空间 211个可寻址位。个可寻址位。5.外部数据存储器空间外部数据存储器空间 片外可扩展片外可扩展64K字节字节RAM。内部数据存储器内部数据存储器（
17、a）外部数据存储器外部数据存储器（b）MCS-51单片机存储器空间分配单片机存储器空间分配特特殊殊功功能能寄寄存存器器00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特特殊殊功功能能寄寄存存器器中中位位寻寻址址外部外部ROM内部内部ROM(EA=1)外部外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外外 部部RAM(I/O口口地址地址)0000HFFFFH程序存储器程序存储器（c）工作寄工作寄存器区存器区位寻址区位寻址区通用通用RAM区区返回2.4.1 2.4.1 程序存储器程序存储器（片内0
18、000H0FFFH）80518051单片机内部有单片机内部有单片机内部有单片机内部有4KB4KB的掩膜的掩膜的掩膜的掩膜ROMROM、87518751单单单单片机内部有片机内部有片机内部有片机内部有4KB4KB的的的的EPROMEPROM，而，而，而，而80318031内部没有程内部没有程内部没有程内部没有程序存储器，必须外接程序存储器。序存储器，必须外接程序存储器。序存储器，必须外接程序存储器。序存储器，必须外接程序存储器。当当当当 引脚接高电平时，引脚接高电平时，引脚接高电平时，引脚接高电平时，CPUCPU将首先访问内部将首先访问内部将首先访问内部将首先访问内部程序存储器，在程序存储器，在
19、程序存储器，在程序存储器，在PCPC超过超过超过超过0FFFH0FFFH单元时，单元时，单元时，单元时，CPUCPU将将将将自动转入访问外部程序存储器。自动转入访问外部程序存储器。自动转入访问外部程序存储器。自动转入访问外部程序存储器。当当当当 引脚接低电平时，所有取指操作均指向引脚接低电平时，所有取指操作均指向引脚接低电平时，所有取指操作均指向引脚接低电平时，所有取指操作均指向外部程序存储器。对于外部程序存储器。对于外部程序存储器。对于外部程序存储器。对于8031/80328031/8032，必须接低电必须接低电必须接低电必须接低电平（接地）。平（接地）。平（接地）。平（接地）。从从从从00
20、03H0003H0032H0032H单元被保留专用于中断服务单元被保留专用于中断服务单元被保留专用于中断服务单元被保留专用于中断服务程序。程序。程序。程序。l 存放应用程序和表格之类的固定常数。存放应用程序和表格之类的固定常数。l 分为片内和片外两部分，由分为片内和片外两部分，由EAEA*引脚上所接电平确定引脚上所接电平确定 程序存储器中的程序存储器中的0000H0000H地址是系统程序的启动地址地址是系统程序的启动地址 一些单元具有特殊用途一些单元具有特殊用途 1 1）0000H-0002H0000H-0002H2)52)5个中断源地址区个中断源地址区 表表2-1 52-1 5种中断源的中断
21、入口地址种中断源的中断入口地址外中断外中断0 0003H0 0003H定时器定时器T0 000BHT0 000BH外中断外中断1 0013H 1 0013H 定时器定时器T1 001BH T1 001BH 串行口串行口 0023H0023H2.4.2 2.4.2 内部数据存储器内部数据存储器 共128128个字节，个字节，低低低低128128单元：单元：单元：单元：00H00H7FH7FH 高高高高128128单元：单元：单元：单元：80H80HFFHFFH 00H 00H1FH1FH：3232个单元，个单元，是是4 4组通用工作寄存器区组通用工作寄存器区 20H20H2FH2FH：1616个
22、单元，个单元，可进行可进行128128位的位寻址位的位寻址 30H30H7FH7FH：用用户户RAMRAM区区，只只能能进进行行字字节节寻寻址址，用用作作数数据据缓缓冲冲区区以以及及堆堆栈栈区。区。工作寄存器区工作寄存器区工作寄存器区工作寄存器区一共一共一共一共4 4组，编号：工作寄存器组组，编号：工作寄存器组组，编号：工作寄存器组组，编号：工作寄存器组0 04 4一组一组一组一组8 8个字节，用同一组编号个字节，用同一组编号个字节，用同一组编号个字节，用同一组编号R0R0R7R7表示，某一时刻只能表示，某一时刻只能表示，某一时刻只能表示，某一时刻只能选用一组作为当前工作寄存器，由选用一组作为
23、当前工作寄存器，由选用一组作为当前工作寄存器，由选用一组作为当前工作寄存器，由RS1RS1，RS0RS0决定。决定。决定。决定。地址：地址：地址：地址：00H00H1FH1FH（3232个字节）个字节）个字节）个字节）两种使用方法：两种使用方法：两种使用方法：两种使用方法：MOV AMOV A，R0R0 或或或或 MOV AMOV A，00H00H（1 1）内部数据存储区低）内部数据存储区低）内部数据存储区低）内部数据存储区低128128单元单元单元单元位寻址区位寻址区位寻址区位寻址区字节地址：字节地址：字节地址：字节地址：20H20H2FH2FH（1616个字节）个字节）个字节）个字节）位地
24、址：位地址：位地址：位地址：00H00H7FH7FH（为位操作指令准备，是位处理器（为位操作指令准备，是位处理器（为位操作指令准备，是位处理器（为位操作指令准备，是位处理器的数据存储空间）的数据存储空间）的数据存储空间）的数据存储空间）例如：清除例如：清除例如：清除例如：清除位地址位地址位地址位地址00H00H单元单元单元单元CLR CLR 00H00H而对片内的而对片内的而对片内的而对片内的00H00H字节字节字节字节清零，则清零，则清零，则清零，则MOV MOV 00H00H，00H00H 或或或或ANLANL00H00H，00H00H用户用户用户用户RAMRAM区区区区供用户使用的一般供
25、用户使用的一般供用户使用的一般供用户使用的一般RAMRAM区，区，区，区，30H30H7FH7FH。字节地址使用，堆栈区一般常开辟在这个区内。字节地址使用，堆栈区一般常开辟在这个区内。字节地址使用，堆栈区一般常开辟在这个区内。字节地址使用，堆栈区一般常开辟在这个区内。【存储器区的低存储器区的低存储器区的低存储器区的低128128128128字节字节字节字节】2.4.3 2.4.3 特殊功能寄特殊功能寄存器（存器（SFRSFR）CPUCPU对对各各种种功功能能部部件件的的控控制制采采用用特特殊殊功功能能寄寄存存器器集集中中控控制制方方式式，共共2121个个。有有的的SFRSFR可可进进行行位位寻
26、寻址址，其其字字节节地地址址的的末末位位是是0H0H或或8H8H。表表2-2 SFR的名称及其分布的名称及其分布SFRSFR中的某些寄存器中的某些寄存器 1 1堆栈指针堆栈指针SPSP 指示出堆栈顶部在内部指示出堆栈顶部在内部RAMRAM块中的位置块中的位置 复位后复位后 ，SPSP中的内容为中的内容为07H07H。（1 1）保护断点保护断点（2 2）现场保护）现场保护堆栈堆栈向上生长向上生长 2.2.数据指针数据指针DPTRDPTR 16 16位特殊功能寄存器，位特殊功能寄存器，高位字节寄存器用高位字节寄存器用DPHDPH表表示，低位字节寄存器用示，低位字节寄存器用DPLDPL表示。表示。3
27、.3.程序计数器程序计数器PCPC 1616位，控制程序的顺序执行。地址不在位，控制程序的顺序执行。地址不在SFRSFR，不，不计做专用寄存器。计做专用寄存器。4.4.寄存器寄存器B B 为执行乘法和除法操作设置的。为执行乘法和除法操作设置的。在不执行乘、除的情况下，可当作一个普通寄存器在不执行乘、除的情况下，可当作一个普通寄存器来使用。来使用。5.5.累加器累加器A A 8 8位，最常用，功能强大，可放操作数或中间结果。位，最常用，功能强大，可放操作数或中间结果。6.6.程序状态字程序状态字PSWPSW 8 8位，存放程序运行中的各种状态信息。某些位根位，存放程序运行中的各种状态信息。某些位
28、根据程序结果又硬件自动设置，有些使用软件设定。据程序结果又硬件自动设置，有些使用软件设定。7.I/O7.I/O端口端口P0P0P3P3 8.8.串行数据缓冲器串行数据缓冲器SBUFSBUF 存放欲发送或已接收的数据，一个字节地址，物理存放欲发送或已接收的数据，一个字节地址，物理上是由两个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器，上是由两个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器，另一个是接收缓冲器。另一个是接收缓冲器。9.9.定时器定时器/计数器计数器 两两个个1616位位定定时时器器/计计数数器器T1T1和和T0T0，各各由由两两个个独独立立的的8 8位位寄寄存存器器组组成成：TH1TH1、TL1TL1
29、、TH0TH0、TL0TL0，只只能能字字节节寻寻址址，但但不不能能把把T1T1或或T0T0当当作作一一个个1616位位寄寄存存器器来来寻寻址址访问。访问。2.4.4 2.4.4 位地址空间位地址空间 211211个（个（128128个个+83+83个）寻址位个）寻址位。位地址范。位地址范围为：围为：00H00HFFHFFH。内部内部RAMRAM的可寻址位的可寻址位128128个个(字节地址字节地址20H20H2FH)2FH)。特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR为为8383个个可寻址位可寻址位。表表2-3 内部的可寻址位及位地址内部的可寻址位及位地址表表2-4 SFR中的位地址分布中的位
30、地址分布2.4.5 2.4.5 外部数据存储器外部数据存储器由由由由于于于于MCS-51MCS-51系系系系列列列列单单单单片片片片机机机机内内内内部部部部数数数数据据据据存存存存储储储储器器器器只只只只有有有有128128字字字字节节节节，往往往往往往往往不不不不够够够够用用用用，这这这这就就就就需需需需要要要要扩扩扩扩展展展展外外外外部部部部数数数数据据据据存存存存储储储储器器器器，外外外外部部部部数数数数据据据据存存存存储储储储器器器器最最最最多多多多可可可可扩扩扩扩至至至至64KB64KB。外外外外部部部部数数数数据据据据存存存存储储储储器器器器的的的的访访访访问问问问地地地地址址址址
31、可可可可由由由由工工工工作作作作寄寄寄寄存存存存器器器器 RiRi（8 8位位位位）或或或或数数数数据据据据指指指指针针针针DPTRDPTR（1616位位位位）提提提提供供供供，前前前前者者者者的的的的寻寻寻寻址址址址空空空空间间间间256256字字字字节节节节，后后后后者者者者可可可可寻寻寻寻址址址址64KB64KB。RiRi由由由由P0P0口口口口输输输输出出出出；DPTRDPTR的的的的DPLDPL由由由由P0P0口口口口输输输输出出出出，DPHDPH由由由由P2P2口口口口输输输输出出出出。读读读读/写操作的数据由写操作的数据由写操作的数据由写操作的数据由P0P0口输入口输入口输入口输
32、入/输出，输出，输出，输出，P0P0口为分时复用。口为分时复用。口为分时复用。口为分时复用。最多可最多可外扩外扩64K64K字节字节的的RAMRAM或或I/OI/O。几点注意：几点注意：(1)(1)地址的重叠性地址的重叠性 程序存储器与数据存储器全部程序存储器与数据存储器全部64K64K字节地址空间重叠字节地址空间重叠(2)(2)程序存储器与数据存储器在使用上是严格区分的程序存储器与数据存储器在使用上是严格区分的(3)(3)位地址空间共有两个区域位地址空间共有两个区域 (4)(4)片外与片内数据存储器由指令来区分片外与片内数据存储器由指令来区分(5)(5)片外数据存储区中，片外数据存储区中，R
33、AMRAM与与I/OI/O端口统一编址。端口统一编址。所有外围所有外围I/OI/O端口的地址均占用端口的地址均占用RAMRAM地址单元，使地址单元，使用与访问外部数据存储器相同的传送指令。用与访问外部数据存储器相同的传送指令。内部数据存储器内部数据存储器（a）外部数据存储器外部数据存储器（b）MCS-51单片机存储器空间分配单片机存储器空间分配特特殊殊功功能能寄寄存存器器00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特特殊殊功功能能寄寄存存器器中中位位寻寻址址外部外部ROM内部内部ROM(EA=1)外部外部ROM(EA=0)0
34、000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外外 部部RAM(I/O口口地址地址)0000HFFFFH程序存储器程序存储器（c）工作寄工作寄存器区存器区位寻址区位寻址区通用通用RAM区区返回数据存储器和程序存储器分开，各有数据存储器和程序存储器分开，各有自己的寻址系统、控制信号和功能。自己的寻址系统、控制信号和功能。存储器有内外之分。存储器有内外之分。分开的存储结构更有效地使用较大而分开的存储结构更有效地使用较大而固定的程序和频繁地处理大量的数据或固定的程序和频繁地处理大量的数据或变量。变量。MCS-51单片机系统的存储器结构特点多路开关多路开关1)功能功能：用于控制选通I/O方
35、式还是地址/数据输出方式2)方式控制方式控制：由内部控制信号产生输入锁存器输入锁存器两个输入缓冲器两个输入缓冲器(BUF1和BUF2)推拉式推拉式I/O驱动器驱动器2.5 2.5 并行并行I/OI/O端口端口共有共有4 4个个8 8位双向位双向I/OI/O口，共口，共3232口线。口线。每位均有自己的锁存器每位均有自己的锁存器、输出驱动器输出驱动器和输入缓冲器。和输入缓冲器。2.5.1 P02.5.1 P0口位图内部结构口位图内部结构BUF2BUF15 5、P0R2P0R2为为读引脚读引脚信号，执行信号，执行“MOV A,P0MOV A,P0”时该信号有时该信号有效效6 6、读引脚（端口）时，
36、输出、读引脚（端口）时，输出锁存器应为锁存器应为“1 1”说明：说明：1 1、当控制信号为、当控制信号为0 0时，时，P0P0口做双口做双向向I/OI/O口，为漏极开路（三态）口，为漏极开路（三态）2 2、控制信号为、控制信号为1 1时，时，P0P0口为地址口为地址/数据复用总线（用于口扩展）数据复用总线（用于口扩展）3 3、P0WP0W为端口输出写信号，用于为端口输出写信号，用于锁存输出状态锁存输出状态4 4、P0R1P0R1为为读锁存器读锁存器信号，执行信号，执行“ANL P0,#0FH”ANL P0,#0FH”时该信号有时该信号有效效Q QQ QD DC CVccVcc控制控制AD0AD
37、0P0R1P0R1 P0R2P0R2D0D0P0WP0W图图1 1、P0P0口内部结构口内部结构读锁存器读锁存器读引脚读引脚锁存器锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器地址地址/数据数据P00P00多路开关多路开关102.5.2 P12.5.2 P1口内部结构口内部结构P1P1口内部结构如图口内部结构如图2 2所示所示输出部分有内部上拉电阻输出部分有内部上拉电阻R*R*约为约为20K20K。其他部分与其他部分与P0P0端口使用相类似（读引脚时先写入端口使用相类似（读引脚时先写入1 1）。）。写数据读端口2.5.3 P22.5.3 P2口内部结构口内部结构2 2、当控制信号为、当控制信号为1 1
38、时时FP2P2口输出地址信息，口输出地址信息，F此时单片机完成外部的此时单片机完成外部的取指操作或对外部数据取指操作或对外部数据存储器存储器1616位地址的读写位地址的读写操作。操作。3 3、当、当P2P2口作为普通口作为普通I/OI/O口口使用时使用时F用法和用法和P1P1口类似。口类似。说明：说明：1 1、P2P2可以作为通用的可以作为通用的I/OI/O，也可以作也可以作为为高高8 8位地址位地址输出。输出。2.5.4 P32.5.4 P3口内部结构口内部结构说明：说明：1、做普通端口使用时，第二、做普通端口使用时，第二功能应为功能应为“1”。2、使用第二功能时，输出端、使用第二功能时，输
39、出端口锁存器应为口锁存器应为“1”。3、变异功能（）、变异功能（）P3.0 TXD P3.4 T0 P3.1 RXD P3.5 T1 P3.2 INT0 P3.6 WR P3.3 INT1 P3.7 RD1输出输出I/O口口1读I/O口1 12.5.5 P02.5.5 P0P3P3端口功能总结端口功能总结使用中应注意的问题：使用中应注意的问题：P0P0P3P3口口都都是是并并行行I/OI/O口口，但但P0P0口口和和P2P2口口还还可可用用来来构构建建数数据据总线和地址总线，所以总线和地址总线，所以电路中有一个电路中有一个MUXMUX，进行转换。，进行转换。而而P1P1口口和和P3P3口口无无
40、构构建建系系统统的的数数据据总总线线和和地地址址总总线线的的功功能能，因此，因此，无需转接开关无需转接开关MUXMUX。只有只有P0P0口口是一个真正的是一个真正的双向口双向口，P1P1P3P3口口都是都是准双向口准双向口。原原因因:P0P0口口作作数数据据总总线线使使用用时时，为为保保证证数数据据正正确确传传送送，需需解解决决芯芯片片内内外外的的隔隔离离问问题题，即即只只有有在在数数据据传传送送时时芯芯片片内内外外才才接接通通；否否则则应应处处于于隔隔离离状状态态。为为此此，P0P0口口的的输输出出缓缓冲冲器器应应为为三三态门。态门。P3P3口口具具有有第第二二功功能能。因因此此在在P3P3
41、口口电电路路增增加加了了第第二二功功能能控控制制逻逻辑。这是辑。这是P3P3口与其它各口的不同之处口与其它各口的不同之处。2.6 2.6 时钟电路与时序时钟电路与时序 时时钟钟电电路路用用于于产产生生单单片片机机工工作作所所必必需需的的时时钟控制信号。钟控制信号。2.6.1 2.6.1 时钟电路时钟电路 时时钟钟频频率率直直接接影影响响单单片片机机的的速速度度，电电路路的的质质量量直直接接影影响响系系统统的的稳稳定定性性。常常用用的的时时钟钟电电路路有两种方式：有两种方式：内部时钟内部时钟方式和方式和外部时钟外部时钟方式。方式。一、内部时钟方式一、内部时钟方式 内部有一个用于构成振荡器的内部有
42、一个用于构成振荡器的高增益反相放大器高增益反相放大器，其输入端：其输入端：XTAL1XTAL1，输出端：输出端：XTAL2XTAL2。C1和和C2典型值通典型值通常选择为常选择为30pF左右。左右。晶体的振荡频率晶体的振荡频率在在1.2MHz12MHz之间。之间。某些高速单片机某些高速单片机芯片的时钟频率已芯片的时钟频率已达达40MHz。二、外部时钟方式二、外部时钟方式 常用于多片常用于多片MCS-51MCS-51单片机同时工作。单片机同时工作。2.6.2 2.6.2 机器周期、指令周期与指令时序机器周期、指令周期与指令时序一、节拍与状态一、节拍与状态节拍：振荡脉冲的周期节拍：振荡脉冲的周期,
43、时钟周期时钟周期状态：单片机时钟信号的周期，振荡脉冲二分频状态：单片机时钟信号的周期，振荡脉冲二分频二、机器周期二、机器周期CPUCPU完成一个基本操作所需要的时间完成一个基本操作所需要的时间。执执行行一一条条指指令令分分为为几几个个机机器器周周期期。每每个个机机器器周周期期完完成成一一个个基基本本操操作作。MCS-51MCS-51单单片片机机每每1212个个振振荡荡周周期期为为一一个机器周期，个机器周期，一个机器周期分为一个机器周期分为6 6个状态个状态：S1S1S6S6。每个每个状态又分为两拍状态又分为两拍：P1P1和和P2P2。因此，因此，一个机器周一个机器周期中的期中的1212个振荡周
44、期表示为：个振荡周期表示为：S1P1S1P1、S1P2S1P2、S2P1S2P1、S2P2S2P2、S6P2S6P2。三、指令周期三、指令周期执行一条指令时，可分为执行一条指令时，可分为取指令阶段取指令阶段和和指令执行阶段指令执行阶段 。取指令阶段取指令阶段，PCPC中地址送到程序存储器，并从中取出需要执行中地址送到程序存储器，并从中取出需要执行指令的操作码和操作数。指令的操作码和操作数。指令执行阶段指令执行阶段，对指令操作码进行译码，以产生一系列控制信，对指令操作码进行译码，以产生一系列控制信号完成指令的执行。号完成指令的执行。ALEALE信号是为地址锁存而定义的信号是为地址锁存而定义的，以
45、时钟脉冲，以时钟脉冲1/61/6的频率出现，的频率出现，在一个机器周期中，在一个机器周期中，ALEALE信号两次有效（注意，在执行访问外部数信号两次有效（注意，在执行访问外部数据存储器的指令据存储器的指令MOVXMOVX时，将会丢失一个时，将会丢失一个ALEALE脉冲）脉冲）8051X2X1VssTTL外接时钟源外接时钟源Vcc时钟电路时钟电路需外接晶振的频率需外接晶振的频率1.212MHZ，C1和和C2取取3010PFX1X2C2 C1X 8051振荡电路振荡电路S1S2S3S4S5S6S1S2P1 P2 P1 P2 P1 P2P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2fos
46、c一个状态周期一个状态周期一个机器周期一个机器周期T=12*(1/fosc)X2CPU的时序（时钟周期、的时序（时钟周期、状态周期、机器周期）状态周期、机器周期）若外接晶振为若外接晶振为12MHz时，则单片机的四个周时，则单片机的四个周期的具体值为：期的具体值为：时钟周期时钟周期1/12MHz1/12s0.0833s 状态周期状态周期1/6s0.167s 机器周期机器周期1s 指令周期指令周期14s可用于计算指令、程序的执行时间，以及定时可用于计算指令、程序的执行时间，以及定时器的定时时间器的定时时间2.7 2.7 复位操作和复位电路复位操作和复位电路2.7.1 2.7.1 复位操作复位操作单
47、片机的初始化操作，摆脱死锁状态。单片机的初始化操作，摆脱死锁状态。引脚引脚RSTRST加上加上大于大于2 2个机器周期（即个机器周期（即2424个时钟振荡个时钟振荡周期）的高电平就可使周期）的高电平就可使MCS-51MCS-51复位。复位。复位时，复位时，PCPC初始初始化为化为0000H0000H，使，使MCS-51MCS-51单片机从单片机从0000H0000H单元开始执行程单元开始执行程序。序。除除PCPC之外，复位操作还对其它一些寄存器有影响，之外，复位操作还对其它一些寄存器有影响，见见(P26)(P26)。SP=07H SP=07H，P0-P3P0-P3的引脚均为高电平的引脚均为高电
48、平。在复位有效期间，在复位有效期间，ALEALE脚脚和和PSENPSEN*脚脚均为高电平，均为高电平，内部内部RAMRAM的状态不受复位的影响。的状态不受复位的影响。MCS-51单片机各寄存器的复位状态单片机各寄存器的复位状态 00HTCON0000HPC00HTMOD00000BPCON0 0000BIE不定不定SBUF 00000BIP00HSCON0FFHP0P300HTH10000HDPTR00HTL107HSP00HTH000HPSW00HTL000HACC复位状态复位状态寄存器寄存器复位状态复位状态寄存器寄存器2.7.2 2.7.2 复位电路复位电路上电自动复位上电自动复位和和按钮
49、复位按钮复位 最简单的上电自动复位电路最简单的上电自动复位电路:按键手动复位按键手动复位，有，有电平方式电平方式和和脉冲方式脉冲方式两种。两种。电平方式电平方式 脉冲方式脉冲方式作业作业2224271、单片微型计算机由CPU、存储器和_三部分组成。2、MCS-51单片机内部RAM的位寻址区为_。3、MCS-51系统中，当 信号有效时，表示CPU要从_存储器读取信息。4、51单片机复位时，堆栈指针SP=_。5、51单片机的内部RAM区_作为4组工作寄存器区。6、MCS-51片内20H2FH范围内的数据存储器，既可字节寻址又可_寻址。7、累加器（A）=80H，执行完指令ADD A，#83H后，进位
50、位C=_。8、若使用8031单片机作为控制器，则其 引脚必须接_电平。什么是单片机的机器周期、状态周期、振荡周期和指令周期？它们之间是什么关系？P0.3地址锁存器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0DBABP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0P3.1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VSSVCC P0.0P0.1P0.2P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.2MCS-51片外总线结构示意图