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1、第二章第二章MCS-51MCS-51单片机的结构和工作原理单片机的结构和工作原理 本本本本教教教教材材材材主主主主要要要要讲讲讲讲述述述述MCS-51MCS-51单单单单片片片片机机机机，包包包包括括括括它它它它的的的的硬硬硬硬件件件件、软件及其应用。软件及其应用。软件及其应用。软件及其应用。本本本本章章章章介介介介绍绍绍绍MCS-51MCS-51单单单单片片片片机机机机的的的的结结结结构构构构、工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及其其其其组成部件和各部件的功能。组成部件和各部件的功能。组成部件和各部件的功能。组成部件和各部件的功能。2.1 MCS-51 2.1 MCS-51系列单系列单系
2、列单系列单片机的结构片机的结构片机的结构片机的结构 2.2 8051 2.2 8051单片机单片机单片机单片机内部结构和功能内部结构和功能内部结构和功能内部结构和功能2.3 MCS-512.3 MCS-51单片机单片机单片机单片机的引脚功能的引脚功能的引脚功能的引脚功能2.4 MCS-512.4 MCS-51单片机的单片机的单片机的单片机的工作方式工作方式工作方式工作方式 2.5 MCS-51 2.5 MCS-51单片机的时序单片机的时序单片机的时序单片机的时序 2.1.2 MCS-51单片机的应用特性单片机的应用特性2 21 MCS-511 MCS-51系列单片机的结构系列单片机的结构2.1
3、.1 MCS-51 单片机的基本组成单片机的基本组成 2.2.1 2.2.1 中央处理器中央处理器中央处理器中央处理器CPU CPU 2.2.2 2.2.2 存储器结构存储器结构存储器结构存储器结构 2.2.3 2.2.3 定时器定时器定时器定时器/计数器（计数器（计数器（计数器（T/C)T/C)2.2.4 2.2.4 并行并行并行并行I/OI/O接口接口接口接口 2.2.5 2.2.5 串行口串行口串行口串行口 2.2.6 2.2.6 中断系统中断系统中断系统中断系统2 22 80512 8051单片机内部结构和功能单片机内部结构和功能 2.1.1 MCS-51 2.1.1 MCS-51 单
4、片机的基本组成单片机的基本组成存储器存储器I/OI/OI/OI/O接口接口接口接口 MCS-51 MCS-51单片机芯片有许多种：单片机芯片有许多种：单片机芯片有许多种：单片机芯片有许多种：如如如如80518051、80318031、87518751、80C5180C51、80C3180C31等。等。等。等。它由它由它由它由8 8个部件组成，个部件组成，个部件组成，个部件组成，1 1、中央处理器（、中央处理器（、中央处理器（、中央处理器（CPUCPU）核心核心核心核心 2 2、时钟电路、时钟电路、时钟电路、时钟电路 12MHz12MHz 3 3、程序存储器（、程序存储器（、程序存储器（、程序存
5、储器（ROM/EPROMROM/EPROM）4KB4KB 4 4、数据存储器（、数据存储器（、数据存储器（、数据存储器（RAMRAM）128B+128B SFR128B+128B SFR 5 5、并行、并行、并行、并行I/OI/O口（口（口（口（P0P0P3P3口）口）口）口）P0P0和和和和P2P2兼作外总线兼作外总线兼作外总线兼作外总线 6 6、串行口、串行口、串行口、串行口 全双工串行口全双工串行口全双工串行口全双工串行口 7 7、定时器、定时器、定时器、定时器/计数器计数器计数器计数器 2 2个个个个1616位位位位 8 8、中断系统、中断系统、中断系统、中断系统 5 5个中断源，高级
6、和低级两级优先级别个中断源，高级和低级两级优先级别个中断源，高级和低级两级优先级别个中断源，高级和低级两级优先级别 它们都是通过单一总线连接，并被集成在一块半导它们都是通过单一总线连接，并被集成在一块半导它们都是通过单一总线连接，并被集成在一块半导它们都是通过单一总线连接，并被集成在一块半导体芯片上，为单片微型计算机（体芯片上，为单片微型计算机（体芯片上，为单片微型计算机（体芯片上，为单片微型计算机（Single-Chip Single-Chip MicrocomputerMicrocomputer）片内存储器片内存储器片内存储器片内存储器片内片内片内片内I/OI/O接口接口接口接口1.MCS
7、-511.MCS-51单片机系列单片机系列单片机系列单片机系列 两大系列：两大系列：两大系列：两大系列：MCS-51MCS-51子系列和子系列和子系列和子系列和MCS-52MCS-52子系列。子系列。子系列。子系列。其中其中其中其中5151子系列是子系列是子系列是子系列是基本型基本型基本型基本型，而，而，而，而5252子系列属于子系列属于子系列属于子系列属于增强型增强型增强型增强型。各子系列配置如表各子系列配置如表各子系列配置如表各子系列配置如表2-12-1所示。所示。所示。所示。(P36)(P36)片内片内片内片内ROMROM形式形式形式形式 无无无无 ROM EPROM ROM EPROM
8、 8031 8051 87518031 8051 8751 80C31 80C51 87C51 80C31 80C51 87C51 8032 8052 8752 8032 8052 8752 80C32 80C52 87C52 80C32 80C52 87C52212 MCS-51单片机的应用特性单片机的应用特性5151子系统子系统子系统子系统5252子系统子系统子系统子系统52子子系系列列与与51子子系系列列相相比比，其其功功能能增增强强的的具体方面如下：具体方面如下：1片内片内RAM从从128字节增加到字节增加到256字节字节2片内片内ROM从从4KB 增加到增加到8KB3定时器定时器/计
9、数器从计数器从2个增加到个增加到3个个4中断源从中断源从5个增加到个增加到67个个2.单片机芯片的半导体工艺单片机芯片的半导体工艺MCS-51MCS-51系列单片机采用以下两种半导体工艺生产系列单片机采用以下两种半导体工艺生产系列单片机采用以下两种半导体工艺生产系列单片机采用以下两种半导体工艺生产i HMOS HMOS 芯片型号中芯片型号中芯片型号中芯片型号中不带有字母不带有字母不带有字母不带有字母“C”“C”的，的，的，的，功耗较大。功耗较大。功耗较大。功耗较大。i CHMOS CHMOS 芯片型号中芯片型号中芯片型号中芯片型号中凡带有字母凡带有字母凡带有字母凡带有字母“C”“C”的，的，的
10、，的，具有高速度、高密度、低功耗的特点具有高速度、高密度、低功耗的特点具有高速度、高密度、低功耗的特点具有高速度、高密度、低功耗的特点 例如例如例如例如 8051 8051的功耗为的功耗为的功耗为的功耗为630mW630mW，80C51 80C51的功耗只有的功耗只有的功耗只有的功耗只有120mW120mW。在在在在便便便便携携携携式式式式、手手手手提提提提式式式式或或或或野野野野外外外外作作作作业业业业仪仪仪仪器器器器设设设设备备备备或或或或长长长长期期期期无无无无人人人人值值值值守守守守自自自自动动动动监监监监测测测测、监监监监控控控控的的的的仪仪仪仪表表表表上上上上是是是是非非非非常常常
11、常有有有有意意意意义义义义的的的的。因因因因此在这些产品中最好使用此在这些产品中最好使用此在这些产品中最好使用此在这些产品中最好使用CHMOSCHMOS型单片机芯片型单片机芯片型单片机芯片型单片机芯片.3.3.片内片内ROMROM存储器的配置形式及应用环境存储器的配置形式及应用环境 MCS-51MCS-51单片机内程序存储器的配置形式有三种：单片机内程序存储器的配置形式有三种：单片机内程序存储器的配置形式有三种：单片机内程序存储器的配置形式有三种：掩模掩模掩模掩模ROMROM型型型型 （由厂家一次写入，成本低）（由厂家一次写入，成本低）（由厂家一次写入，成本低）（由厂家一次写入，成本低）EPR
12、OM EPROM型型型型 （由用户可反复写入，成本较高）（由用户可反复写入，成本较高）（由用户可反复写入，成本较高）（由用户可反复写入，成本较高）无无无无ROM ROM （需在片外扩展）（需在片外扩展）（需在片外扩展）（需在片外扩展）各有特点，也各有其适用场合，可根据需要进行各有特点，也各有其适用场合，可根据需要进行各有特点，也各有其适用场合，可根据需要进行各有特点，也各有其适用场合，可根据需要进行选择选择选择选择 环境温度范围，划分为三个等级环境温度范围，划分为三个等级环境温度范围，划分为三个等级环境温度范围，划分为三个等级 民用级民用级民用级民用级 0 07070 工业级工业级工业级工业级
13、 40408585 军用级军用级军用级军用级 6565125125 因此在使用中应注意根据现场温度因此在使用中应注意根据现场温度因此在使用中应注意根据现场温度因此在使用中应注意根据现场温度选择选择选择选择芯片。芯片。芯片。芯片。2 22 80512 8051单片机内部结构和功能单片机内部结构和功能一一一一、运算器、运算器、运算器、运算器 1 1 1 1算术逻辑单元（算术逻辑单元（算术逻辑单元（算术逻辑单元（ALUALUArithmetic Logic Arithmetic Logic Arithmetic Logic Arithmetic Logic UnitUnitUnitUnit）2 2
14、2 2累加器（累加器（累加器（累加器（ACCACCAccumulatorAccumulatorAccumulatorAccumulator）3 3 3 3寄存器寄存器寄存器寄存器 BB 4 4 4 4程序状态字（程序状态字（程序状态字（程序状态字（PSWPSWProgram Status WordProgram Status WordProgram Status WordProgram Status Word）5 5 5 5布尔处理器布尔处理器布尔处理器布尔处理器二、控制器二、控制器二、控制器二、控制器1 1 1 1程序计数器（程序计数器（程序计数器（程序计数器（PCPCProgram Cou
15、nterProgram CounterProgram CounterProgram Counter）2 2 2 2指令译码器指令译码器指令译码器指令译码器ID ID 3 3 3 3数据指针（数据指针（数据指针（数据指针（DPTRDPTR）4.4.4.4.堆栈指针堆栈指针堆栈指针堆栈指针(SPSPStack PointerStack PointerStack PointerStack Pointer)2 22 21 1 中央处理器中央处理器CPUCPU 一、运算器一、运算器 功能：运算部件功能：运算部件功能：运算部件功能：运算部件 实现算术、逻辑运算、位变量处理、移位、数据传送实现算术、逻辑运算
16、、位变量处理、移位、数据传送实现算术、逻辑运算、位变量处理、移位、数据传送实现算术、逻辑运算、位变量处理、移位、数据传送 1 1 1 1算术逻辑单元（算术逻辑单元（算术逻辑单元（算术逻辑单元（ALUALU）8 8位位位位 其累加器是其累加器是其累加器是其累加器是ACCACC 二进制四则运算和布尔代数的逻辑运算二进制四则运算和布尔代数的逻辑运算二进制四则运算和布尔代数的逻辑运算二进制四则运算和布尔代数的逻辑运算 运算结果影响运算结果影响运算结果影响运算结果影响PSWPSW的有关标志位的有关标志位的有关标志位的有关标志位 2.2.累加器（累加器（累加器（累加器（ACCACC）8 8位位位位 存放操
17、作数和中间结果存放操作数和中间结果存放操作数和中间结果存放操作数和中间结果 工作频繁，大多数操作均通过它进行工作频繁，大多数操作均通过它进行工作频繁，大多数操作均通过它进行工作频繁，大多数操作均通过它进行 3 3寄存器寄存器寄存器寄存器BB 8 8位位位位 乘法时用于存乘数乘法时用于存乘数乘法时用于存乘数乘法时用于存乘数/积的高积的高积的高积的高8 8位位位位 除法时用于存除数除法时用于存除数除法时用于存除数除法时用于存除数/余数余数余数余数 4 4程序状态字（程序状态字（程序状态字（程序状态字（PSWPSW）8 8位位位位 特殊功能寄存器特殊功能寄存器特殊功能寄存器特殊功能寄存器 5 5布尔
18、处理器布尔处理器布尔处理器布尔处理器 1 1位位位位 它以进位标志（它以进位标志（它以进位标志（它以进位标志（CCYY）作为累加位）作为累加位）作为累加位）作为累加位 进行位操作进行位操作进行位操作进行位操作 程序状态字程序状态字PSW各位标志的含义各位标志的含义CYCYACACF0F0RS1RS1 RS0RS0OVOV-P P PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0CY(PSW.7)CY(PSW.7)进位标志位进位标志位进位标志位进位标志位 ACAC（PSW.6PSW.6
19、）辅助进位（或称半进位）标志辅助进位（或称半进位）标志辅助进位（或称半进位）标志辅助进位（或称半进位）标志F0F0（PSW.5PSW.5）用户标志位用户标志位用户标志位用户标志位 RS1RS1和和和和RS0RS0（PSW.4PSW.4，PSW.3PSW.3）工作寄存器组选择位）工作寄存器组选择位）工作寄存器组选择位）工作寄存器组选择位 OVOV（PSW.2PSW.2）溢出标志位溢出标志位溢出标志位溢出标志位 PSW.1 PSW.1 未定义位未定义位未定义位未定义位P P（PSW.0PSW.0）奇偶标志位奇偶标志位奇偶标志位奇偶标志位 CCYY是是是是PSWPSW中最常用的标志位。中最常用的标志
20、位。中最常用的标志位。中最常用的标志位。由硬件或软件置位和清零。由硬件或软件置位和清零。由硬件或软件置位和清零。由硬件或软件置位和清零。字节运算中字节运算中字节运算中字节运算中(ALUALU)：它表示运算结果是否有进位（或借位）。它表示运算结果是否有进位（或借位）。它表示运算结果是否有进位（或借位）。它表示运算结果是否有进位（或借位）。Cy=SUBCy=SUBC8 C8 加法时加法时加法时加法时(SUB=0SUB=0)：有进位：有进位：有进位：有进位 CyCy由硬件置由硬件置由硬件置由硬件置“1”“1”即即即即Cy=1Cy=1；无进位无进位无进位无进位 C CYY被硬件清被硬件清被硬件清被硬件
21、清“0”“0”即即即即Cy=0Cy=0。减法时减法时减法时减法时(SUB=1)(SUB=1)：有借位：有借位：有借位：有借位 Cy Cy由硬件置由硬件置由硬件置由硬件置“1”“1”即即即即Cy=1Cy=1；无借位无借位无借位无借位 C CYY被硬件清被硬件清被硬件清被硬件清“0”“0”即即即即Cy=0Cy=0。位操作（位操作（位操作（位操作（布尔操作布尔操作布尔操作布尔操作）时，）时，）时，）时，CCYY作为累加器使用，其作为累加器使用，其作为累加器使用，其作为累加器使用，其作用相当于字节操作的累加器作用相当于字节操作的累加器作用相当于字节操作的累加器作用相当于字节操作的累加器ACCACC。在
22、指令中可作为转移的条件在指令中可作为转移的条件在指令中可作为转移的条件在指令中可作为转移的条件 J JC C rel rel ；cy=1 cy=1转移转移转移转移 JN JNCC rel rel ；cy=0 cy=0 转移转移转移转移 位操作指令中做累加器位操作指令中做累加器位操作指令中做累加器位操作指令中做累加器 ANL ANL CC,bit ANL,bit ANL CC,/bit bit ORL ORL CC,bit ORL,bit ORL CC,/bit bit SETB SETB C C CLR CLR CC CPL C CPL C MOV MOV CC,bit,bit MOV bit
23、,MOV bit,c c ACAC（PSW.6PSW.6）辅助进位（或称半进位）标志。辅助进位（或称半进位）标志。辅助进位（或称半进位）标志。辅助进位（或称半进位）标志。当执行当执行当执行当执行加减运算加减运算加减运算加减运算时，其运算结果产生时，其运算结果产生时，其运算结果产生时，其运算结果产生低四位向低四位向低四位向低四位向高四位进位或借位高四位进位或借位高四位进位或借位高四位进位或借位时时时时,AC,AC由硬件置由硬件置由硬件置由硬件置“1”“1”；否则；否则；否则；否则ACAC位被自动清位被自动清位被自动清位被自动清“0”“0”。ACAC=SUB=SUB C4C4 一般在一般在一般在一
24、般在BCDBCD码运算时，系统用于进行十进制调码运算时，系统用于进行十进制调码运算时，系统用于进行十进制调码运算时，系统用于进行十进制调整。整。整。整。OV OV（PSW.2PSW.2）溢出标志位溢出标志位溢出标志位溢出标志位 它它它它反反反反映映映映运运运运算算算算结结结结果果果果是是是是否否否否溢溢溢溢出出出出，溢溢溢溢出出出出时时时时则则则则由由由由硬硬硬硬件件件件将将将将OV OV 位位位位置置置置“1”“1”；否否否否则则则则置置置置“0”“0”。只只只只有有有有在补码运算时起作用。在补码运算时起作用。在补码运算时起作用。在补码运算时起作用。双进位位法判溢出：双进位位法判溢出：双进位
25、位法判溢出：双进位位法判溢出：OV=C8 OV=C8 C7 C7 溢出和进位是两种不同性质的概念。溢出和进位是两种不同性质的概念。溢出和进位是两种不同性质的概念。溢出和进位是两种不同性质的概念。溢出是指有正负号的两个数运算时，运算结溢出是指有正负号的两个数运算时，运算结溢出是指有正负号的两个数运算时，运算结溢出是指有正负号的两个数运算时，运算结果超出了累加器以补码所能表示一个有符号数的果超出了累加器以补码所能表示一个有符号数的果超出了累加器以补码所能表示一个有符号数的果超出了累加器以补码所能表示一个有符号数的范围。补码运算是闭运算。范围。补码运算是闭运算。范围。补码运算是闭运算。范围。补码运算
26、是闭运算。而进位则表示两数运算最高位（而进位则表示两数运算最高位（而进位则表示两数运算最高位（而进位则表示两数运算最高位（D7D7）相加）相加）相加）相加（或相减）有无进位（或借位）。无符号运算是（或相减）有无进位（或借位）。无符号运算是（或相减）有无进位（或借位）。无符号运算是（或相减）有无进位（或借位）。无符号运算是开运算。开运算。开运算。开运算。因此使用时应加以注意。因此使用时应加以注意。因此使用时应加以注意。因此使用时应加以注意。F0F0（PSW.5PSW.5）用户标志位。用户标志位。用户标志位。用户标志位。用户可根据自己的需要对用户可根据自己的需要对用户可根据自己的需要对用户可根据自
27、己的需要对F0F0位赋予一定的含位赋予一定的含位赋予一定的含位赋予一定的含义，由用户置位或复位，作为软件标志。义，由用户置位或复位，作为软件标志。义，由用户置位或复位，作为软件标志。义，由用户置位或复位，作为软件标志。SETB F0 ;SETB F0 ;置位置位置位置位 CLR F0 CLR F0 ;复位复位复位复位 相当于高级语言中的逻辑变量相当于高级语言中的逻辑变量相当于高级语言中的逻辑变量相当于高级语言中的逻辑变量 P P（PSW.0PSW.0）奇偶标志位奇偶标志位奇偶标志位奇偶标志位 P P标志表明累加器标志表明累加器标志表明累加器标志表明累加器ACCACC中中中中1 1的个数的奇偶性
28、。的个数的奇偶性。的个数的奇偶性。的个数的奇偶性。在每条指令执行完后，单片机根据在每条指令执行完后，单片机根据在每条指令执行完后，单片机根据在每条指令执行完后，单片机根据ACCACC的内的内的内的内容对容对容对容对P P 位自动置位或复位。位自动置位或复位。位自动置位或复位。位自动置位或复位。若累加器若累加器若累加器若累加器ACCACC中有奇数个中有奇数个中有奇数个中有奇数个“1”“1”，则，则，则，则P=1P=1；若累加器若累加器若累加器若累加器ACCACC中有偶数个中有偶数个中有偶数个中有偶数个“1”“1”，则，则，则，则P=0P=0。1 1程序计数器（程序计数器（程序计数器（程序计数器（
29、PCPC）1616位计数器（位计数器（位计数器（位计数器（重要重要重要重要）PCPC是程序的字节地址计数器，是程序的字节地址计数器，是程序的字节地址计数器，是程序的字节地址计数器，其内容是将要其内容是将要其内容是将要其内容是将要执行的下一条指令的地址，寻址范围达执行的下一条指令的地址，寻址范围达执行的下一条指令的地址，寻址范围达执行的下一条指令的地址，寻址范围达64KB64KB。PC PC 有自动加有自动加有自动加有自动加1 1功能，从而实现程序的顺序执功能，从而实现程序的顺序执功能，从而实现程序的顺序执功能，从而实现程序的顺序执行。可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，行。可以通过转移、
30、调用、返回等指令改变其内容，行。可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，行。可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以实现程序的转移。以实现程序的转移。以实现程序的转移。以实现程序的转移。二、控制器二、控制器2 2指令译码器指令译码器指令译码器指令译码器ID ID 当指令取出经指令寄存器当指令取出经指令寄存器当指令取出经指令寄存器当指令取出经指令寄存器IRIR送至指令译码器送至指令译码器送至指令译码器送至指令译码器IDID时时时时 ，IDID对该指令进行译码，即把指令转变成所需的电对该指令进行译码，即把指令转变成所需的电对该指令进行译码，即把指令转变成所需的电对该指令进行译码，即把指令转变
31、成所需的电平信号，平信号，平信号，平信号，CPU CPU 根据根据根据根据IDID输出的电平信号使定时控制电输出的电平信号使定时控制电输出的电平信号使定时控制电输出的电平信号使定时控制电路定时地产生执行该指令所需的各种控制信号，以使路定时地产生执行该指令所需的各种控制信号，以使路定时地产生执行该指令所需的各种控制信号，以使路定时地产生执行该指令所需的各种控制信号，以使计算机能正确执行程序所要求的各种操作。计算机能正确执行程序所要求的各种操作。计算机能正确执行程序所要求的各种操作。计算机能正确执行程序所要求的各种操作。程序程序程序程序存储器存储器存储器存储器PCPC取出取出取出取出指令码指令码指
32、令码指令码指令指令指令指令寄存器寄存器寄存器寄存器IRIR指令指令指令指令译码器译码器译码器译码器IDID把指令转变把指令转变把指令转变把指令转变成所需要得成所需要得成所需要得成所需要得电平信号电平信号电平信号电平信号 CPU CPU 产生产生产生产生执行该指令所需执行该指令所需执行该指令所需执行该指令所需的各种控制信号的各种控制信号的各种控制信号的各种控制信号取指令取指令取指令取指令分析指令分析指令分析指令分析指令执行指令执行指令执行指令执行指令3 3数据指针（数据指针（数据指针（数据指针（DPTRDPTR）16bit16bit 数数数数据据据据指指指指针针针针DPTRDPTR为为为为161
33、6位位位位寄寄寄寄存存存存器器器器。它它它它的的的的功功功功能能能能是是是是存存存存放放放放1616位位位位的的的的地地地地址址址址，作作作作为为为为访访访访问问问问外外外外部部部部程程程程序序序序存存存存储储储储器器器器和和和和外外外外部数据存储器时的地址。部数据存储器时的地址。部数据存储器时的地址。部数据存储器时的地址。编编编编程程程程时时时时，DPTRDPTR既既既既可可可可按按按按1616位位位位寄寄寄寄存存存存器器器器使使使使用用用用，也也也也可以按两个可以按两个可以按两个可以按两个8 8位寄存器分开使用。即：位寄存器分开使用。即：位寄存器分开使用。即：位寄存器分开使用。即：DPHD
34、PHDPTRDPTR的高的高的高的高8 8位位位位DPLDPLDPTRDPTR的低的低的低的低8 8位位位位4.4.堆栈指针堆栈指针堆栈指针堆栈指针(SP)8 bit(SP)8 bit SPSP的的的的内内内内容容容容就就就就是是是是堆堆堆堆栈栈栈栈栈栈栈栈顶顶顶顶的的的的存存存存储储储储单单单单元元元元地地地地址址址址。不不不不论论论论是是是是数数数数据据据据进进进进栈栈栈栈还还还还是是是是数数数数据据据据出出出出栈栈栈栈，都都都都是是是是对对对对堆堆堆堆栈栈栈栈的的的的栈栈栈栈顶顶顶顶单元进行的，即对栈顶单元的写和读操作。单元进行的，即对栈顶单元的写和读操作。单元进行的，即对栈顶单元的写和
35、读操作。单元进行的，即对栈顶单元的写和读操作。2.2.2 存储器结构存储器结构2.2.2.1 程序程序存储器存储器2.2.2.2.片片内数据存储器内数据存储器（RAM)2.2.2.3 片片外数据存储器外数据存储器（RAM/I/O)总结总结总结总结2.2.2 存储器结构存储器结构 80518051单单单单片片片片机机机机在在在在系系系系统统统统结结结结构构构构上上上上采采采采用用用用了了了了哈哈哈哈佛佛佛佛型型型型，其其其其存存存存储储储储器器器器在在在在物物物物理理理理结结结结构构构构上分程序存储器（上分程序存储器（上分程序存储器（上分程序存储器（ROMROM）和数据存储器（和数据存储器（和数
36、据存储器（和数据存储器（RAMRAM）。）。）。）。有四个有四个有四个有四个物理上物理上物理上物理上相互独立的存储空间相互独立的存储空间相互独立的存储空间相互独立的存储空间：其配置如图：其配置如图：其配置如图：其配置如图2-32-3所示。所示。所示。所示。片内片内片内片内ROMROM片外片外片外片外ROMROM片内片内片内片内RAMRAM 片外片外片外片外RAM/I/ORAM/I/O口口口口60KB60KB4KB4KB64KB64KB128B128BRAMRAM128B128BSFRSFR 用户使用的角度上看用户使用的角度上看用户使用的角度上看用户使用的角度上看，80518051存储空间分为三
37、类存储空间分为三类存储空间分为三类存储空间分为三类：片片片片内内内内、片片片片外外外外统统统统一一一一编编编编址址址址0000H0000H0FFFFH0FFFFH的的的的64K64K字字字字节的程序存储器地址空间；节的程序存储器地址空间；节的程序存储器地址空间；节的程序存储器地址空间；256 256字节数据存储器地址空间；字节数据存储器地址空间；字节数据存储器地址空间；字节数据存储器地址空间；64K64K字字字字节节节节片片片片外外外外数数数数据据据据存存存存储储储储器器器器/I/O/I/O口口口口地地地地址址址址空空空空间间间间，地地地地址址址址也也也也从从从从0000H0000H0FFFF
38、H0FFFFH。上述三个空间上述三个空间上述三个空间上述三个空间地址是重叠地址是重叠地址是重叠地址是重叠的，即的，即的，即的，即 程序存储器中片内外低程序存储器中片内外低程序存储器中片内外低程序存储器中片内外低4K4K字节地址重叠；字节地址重叠；字节地址重叠；字节地址重叠；数据存储器与程序存储器数据存储器与程序存储器数据存储器与程序存储器数据存储器与程序存储器64K64K地址全部重叠；地址全部重叠；地址全部重叠；地址全部重叠；数据存储器中片内外低数据存储器中片内外低数据存储器中片内外低数据存储器中片内外低256256个字节地址重叠。个字节地址重叠。个字节地址重叠。个字节地址重叠。虽虽虽虽然然然
39、然地地地地址址址址重重重重叠叠叠叠，但但但但由由由由于于于于采采采采用用用用了了了了不不不不同同同同的的的的操操操操作作作作指指指指令令令令及及及及控控控控制信号制信号制信号制信号EAEA、PSENPSEN的选择，因此不会产生混乱。的选择，因此不会产生混乱。的选择，因此不会产生混乱。的选择，因此不会产生混乱。说明说明特殊单元：特殊单元：特殊单元：特殊单元：0000H-0002H 0000H-0002H（开机复位单元）（开机复位单元）（开机复位单元）（开机复位单元）3 3个个个个 0003H-000AH 0003H-000AH（INT0INT0中断地址区）中断地址区）中断地址区）中断地址区）8
40、8个个个个 000BH-0012H 000BH-0012H（T/C0T/C0中断地址区）中断地址区）中断地址区）中断地址区）8 8个个个个 0013H-001AH 0013H-001AH（INT1INT1中断地址区）中断地址区）中断地址区）中断地址区）8 8个个个个 001BH-0022H 001BH-0022H（T/C0T/C0中断地址区）中断地址区）中断地址区）中断地址区）8 8个个个个 0023H-002AH 0023H-002AH（串行口中断地址区）（串行口中断地址区）（串行口中断地址区）（串行口中断地址区）8 8个个个个2.2.2.1 程序存储器程序存储器 程序存储器用来存放程序和常
41、数，分为片内和片外程序存储器用来存放程序和常数，分为片内和片外程序存储器用来存放程序和常数，分为片内和片外程序存储器用来存放程序和常数，分为片内和片外两部分，其中两部分，其中两部分，其中两部分，其中80518051内部有内部有内部有内部有4kB4kB的的的的ROMROM，地址范围是，地址范围是，地址范围是，地址范围是0000H-0FFFH0000H-0FFFH，片外用，片外用，片外用，片外用1616位地址线扩充位地址线扩充位地址线扩充位地址线扩充64kB64kB的的的的ROMROM，两者统一编址。（从片内还是从片外取指取决，两者统一编址。（从片内还是从片外取指取决，两者统一编址。（从片内还是从
42、片外取指取决，两者统一编址。（从片内还是从片外取指取决于于于于EAEA引脚。）引脚。）引脚。）引脚。）当当当当CPUCPU的引脚的引脚的引脚的引脚EAEA接高电平时，接高电平时，接高电平时，接高电平时，PCPC在在在在0000H0000H0FFFH0FFFH范范范范围围围围内内内内，CPUCPU从从从从片片片片内内内内ROMROM取取取取指指指指令令令令；而而而而当当当当PCPC0FFFH0FFFH后后后后，则则则则自自自自动动动动转转转转向向向向片外片外片外片外ROMROM去取指令。去取指令。去取指令。去取指令。当当当当引引引引脚脚脚脚EAEA接接接接低低低低电电电电平平平平时时时时，805
43、18051片片片片内内内内ROMROM不不不不起起起起作作作作用用用用，CPUCPU只只只只能能能能从从从从片片片片外外外外ROMROM取取取取指指指指令令令令，地地地地址址址址可可可可以以以以从从从从0000H0000H开始编址开始编址开始编址开始编址 对对对对于于于于片片片片内内内内无无无无ROMROM的的的的 80318031、80328032单单单单片片片片机机机机，EAEA应接地。以便从外部扩展应接地。以便从外部扩展应接地。以便从外部扩展应接地。以便从外部扩展EPROMEPROM中取指令。中取指令。中取指令。中取指令。80518051从从从从片片片片内内内内ROMROM和和和和片片片
44、片外外外外ROMROM取取取取指指指指时时时时执执执执行行行行速速速速度相同。度相同。度相同。度相同。数据存储器用来存放运算的中间结果、标志位，数据存储器用来存放运算的中间结果、标志位，数据存储器用来存放运算的中间结果、标志位，数据存储器用来存放运算的中间结果、标志位，及数据的暂存和缓冲等。分为及数据的暂存和缓冲等。分为及数据的暂存和缓冲等。分为及数据的暂存和缓冲等。分为片内片内片内片内RAMRAM和和和和片外片外片外片外RAMRAM。80518051系列单片机内数据存储器最大可寻系列单片机内数据存储器最大可寻系列单片机内数据存储器最大可寻系列单片机内数据存储器最大可寻址址址址256256个单
45、元，片外可寻址个单元，片外可寻址个单元，片外可寻址个单元，片外可寻址1616位（位（位（位（64kB64kB）的地）的地）的地）的地址空间。片内数据存储器和片外数据存储器是单址空间。片内数据存储器和片外数据存储器是单址空间。片内数据存储器和片外数据存储器是单址空间。片内数据存储器和片外数据存储器是单独编址的。独编址的。独编址的。独编址的。数据存储器数据存储器2.2.2.2.片片内数据存储器（内数据存储器（RAM)用户用户用户用户RAMRAM区区区区（堆栈、数据缓冲）（堆栈、数据缓冲）（堆栈、数据缓冲）（堆栈、数据缓冲）（30H-7FH30H-7FH）位寻址区位寻址区位寻址区位寻址区（位地址（位
46、地址（位地址（位地址00H-7FH00H-7FH）（20H-2FH20H-2FH）第第第第3 3组通用寄存器组通用寄存器组通用寄存器组通用寄存器（18H-1FH18H-1FH）第第第第2 2组通用寄存器组通用寄存器组通用寄存器组通用寄存器（10H-17H10H-17H）第第第第1 1组通用寄存器组通用寄存器组通用寄存器组通用寄存器（08H-0FH08H-0FH）第第第第0 0组通用寄存器组通用寄存器组通用寄存器组通用寄存器（00H-07H00H-07H）用于存放操作数及中间结用于存放操作数及中间结用于存放操作数及中间结用于存放操作数及中间结果。由于它们的功能预先不作果。由于它们的功能预先不作果
47、。由于它们的功能预先不作果。由于它们的功能预先不作规定，因此称为通用寄存器，规定，因此称为通用寄存器，规定，因此称为通用寄存器，规定，因此称为通用寄存器，也叫工作寄存器。也叫工作寄存器。也叫工作寄存器。也叫工作寄存器。任一时刻，任一时刻，任一时刻，任一时刻，CPUCPU只能使只能使只能使只能使用一组工作寄存器。（由用一组工作寄存器。（由用一组工作寄存器。（由用一组工作寄存器。（由PSWPSW的的的的RS0RS0和和和和RS1RS1决定）决定）决定）决定）可以直接对位进行寻址。可以直接对位进行寻址。可以直接对位进行寻址。可以直接对位进行寻址。（共（共（共（共1616个单元，个单元，个单元，个单元
48、，128128个位）个位）个位）个位）用于存放用户数据和及做用于存放用户数据和及做用于存放用户数据和及做用于存放用户数据和及做堆栈用。堆栈用。堆栈用。堆栈用。00H00H7FH7FH1 1、低低128128字节字节RAMRAM 1 1、工作寄存器（、工作寄存器（、工作寄存器（、工作寄存器（00H1FH)00H1FH)RS1 RS0 RS1 RS0 寄存器组寄存器组寄存器组寄存器组 片内片内片内片内RAMRAM地址地址地址地址 0 0 0 0 第第第第0 0组组组组 00H 00H07H07H 0 1 0 1 第第第第1 1组组组组 08H 08H0FH0FH 1 0 1 0 第第第第2 2组组
49、组组 10H 10H17H17H 1 1 1 1 第第第第3 3组组组组 18H 18H1FH1FH 内部内部RAM 的三个区域：的三个区域：这这这这1616个单元（共计个单元（共计个单元（共计个单元（共计128128位）的每一位都有一个位）的每一位都有一个位）的每一位都有一个位）的每一位都有一个8 8位表示位表示位表示位表示的位地址，位寻址范围为的位地址，位寻址范围为的位地址，位寻址范围为的位地址，位寻址范围为00H00H7FH7FH，如表，如表，如表，如表2-32-3所示所示所示所示P42P42。位寻址区的每一个单元既可作为一般位寻址区的每一个单元既可作为一般位寻址区的每一个单元既可作为一
50、般位寻址区的每一个单元既可作为一般RAMRAM单元使用，进单元使用，进单元使用，进单元使用，进行行行行字节操作，也可以对单元中的每一位进行位操作。字节操作，也可以对单元中的每一位进行位操作。字节操作，也可以对单元中的每一位进行位操作。字节操作，也可以对单元中的每一位进行位操作。MCS-51 MCS-51布尔处理器的存储空间就是指这个位寻址空间。布尔处理器的存储空间就是指这个位寻址空间。布尔处理器的存储空间就是指这个位寻址空间。布尔处理器的存储空间就是指这个位寻址空间。47H47H 46H46H 45H45H 44H44H 43H43H 42H42H 41H41H 40H40HD0D0D1D1D