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1、2-3 CPU时序 2-4 并行I / O端口第二章 80C51单片机硬件结构2-2 单片机存储器配置内容提要:2-1 单片机内部结构及引脚12-1 MCS-51单片机内部结构及引脚MCS-51系列单片机是因特公司1980推出的高档8位机分为二个子系列，、三个版本：/8KB8052/803252子系 列4KB/8751/4KB8051/8031 51子系 列MCS-51EPROM 掩膜MOS存储器类型 单片机系列2一、MCS-51单片机内部结构内部结构框图如下：单片机结构框图频率基准源计数器内部总线中断中断控制 并行I/O口 串行输入/输出8051振荡器及定时电路4 K /8K字节程序存储器R
2、OM128 /256字 节数据存储 器RAM2个16位定时器/计数器8051 CPU64K字节总线扩展控制可编程I/O口 48位可编程串行口31、中央处理单元CPU（8位）用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位）2、只读存储器ROM（4KB或8KB）用于永久性存储应用程序，掩膜ROM、EPROM、EEPROM3、随机存取存取器RAM（256B）用于程序运行中存储工作变量和数据4、并行输入/输出口 I / O（32线）用作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片5、串行输入/输出口 UART （二线）串行通信、扩展I / O接口芯片46、定时/计数器 T（16位增量可编程）它与CPU之间各自独立
3、工作，当它计数满时向CPU中断7、时钟电路 fosc分为内部振荡器、外接振荡电路8、中断系统 五源中断、两级优先，可编程进行控制。5二、MCS-51单片机外部引脚封装形式，见右图：6引脚分类：1、主电源引脚 Vss、Vcc2、外接晶振引脚 XTAL1、XTAL273、控制或复位引脚RST / VPD 当出现两个机器周期高电平时， 单片机复位 。复位后，P0 P3 输出高电平；SP寄存器为07H；其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。参考复位电路如下：891.时钟电路引脚： XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在单 片机内部，它是构成片内振荡器的反向放大 器的输入端。当采用外部振荡器时，该引
4、脚 接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内 部振荡器的输入端。 XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在 单片机内部，它是构成片内振荡器的反向放 大器的输出端。当采用外部振荡器时，此引 脚应悬空。10= 0 时，只访问外部程序存储器,即外ROM= 1 时，访问内部程序存储器,即内ROM/ Vpp 内外ROM选择端 对于8751单片机编程时，该端施加编程电压4、输入/输出引脚 P0.0 P0.7 ； P1.0 P1.7 ； P2.0 P2.7 ；P3.0 P3.7四个I / O口，每口八条线；还兼作地址/数据线。EAEAEAALE / PROG 地址锁存控制端提供1/6 fosc振荡频率；为
5、其内的EPROM输入编程脉冲PSEN 外部程序存储器的读选通信号端11 ALE/PROG:(Address Latch Enable/ Programming)当单片机上电正常工作后， ALE引脚不断向外输出正弦脉冲信号，此频 率为振荡器频率的1/6。CPU访问外部存储器 时，ALE作为锁存低8位地址的控制信号。此 引脚的第二功能PROG作为8751编程脉冲输 入端使用。12 PSEN：(Program Store Enable)在访问片外存储器 时，此端定时输出负脉冲作为片外存储器的选通信 号。 EA/VPP：(Enable Address/Voltage Pulse Of Programm
6、ing)当EA接高电平时，CPU访问片内 ROM，并执行内部程序存储器中的指令，但当PC （程序计数器）的值超过4K时，将自动转去执行片 外存储器内的程序。当EA脚接低电平时，CPU只访 问片外ROM并执行外部程序存储器中的指令，而不 管是否有片内程序存储器。VPP是对8751片内ROM 固化程序时，作为施加较高编程电压（12V21V） 的输入端。 13 3.输入输出引脚： P0P3：4个8位双向输入输出端口，每个 端口都有锁存器、输出驱动器和输入缓冲器 。4个端口都可以做输入输出口使用，其中， P0和P2通常用于对外部存储器的访问。在这 种方式下，把P0口作为地址/数据总线使用， 分时输出外
7、部存储器的地址和传送8位数据。 当扩充外部存储器的地址为16位时，P2口作 为地址总线的高8位地址使用。142-2 MCS-51单片机内存配置一、MCS-51单片机的内存结构）（外部K64RAM数据存储器 程序存储器15物理上分为：4个空间，即片内ROM、片外ROM（/PSEN读选通)PSEN_外部程序存储器的读选通信号端片内RAM、片外RAM (/WR、/RD端)逻辑上分为: 3个空间，即程序内存（片内、外）统一编址 MOVC数据存储器（片内） MOV数据存储器（片外） MOVX16二、程序存储器寻址范围：0000H FFFFH 容量64KB，即地址长度：16位 ，寻址内部ROM；，寻址外部
8、ROM。 当PC值超过片内ROM容量时会自动转向 外部 存储器空间。8031单片机接低电平 。作 用： 存放程序及程序运行时所需的常数 。 17七个具有特殊含义的单元是：0000H 系统复位，PC指向此处；0003H 外部中断0入口000BH T0溢出中断入口 0013H 外中断1入口001BH T1溢出中断入口0023H 串口中断入口002BH T2溢出中断入口 18三、内部数据存储器物理上分为两大区域：00H 7FH即128B内RAM区80H FFH即SFR区。R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7即可位寻址，又可字节寻址数据缓冲区、堆栈区、工作 单元19位寻址区（20H2FH）1
9、6个字节。 16*8=128位，每一位都有一个位地址，范围为：00H7FH，位地址区 也可作为一般RAM使用。位寻址区20四、特殊功能寄存器MCS-51单片机内共有22个特殊功能寄存器，包括PC及SFR。PC为程序计数器。它是一个双字节寄存器,寻址范围为:0000H FFFFH，即0 64KB。SFR为特殊功能寄存器。其寻址空间：80H FFH 其中，51子系列有18个寄存器，占有21个字节；52子系列有21个寄存器，占有26个字节。51子系列SFR的地址分配及位地址见下页表：21寄存器 位地址 /位定义 地址 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 B F0H E7 E6 E5 E4
10、 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个双字节寄存器。2、PC也为双字节寄存器
11、，但是不在80H FFH范围内。 3、表中，凡地址能被8整除的寄存器都是可位寻址的寄存器。24各寄存器的名称：1、算术运算寄存器（1）A累加器。（2）BB寄存器，乘、除法运算用。（3）PSW程序状态字寄存器：包含程序运行状态、信息。 25CY 进位/借位标志；位累加器。AC 辅助进/借位标志；用于十进制调整。F0 用户定义标志位；软件置位/清零。OV 溢出标志； 硬件置位/清零。P 奇偶标志；A中1的个数为奇数 P = 1；否则 P = 0。RS1、RS0 寄存器区选择控制位。0 0 ： 0区 R0 R70 1 ： 1区 R0 R71 0 ： 2区 R0 R71 1 ： 3区 R0 R7 P
12、RS0RS1OV F0 AC CY PSW262、指针寄存器（1）程序计数器PC指明即将执行的下一条指令的地址(程序存储器地址)， 在物理上独立，复位时PC = 0000H。（2）堆栈指针SP指明栈顶元素的地址，8位，可软件设置初值，复位时 SP = 07H。（3）数据指针DPTRDPTR；指明访问的数据存储器的单元地址，16位， 寻址范围64KB。 DPTR = DPH + DPL，也可单独使 用。 273、并行输入/输出端口寄存器P0、P1、P2、P3实为相应端口锁存器。4、串行输入/输出端口（1）串行数据缓冲器 SBUF是物理上独立的两个寄存器，共同使用一个地址（99H） 。（2）串行控
13、制/状态寄存器SCON控制监视串行口的工作状态（3）电源控制寄存器PCON控制单片机的低功耗工作方式及波特率选择。 285、中断系统（1）中断优先级寄存器IP：2级优先，可软件设定（2）中断允许寄存器IE6、定时/计数器（1）定时器方式寄存器：TMOD（2）定时器控制寄存器：TCON（3）计数寄存器：TH0、TL0；TH1、TL1。可用于设定计数 初值。29五、址空间（1）内部RAM 20H 2FH共16个单元可按位寻址128位。（2）SFR 80H FFH 51子系列，有11个寄存器，83位；52子系列，有12个寄存器，93位。六、外部数据存储器（1）容量最大扩展到64KB（2）寻址范围：0
14、000H FFFFH（3）寻址方式：间接寻址可用R0，R1DPTR 30时钟的基本概念 启动单片机后，指令执行顺序：取指令 分析 执行 2-3 CPU时序31一个机器周期P1 P2P1 P2单字节单周期指令例：INC A32以上是单周期单字节指令在执行过程中ALE脉冲、取指 操作 、执行操作等在时间上的先后关系。时序的定义：单片机内的各种操作都是在一系列脉冲控制下进行的，而各脉 冲在时间上是有先后顺序的，这种顺序就称为时序。执令周期：即从取指到执行完，所需时间。不同机器指令周期不一样；即使相同机器，不同的指令其指令周期也不一样。机器周期：机器的基本操作周期。个指令周期含若干机器周期（单、双、四
15、周期）33每个状态周期含两个振荡周期，即相位P1、P2。 振荡周期：由振荡时钟产生。振荡周期Tosc = 1/fosc一个机器周期 = 12个振荡周期 = 121/fosc 。例如，若fosc = 12MHz，则一个机器周期 = 1s。状态周期：一个机器周期分6个状态周期Si34单字节单周期指令例：INC A双字节单周期指令例：ADD A，DATA单字节双周期指令例：INC DPTR35当ALE（ALE信号为振荡频率6分频）正跳变时，对应单片机进行一次读指令操作。一个机器周期二次出现，在S1P2和S2P1及S4P2和S5P1期间。有效宽度为一个状态。（1）单字节单周期指令：INC A只需进行一次读指令操作（指令只有一个字节），当第二个ALE有效时，由于PC没有加1，读出的还是原指令。属于一次无效操作。36（2）双字节单周期指令：ADD A，#dataALE两次读操作都有效，第一次读操作码（指令第一字节），第二次读立即数（指令第二字节）。（3）单字节双周期指令：INC DPTR两个
