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1、2.1 MCS-51系列单片机的存储器结构,MCS-51单片机存储器结构与一般微机的存储器结构不同，分为程序存储器ROM和数据存储器RAM。程序存储器存放程序、固定常数和数据表格。数据存储器用作工作区及存放数据。,一程序存储器,1程序存储器的编址与访问(只读的,读入写出,MOVC),MCS-51单片机的程序存储器，从物理结构上分为片内和片外程序存储器，而对于片内程序存储器，在MCS-51系列中，不同的芯片各不相同，8031和8032内部没有ROM，8051内部有4KBROM，8751内部有4KBEPROM，8052内部有8KBROM，8752内部有8KBEPROM。,对于内部没有ROM的803
2、1和8032，工作时只能扩展外部ROM，最多可扩展64K，地址范围为0000HFFFFH,对于内部有ROM的芯片，根据情况外部可以扩展ROM，但内部ROM和外部ROM共用64K存储空间，其中，片内程序存储器地址空间和片外程序存储器的低地址空间重叠。51子系列重叠区域为0000H0FFFH，52系列重叠区域为0000H1FFFH。EA高内低外,2程序存储器的7个特殊地址,MCS-51系列单片机复位后PC的内容为0000H，故单片机复位后将从0000H单元开始执行程序。程序存储器的0000H单元地址是系统程序的启动地址。这里用户一般放一条绝对转移指令。转到后面的用户程序。,6个中断源的地址之间仅隔
3、8个单元，存放中断服务程序往往不够用，这是通常放一条绝对转移指令，转到真正的中断服务程序，真正的中断服务程序放到后面。,二数据存储器(用来存放中间结果和数据),从物理结构上分为片内数据存储器和片外数据存储器。,1片内数据存储器(MOV访问),MCS-51系列单片机的片内数据存储器除了RAM块外，还有特殊功能寄存器（SFR）块。对于51子系列，前者有128字节，编址为00H7FH；后者也占128个字节，编址为80HFFH；二者连续不重叠。,片内数据存储器按功能分成以下几个部分：工作寄存器组区、位寻址区、一般RAM区和特殊功能寄存器区，其中还包含堆栈区。,工作寄存器组区,00H1FH单元为工作寄存
4、器组区，共32个字节。工作寄存器也称为通用寄存器，用于临时寄存8位信息。工作寄存器共有4组，称为0组、1组、2组和3组，每组8个，分别依次用R0R7表示,2.位寻址区,20H2FH为位寻址区，共16字节，128位。这128位每位都可以按位方式使用，每一位都有一个位地址，位地址范围为00H7FH,3.一般RAM区,30H7FH是一般RAM区，也称为用户RAM区，共80字节，对于52子系列，一般RAM区从30HFFH单元。另外，对于前两区中未用的单元也可作为用户RAM单元使用。,4. 堆栈区与堆栈指针,堆栈是按先入后出、后入先出的原则进行管理的一段存储区域。MCS-51单片机中，堆栈是用片内数据存
5、储器的一段区域，在具体使用时应避开工作寄存器、位寻址区，一般设在2FH以后的单元，如工作寄存器和位寻址区未用，也可开辟为堆栈。,为实现堆栈的先入后出、后入先出的数据处理，专门设置了一个堆栈指针SP，MCS-51单片机的堆栈是向上生长型的，存入数据是从地址低端向高端延伸，取出数据是从地址高端向低端延伸。入栈和出栈数据是以字节为单位。入栈时，SP指针的内容先自动加1，然后再把数据存入到SP指针指向的单元；出栈时，先把SP指针指向的单元的数据取出，然后再把SP指针的内容自动减1。复位时，SP的初值为07H，因此堆栈实际上从08H开始存放数据。,5. 特殊功能寄存器,特殊功能寄存器（SFR）也称专用寄
6、存器，专门用于控制、管理片内算术逻辑部件、并行I/O口、串行口、定时/计数器、中断系统等功能模块的工作，用户在编程时可以给其设定值，但不能移作它用。分布在80HFFH地址空间，与片内数据存储器统一编址，除PC外，51子系列有18个特殊功能寄存器，其中3个为双字节，共占用21个字节；52子系列有21个特殊寄存器，其中5个为双字节，共占用26个字节。它们的分配情况如下：,CPU专用寄存器：累加器A（E0H），寄存器B（F0H），程序状态寄存器PSW（D0H），堆栈指针SP（81H），数据指针DPTR（82H、83H）。,并行接口：P0P3（80H、90H、A0H、B0H）。 串行接口：串口控制寄存
7、器SCON（98H），串口数据缓冲器SBUF（99h），电源控制寄存器PCON（87H）。,定时/计数器：方式寄存器TMOD（89H），控制寄存器TCON（88H），初值寄存器TH0、TL0（8CH、8AH）/TH1、TL1（8DH、8BH）。 中断系统：中断允许寄存器IE（A8H），中断优先级寄存器IP（B8H）。 定时/计数器2相关寄存器：定时/计数器2控制寄存器T2CON（CBH），定时/计数器2自动重装寄存器RLDL、RLDH（CAH、CBH），定时/计数器2初值寄存器TH2、TL2（CDH、CCH）。（仅52子系列有）,在表中，带有位名称或位地址的特殊功能寄存器，既能按字节方式处理，
8、也能够按位方式处理。,2片外数据存储器(MOVX访问),MCS-51单片机片内有128字节或256字节的数据存储器，当这些数据存储器不够时，可在外部扩展外部数据存储器，扩展的外部数据存储器最多64KB，地址范围为0000H0FFFFH，通过DPTR作指针间接方式访问，对于低端的256字节，可用两位十六进制地址编址，地址范围为00H0FFH，可通过R0和R1间接方式访问。另外，扩展的外部设备占用片外数据存储器空间，通过用访问片外数据存储器的方法访问。,说明： 第一，64K的程序存储器和64K的片外数据存储器地址空间都为0000H0FFFFH，地址空间是重叠的，它们如何区分呢？MCS-51单片机是
9、通过不同的信号来对片外数据存储器和程序存储器进行读、写的，片外数据存储器的读、写通过RD和WR信号来控制，而程序存储器的读通过PSEN信号控制，通过用不同的指令来实现，片外数据存储器用MOVX指令，程序存储器用MOVC指令。,第二，片内数据存储器和片外数据存储器的低256字节的地址空间是重叠的，它们如何区分呢？片内数据存储器和片外数据存储器的低256字节通过不同的指令访问，片内数据存储器用MOV指令，片外数据存储器用MOVX指令。因此在访问时不会产生混乱。,2.2 MCS-51系列单片机的输入/输出接口,MCS-51系列单片机有4个8位的并行I/O接口：P0、P1、P2和P3口。它们是特殊功能
10、寄存器中的4个。这4个口，既可以作输入，也可以作输出，既可按8位处理，也可按位方式使用。输出时具有锁存能力，输入时具有缓冲功能。,一P0口,P0口是一个三态双向口，可作为地址数据分时复用口，也可作为通用的I/O接口。它包括一个输出锁存器、两个三态缓冲器、输出驱动电路和输出控制电路组成 .,二P1口,P1口是准双向口，它只能作通用I/O接口使用。P1口的结构与P0口不同，它的输出只由一个场效应管V1与内部上拉电阻组成,输入输出原理特性与P0口作为通用I/O接口使用时一样，当其输出时，可以提供电流负载，不必像P0口那样需要外接上拉电阻。P1口具有驱动4个LSTTL负载的能力。,三P2口,P2口也是
11、准双向口，它有两种用途：通用I/O接口和高8位地址线。它的1位的结构如图2.8，与P1口相比，它只在输出驱动电路上比P1口多了一个模拟转换开关MUX和反相器3。,四P3口,P3口1位的结构如图2.9。它的输出驱动由与非门3、V1组成，输入比P0、P1、P2口多了一个缓冲器4。,P3口除了作为准双向通用I/O口使用外，它的每一根线还具有第二种功能。,当P3口作为第二功能时，锁存器的Q输出端必须为高电平，否则V1管导通，引脚将被箝位在低电平，无法实现第二功能。当锁存器Q端为高电平，P3口的状态取决于第二功能输出线的状态。单片机复位时，锁存器的输出端为高电平。P3口第二功能中输入信号RXD、INT0
12、、INT1、T0、T1经缓冲器4输入，可直接进入芯片内部。,当P3口作为通用I/O接口时，第二功能输出线为高电平，与非门3的输出取决于锁存器的状态。这时，P3是一个准双向口，它的工作原理、负载能力与P1、P2口相同。,2.3 MCS-51系列单片机的外部引脚及片外总线,2.3.1 外部引脚,P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/Vpd P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 XTAL2 XTAL1 Vss,Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/Vpp
13、 ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 18 19 20,40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21,8031 8051 8751,RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD,P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0,P1.0 P1.1 P1
14、.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7,P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7,PSEN EA ALE RST,用户I/O,控制总线,(CB),锁存器,A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8,A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,地址总线,数据总线,(AB),(DB),Vcc Vss,Vcc Vss,一输入/输出引脚,（1）P0口（3932脚）：P0.0P0.7统称为P0口。在不接片外存储器与不扩展I/O口时，作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展I/O
15、口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。 （2）P1口（18脚）：P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O口使用。 （3）P2口（2128脚）：P2.0P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O口使用；在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256字节时，P2口用作高8位地址总线。 （4）P3口（1017脚）：P3.0P3.7统称为P3口。除作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。,二控制线,（1）ALE/PROG（30脚）：地址锁存信号输出端。ALE在每个机器周期内输出两个脉冲。,（2）
16、PSEN（29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。,（3）RST/VPD（9脚）：RST即为RESET，VPD为备用电源。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10 ms以上才能保证有效复位。,（4） /VPP（31脚）：EA为片外程序存储器选用端。该引脚低电平时，选用片外程序存储器，高电平或悬空时选用片内程序存储器。,三主电源引脚,VCC（40脚）：接+5 V电源正端。 VSS（20脚）：接+5 V电源地端。,四外接晶体引脚,XTAL1、XTAL2（19、18脚）：当使用单片机内部振荡电路时，这两个引脚用来外接石英晶体和微调电容，如图2-10（a）。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，XTAL1引脚接地，XTAL2接片外振荡脉冲输入（带上拉电阻）；对于CHMOS单片机，XTAL2引脚接地，XTAL1接片外振荡脉冲输入（带上拉电阻），如图2-11（b）和（c）。,
