2、MCS-51系列单片机的结构及原理

第2章MCS-51系列单片机的结构及原理§2.1MCS-51单片机的主要特性1.8位CPU2.片内ROM/EPROM、RAM3.片内并行I/O接口4.片内16位定时器/计数器5.片内中断处理系统6.片内全双工串行I/O口不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。§2.2MCS-51单片机的内部总体结构单片机系统硬件部分软件部分单片机芯片外围器件CPU内存中断控制逻辑通用接口运算器寄存器组控制器并行I/O口串行口定时/计数器ADC0809、DAC0832825382518255A、81552764、6264指令系统应用程序1、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（2线）串行通信、扩展I/O接口芯片6、定时/计数器T（16位增量可编程）它与CPU之间各自独立工作，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。§2.3MCS-51的引脚功能P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7XTAL1XTAL2331PINT/32P0INT/36PWR/37PRD/30PRXD/31PTXD/340PT/351PT/VCCVSSP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7PDVRST/PPVEA/PROGALE/PSENP2.1P2.0P2.2P2.3P2.5P2.6P2.7P2.4803180518751120214023456789101112131415161718192231302928272625242332393837363534331、主电源引脚Vss、Vcc2、外接晶振引脚XTAL1、XTAL2XTAL1单片机XTAL23、复位引脚RST/VPDPDVRST/80318051875112021402345678910111213141516171819223130292827262524233239383736353433单片机RSTK+5V200Ω1K30μFXTAL1XTAL2VSSVDDPPV/EAPROGALE/PSEN803180518751120214023456789101112131415161718192231302928272625242332393837363534334、控制引脚ALE/PROG——地址锁存控制端；为其内的EPROM输入编程脉冲；PSEN——外部程序存储器的读选通信号端；EA/VPP——内\外ROM选择端=1时，访问内部程序存储器,即内ROM=0时，只访问外部程序存储器,即外ROMXTAL1XTAL2VSSPDVRST/VDDP10P11P12P13P14P15P16P17XTAL1XTAL2PDVRST/PPVEA/PROGALE/PSEN331PINT/32P0INT/36PWR/37PRD/30PRXD/31PTXD/340PT/351PT/VDDVSSP00P01P02P03P04P05P06P07P21P20P22P23P25P26P27P24803180518751120214023456789101112131415161718192231302928272625242332393837363534335、输入/输出引脚P0.0～P0.7、P1.0～P1.7P2.0～P2.7、P3.0～P3.7P30RXD串行数据接收P31TXD串行数据发送P32INT0外部中断0P33INT1外部中断1P34T0计数输入0P35T1计数输入1P36WD外部RAM写选通P37RD外部RAM读选通程序存储器：存储指令代码数据存储器:存储临时数据程序存储器0000H0001H0002H...n...0000H0001H0002H...n...哈佛结构数据存储器程序存储区数据存储区0000H0001H0003H……1000H1001H……普林斯顿结构§2.4MCS-51的主要组成部分§2.4.1MCS-51的存储器分配一、物理空间与地址物理上分为：4个空间，即片内ROM、片外ROM片内RAM、片外RAM逻辑上分为:3个空间，即程序存储器（片内、外）统一编址数据存储器（片内）数据存储器（片外）12345678910111213142827262524232221201918171615EPROM276412345678910111213142827262524232221201918171615EPROM27641234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222112345678910111213142827262524232221201918171615RAM626412345678910111213142827262524232221201918171615RAM626480318751805189C51片内RAM片内ROM256B（字节）4K64K64K二、程序存储器地址范围：0000H~FFFFH地址长度：16位空间大小：216=64K程序存储器内部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)0000H是程序执行的起始单元,在这三个单元存放一条无条件转移指令中断5中断4中断3中断2中断10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中断0定时器0中断外部中断1定时器1中断串行口中断8位．．．0FFFH0FFEHEA=1EA=0程序存储器资源分布中断入口地址•0000H：系统的启动单元（系统复位后，单片机从此处开始取指令开始执行）•0003H：外部中断0入口地址•000BH：定时器/计数器0中断入口地址•0013H：外部中断1入口地址•001BH：定时器/计数器1中断入口地址•0023H：串行中断入口地址程序存储器空间的6个特殊功能区域三、内部数据寄存器MCS-51的寄存器在片内RAM都有地址。使用时，既可用寄存器名，也可用对应单元地址。007FH0080H00FFH0000H内部RAM特殊功能寄存器用户RAM区（堆栈、数据缓冲）位寻址区（位地址00H～7FH）第3组工作寄存器第2组工作寄存器第1组工作寄存器第0组工作寄存器00H08H07H10H0FH18H17H20H1FH30H2FH-7FH0000HFFFFH(64K)内部外部数据存储器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM专用寄存器00H07H08H0FH10H17H18H1FH0区R0R7R0R7R0R7R0R71区2区3区工作寄存器区可位寻址区20H2FH7F78070030H7FH数据缓冲区/堆栈区内部RAM存储器11第3区18H~1FH01第1区08H~0FHRS1RS0寄存器区片内RAM地址00第0区00H~07H10第2区10H~17H工作寄存器区选择位RS0、RS1PSW位地址CYACF0RS1RS0OVF1P四、特殊功能寄存器MCS-51单片机内共有一个程序计数器（PC）和21个特殊功能寄存器（SFR）007FH0080H00FFH0000H内部RAM特殊功能寄存器累加器ACCE0HB寄存器BF0H程序状态字PSWD0H堆栈指示器SP81H数据指针低8位DPL82H数据指针高8位DPH83H中断允许控制寄存器IEA8H中断优先控制寄存器IPB8HI/O口0P080HI/O口1P190HI/O口2P2A0HI/O口3P3B0H电源控制及波特率选择寄存器PCON87H串行口控制寄存器SCON98H串行口缓冲寄存器SBUF99H定时器控制寄存器TCON88H定时器方式选择寄存器TMOD89H定时器0低8位TL08AH定时器1低8位TL18BH定时器0高8位TH08CH定时器1高8位TH18DH地址可被8整除的SFR可以位寻址。寄存器名称符号字节地址位地址I/O口0P080H8786858483828180定时器控制寄存器TCON88H8F8E8D8C8B8A8988I/O口1P190H97………………90串行口控制寄存器SCON98H………………I/O口2P2A0H………………中断允许控制寄存器IEA8HAF—ADACABAAA9A8I/O口3P3B0H………………中断优先控制寄存器IPB8H——BDBCBBBAB9B8程序状态字PSWD0HCFCECDCCCBCAC9C8累加器ACCE0H………………B寄存器BF0HF7F6F5F4F3F2F1F01、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、累加器（A）3、B寄存器算术运算的操作数、结果存放。乘除法算术运算时，与累加器A共同作用。4、程序状态字（PSW）CYACF0OVRS1RS0—PCY——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。5、栈指针（SP）指明栈顶元素的地址，8位，复位时SP=07H。用户RAM区（堆栈、数据缓冲）位寻址区（位地址00H～7FH）第3组工作寄存器第2组工作寄存器第1组工作寄存器第0组工作寄存器00H08H07H10H0FH18H17H20H1FH30H2FH-7FH可软件直接修改：MOVSP，#1FH自动修改：执行指令PUSH，POP，RET，RETI时，SP值将自动+1，或-16、数据指针（DPTR）指明访问的数据存储器的单元地址，16位，寻址范围64KB。高字节（DPH）、低字节（DPL）可单独使用。7、输入输出端口（P0、P1、P2、P3）寄存器P0、P1、P2、P3实为相应端口锁存器。8、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，一个是发送缓冲器，一个是接收缓冲器，共同使用一个地址（99H）。（2）串行控制/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。9、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IE10、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。P10P11P12P13P14P15P16P17XTAL1XTAL2PDVRST/PPVEA/PROGALE/PSEN331PINT/32P0INT/36PWR/37PRD/30PRXD/31PTXD/340PT/351PT/VDDVSSP00P01P02P03P04P05P06P07P21P20P22P23P25P26P27P2480318051875112021402345678910111213141516171819223130292827262524233239383736353433§2.4.2并行I/O口8051有4组8位I/O口：P0、P1、P2和P3口，其中P1、P2和P3为准双向口，P0口则为双向三态输入输出口。双向三态输入输出端口。P0口身兼两职，既可作为地址总线（AB0-AB7），也可作为数据总线（DB0-DB7）。作为通用I/O时，是一个漏极开路电路。需外接上拉电阻。作为地址/数据总线使用时，不需外接上拉电阻。P0可驱动8个LSTTL，其它P口可以驱动4个LSTLL。并行输入和输出端口P