第2章MCS51单片机硬件结构和原理资料课件

返回目录单片机单片机原理与应用原理与应用第第2章章MCS-51单片机单片机硬件结构和原理硬件结构和原理7/8/20241返回目录n nMCS-51MCS-51单片机的总体结构；单片机的总体结构；单片机的总体结构；单片机的总体结构；n nMCS-51MCS-51单片机的单片机的单片机的单片机的CPUCPU结构；结构；结构；结构；n nMCS-51MCS-51单片机的存储器结构；单片机的存储器结构；单片机的存储器结构；单片机的存储器结构；n nMCS-51MCS-51单片机并行单片机并行单片机并行单片机并行I/OI/O口结构；口结构；口结构；口结构；n nMCS-51MCS-51单片机引脚功能；单片机引脚功能；单片机引脚功能；单片机引脚功能；n nMCS-51MCS-51单片机时钟电路和单片机时钟电路和单片机时钟电路和单片机时钟电路和CPUCPU时序时序时序时序n nMCS-51MCS-51单片机的工作方式单片机的工作方式单片机的工作方式单片机的工作方式本章教学内容本章教学内容 7/8/20242返回目录n n熟悉熟悉熟悉熟悉MCS-51MCS-51单片机单片机单片机单片机CPUCPU内部组成结构、各功内部组成结构、各功内部组成结构、各功内部组成结构、各功能部件的作用；能部件的作用；能部件的作用；能部件的作用；n n掌握存储器的组织结构；掌握存储器的组织结构；掌握存储器的组织结构；掌握存储器的组织结构；n n掌握掌握掌握掌握P0P0P3P3并行并行并行并行I/OI/O口结构；口结构；口结构；口结构；n n掌握掌握掌握掌握MCS-51MCS-51单片机引脚功能；单片机引脚功能；单片机引脚功能；单片机引脚功能；n n掌握时钟电路、掌握时钟电路、掌握时钟电路、掌握时钟电路、CPUCPU时序和复位电路。时序和复位电路。时序和复位电路。时序和复位电路。本章教学要求本章教学要求 7/8/20243返回目录2.1MCS-51系列单片机的总体结构系列单片机的总体结构 自自自自从从从从IntelIntel公公公公司司司司于于于于2020世世世世纪纪纪纪8080年年年年代代代代初初初初推推推推出出出出MCS-51MCS-51系系系系列列列列单单单单片片片片机机机机以以以以后后后后，所所所所有有有有的的的的5151系系系系列列列列单单单单片片片片机机机机都都都都是是是是以以以以IntelIntel公公公公司司司司最最最最早早早早的的的的典典典典型型型型产产产产品品品品80518051为为为为核核核核心心心心，增增增增加加加加一一一一定定定定的的的的功功功功能能能能部部部部件件件件后后后后构构构构成成成成的的的的。本本本本章章章章以以以以80518051为为为为主主主主阐阐阐阐述述述述MCS-51MCS-51系系系系列列列列单单单单片片片片机机机机的的的的系系系系统统统统结结结结构构构构、工工工工作作作作原原原原理理理理和和和和应应应应用用用用中中中中的的的的一一一一些些些些技技技技术术术术问题。问题。问题。问题。MCS-51MCS-51系列可分为两大系列：系列可分为两大系列：系列可分为两大系列：系列可分为两大系列：5151子系列子系列子系列子系列和和和和5252子系列子系列子系列子系列。5151子系列主要有子系列主要有子系列主要有子系列主要有80318031、80518051和和和和87518751三种机三种机三种机三种机型。型。型。型。5252子系列主要有子系列主要有子系列主要有子系列主要有80328032、80528052和和和和87528752三种机型。三种机型。三种机型。三种机型。7/8/20244返回目录表表2-1 MCS-512-1 MCS-51系列单片机的性能一览表系列单片机的性能一览表 2.1MCS-51系列单片机的总体结构系列单片机的总体结构 7/8/20245返回目录单片机芯片单片机芯片DIPDIP形式形式形式形式QFPQFP形式形式形式形式7/8/20246返回目录2.1单片机的内部结构单片机的内部结构5151单片机内部主要部件单片机内部主要部件单片机内部主要部件单片机内部主要部件7/8/20247返回目录2.1单片机的内部结构单片机的内部结构n n一个一个一个一个8 8位位位位CPUCPU；n n4 4 KBKB程程程程 序序序序 存存存存 储储储储 器器器器，采采采采 用用用用 ROMROM或或或或 EPROMEPROM（80318031无无无无ROMROM）；）；）；）；n n128B128B通用数据存储器；通用数据存储器；通用数据存储器；通用数据存储器；n n2121个特殊功能寄存器（个特殊功能寄存器（个特殊功能寄存器（个特殊功能寄存器（SFRSFR）；）；）；）；n n4 4个个个个8 8位位位位并并并并行行行行口口口口，其其其其中中中中P0P0、P2P2、P3P3是是是是复复复复用用用用口口口口（P0P0和和和和P2P2为为为为地址地址地址地址/数据线，可寻址数据线，可寻址数据线，可寻址数据线，可寻址64KBROM64KBROM和和和和64KBRAM64KBRAM）；）；）；）；n n一个可编程全双工串行口；一个可编程全双工串行口；一个可编程全双工串行口；一个可编程全双工串行口；n n具有具有具有具有5 5个中断源，两个优先级嵌套结构；个中断源，两个优先级嵌套结构；个中断源，两个优先级嵌套结构；个中断源，两个优先级嵌套结构；n n两个两个两个两个1616位定时位定时位定时位定时/计数器；计数器；计数器；计数器；n n一个片内振荡器与时钟电路。一个片内振荡器与时钟电路。一个片内振荡器与时钟电路。一个片内振荡器与时钟电路。5151单片机内部主要器件单片机内部主要器件单片机内部主要器件单片机内部主要器件7/8/20248返回目录2.2中央处理器（中央处理器（CPU）单片机的核心部分是单片机的核心部分是CPU，由运算器、控制器和布尔（位）由运算器、控制器和布尔（位）处理器组成。处理器组成。7/8/20249返回目录2.2.1运算器运算器 运算器运算器运算器运算器算术逻算术逻算术逻算术逻辑单元（辑单元（辑单元（辑单元（ALUALUALUALU）包括：包括：包括：包括：累加器（累加器（累加器（累加器（ACCACCACCACC）程序状态字（程序状态字（程序状态字（程序状态字（PSWPSWPSWPSW）暂存器暂存器暂存器暂存器B B B B寄存器等部件寄存器等部件寄存器等部件寄存器等部件运算器的组成运算器的组成运算器的组成运算器的组成7/8/202410返回目录算术算术算术算术/逻辑部件逻辑部件逻辑部件逻辑部件 算算算算术术术术/逻逻逻逻辑辑辑辑部部部部件件件件ALUALU是是是是用用用用于于于于对对对对数数数数据据据据进进进进行行行行算算算算术术术术运运运运算算算算和和和和逻逻逻逻辑辑辑辑操操操操作作作作的的的的执执执执行行行行部部部部件件件件，由由由由加加加加法法法法器器器器和和和和其其其其他他他他逻逻逻逻辑辑辑辑电电电电路路路路（移移移移位位位位电电电电路和判断电路等）组成。路和判断电路等）组成。路和判断电路等）组成。路和判断电路等）组成。在在在在控控控控制制制制信信信信号号号号的的的的作作作作用用用用下下下下，完完完完成成成成算算算算术术术术加加加加、减减减减、乘乘乘乘、除除除除和和和和逻逻逻逻辑辑辑辑与与与与、或或或或、异异异异或或或或等等等等运运运运算算算算，以以以以及及及及循循循循环环环环移移移移位位位位操操操操作作作作、位位位位操操操操作作作作等等等等功能。功能。功能。功能。2.2.1运算器运算器1.1.算术算术算术算术/逻辑部件逻辑部件逻辑部件逻辑部件7/8/202411返回目录2.2.累加器累加器累加器累加器累累加加器器是是一一个个8位位寄寄存存器器。在在指指令令系系统统中中，累累加加器器在在直直接接寻寻址址时时的的助助记记符符为为ACC。除除此此之之外外全全部用助记符部用助记符A表示。表示。2.2.1运算器运算器 累加器累加器累加器累加器7/8/202412返回目录3.B3.B寄存器寄存器寄存器寄存器 在在在在进进进进行行行行乘乘乘乘法法法法、除除除除法法法法运运运运算算算算时时时时，B B寄寄寄寄存存存存器器器器作作作作为为为为ALUALU的的的的输输输输入入入入之之之之一一一一，与与与与ACCACC配配配配合合合合完完完完成成成成运运运运算算算算，并并并并存存存存放放放放运运运运算算算算结结结结果果果果。在在在在无无无无乘乘乘乘除除除除运运运运算算算算时时时时，它它它它可可可可作作作作为为为为内内内内部部部部RAMRAM的的的的一一一一个个个个单单单单元。元。元。元。2.2.1运算器运算器寄存器寄存器寄存器寄存器7/8/202413返回目录程序状态字寄存器程序状态字寄存器程序状态字寄存器程序状态字寄存器 程序状态字寄存器程序状态字寄存器程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW是一个是一个是一个是一个8 8位寄存器，用来存放运位寄存器，用来存放运位寄存器，用来存放运位寄存器，用来存放运算结果的一些特征。算结果的一些特征。算结果的一些特征。算结果的一些特征。进进进进位位位位标标标标志志志志位位位位半半半半进进进进位位位位标标标标志志志志位位位位用用用用户户户户自自自自定定定定义义义义标标标标志志志志位位位位工工工工作作作作寄寄寄寄存存存存器器器器组组组组选选选选择择择择位位位位溢溢溢溢出出出出标标标标志志志志位位位位奇奇奇奇偶偶偶偶校校校校验验验验标标标标志志志志位位位位2.2.1运算器运算器4.4.程序状态字寄存器程序状态字寄存器程序状态字寄存器程序状态字寄存器 7/8/202414返回目录RS1RS1、RS0RS0与片内工作寄存器组的对应关系与片内工作寄存器组的对应关系与片内工作寄存器组的对应关系与片内工作寄存器组的对应关系 2.2.1运算器运算器片内四组工作寄存器的选择片内四组工作寄存器的选择片内四组工作寄存器的选择片内四组工作寄存器的选择7/8/202415返回目录2.2.2控制器控制器定时控制逻辑定时控制逻辑定时控制逻辑定时控制逻辑指令寄存器指令寄存器指令寄存器指令寄存器数据指针（数据指针（数据指针（数据指针（DPTRDPTR）程序计数器（程序计数器（程序计数器（程序计数器（PCPC）堆栈指针堆栈指针堆栈指针堆栈指针（SPSP）地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址缓冲器地址缓冲器地址缓冲器地址缓冲器控制器的组成控制器的组成控制器的组成控制器的组成控制器控制器控制器控制器是是是是CPUCPU的大脑中枢，的大脑中枢，的大脑中枢，的大脑中枢，它包括：它包括：它包括：它包括：7/8/202416返回目录1.1.程序计数器程序计数器程序计数器程序计数器 程程程程序序序序计计计计数数数数器器器器（ProgramProgramCounterCounter，PCPC）用用用用来来来来存存存存放放放放下下下下一一一一条条条条要要要要执执执执行行行行的的的的指指指指令令令令的的的的地地地地址址址址。当当当当按按按按照照照照PCPC所所所所指指指指的的的的地地地地址址址址从从从从存存存存储储储储器器器器中中中中取取取取出出出出一一一一条条条条指指指指令令令令后后后后，PCPC会会会会自自自自动动动动加加加加l l，即即即即指向下一条指令。指向下一条指令。指向下一条指令。指向下一条指令。2.2.2控制器控制器程序计数器程序计数器程序计数器程序计数器7/8/202417返回目录2.2.指令寄存器和指令译码器指令寄存器和指令译码器指令寄存器和指令译码器指令寄存器和指令译码器 指指指指令令令令寄寄寄寄存存存存器器器器(IR)(IR)和和和和指指指指令令令令译译译译码码码码器器器器（IDID）的的的的功功功功能能能能是是是是对对对对将将将将要要要要执执执执行行行行的的的的指指指指令令令令进进进进行行行行存存存存储储储储和和和和译译译译码码码码。当当当当指指指指令令令令送送送送入入入入指指指指令令令令寄寄寄寄存存存存器器器器后后后后，对对对对该该该该指指指指令令令令进进进进行行行行译译译译码码码码，即即即即把把把把指指指指令令令令转转转转变变变变成成成成所所所所需需需需的的的的电电电电平平平平信信信信号号号号，CPUCPU根根根根据据据据译译译译码码码码输输输输出出出出的的的的电电电电平平平平信信信信号号号号，使使使使定定定定时时时时控控控控制制制制电电电电路路路路产产产产生生生生执执执执行行行行该该该该指指指指令令令令所所所所需需需需的的的的各各各各种种种种控控控控制制制制信信信信号，以便计算机能正确地执行指令所要求的操作。号，以便计算机能正确地执行指令所要求的操作。号，以便计算机能正确地执行指令所要求的操作。号，以便计算机能正确地执行指令所要求的操作。2.2.2控制器控制器指令寄存与译码指令寄存与译码指令寄存与译码指令寄存与译码7/8/202418返回目录3.3.堆栈指针堆栈指针堆栈指针堆栈指针 堆堆堆堆栈栈栈栈指指指指针针针针（StackStackPointerPointer，SPSP）是是是是 指指指指 在在在在 片片片片 内内内内 RAMRAM的的的的l28Bl28B（5252子子子子系系系系列列列列为为为为256B256B）空空空空间间间间中中中中开开开开辟辟辟辟的的的的堆堆堆堆栈栈栈栈区区区区的的的的栈栈栈栈顶顶顶顶地地地地址址址址，并随时跟踪栈顶地址变化。并随时跟踪栈顶地址变化。并随时跟踪栈顶地址变化。并随时跟踪栈顶地址变化。堆堆堆堆栈栈栈栈是是是是按按按按先先先先进进进进后后后后出出出出的的的的原原原原则则则则存存存存取取取取数数数数据据据据的的的的，开开开开机机机机复复复复位位位位后后后后，单单单单片片片片机栈底地址为机栈底地址为机栈底地址为机栈底地址为07H07H。2.2.2控制器控制器堆栈指针堆栈指针堆栈指针堆栈指针7/8/202419返回目录4.4.数据指针数据指针数据指针数据指针 由由由由于于于于80518051系系系系列列列列单单单单片片片片机机机机可可可可以以以以外外外外接接接接64KB64KB的的的的数数数数据据据据存存存存储储储储器器器器和和和和I/OI/O接接接接口口口口电电电电路路路路，故故故故在在在在单单单单片片片片机机机机内内内内设设设设置置置置了了了了l6l6位位位位的的的的数数数数据据据据指指指指针针针针寄寄寄寄存存存存器器器器（DataData PointerPointer，DPTRDPTR）。它它它它可可可可以以以以对对对对64KB64KB的的的的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和和和和I/OI/O进进进进行行行行寻寻寻寻址址址址，DPTRDPTR可可可可分分分分为为为为高高高高8 8位位位位数数数数据据据据指指指指针针针针寄寄寄寄存存存存器器器器（DPHDPH）和和和和低低低低8 8位位位位数数数数据据据据指指指指针针针针寄存器（寄存器（寄存器（寄存器（DPLDPL），），），），地址分别为地址分别为地址分别为地址分别为83H83H和和和和82H82H。2.2.2控制器控制器数据指针数据指针数据指针数据指针7/8/202420返回目录5.5.布尔（位）处理器布尔（位）处理器布尔（位）处理器布尔（位）处理器 在在80518051单片机系统中，与字节处理器相对单片机系统中，与字节处理器相对应，还特别设置应，还特别设置布尔（位）处理器布尔（位）处理器。CyCyCyCy：进位标志位进位标志位进位标志位进位标志位位寻址寄存器位寻址寄存器位寻址寄存器位寻址寄存器位寻址的并行位寻址的并行位寻址的并行位寻址的并行I/OI/OI/OI/O口口口口位操作指令系统位操作指令系统位操作指令系统位操作指令系统2.2.2控制器控制器位处理器位处理器位处理器位处理器7/8/202421返回目录2.3存储器存储器80518051在物理结构上有在物理结构上有在物理结构上有在物理结构上有4 4个存储空间：个存储空间：个存储空间：个存储空间：n n片内程序存储器片内程序存储器片内程序存储器片内程序存储器n n片外程序存储器片外程序存储器片外程序存储器片外程序存储器(ROM)(ROM)n n片内数据存储器片内数据存储器片内数据存储器片内数据存储器n n片外数据存储器片外数据存储器片外数据存储器片外数据存储器(RAM)(RAM)从用户使用的角度上，从用户使用的角度上，从用户使用的角度上，从用户使用的角度上，MSC-51MSC-51有有有有3 3个存储空间：个存储空间：个存储空间：个存储空间：n n片内外统一编址的片内外统一编址的片内外统一编址的片内外统一编址的64KB64KB程序存储器空间（用程序存储器空间（用程序存储器空间（用程序存储器空间（用1616位地址）位地址）位地址）位地址）n n256B256B片内数据存储器空间（用片内数据存储器空间（用片内数据存储器空间（用片内数据存储器空间（用8 8位地址）位地址）位地址）位地址）n n64KB64KB片外数据存储器地址空间片外数据存储器地址空间片外数据存储器地址空间片外数据存储器地址空间5151单片机存储器布局单片机存储器布局单片机存储器布局单片机存储器布局7/8/202422返回目录存储器结构存储器结构存储器结构存储器结构2.3存储器存储器7/8/202423返回目录2.3.1程序存储器程序存储器 程程程程序序序序存存存存储储储储器器器器用用用用于于于于存存存存放放放放编编编编好好好好的的的的程程程程序序序序或或或或表表表表格格格格常常常常数数数数。5151子子子子系系系系列列列列片片片片内内内内有有有有4KB4KB ROMROM，5252子子子子系系系系列列列列片片片片内内内内有有有有8KB8KBROMROM，二二二二者者者者片片片片外外外外地地地地址址址址线线线线均均均均为为为为1616位位位位，最最最最多多多多可可可可扩展扩展扩展扩展64KBROM64KBROM，片内片外统一编址。片内片外统一编址。片内片外统一编址。片内片外统一编址。若若若若EAEA端端端端保保保保持持持持低低低低电电电电平平平平，则则则则所所所所有有有有取取取取指指指指令令令令操操操操作作作作均均均均在片外程序存储器中进行，在片外程序存储器中进行，在片外程序存储器中进行，在片外程序存储器中进行，0000H0000H地址在片外。地址在片外。地址在片外。地址在片外。若若若若EAEA端端端端保保保保持持持持高高高高电电电电平平平平，0000H0000H地地地地址址址址在在在在片片片片内内内内，所所所所有取指令操作均在片内程序存储器中进行。有取指令操作均在片内程序存储器中进行。有取指令操作均在片内程序存储器中进行。有取指令操作均在片内程序存储器中进行。程序存储器的用途程序存储器的用途程序存储器的用途程序存储器的用途7/8/202424返回目录程序存储器程序存储器程序存储器程序存储器在程序存储器的开始部分，定义了一段具有特殊功在程序存储器的开始部分，定义了一段具有特殊功在程序存储器的开始部分，定义了一段具有特殊功在程序存储器的开始部分，定义了一段具有特殊功能的地址段，用作程序起始和各种中断的入口。能的地址段，用作程序起始和各种中断的入口。能的地址段，用作程序起始和各种中断的入口。能的地址段，用作程序起始和各种中断的入口。2.3.1程序存储器程序存储器程序入口地址程序入口地址程序入口地址程序入口地址7/8/202425返回目录2.3.2数据存储器数据存储器数数数数据据据据存存存存储储储储器器器器用用用用于于于于存存存存放放放放中中中中间间间间运运运运算算算算结结结结果果果果、数数数数据据据据暂暂暂暂存存存存和和和和缓冲、标志位等。缓冲、标志位等。缓冲、标志位等。缓冲、标志位等。MCS-51MCS-51系系系系列列列列单单单单片片片片机机机机的的的的片片片片内内内内数数数数据据据据存存存存储储储储器器器器除除除除RAMRAM块块块块外，还有特殊功能寄存器外，还有特殊功能寄存器外，还有特殊功能寄存器外，还有特殊功能寄存器（SFRSFR）块。块。块。块。片片片片内内内内数数数数据据据据存存存存储储储储器器器器的的的的容容容容量量量量很很很很小小小小，常常常常需需需需要要要要扩扩扩扩展展展展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。MCS-51MCS-51系系系系列列列列单单单单片片片片机机机机有有有有一一一一个个个个数数数数据据据据指指指指针针针针寄寄寄寄存存存存器器器器，可可可可用用用用于于于于寻寻寻寻址址址址程程程程序序序序存存存存储储储储器器器器或或或或数数数数据据据据存存存存储储储储器器器器单单单单元元元元，它它它它有有有有1616位位位位，寻址范围可达寻址范围可达寻址范围可达寻址范围可达64KB64KB。数数数数据据据据存存存存储储储储器器器器分分分分为为为为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、片片片片内内内内数数数数据据据据存存存存储储储储器、特殊功能存储器，以下分别加以介绍。器、特殊功能存储器，以下分别加以介绍。器、特殊功能存储器，以下分别加以介绍。器、特殊功能存储器，以下分别加以介绍。数据存储器的用途数据存储器的用途数据存储器的用途数据存储器的用途7/8/202426返回目录2.3.2数据存储器数据存储器片内通用数据存储器有：片内通用数据存储器有：片内通用数据存储器有：片内通用数据存储器有：工作寄存器区工作寄存器区工作寄存器区工作寄存器区位寻址区位寻址区位寻址区位寻址区数据缓冲区数据缓冲区数据缓冲区数据缓冲区片内数据存储器片内数据存储器片内数据存储器片内数据存储器3 3个区域个区域个区域个区域1.1.片内通用数据存储器片内通用数据存储器片内通用数据存储器片内通用数据存储器7/8/202427返回目录片内数据存储器片内数据存储器片内数据存储器片内数据存储器2.3.2数据存储器数据存储器工作寄工作寄工作寄工作寄存器区存器区存器区存器区位位位位寻寻寻寻址址址址区区区区数据缓数据缓数据缓数据缓冲器区冲器区冲器区冲器区7/8/202428返回目录（1 1）工作寄存器区）工作寄存器区）工作寄存器区）工作寄存器区工工工工作作作作寄寄寄寄存存存存器器器器也也也也称称称称为为为为通通通通用用用用寄寄寄寄存存存存器器器器，供供供供用用用用户户户户编编编编程程程程时时时时使使使使用用用用，用于临时存储用于临时存储用于临时存储用于临时存储8 8位数据信息。位数据信息。位数据信息。位数据信息。工工工工作作作作寄寄寄寄存存存存器器器器地地地地址址址址为为为为00H00H1FH1FH的的的的3232个个个个单单单单元元元元，并并并并分分分分成成成成4 4个个个个工工工工作作作作寄寄寄寄存存存存器器器器组组组组，每每每每个个个个组组组组有有有有8 8个个个个工工工工作作作作寄寄寄寄存存存存器器器器，名名名名称称称称为为为为R0R0R7R7。工作寄存器和工作寄存器和工作寄存器和工作寄存器和RAMRAM地址的对应关系如表所示。地址的对应关系如表所示。地址的对应关系如表所示。地址的对应关系如表所示。2.3.2数据存储器数据存储器工作寄存器区工作寄存器区工作寄存器区工作寄存器区每每每每个个个个工工工工作作作作寄寄寄寄存存存存器器器器组组组组都都都都可可可可被被被被选选选选为为为为CPUCPU的的的的当当当当前前前前工工工工作作作作寄寄寄寄存存存存器器器器，通通通通过过过过改改改改变变变变程程程程序序序序状状状状态态态态字字字字寄寄寄寄存存存存器器器器（PSWPSW）中中中中的的的的RS1RS1、RS0RS0两位来实现。两位来实现。两位来实现。两位来实现。7/8/202429返回目录（2 2）位寻址区）位寻址区）位寻址区）位寻址区内内内内部部部部RAMRAM中中中中地地地地址址址址为为为为20H20H2FH2FH的的的的1616个个个个单单单单元元元元，CPUCPU不不不不仅仅仅仅具具具具有有有有字字字字节节节节寻寻寻寻址址址址功功功功能能能能，而而而而且且且且还还还还具具具具有有有有位位位位寻寻寻寻址址址址功功功功能能能能。这这这这1616个个个个单单单单元元元元共共共共1281282.3.2数据存储器数据存储器位寻址区位寻址区位寻址区位寻址区位位位位，每每每每一一一一位位位位都都都都赋赋赋赋予予予予1 1个个个个 位位位位 地地地地址址址址，位位位位地地地地址址址址范范范范围围围围是是是是00H00H7FH7FH。7/8/202430返回目录（3 3）数据缓冲区）数据缓冲区）数据缓冲区）数据缓冲区 30H30H7FH7FH是是是是数数数数据据据据缓缓缓缓冲冲冲冲区区区区，即即即即用用用用户户户户RAMRAM区区区区，共共共共8080个个个个单单单单元元元元。5252子子子子系系系系列列列列片片片片内内内内RAMRAM有有有有256256个个个个单单单单元元元元，工工工工作作作作寄寄寄寄存存存存器器器器区区区区和和和和位位位位寻寻寻寻址址址址区区区区的的的的单单单单元元元元数数数数与与与与地地地地址址址址都都都都和和和和5151子子子子系系系系列列列列的的的的一一一一致致致致，而数据缓冲区有而数据缓冲区有而数据缓冲区有而数据缓冲区有208208个单元，地址范围是个单元，地址范围是个单元，地址范围是个单元，地址范围是30H30HFFHFFH。2.3.2数据存储器数据存储器数据缓冲区数据缓冲区数据缓冲区数据缓冲区7/8/202431返回目录（4 4）堆栈与堆栈指针）堆栈与堆栈指针）堆栈与堆栈指针）堆栈与堆栈指针堆堆堆堆栈栈栈栈是是是是一一一一种种种种执执执执行行行行“后后后后进进进进先先先先出出出出”算算算算法法法法的的的的数数数数据据据据结结结结构构构构。是是是是在在在在内内内内存存存存中中中中的的的的一一一一个个个个存存存存储储储储区区区区域域域域，数数数数据据据据一一一一个个个个一一一一个个个个顺顺顺顺序序序序地地地地存存存存入入入入（也也也也就就就就是是是是“压入压入压入压入push”push”push”push”）这个区域之中。这个区域之中。这个区域之中。这个区域之中。有有有有一一一一个个个个地地地地址址址址指指指指针针针针（堆堆堆堆栈栈栈栈指指指指针针针针）总总总总指指指指向向向向最最最最后后后后一一一一个个个个压压压压入入入入堆堆堆堆栈栈栈栈的的的的数数数数据据据据所所所所在在在在的的的的存存存存储储储储单单单单元元元元，存存存存放放放放这这这这个个个个地地地地址址址址指指指指针针针针的的的的寄寄寄寄存存存存器器器器就就就就叫叫叫叫做做做做堆栈指示器堆栈指示器堆栈指示器堆栈指示器。开开开开始始始始放放放放入入入入数数数数据据据据的的的的单单单单元元元元叫叫叫叫做做做做“栈栈栈栈底底底底”。数数数数据据据据一一一一个个个个一一一一个个个个地地地地存存存存入入入入，这这这这个个个个过过过过程程程程叫叫叫叫做做做做“压压压压栈栈栈栈”。读读读读取取取取这这这这些些些些数数数数据据据据时时时时，按按按按照照照照堆堆堆堆栈栈栈栈指指指指示示示示器器器器中中中中的的的的地地地地址址址址读读读读取取取取数数数数据据据据，堆堆堆堆栈栈栈栈指指指指示示示示器器器器中中中中的的的的地地地地址址址址数数数数自自自自动动动动减减减减 1 1 1 1。这这这这个个个个过过过过程程程程叫叫叫叫做做做做“弹弹弹弹出出出出pop”pop”pop”pop”。如如如如此此此此就就就就实实实实现现现现了了了了后后后后进进进进先先先先出出出出的的的的原原原原则。则。则。则。2.3.2数据存储器数据存储器堆栈指针堆栈指针堆栈指针堆栈指针7/8/202432返回目录2.2.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概念概念概念概念 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（Special Function RegisterSpecial Function RegisterSpecial Function RegisterSpecial Function Register，SFRSFRSFRSFR）也称为专用寄存器，用于控制、管理单也称为专用寄存器，用于控制、管理单也称为专用寄存器，用于控制、管理单也称为专用寄存器，用于控制、管理单片机内部算术逻辑部件、并行片机内部算术逻辑部件、并行片机内部算术逻辑部件、并行片机内部算术逻辑部件、并行I/OI/OI/OI/O口、串行口、串行口、串行口、串行I/OI/OI/OI/O口、定时器口、定时器口、定时器口、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工计数器、中断系统等功能模块的工计数器、中断系统等功能模块的工计数器、中断系统等功能模块的工作。作。作。作。使用使用使用使用 系统初始化时针对使用的功能部件编程设定。系统初始化时针对使用的功能部件编程设定。系统初始化时针对使用的功能部件编程设定。系统初始化时针对使用的功能部件编程设定。2.3.2数据存储器数据存储器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7/8/202433返回目录特殊功能寄存器地址对照表特殊功能寄存器地址对照表特殊功能寄存器地址对照表特殊功能寄存器地址对照表 2.3.2数据存储器数据存储器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7/8/202434返回目录PSWPSW与与与与ACCACC（1 1 1 1）程序状态字寄存器（程序状态字寄存器（程序状态字寄存器（程序状态字寄存器（PSWPSWPSWPSW）PSWPSWPSWPSW是是是是8 8 8 8位寄存器，存放程序运行状态的标位寄存器，存放程序运行状态的标位寄存器，存放程序运行状态的标位寄存器，存放程序运行状态的标志，字节地址为志，字节地址为志，字节地址为志，字节地址为D0HD0HD0HD0H。可以进行位寻址。可以进行位寻址。可以进行位寻址。可以进行位寻址。（2 2 2 2）累加器（累加器（累加器（累加器（ACCACCACCACC）ACCACCACCACC是是是是8 8 8 8位寄存器，用于算术或逻辑操作的位寄存器，用于算术或逻辑操作的位寄存器，用于算术或逻辑操作的位寄存器，用于算术或逻辑操作的输入和运算结果的输出。在指令系统中累加器输入和运算结果的输出。在指令系统中累加器输入和运算结果的输出。在指令系统中累加器输入和运算结果的输出。在指令系统中累加器的助记符为的助记符为的助记符为的助记符为A A A A，作为直接地址时助记符为作为直接地址时助记符为作为直接地址时助记符为作为直接地址时助记符为ACCACCACCACC。2.3.2数据存储器数据存储器PSWPSW与与与与ACCACC7/8/202435返回目录（3 3）数据指针寄存器（）数据指针寄存器（）数据指针寄存器（）数据指针寄存器（DPTRDPTR）1616位的专用地址指针寄存器。可对外部存储器和位的专用地址指针寄存器。可对外部存储器和位的专用地址指针寄存器。可对外部存储器和位的专用地址指针寄存器。可对外部存储器和I/OI/O口进行寻址，也可拆成高字节口进行寻址，也可拆成高字节口进行寻址，也可拆成高字节口进行寻址，也可拆成高字节DPHDPH和低字节和低字节和低字节和低字节DPLDPL两两两两个独立的个独立的个独立的个独立的8 8位寄存器，在位寄存器，在位寄存器，在位寄存器，在CPUCPU内分别占据内分别占据内分别占据内分别占据83H83H和和和和82H82H两个地址。两个地址。两个地址。两个地址。当对当对当对当对64KB64KB外部数据存储器寻址时，外部数据存储器寻址时，外部数据存储器寻址时，外部数据存储器寻址时，DPTRDPTR可作为间可作为间可作为间可作为间接寻址寄存器使用：接寻址寄存器使用：接寻址寄存器使用：接寻址寄存器使用：从外部数据存储器取数从外部数据存储器取数从外部数据存储器取数从外部数据存储器取数 MOVXA,DPTRMOVXA,DPTR送数到外部数据存储器送数到外部数据存储器送数到外部数据存储器送数到外部数据存储器 MOVXDPTR,AMOVXDPTR,A2.3.2数据存储器数据存储器DPTRDPTR7/8/202436返回目录（4 4）B B寄存器寄存器寄存器寄存器 X*YX/YX*YX/Y在乘、除法运算中用在乘、除法运算中用在乘、除法运算中用在乘、除法运算中用B B寄存器暂存数据。乘法寄存器暂存数据。乘法寄存器暂存数据。乘法寄存器暂存数据。乘法指令的两个操作数分别取自指令的两个操作数分别取自指令的两个操作数分别取自指令的两个操作数分别取自A A和和和和B B，结果再存于结果再存于结果再存于结果再存于B B和和和和A A中，即中，即中，即中，即A A存低字节，存低字节，存低字节，存低字节，B B存高字节。除法指令中存高字节。除法指令中存高字节。除法指令中存高字节。除法指令中被除数取自被除数取自被除数取自被除数取自A A，除数取自除数取自除数取自除数取自B B，结果商存于结果商存于结果商存于结果商存于A A中，余中，余中，余中，余数存放在数存放在数存放在数存放在B B中。在其他指令中，中。在其他指令中，中。在其他指令中，中。在其他指令中，B B寄存器可作为寄存器可作为寄存器可作为寄存器可作为RAMRAM中的一个单元使用。中的一个单元使用。中的一个单元使用。中的一个单元使用。B B寄存器的地址为寄存器的地址为寄存器的地址为寄存器的地址为B0HB0H。2.3.2数据存储器数据存储器B B寄存器寄存器寄存器寄存器7/8/202437返回目录（5 5）堆栈指针（）堆栈指针（）堆栈指针（）堆栈指针（SPSP）堆栈是个特殊的存储区，主要功能是暂时存放数堆栈是个特殊的存储区，主要功能是暂时存放数堆栈是个特殊的存储区，主要功能是暂时存放数堆栈是个特殊的存储区，主要功能是暂时存放数据和地址，通常用来保护断点和现场。它的特点据和地址，通常用来保护断点和现场。它的特点据和地址，通常用来保护断点和现场。它的特点据和地址，通常用来保护断点和现场。它的特点是按照先进后出的原则存取数据，这里的进与出是按照先进后出的原则存取数据，这里的进与出是按照先进后出的原则存取数据，这里的进与出是按照先进后出的原则存取数据，这里的进与出是指进栈与出栈操作。是指进栈与出栈操作。是指进栈与出栈操作。是指进栈与出栈操作。2.3.2数据存储器数据存储器堆栈指针（堆栈指针（堆栈指针（堆栈指针（SPSP）与）与）与）与P0P0P3P3锁存器锁存器锁存器锁存器（6 6）端口）端口）端口）端口P0P0P3P3特特特特殊殊殊殊功功功功能能能能寄寄寄寄存存存存器器器器P0P0P0P0P3P3P3P3分分分分别别别别是是是是I/OI/OI/OI/O端端端端口口口口P0P0P0P0P3P3P3P3的的的的锁存器。锁存器。锁存器。锁存器。7/8/202438返回目录（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TL0TL0、TH0TH0、TL1TL1、TH1TH1MSC-51MSC-51单片机中有两个单片机中有两个单片机中有两个单片机中有两个1616位的定时器位的定时器位的定时器位的定时器/计数器计数器计数器计数器T0T0和和和和T1T1，它们由，它们由，它们由，它们由4 4个个个个8 8位寄存器（位寄存器（位寄存器（位寄存器（TH0TH0、TL0TL0、TH1TH1和和和和TL1TL1）组成。组成。组成。组成。两个两个两个两个1616位定时器位定时器位定时器位定时器/计数器是完全独立的，可以单计数器是完全独立的，可以单计数器是完全独立的，可以单计数器是完全独立的，可以单独对这独对这独对这独对这4 4个寄存器寻址。个寄存器寻址。个寄存器寻址。个寄存器寻址。2.3.2数据存储器数据存储器定时器定时器定时器定时器/计数器计数器计数器计数器7/8/202439返回目录（8 8）串行数据缓冲器（）串行数据缓冲器（）串行数据缓冲器（）串行数据缓冲器（SBUFSBUF）功能：功能：功能：功能：存放需要发送和接收的数据。存放需要发送和接收的数据。存放需要发送和接收的数据。存放需要发送和接收的数据。组成：组成：组成：组成：由两个独立的寄存器构成，一个是发送缓冲器，由两个独立的寄存器构成，一个是发送缓冲器，由两个独立的寄存器构成，一个是发送缓冲器，由两个独立的寄存器构成，一个是发送缓冲器，一个是接收缓冲器，但寄存器名称统一为一个是接收缓冲器，但寄存器名称统一为一个是接收缓冲器，但寄存器名称统一为一个是接收缓冲器，但寄存器名称统一为SUBFSUBF。使用：发送指令使用：发送指令使用：发送指令使用：发送指令 MOVSUBF,AMOVSUBF,A；使用发送缓冲器。；使用发送缓冲器。；使用发送缓冲器。；使用发送缓冲器。接收指令接收指令接收指令接收指令 MOVA,SUBFMOVA,SUBF；使用接收缓冲器。；使用接收缓冲器。；使用接收缓冲器。；使用接收缓冲器。2.3.2数据存储器数据存储器串行数据缓冲器串行数据缓冲器串行数据缓冲器串行数据缓冲器7/8/202440返回目录（9 9）控制寄存器）控制寄存器）控制寄存器）控制寄存器控制寄存器有控制寄存器有控制寄存器有控制寄存器有5 5种。种。种。种。中断优先级控制寄存器（中断优先级控制寄存器（中断优先级控制寄存器（中断优先级控制寄存器（IPIP）中断允许控制寄存器（中断允许控制寄存器（中断允许控制寄存器（中断允许控制寄存器（IEIE）定时器定时器定时器定时器/计数器控制寄存器计数器控制寄存器计数器控制寄存器计数器控制寄存器（TCONTCON）串行口控制寄存器（串行口控制寄存器（串行口控制寄存器（串行口控制寄存器（SCONSCON）电源控制寄存器（电源控制寄存器（电源控制寄存器（电源控制寄存器（PCONPCON）它们将在后续章节中详细介绍。它们将在后续章节中详细介绍。它们将在后续章节中详细介绍。它们将在后续章节中详细介绍。2.3.2数据存储器数据存储器控制寄存器控制寄存器控制寄存器控制寄存器7/8/202441返回目录可位寻址的位地址分布可位寻址的位地址分布可位寻址的位地址分布可位寻址的位地址分布MCS-51MCS-51可直接位寻址的空间有可直接位寻址的空间有可直接位寻址的空间有可直接位寻址的空间有216216位。其中内位。其中内位。其中内位。其中内部部部部RAMRAM的的的的20H20H2FH2FH这这这这1616个单元具有个单元具有个单元具有个单元具有128128个位地址个位地址个位地址个位地址空间，位地址为空间，位地址为空间，位地址为空间，位地址为00H00H7FH7FH；另一部分位地址在特殊功能寄存器中，这些特另一部分位地址在特殊功能寄存器中，这些特另一部分位地址在特殊功能寄存器中，这些特另一部分位地址在特殊功能寄存器中，这些特殊功能寄存器是一些能被殊功能寄存器是一些能被殊功能寄存器是一些能被殊功能寄存器是一些能被8 8整除的字节单元，地址整除的字节单元，地址整除的字节单元，地址整除的字节单元，地址在在在在80H80HFFHFFH区间，只用了区间，只用了区间，只用了区间，只用了1111个字节，它们都可进个字节，它们都可进个字节，它们都可进个字节，它们都可进行位寻址，共计行位寻址，共计行位寻址，共计行位寻址，共计8888位。如表位。如表位。如表位。如表2-82-8所示。所示。所示。所示。2.3.2数据存储器数据存储器可位寻址的位地址分布可位寻址的位地址分布可位寻址的位地址分布可位寻址的位地址分布7/8/202442返回目录可可可可位位位位寻寻寻寻址址址址的的的的位位位位地地地地址址址址分分分分布布布布2.3.2数据存储器数据存储器可位寻址的位地址分布可位寻址的位地址分布可位寻址的位地址分布可位寻址的位地址分布7/8/202443返回目录位操作与字节操作位操作与字节操作位操作与字节操作位操作与字节操作尽管位地址和字节地址有重叠，读尽管位地址和字节地址有重叠，读尽管位地址和字节地址有重叠，读尽管位地址和字节地址有重叠，读/写位寻址写位寻址写位寻址写位寻址空间时也采用空间时也采用空间时也采用空间时也采用MOVMOV指令形式，但指令形式，但指令形式，但指令形式，但所有的位操作指令所有的位操作指令所有的位操作指令所有的位操作指令都是以位地址为一个操作数，以进位位（都是以位地址为一个操作数，以进位位（都是以位地址为一个操作数，以进位位（都是以位地址为一个操作数，以进位位（CyCy）为另为另为另为另一个操作数。一个操作数。一个操作数。一个操作数。例如，读位地址例如，读位地址例如，读位地址例如，读位地址90H90H，用指令：用指令：用指令：用指令：MOVC,90HMOVC,90H或或或或 MOVC,P1.0MOVC,P1.0 写位地址写位地址写位地址写位地址90H90H，用指令：用指令：用指令：用指令：MOV90H,CMOV90H,C或或或或 MOVP1.0,CMOVP1.0,C2.3.2数据存储器数据存储器位操作与字节操作位操作与字节操作位操作与字节操作位操作与字节操作7/8/202444返回目录2.4并行输入并行输入/输出（输出（I/O）端）端口口接口的主要功能包括：接口的主要功能包括：接口的主要功能包括：接口的主要功能包括：缓冲与锁存数据、地址译码、信息格式转换、传递缓冲与锁存数据、地址译码、信息格式转换、传递缓冲与锁存数据、地址译码、信息格式转换、传递缓冲与锁存数据、地址译码、信息格式转换、传递状态（外设状态）和发布命令等。状态（外设状态）和发布命令等。状态（外设状态）和发布命令等。状态（外设状态）和发布命令等。I/OI/O接口有：接口有：接口有：接口有：并行接口、串行接口、定时并行接口、串行接口、定时并行接口、串行接口、定时并行接口、串行接口、定时/计数器、计数器、计数器、计数器、A/DA/D、D/AD/A等。等。等。等。根据外设的不同情况和要求选择不同的接口。根据外设的不同情况和要求选择不同的接口。根据外设的不同情况和要求选择不同的接口。根据外设的不同情况和要求选择不同的接口。本节介绍本节介绍本节介绍本节介绍MCS-51MCS-51单片机的并行输入单片机的并行输入单片机的并行输入单片机的并行输入/输出接口。输出接口。输出接口。输出接口。7/8/202445返回目录并行输入并行输入并行输入并行输入/输出接口输出接口输出接口输出接口MCS-51MCS-51单片机有单片机有单片机有单片机有P0P0、P1P1、P2P2、P3P3四个四个四个四个8 8位双向并行位双向并行位双向并行位双向并行I/OI/O口，每个端口可以按字节输入口，每个端口可以按字节输入口，每个端口可以按字节输入口，每个端口可以按字节输入或输出，也可以按位进行输入或输出，或输出，也可以按位进行输入或输出，或输出，也可以按位进行输入或输出，或输出，也可以按位进行输入或输出，4 4个并个并个并个并行口共有行口共有行口共有行口共有3232根端口线，用做位控制十分方便。根端口线，用做位控制十分方便。根端口线，用做位控制十分方便。根端口线，用做位控制十分方便。2.4并行输入并行输入/输出（输出（I/O）端）端口口7/8/202446返回目录2.4.1P1口口MCS-51MCS-51单片机的单片机的单片机的单片机的PlPl口只有一种功能，即口只有一种功能，即口只有一种功能，即口只有一种功能，即通用输入通用输入通用输入通用输入/输出接口输出接口输出接口输出接口。P1P1口每位的内部结构如图口每位的内部结构如图口每位的内部结构如图口每位的内部结构如图2-52-5所示。所示。所示。所示。图图图图2-5P12-5P1口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图7/8/202447返回目录1.1.输出方式输出方式输出方式输出方式当当当当CPUCPU执行写执行写执行写执行写P1P1口的指令口的指令口的指令口的指令（如（如（如（如MOVPl,MOVPl,#data#data）时，）时，）时，）时，P1P1口工作于输口工作于输口工作于输口工作于输出方式，此时出方式，此时出方式，此时出方式，此时数据数据数据数据datadata经内经内经内经内部总线送入锁部总线送入锁部总线送入锁部总线送入锁存器锁存。存器锁存。存器锁存。存器锁存。如如如如果果果果某某某某位位位位的的的的数数数数据据据据为为为为1 1，则则则则该该该该位位位位锁锁锁锁存存存存器器器器输输输输出出出出端端端端QQ=1 1，而而而而使使使使T T截截截截止止止止，从从从从而而而而在在在在引引引引脚脚脚脚P1.xP1.x上上上上出出出出现现现现高高高高电电电电平平平平，即即即即输输输输出出出出数数数数据据据据“1”1”。反反反反之之之之，如如如如果果果果数数数数据据据据为为为为0 0，则则则则QQ=0 0，而而而而使使使使T T导导导导通通通通，P1.xP1.x上出现低电平，即输出数据上出现低电平，即输出数据上出现低电平，即输出数据上出现低电平，即输出数据“0”0”。2.4.1P1口口P1P1口工作原理口工作原理口工作原理口工作原理7/8/202448返回目录2.2.输入方式输入方式输入方式输入方式当当当当CPUCPU执行读执行读执行读执行读P1P1口的指令（如口的指令（如口的指令（如口的指令（如MOVA,P1MOVA,P1）时，时，时，时，P1P1口工作于输入方式（包括读锁存器和读引脚两口工作于输入方式（包括读锁存器和读引脚两口工作于输入方式（包括读锁存器和读引脚两口工作于输入方式（包括读锁存器和读引脚两种类型）。种类型）。种类型）。种类型）。2.4.1P1口口P1P1口工作原理口工作原理口工作原理口工作原理7/8/202449返回目录2.4.2P2口口P2P2口有两种用途：口有两种用途：口有两种用途：口有两种用途：通用通用通用通用I/OI/O口或高口或高口或高口或高8 8位地址总线。位地址总线。位地址总线。位地址总线。P2P2口内部结构口内部结构口内部结构口内部结构图图图图2-6P22-6P2口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图通用通用通用通用I/OI/O与地址线的选择可根据指令由控制信号完成。与地址线的选择可根据指令由控制信号完成。与地址线的选择可根据指令由控制信号完成。与地址线的选择可根据指令由控制信号完成。7/8/202450返回目录MOVXA,RiMOVXA,Ri或或或或 MOVXRi,AMOVXRi,A此时，此时，此时，此时，RiRi寄存器提供的是寄存器提供的是寄存器提供的是寄存器提供的是8 8位地址，由位地址，由位地址，由位地址，由P0P0口送出，不口送出，不口送出，不口送出，不需要需要需要需要P2P2口，口，口，口，P2P2口引脚原有的数据在访问片外口引脚原有的数据在访问片外口引脚原有的数据在访问片外口引脚原有的数据在访问片外RAMRAM期期期期间不受影响，故间不受影响，故间不受影响，故间不受影响，故P2P2口仍可用做通用口仍可用做通用口仍可用做通用口仍可用做通用I/OI/O口。口。口。口。当片外当片外当片外当片外RAMRAM容量较大需要由容量较大需要由容量较大需要由容量较大需要由P2P2口和口和口和口和P0P0口送出口送出口送出口送出1616位地位地位地位地址时，址时，址时，址时，P2P2口不再用做通用口不再用做通用口不再用做通用口不再用做通用I/OI/O口。口。口。口。P2P2口用作地址线口用作地址线口用作地址线口用作地址线/通用通用通用通用I/OI/O口口口口2.4.2P2口口nP2P2口用作地址线口用作地址线口用作地址线口用作地址线当当当当P2P2口作为准双向通用口作为准双向通用口作为准双向通用口作为准双向通用I/OI/O口使用时，其功能与口使用时，其功能与口使用时，其功能与口使用时，其功能与P1P1口口口口相同，工作方式、负载能力也相同。相同，工作方式、负载能力也相同。相同，工作方式、负载能力也相同。相同，工作方式、负载能力也相同。nP2P2口用作通用口用作通用口用作通用口用作通用I/OI/O口口口口7/8/202451返回目录2.4.3P3口口P