第二章 80C51單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)1

第2章80C51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2.180C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及內(nèi)部工作原理2.280C51的引腳及其功能2.380C51CPU的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)2.480C51存儲結(jié)構(gòu)和地址空間2.580C51并行輸入∕輸出端口2.680C51復(fù)位電路及工作方式2.180C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)80C51單片機(jī)除包含CPU外，還包含了一些程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時器/計數(shù)器、并行I/O接口、串行I/O接口、總線控制邏輯和中斷控制邏輯，其結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：80C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖80C51CPU振蕩器和時序OSC64KB總線擴(kuò)展控制器數(shù)據(jù)存儲器128BRAM2×16位定時器/計數(shù)器可編程I/O程序存儲器4KBROM可編程全雙工串行口外中斷內(nèi)中斷控制并行口串行通信外部時鐘源外部事件計數(shù)CPU是單片機(jī)的最核心部分,它是整個單片機(jī)的控制和指揮中心,完成所有的計算和控制任務(wù)。振蕩器和時序邏輯，產(chǎn)生CPU工作所需要的內(nèi)部時鐘。中斷控制邏輯用來應(yīng)付一些臨時到達(dá)的突發(fā)事件。并行I/O接口和串行I/O接口都是一些數(shù)據(jù)傳輸通道，方便CPU從芯片外部取得待處理的對象和將處理的結(jié)果送到芯片內(nèi)部。程序存儲器用于存放單片機(jī)的程序。數(shù)據(jù)存儲器用于存放內(nèi)部待處理的數(shù)據(jù)和處理后的結(jié)果。定時器/計數(shù)器主要是完成對外部輸入脈沖的計數(shù)或者根據(jù)內(nèi)部的時鐘及定時設(shè)置，周期性的產(chǎn)生定時信號?？偩€控制邏輯，用于產(chǎn)生外部存儲空間的有關(guān)讀寫控制信號。內(nèi)部總線內(nèi)部CPU與程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、并行I/O接口、串行I/O接口和定時器/計數(shù)器之間都是通過內(nèi)部總線聯(lián)系在一起。80C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖P0驅(qū)動器P2驅(qū)動器P0鎖存器P2鎖存器RAM地址寄存器128BRAM4KBROMB寄存器暫存器1暫存器2ACCSP程序地址寄存器

緩沖器PC增1PCDPTR中斷、串行口和定時器PSWP1鎖存器P1驅(qū)動器P3鎖存器P3驅(qū)動器定時控制指令寄存器指令譯碼器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1XTAL2PSENALEEARET80C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.280C51的外部引腳及其功能

80C51單片機(jī)的外部引腳有兩種封裝形式，一種是44引腳的PLCC（PlasticLeadedChipCarrier的縮寫，即帶引線的塑封芯片載體），另一種是40引腳的PDIP（PlasticDual-In-Line塑封雙列直插式封裝）。前者的優(yōu)點(diǎn)是采用表面貼SMT安裝技術(shù)，體積小，抗干擾能力強(qiáng)。后者的優(yōu)點(diǎn)是拆裝方便，焊接容易，尤其是產(chǎn)品開發(fā)期便于芯片更換。引腳功能可以分為三部分：（1）電源和晶振引腳電源引腳

VCC提供整個芯片的工作電源，接+5V。GND接地。外接晶振引腳

80C51單片機(jī)的內(nèi)部時鐘振蕩電路如下圖所示：①XTAL1振蕩電路反向放大輸入端,用于連接外接晶振的一個引腳，在采用外部時鐘方式時，該引腳接地。②XTAL2振蕩電路反向放大輸出端,用于連接外接晶振的另一個引腳，在采用外部時鐘方式時，由該引腳輸入外部時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式：這種方式下在XTAL1和XTAL2兩端跨接石英晶體及兩個電容，如圖（a）所示，這樣就和內(nèi)部的反向放大器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容器Ｃ１和Ｃ２通常取30pF左右，可穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)作用。振蕩頻率范圍要求在1.2MHz～12MHz之間。外部震蕩方式：這種方式下，就是把外部已有的時鐘信號引入單片機(jī)內(nèi)直接使用，如圖（b）所示。（2）I/O端口引腳

P0口、P1口、P2口、P3口四個8位并行I/O口，32根I/O線。①P0：8位、漏極開路的雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲器（ROM及RAM）時，作8位地址和8位數(shù)據(jù)分時復(fù)用。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)，驗(yàn)證時需加外部上拉電阻。

P0口（作為總線時）能驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。②P1：8位準(zhǔn)雙向I/O口。在程序校驗(yàn)期間，用作輸入低位字節(jié)地址。

P1口可以驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。對于80C52，P1.0(T2),是定時器2的計數(shù)輸入端；P1.1（T2EX)是定時器2的外部控制信號輸入端。讀兩個特殊引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。③P2：8位準(zhǔn)雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲器（ROM及RAM）時，輸出高8位地址。在程序校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。

P2口可以驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。

④P3：8位準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路。

P3口可以驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。

P3口每位的第二功能：P3.0(RXD)：串行輸入端。P3.1(TXD)：串行輸出端。P3.2(INTO)：外部中斷0輸入端，低電平有效。P3.3(INT1)：外部中斷1輸入端，低電平有效。P3.4(T0)：定時／計數(shù)器0外部事件計數(shù)輸入端。P3.5(T1)：定時／計數(shù)器1外部事件計數(shù)輸入端。P3.6(WR)：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號，低電平有效。P3.7(RD)：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號，低電平有效。P0～P3的功能及使用時的注意事項(xiàng)1.

在無片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中，這四個端口的每一位都可以作為準(zhǔn)雙向通用I／O端口使用。在具有片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中，P2口作為高8位地址線，P0口作為雙向總線，分時作為低8位地址和數(shù)據(jù)的輸入／輸出線。P0口作為通用雙向I／O口用時，必須外接上拉電阻。P3口除了作通用I／O使用外，它的各位還具有第二功能。當(dāng)P3口某一位用于第二功能作輸出時，則不能再作通用I／O使用。4.當(dāng)P0～P3端口用作輸入時，為了避免誤讀，都必須先向?qū)?yīng)的輸出鎖存器寫入“l(fā)”，使FET截止。然后再讀端口引腳。如：MOVP1,#0FFHMOVA,P1（3）控制引腳

①RST/VPD引腳：復(fù)位信號（RST）和后備電源（VPD）輸入端。在此輸入24個振蕩周期以上的高電平脈沖，單片機(jī)便可復(fù)位。VPD使用后備電源，可在主電源VCC出現(xiàn)故障時，提供備份電源，保證存儲在RAM中的信息不丟失，實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)。RST/VPD部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示：復(fù)位后片內(nèi)各專用寄存器的狀態(tài)如下表：寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)容PC00HTMOD00HA00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0～P30FFHSCON00HIP（XXX00000）BSBUF不變IE（0XX00000）BPCON（0XXXXXXX）B幾種實(shí)用的復(fù)位電路②ALE/PROG引腳：地址鎖存允許（ALE）、輸出/編程脈沖（PROG）輸入端信號端。當(dāng)訪問外部存儲器時，ALE以振蕩頻率的1/6的頻率輸出脈沖信號，可用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低8位地址（由于P0口是地址/數(shù)據(jù)分時輸出的，當(dāng)輸出地址時ALE信號將出現(xiàn)一個下降沿，如圖所示）。

在不訪問外部存儲器時，ALE端仍以上述不變的頻率，周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，利用該脈沖信號可以作為定時信號，也可以用于判斷芯片好壞。對于87C51單片機(jī)來說，在對片內(nèi)EPROM進(jìn)行編程期間，該引腳將作為編程脈沖的輸入端。引腳：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，當(dāng)從片外程序存儲器讀取指令或數(shù)據(jù)時，每個機(jī)器周期（一個機(jī)器周期有12個振蕩周期）將有兩次有效（低電平），以使片外程序存儲器輸出使能，如圖所示：當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，該引腳將沒有有效信號出現(xiàn)。④/VPP引腳：外部程序存儲器地址允許輸入端/編程電壓輸入端。當(dāng)引腳為高電平時，MCS-51單片機(jī)程序存儲空間低4KB來由片內(nèi)EPROM/ROM（MCS-52系列為8KB）構(gòu)成，超出的部分仍由片外程序存儲器構(gòu)成。當(dāng)引腳為低電平時，MCS-51單片機(jī)整個64KB程序存儲空間都由片外程序存儲器構(gòu)成（無論片內(nèi)有無程序存儲器）。對于片內(nèi)有EPROM的單片機(jī)（如87C51系列），在EPROM編程期間，該引腳將用于接21V的編程電源VPP。中央處理器CPU是單片機(jī)的核心，主要包括運(yùn)算器、控制器和工作寄存器及時序電路。

1.運(yùn)算器包括:

可進(jìn)行8位算術(shù)和邏輯運(yùn)算的單元ALU8位的暫存器1(TMP1)、暫存器2(TMP2),8位的累加器ACC8位寄存器B

程序狀態(tài)寄存器PSW等。2.380C51CPU的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)（1）算術(shù)和邏輯單元ALU

ALU是CPU運(yùn)算器的核心，它可以完成對4位、8位和16位數(shù)據(jù)進(jìn)行操作加、減、乘、除、加1、減1、BCD數(shù)十進(jìn)制調(diào)整及比較等算術(shù)運(yùn)算和“與”、“或”、“異或”、“求補(bǔ)”及“循環(huán)移位”等邏輯運(yùn)算操作。它是整個單片機(jī)的計算中心。（2）累加器ACC

8位寄存器，ALU運(yùn)算的結(jié)果，一般都進(jìn)入累加器ACC，當(dāng)然運(yùn)算的對象也可以來自于ACC。除此之外，ACC在MCS-51內(nèi)部還經(jīng)常作為數(shù)據(jù)傳送的中轉(zhuǎn)站。同一般微處理器一樣,它是最忙碌的一個寄存器。在指令中用助記符A來表示。（3）寄存器B

8位寄存器，在乘、除運(yùn)算時，B寄存器用來存放一個操作數(shù)，也用來存放運(yùn)算后的一部分結(jié)果。若不做乘、除運(yùn)算，則可作為通用寄存器使用。（4）程序狀態(tài)字寄存器PSW

8位寄存器，用于指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)信息，相當(dāng)于一般微處理器的標(biāo)志寄存器。PSW的位結(jié)構(gòu)如下表所示。D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OV-PCy：高位進(jìn)位標(biāo)志位當(dāng)ALU的算術(shù)運(yùn)算過程中有進(jìn)位或借位時，Cy=1；否則，Cy=0。同時，該位還可以用作位累加器，這時一般只用“C”表示。AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志當(dāng)ALU的算術(shù)運(yùn)算過程中低4位向高4位有進(jìn)位或借位時，AC=1；否則，AC=0。該位常用于BCD碼的調(diào)整。F0：用戶標(biāo)志位

RS1、RS0：選擇工作寄存器組位用于選擇內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器區(qū)內(nèi)4組工作寄存器中的某一組。具體選擇情況見寄存器介紹部分。OV：溢出標(biāo)志位

運(yùn)算結(jié)果超出機(jī)器所能表示的范圍時稱溢出。溢出是指有符號數(shù)運(yùn)算時，數(shù)值超過了+127---128。

OV=Cy7⊕Cy6，補(bǔ)碼運(yùn)算產(chǎn)生溢出OV=1，否則OV=0

P：奇偶校驗(yàn)標(biāo)志位根據(jù)累加器ACC中1的個數(shù)由硬件置位或清除，當(dāng)累加器ACC中有奇數(shù)個1時P=1；否則，P=0。PSW.1：保留位無定義?！纠浚悍治鰣?zhí)行下列指令序列后，A、C、AC、OV、P的內(nèi)容是什么？

MOVA，#79H

ADDA，#58H

該指令功能是將79H+58H→A。計算過程如下：（79H）01111001

+（58H）01011000

————————————

（D1H）11010001A=D1H最高位無進(jìn)位，C=0；低半字節(jié)有進(jìn)位，AC=1；OV=1，發(fā)生溢出；A中1的個數(shù)為偶數(shù)，P=0。（5）臨時寄存器TMP1和TMP2這兩個寄存器專門供ALU存放臨時數(shù)據(jù)，用戶不可以直接訪問。2.程序控制邏輯

包括程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、振蕩器及定時電路等。程序計數(shù)器PC

16位字節(jié)地址計數(shù)器，PC中的內(nèi)容是將要執(zhí)行的下一條指令的地址。改變PC的內(nèi)容就可改變程序執(zhí)行的方向。指令寄存器IR及指令譯碼器ID

CPU把由PC中的內(nèi)容決定的Flash或ROM地址中的指令代碼取出后，經(jīng)指令寄存器IR送至指令譯碼器ID進(jìn)行譯碼，譯碼后產(chǎn)生一定序列的控制信號，以執(zhí)行指令所規(guī)定的操作（例如，把片內(nèi)工作寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到外部I/0口）。1.時鐘電路時鐘電路及CPU的工作時序

計算機(jī)是按程序工作的。程序是由許多指令組成的。指令是宏觀組成程序的最小單位。指令是逐條存放在程序存儲器中的。當(dāng)執(zhí)行指令時，首先將指令取出送到指令寄存器中，然后進(jìn)行譯碼，轉(zhuǎn)換成一系列定時控制的微操作，用來控制單片機(jī)各部分工作，來完成指令所要求的操作。因?yàn)橐粭l指令分解成許多基本的微操作，而這些微操作對應(yīng)的脈沖信號在時間上有嚴(yán)格的先后次序，這種次序就是計算機(jī)的時序。CPU的工作時序

80C51的時序定時單位：（1）振蕩周期（節(jié)拍）：所謂的振蕩周期就是為單片機(jī)提供定時信號的振蕩源的周期（即晶振周期或外部輸入時鐘信號的周期）。（2）狀態(tài)周期：2個振蕩周期為1個狀態(tài)周期，用S表示。構(gòu)成1個狀態(tài)周期的兩個振蕩周期作為振蕩周期的兩個節(jié)拍P1和P2。在狀態(tài)周期的前半周期（即節(jié)拍P1期間）CPU一般完成算術(shù)邏輯運(yùn)算。在狀態(tài)周期的后半周期（即節(jié)拍P2期間）CPU一般完成內(nèi)部寄存器之間的數(shù)據(jù)傳遞。（3）機(jī)器周期：一個機(jī)器周期（12個振蕩周期）是指CPU訪問存儲器一次所需要的時間，包含6個狀態(tài)周期，用S1、S2、S3、S4、S5、S6表示，這樣一個機(jī)器周期也就共有12個節(jié)拍，它們是：S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S3P1、S3P2、S4P1、S4P2、S5P1、S5P2、S6P1和S6P2。（4）指令周期：也就是完成1條指令所需要的時間，以機(jī)器周期為單位。80C51單片機(jī)大多數(shù)指令是單字節(jié)單周期指令，也有一些單字節(jié)雙周期指令、雙字節(jié)單周期指令、雙字節(jié)雙周期指令，甚至也有4周期的指令（乘法和除法指令），注意沒有三周期指令。假如80C51單片機(jī)的外接晶振為12MHz，那么各種周期的具體值為： 振蕩周期：1/（12×106）=1/12μs； 狀態(tài)周期：2×1/12μs=1/6μs； 機(jī)器周期：6×1/6μs=1μs； 指令周期：1～4μs；

80C51單片機(jī)的工作時序如圖所示：

80C51單片機(jī)的CPU讀取指令和執(zhí)行指令時序如圖所示：

這里列出了幾種典型指令的取指和執(zhí)行時序。由圖可知，在每個機(jī)器周期內(nèi)，地址鎖存信號ALE兩次有效，第一次出現(xiàn)在S1P2和S2P1期間，第二次出現(xiàn)在S4P2和S5P1期間。單周期指令的讀取發(fā)生于S1P2期間，此時操作碼將被鎖存于指令寄存器內(nèi)，若是雙字節(jié)指令，則同一機(jī)器周期的S4P2讀取第2個字節(jié)，中間PC自動加1。如果是單字節(jié)指令，S4P2仍做讀操作，但讀取的內(nèi)容直接丟棄，且中間程序計數(shù)器PC不加1。單周期指令在S6P2結(jié)束時完成指令的操作。圖（a）和（b）分別給出了單字節(jié)單周期指令和雙字節(jié)單周期指令的工作時序。

圖（c）是單字節(jié)雙周期指令的時序，兩個機(jī)器周期內(nèi)進(jìn)行了4次讀操作。由于是單字節(jié)指令，后面三次讀操作都無效，PC

也不調(diào)整。圖（d）是訪問片外數(shù)據(jù)存儲器指令“MOVX”的時序，它是單字節(jié)雙周期指令，在第一機(jī)器周期S5開始送出片外數(shù)據(jù)存儲器地址后，進(jìn)行讀/寫數(shù)據(jù)。在此期間無ALE信號，所以第二周期不產(chǎn)生取指操作。這時ALE信號不再是周期性的。其它情況下，ALE就是頻率為晶振頻率1/6的周期信號，可以用來給其它設(shè)備作時鐘信號。2.4存儲器結(jié)構(gòu)和地址空間單片機(jī)的存儲器兩種基本結(jié)構(gòu)：（1）程序和數(shù)據(jù)合用一個存儲空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓（Princeton)結(jié)構(gòu)（2）程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，稱為哈佛（Harvard)結(jié)構(gòu)

80C51（MCS-51系列）單片機(jī)存儲器結(jié)構(gòu)采用哈佛結(jié)構(gòu)。80C51存儲器程序存儲器ROM數(shù)據(jù)存儲器RAM片內(nèi)程序存儲器片外程序存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器片外數(shù)據(jù)存儲器圖2–9

80C51單片微機(jī)存儲器映象圖

程序存儲器空間采用片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址的方式，共有64KB，地址范圍為0000H～FFFFH(用16位地址表示)。數(shù)據(jù)存儲器:（1）片內(nèi)有256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器地址空間，地址范圍為00H～FFH(用8位地址表示)。（2）64KB的片外數(shù)據(jù)存儲器空間，其地址范圍也是0000H～FFFFH(用16位地址表示)。（3）片內(nèi)、片外數(shù)據(jù)存儲器空間的訪問通過不同的數(shù)據(jù)訪問指令來區(qū)分開來。

片外數(shù)據(jù)存儲器空間和片外程序存儲器空間，采用的外部地址總線和數(shù)據(jù)總線是相同的，不同的是控制總線不一樣。

MCS-51系列單片機(jī)的存儲器分配如下圖所示：

（1）程序存儲器空間配置程序存儲器空間的片內(nèi)、片外選擇通過單片機(jī)的引腳EA來實(shí)現(xiàn)：當(dāng)EA接低電平時（EA＝0），程序存儲器空間的前4KB（MCS-52是8KB）由片外實(shí)現(xiàn)當(dāng)EA接高電平時（EA＝1），程序存儲器空間的前4KB（MCS-52是8KB）由片內(nèi)實(shí)現(xiàn)。對于8031/80C31/8032/80C32這些片內(nèi)沒有ROM的單片機(jī)，EA引腳必須接低電平。對于具有片內(nèi)FLASH或者ROM的這些單片機(jī)，如果使用片內(nèi)存儲器，引腳必須接高電平。程序存儲器的幾個特殊單元

系統(tǒng)復(fù)位后的PC地址為0000H，系統(tǒng)從0000H單元開始取指，執(zhí)行程序。從0003H～0023H單元被保留用于5個中斷源的中斷服務(wù)程序的入口地址。以下5個特殊的單元被保留

外部中斷0 0003H

計時器T0溢出 000BH

外部中斷1 0013H

計時器T1溢出 001BH

串行口中斷 0023H

在程序設(shè)計時，通常在這些中斷入口處設(shè)置無條件轉(zhuǎn)移指令，使之轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的中斷服務(wù)程序段處執(zhí)行。（2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間配置

MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)最多可以配置256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器空間,地址從00H～FFH。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器分為兩部分：低128字節(jié)(00H～7FH)是真正的RAM區(qū)高128字節(jié)(80H～FFH)為特殊功能寄存器(SFR)區(qū)（MCS-52也有高128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲單元，它們和特殊功能寄存器重疊的，區(qū)分這些重疊的高128字節(jié)存儲單元的方法是使用不同的尋址方式，SFR使用直接尋址而數(shù)據(jù)存儲單元使用間接尋址）。

MCS-51系列單片機(jī)的SFR都是采用直接尋址方式進(jìn)行訪問的。圖2–10片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器各部分地址空間分布圖

①特殊功能寄存器（SFR）在MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)高128字節(jié)RAM中，有21個特殊功能寄存器(SFR)，它們離散地分布在80H～FFH的RAM空間中。這些特殊功能寄存器提供了CPU以及其它功能部件（如定時器計數(shù)器、串行口、并行口等）所需要的控制、狀態(tài)和緩沖寄存器。由于這些寄存器一般都具有特殊的功能，因此稱為特殊功能寄存器。這些寄存器的分布如圖所示?！魲Ｖ羔楽P(81H)

堆棧:在MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)RAM中，常常要指定一個專門的區(qū)域來存放某些特別的數(shù)據(jù),它遵循順序存取和后進(jìn)先出的原則,這個RAM區(qū)叫做堆棧。堆棧中的數(shù)據(jù)一般是某些事件發(fā)生時的CPU狀態(tài)或者寄存器的值。如當(dāng)中斷到來時，為了防止中斷服務(wù)程序中的操作對某些寄存器（如PSW、ACC等）形成破壞，需要將這個寄存器保護(hù)起來，把這些需要保護(hù)的寄存器的值壓入堆棧，等服務(wù)程序執(zhí)行完畢后，再把這些寄存器的值恢復(fù)出來，這個過程叫做現(xiàn)場的保護(hù)與恢復(fù)。

特殊功能寄存器堆棧指針SP地址為81H，SP的功能就是用來指向堆棧的棧頂?shù)?

壓棧（執(zhí)行PUSH指令）時:SP自動加1，然后把被壓的數(shù)據(jù)放到SP指向的單元。SP仍然指向棧頂，如左圖所示。

彈棧（執(zhí)行POP指令）時:先把SP指向的單元彈出，然后把SP減1，如右圖所示?！魯?shù)據(jù)指針DPTR(83H，82H)

DPTR是一個16位的特殊功能寄存器.

高位字節(jié)寄存器用DPH表示(地址83H)，低位字節(jié)寄存器用DPL表示(地址82H)。

DPTR既可以作為一個16位寄存器來處理，也可以作為兩個獨(dú)立的8位寄存器DPH和DPL使用。DPTR主要用于存放16位地址，以便對64KB片外RAM作間接尋址，這在第三章有關(guān)尋址方式的章節(jié)中將再詳細(xì)介紹?！簦?Ｏ端口P0～P3(80H，90H，A0H，B0H)

P0～P3為4個8位特殊功能寄存器，分別是4個并行Ｉ/Ｏ端口的鎖存器。它們都有字節(jié)地址，每一個口鎖存器還有位地址，每一條Ｉ/Ｏ線均可獨(dú)立用作輸入或輸出。用作輸出時，可以鎖存數(shù)據(jù)；用作輸入時，數(shù)據(jù)可以緩沖.

詳細(xì)情況在并行輸入∕輸出口中介紹?！糁袛嘣试S寄存器IE(A8H)、中斷優(yōu)先級寄存器IP(B8H)

IE和IP都是8位特殊功能寄存器。

IE用來對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個中斷源進(jìn)行開放或屏蔽；

80C51單片機(jī)有兩個中斷優(yōu)先級（即高優(yōu)先級和低優(yōu)先級），可實(shí)現(xiàn)兩級中斷服務(wù)嵌套。每個中斷源的中斷優(yōu)先級是由中斷優(yōu)先級寄存器IP中的相應(yīng)位的狀態(tài)來決定的。關(guān)于這兩個特殊功能寄存器的位結(jié)構(gòu)和詳細(xì)工作原理將在第五章有關(guān)章節(jié)中介紹?！舳〞r/計數(shù)器工作方式寄存器TMOD（89H）定時/計數(shù)器控制寄存器TCON（88H）

8位特殊功能寄存器TMOD和TCON都是與定時/計數(shù)器有關(guān)的。

TMOD用來為定時/計數(shù)器T0、T1選定工作方式，

TCON用來控制定時/計數(shù)器T0、T1的運(yùn)行，并反映T0、T1的運(yùn)行狀態(tài)?！舳〞r/計數(shù)器寄存器TH1（8DH）、TH0（8CH）、TL1（8BH）、TH0（8AH）

8位特殊功能寄存器TH1和TL1構(gòu)成定時/計數(shù)器T1的16位計數(shù)器，

TH0和TL0構(gòu)成定時/計數(shù)器T0的16位計數(shù)器。每來一個定時或計數(shù)脈沖，這個16位計數(shù)器將加1，直至計滿產(chǎn)生溢出。與定時/計數(shù)器有關(guān)的TMOD、TCON、TH1、TH0、TL1、TH0等特殊功能寄存器的位結(jié)構(gòu)和詳細(xì)工作原理將在第六章有關(guān)章節(jié)中介紹?！舸锌诳刂萍拇嫫鱏CON（98H）、串行口發(fā)送、接收緩沖寄存器SBUF（99H）

8位特殊功能寄存器SCON用以實(shí)現(xiàn)設(shè)定串行口的工作方式、控制接收/發(fā)送以及設(shè)置串行口的工作狀態(tài)標(biāo)志等功能。

MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)有兩個物理上獨(dú)立的發(fā)送、接收串行口緩沖器SBUF，它們占用同一地址99H，對它們的操作可以實(shí)現(xiàn)通過串行口接收或發(fā)送一定的數(shù)據(jù)。由于讀寫方向是不一樣的，所以讀操作對應(yīng)的是接收緩沖器，寫操作對應(yīng)的是發(fā)送緩沖器，因此，雖然物理上是兩個緩沖寄存器，但占用相同的地址，操作時并不會產(chǎn)生混淆。SCON和SBUF有關(guān)的詳細(xì)情況將在第七章有關(guān)章節(jié)中介紹?！綦娫纯刂萍拇嫫鱌CON（87H）

8位特殊功能寄存器PCON的主要作用是用于控制MCS-51單片機(jī)使其進(jìn)入低功耗模式，但其最高位（D7:SMOD）位是用于控制串行口波特率是否進(jìn)行倍頻的。關(guān)于PCON的詳細(xì)情況將在第七章有關(guān)章節(jié)中介紹?！艄ぷ骷拇嫫鲄^(qū)（00H:1FH）

80C51的片內(nèi)RAM00H～1FH地址空間安排了4組工作寄存器，每組有8個工作寄存器（R0～R7），共占32個單元。80C51在每個時刻只能選定一組工作寄存器作為當(dāng)前的工作寄存器組。選定當(dāng)前工作寄存器組的方法是對程序狀態(tài)字PSW中RS1、RS0的進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置，如下表所示：RS1RS0寄存器地址工作寄存器組R0R1R2R3R4R5R6R70000H01H02H03H04H05H06H07H第0組0108H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH第1組1010H11H12H13H14H15H16H17H第2組1118H19H1AH1BH1CH1DH1EH1FH第3組◆位尋址區(qū)（20H～2FH）

80C51的片內(nèi)RAM工作寄存器區(qū)后的16字節(jié)單元(20H～2FH)，可用位尋址方式訪問其各位，這16個單元（共128個位）稱為位尋址區(qū)，每個位都有自己的位地址(00H～7FH)。在MCS-51系列單片內(nèi)有一個布爾處理機(jī)，還有許多位操作指令，通過這些位操作指令可直接對這128位尋址，往這些位空間里寫入1位數(shù)據(jù)，或者從這些位空間里讀取1位數(shù)據(jù)。

除了這128個位尋址單元以外，還有11個特殊功能寄存器(SFR)也是可以位尋址的。這些特殊功能寄存器的字節(jié)地址是：80H（P0）、88H（TCON）、90H（P1）、98H（SCON）、A0H（P2）、A8H（IE）、B0H（P3）、B8H（IP）、D0H（PSW）、E0H（ACC）、F0H（B）。這11個特殊功能寄存器的位也都分配了相應(yīng)的位地址(80H～F7H)。對這些空間的訪問也可以以位為單位。需要注意的是這部分的位地址空間可能不連續(xù)，不能對不存在的位地址進(jìn)行訪問，否則訪問的結(jié)果是未知的?！敉ㄓ肦AM區(qū)（30H～

7FH）

80C51的片內(nèi)RAM30H～7FH地址空間的存儲單元為通用RAM區(qū)。這段空間可以存放程序運(yùn)行的中間結(jié)果。同時，堆棧也是放置在這一區(qū)間的。需要注意的是由于堆棧區(qū)域是向上生長的，所以，初始的堆棧指針SP設(shè)置就特別重要。一般情況下，需要將堆棧設(shè)置在通用RAM區(qū)的高端（如：60H～

7FH），這樣隨著壓入數(shù)據(jù)的增加一般不會導(dǎo)致對其他普通RAM區(qū)所存放數(shù)據(jù)的破壞。堆棧區(qū)的大小取決于整個系統(tǒng)同時需要保護(hù)的數(shù)據(jù)單元量。（3）片外數(shù)據(jù)存儲器空間配置

片外數(shù)據(jù)存儲器與片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間的低地址部分(0000H～00FFH)是重疊的,80C51有MOV和MOVX兩種指令,用以區(qū)分片內(nèi)、片外RAM空間，當(dāng)使用MOV指令時，訪問的是片內(nèi)區(qū)域，當(dāng)使用MOVX指令時，訪問的是片外區(qū)域。

80C51單片機(jī)的64KB的數(shù)據(jù)存儲器空間除了片內(nèi)有128字節(jié)，剩余所有的數(shù)據(jù)存儲單元都需要擴(kuò)展片外RAM實(shí)現(xiàn)。片外數(shù)據(jù)存儲器的地址可以是8位或16位。使用8位地址時,則由P0口將這8位地址與數(shù)據(jù)信號分時提供，利用地址鎖存信號ALE的下降沿可以將這些地址鎖存住。若采用16位地址,則由P2端口傳送高8位地址。

下圖是片外擴(kuò)展2KBRAM時的連接圖。P0口用作RAM的數(shù)據(jù)總線（D0-D7）,通過74LS373鎖存后作為地址總線的低8位（A0-A7），P2口中的3位（P2.0、P2.1和P2.2）作為RAM的3位地址（A8-A10）。訪問片外RAM期間,CPU根據(jù)需要發(fā)送讀或?qū)懶盘枴?.580C51的并行輸入／輸出

端口

在控制系統(tǒng)領(lǐng)域，有很多信號（例如電機(jī)的開與停，溫度是否超越了上界，電梯的上行和下行、小車的前進(jìn)與倒退等）都可以利用簡單的高低電平來表示。為了便于實(shí)現(xiàn)對這些控制信號的輸入與輸出，MCS-51單片機(jī)設(shè)置了4個8位并行I/O口，它們分別是P0口、P1口、P2口和P3口。這4個并行I/O口有個統(tǒng)一的功能就是實(shí)現(xiàn)開關(guān)信號的輸入輸出功能，可以利用程序?qū)⑦@些口設(shè)置為高電平或者低電平（輸出功能），也可以利用這些口將某些利用高低電平所表示的開關(guān)信號（1和0）讀入單片機(jī)內(nèi)部（輸入功能）。除此之外，它們還有各自不同的第二甚至第三功能，這是由它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定的。

P0口P0口某位的結(jié)構(gòu)如圖所示：讀引腳讀鎖存器內(nèi)部總線寫入DCPQQ地址/數(shù)據(jù)控制CMUXVCCT1T2P0.X4312鎖存器組成：一個輸出鎖存器二個三態(tài)輸入緩沖器輸出驅(qū)動電路控制電路當(dāng)控制位C=0時，開關(guān)MUX被控為如圖示位置，P0口為通用I/O口；當(dāng)控制位C=1時，開關(guān)撥向反相器3的輸出端，這時，P0口分時作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。也就是說，P0口的第二功能是作為地址/數(shù)據(jù)總線使用，其實(shí)，這是P0口最常用的用法。需要注意的是，當(dāng)P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時，就無法再作I/O口使用。P0口作地址/數(shù)據(jù)時，是真正的雙向口，三態(tài)，負(fù)載能力為8個LSTTL電路。

（1）P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線

當(dāng)控制位C=1時，開關(guān)撥向反相器3的輸出端，P0口引腳輸出低8位地址或數(shù)據(jù)信息，MUX開關(guān)把CPU內(nèi)部地址/數(shù)據(jù)線經(jīng)反向器3與驅(qū)動場效應(yīng)管FET（T2）柵極接通。上下兩個FET處于反相，構(gòu)成推挽式輸出電路，提高了負(fù)載能力。（2）P0口作為通用I/O當(dāng)控制位C=0時，P0口為通用I/O口。

①P0口作為輸出口

當(dāng)CPU執(zhí)行輸出指令時，寫脈沖加在D鎖存器的CP上，這樣，與內(nèi)部總線相連的D端的數(shù)據(jù)取反后就出現(xiàn)在了輸出級FET（T2）的基極上，經(jīng)輸出級FET（T2）反相，在P0端口上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。需要注意的是，由于CPU使控制線C為０，上拉FET處于截止?fàn)顟B(tài)，因此輸出級是漏極開路的，外部應(yīng)加上拉電阻。②P0口作為輸入口

當(dāng)CPU執(zhí)行一條由端口讀入數(shù)據(jù)的指令時，“讀引腳”脈沖把三態(tài)緩沖器2打開，這樣，端口上的數(shù)據(jù)經(jīng)過緩沖器2讀入到內(nèi)部總線。需要注意的是，在進(jìn)行從端口輸入前，應(yīng)先向端口鎖存器寫入1，也就是使鎖存器，使T2截止，又因?yàn)榭刂凭€C=0，因此T1截止，這樣引腳便處于懸浮狀態(tài)，可作高阻抗輸入。否則,T2便處于導(dǎo)通狀態(tài)，端口上一直處于低電平狀態(tài)，無法獲得真正的引腳電平狀態(tài)。因此，“要輸入，先輸出1”。③“讀－修改－寫”

MCS-51有幾條對I/O口操作的指令，屬于“讀－修改－寫”指令，如：ANLP0，A該指令的功能是將Ｐ0口的內(nèi)容與Ａ寄存器內(nèi)容相與，結(jié)果從Ｐ0口輸出。

CPU不直接讀引腳上的數(shù)據(jù)，而是使“讀鎖存器”信號有效，修改輸出鎖存器的內(nèi)容。鎖存器中的數(shù)據(jù)通過上三態(tài)門1進(jìn)入內(nèi)部總線，修改后再寫入到鎖存器中。

P1口P1口某位的結(jié)構(gòu)如圖所示：讀引腳讀鎖存器內(nèi)部總線寫入DCPQQVCCP1.X12鎖存器

P1口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和P0口有相同的地方，也有不同的地方。相同的地方是：它們的輸出鎖存電路一樣。不同的地方是：由于P1口只做I/O口，沒有第二功能，因此，P1口沒有像P0口那樣的功能選擇電路。P1口的輸出驅(qū)動部分也與P0口不同，P1口的輸出驅(qū)動上半部分把一個FET換成了一個上拉負(fù)載電阻，下半部分仍然保留一個可工作在導(dǎo)通或截止兩種狀態(tài)的FET。當(dāng)FET導(dǎo)通時，其管腳P1.X輸出為低電平。當(dāng)FET截止時，其管腳P1.X輸出由上拉電阻上拉為高電平，能向外提供拉電流負(fù)載，所以外部接口電路不必再接上拉電阻。

P1口也是一個準(zhǔn)雙向口。當(dāng)將該端口用作輸入端口時，也必須先向?qū)?yīng)的鎖存器寫入1，使FET截止。P1～P3都是準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力為4個LSTTL電路。

P2口

P2口某位的結(jié)構(gòu)如圖所示。P2口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與P0口類似的地方，它們的鎖存電路相同，也都有MUX開關(guān)。驅(qū)動部分與P1口類似，都有一個上拉電阻和一個FET組成。讀引腳讀鎖存器內(nèi)部總線寫入DCPQQ地址/數(shù)據(jù)控制CMUXVCCP2.X鎖存器（1）P2口作為一般的I/O口

P2口是一多功能接口，即可以作為通用I/O口使用，也可以作為輸出高8位地址線使用。在以下情況下，P2口將作為通用I/O口使用：

①

當(dāng)CPU對片內(nèi)存儲器進(jìn)行讀/寫（執(zhí)行MOV

指令或在EA=1的情況下執(zhí)行MOVC指令）時，內(nèi)部硬件電路會自動使開關(guān)MUX倒向鎖存器的端，這時，P2口將作為一般I/O口使用。

②當(dāng)系統(tǒng)只需擴(kuò)展256B片外RAM，使用“MOVXA,@Ri”類指令訪問片外RAM時，尋址范圍是256B，只需低8位地址線就可以實(shí)現(xiàn)。這時，P2口將不受該指令影響，仍可作通用I/O口使用。（2）P2口作為高8位地址線

若擴(kuò)展的RAM容量超過256B，使用“MOVXA,@DPTR”類指令的尋址范圍是64KB，此時，高8位地址總線用P2口輸出。在片外RAM讀/寫周期內(nèi)，P2口鎖存器仍保持原來端口的數(shù)據(jù)。此時P2口無法再用作通用I/O口。

P3口

P3口某位的結(jié)構(gòu)如圖所示：讀引腳讀鎖存器內(nèi)部總線寫入DCPQ第二輸出功能VCCP3.X312鎖存器4第二輸入功能W

P3口是一個雙功能口，第一功能與P1一樣用作通用I/O口，也是一個準(zhǔn)雙向I/O口。除了第一功能，P3口還具有第二功能。P3口的第二功能如下表所示：

引腳第二功能P3.0RXD(串行口輸入)P3.1TXD(串行口輸出)P3.2INT0（外部中斷0輸入）P3.3INT1（外部中斷1輸入）P3.4T0（定時器0的外部輸入）P3.5T1（定時器1的外部輸入）P3.6WR（片外數(shù)據(jù)存儲器寫控制信號）P3.7RD（片外數(shù)據(jù)存儲器讀控制信號）

與P0、P2口不同的是，P3口的第二功能和第一功能之間不再通過多路選擇開關(guān)（MUX）進(jìn)行切換，而是增加了一個與非門3和緩沖器4。這樣，當(dāng)作為通用輸出口時，內(nèi)部第二輸出功能線應(yīng)為高電平1，以保證與非門的暢通，維持從鎖存器到輸出口的數(shù)據(jù)輸出通路；當(dāng)作為第二功能輸出口時，鎖存器應(yīng)置高電平1，使與非門對第二功能的輸出是暢通的。當(dāng)P3口作為第二功能輸入口時，在I/O口的輸入通路增設(shè)了一個緩沖器4，輸入的第二功能信號即從這個緩沖器輸出端取得。當(dāng)P3口作為通用I/O口輸入端時，數(shù)據(jù)取自三態(tài)緩沖器2的輸出端。這兩種輸入，鎖存器的輸出端和內(nèi)部第二輸出功能線均應(yīng)置為高電平，這樣輸出驅(qū)動電路便不會影響引腳上外部數(shù)據(jù)的正常輸入。

P3口的輸出驅(qū)動部分和P1口、P2口一樣，內(nèi)部具有上拉電阻，只有4個LSTTL電路的驅(qū)動能力。

I/O端口的簡單應(yīng)用

如圖所示，單片機(jī)的P1.0口設(shè)置成輸入口，通過一個按鈕開關(guān)連接到地。P1.1口設(shè)置成輸出口，通過電阻R1連接到Q1的基極，Q1的發(fā)射極連接到地，集電極通過發(fā)光二極管D1和電阻R2連接到+5V電源。

要實(shí)現(xiàn)的功能是每當(dāng)按鈕開關(guān)S1按下時，發(fā)光二極管就亮，松開時發(fā)光二極管就滅。具體的程序如下：

SETBP1.0 ;為了P1.0做輸入，先要輸出高電平LOOP1:CLRP1.1 ;熄滅LOOP2:JBP1.0,LOOP1 ;查看開關(guān)是否按下，高電平說明沒有

;按下，低電平說明已按下。

LCALLDELAY10ms;軟件延時10ms，去開關(guān)抖動

JBP1.0,LOOP1 ;再查看一