MCS-51單片機的組成和內部結構培訓教材

MCS-51單片機的組成和內部結構MCS-51單片機系列包括51、52兩個子系列51子系列有80C31、80C51、87C51和89C51四種機型52子系列也有四種機型，分別是80C32、80C52、87C52和89C52兩子系列的區(qū)別是:51子系列有128B的片內RAM，4KB的ROM（不包括80C31），2個定時器/計數器及5個中斷源。52子系列有256B的片內RAM，8KB的ROM（不包括80C32），3個16位定時器/計數器及6個中斷源。OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerial外部中斷晶振輸入P0P1P2P3TXDRXD8051單片機OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerialP0P1P2P3TXDRXD程序8-bitdatabus數據總線16-bitaddressbus地址總線8-bitaddressbus地址總線外部中斷晶振輸入OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerialP0P1P2P3TXDRXD中央處理器中斷振蕩器定時器串口外部中斷晶振輸入OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerialP0P1P2P3TXDRXDMOVP3,23h外部中斷晶振輸入外部中斷晶振輸入OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerialP0P1P2P3TXDRXDMOVP3,23H給我一條指令!!指令地址是什么？在這里OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerialP0P1P2P3TXDRXDMOVP3,23hMOVP3,23H外部中斷晶振輸入OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerialP0P1P2P3TXDRXDMOVP3,23H外部中斷晶振輸入OscillatorInterruptCPUEPROMRAMTimer1Timer0I/OportsSerialP0P1P2P3TXDRXDMOVP3,23H外部中斷晶振輸入詳細結構引腳P1P0P2P3CPU中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數據寬度的處理器，能處理8位二進制數據或代碼。CPU負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協調工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。它由運算器、控制器及位處理器（布爾處理器）等組成。運算器包括算數邏輯單元、累加器A、寄存器B、暫存器（TEMP）及程序狀態(tài)寄存器PSW等。ACC寄存器TMP2臨時寄存器TMP1臨時寄存器ALU運算單元PSW程序狀態(tài)寄存器內部數據總線程序狀態(tài)標志寄存器PSW反映ALU運算結果的標志寄存器。如計算加法時的進位、計算減法時的借位及ACC寄存器中數據的奇偶等標志同時還具有一些其它的標志，它是單片機編程時特別需要關注的寄存器

控制器主要任務：根據指令控制單片機各功能部件；包括：程序計數器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼器、條件轉移邏輯電路及時序控制邏輯電路。存儲器

數據存儲器(RAM)：51/52片內有128/256個8位用戶讀寫數據存儲單元和21/26個特殊功能寄存器

程序存儲器(ROM)：51/52有4KB/8KB的掩膜ROM，用于存放用戶程序和常數（如原始數據或表格）等。當需要擴展片外ROM時，MCS-51對外有64KB程序存儲器的尋址能力。MCS-51的存儲器配置

MCS-51單片機的程序存儲器和數據存儲器的尋址空間是分開的，屬于哈佛存儲結構共有5個物理上相互獨立的存儲器空間用戶角度看有3個存儲空間：片內外統(tǒng)一編址的64KB程序存儲器地址空間、64KB外部數據存儲器地址空間、256B的片內數據存儲地址空間VonNeumannarchitecture00010C0B0A0908070605040302JohnVonNeumann存儲器配置類型馮·諾依曼VonNeumannarchitecture00010C0B0A09080706050403024B44016F2326A3554745DataProgram存儲器配置類型存儲器配置類型VonNeumannarrangementHarvardarrangement00010C0B0A09080706050403A02CBD五種類型的存儲器ExternalRAMExternalROM8051InternalROMSpecialFunctionRegistersInternalRAMSFR,特殊功能寄存器00hFFh80h7FhFFFF0000內部RAMb.8052內存分配數據存儲器00hFFh80h7FhFFFF0000內部RAM8052內存分配SFR特殊功能寄存器00hFFh80h7FhFFFF0000內部RAMSFR外部RAM8052內存分配數據存儲器00hFFh80h7FhFFFF0000內部RAMSFR外部RAMROM8052內存分配內部外部DataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000內部RAM內部ROM外部ROM外部RAM8052如何判別使用哪類存儲器？DataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000MOV內部RAM內部ROM外部ROM外部RAMDataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000MOV內部RAM內部ROM外部ROM外部RAMDataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000MOV(間接尋址)內部RAM內部ROM外部ROM外部RAMDataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000MOVX(間接尋址)

內部RAM內部ROM外部ROM外部RAMDataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000MOVC(間接尋址)內部RAM內部ROM外部ROM外部RAMDataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000MOVC(間接尋址)內部RAM內部ROM外部ROM外部RAMDataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000如何確定使用哪個程序存儲器?內部RAM內部ROM外部ROM外部RAM40239133843753663573483393210311130122913281427152616251724182319222021P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0Vcc+5vP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6VssGNDXTAL2P3.0RXDRSTP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP3.7RDXTAL1P0.7Vpp/EAPROG/ALEPSEN8051EA=ExternalAccessEA為低則使用外部ROMEA為高則使用內部ROM+5VDataMemoryDataMemCodeMemoryCodeMemorySFRs0080FFFFFFFFFF0000EA=lowEA=high內部RAM內部ROM外部ROM外部RAM內部RAM001F202F307F32bytesR區(qū)（寄存器區(qū)）

16bytes位空間80bytes普通RAM00R區(qū)07080F1017181FRegisterBank0RegisterBank1RegisterBank2RegisterBank3R0R7R0R7R0R7R0R7當使用0區(qū)寄存器時MOVR7，#12H=MOV07H,#12H

001F202F307F4RegisterBanks16bytes可位尋址RAM80bytesRAM位空間可位尋址RAM如何區(qū)別位地址和字節(jié)地址？不同指令區(qū)分！如：INC7FH（字節(jié)）SETB7FH（位）001F202F307F4RegisterBanks16bytes可位尋址RAM80bytesRAM普通RAM區(qū)

(b)向上生長型進棧SP增加，出棧SP減小棧頂數據入數據出SPSPSP+1棧底數據出數據入SPSP-1SP(a)向下生長型進棧SP減小，出棧SP增加兩種不同類型的堆棧8051堆棧BaseEndGrowingupwards基地址BaseEndGrowingdownwards寫入新數據8051堆棧BaseEndGrowingupwards在內部RAM堆棧在哪兒?00hFFh80h7FhFFFF0000內部RAMSFR外部RAM程序存儲器8051內存分配堆棧在內部RAMStackPointer棧指針SPStackPointer(8-bit)堆棧中最后一項的地址STACKStackPointerStackPointer當8051復位（RESET）時SP值為07h07h1110000008h09h0Ah06h05h04h03hBase內部RAMSFR外部RAM程序存儲器SP是一個SFRSP在什么地方？PUSH36hStackPointer36h37h35hXXXXPOP37hStackPointer36h37h35hXXXX堆棧指針操作

MOVSP,#45h INCSP DECSP危險堆棧指針操作

MOVSP,#45h INCSP DECSP初始化堆棧指針

BEGIN:

MOVSP,#45h ;堆棧從46h開始特殊功能寄存器區(qū)地址范圍：80H~FFH一是通用數據RAM區(qū)（51子系列單片機沒有該區(qū)）二是特殊功能寄存器區(qū)。特殊功能寄存器（SFR）

地址范圍：80H~FFH，與通用RAM的高128B地址，在邏輯上是重合的。51子系列單片機有21個特殊功能寄存器。52子系列比51子系列多了一個定時器/計數器T2，增加了5個特殊功能寄存器。

PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0~P3FFHSCON00HIP××000000BSBUF不定IE0×000000BPCON0×××0000BTMOD00H沒有占用的地址單元讀寫均無效尋址方式：可以以字節(jié)尋址，部分也可以位尋址可位尋址的寄存器：地址是8的整倍數。有11個可位尋址寄存器。其字節(jié)和位的地址見表2.5所示位地址與位尋址區(qū)地址統(tǒng)一編址

累加器ACC（0E0H）累加器的助記符是A，當對累加器的位進行操作時，常用符號ACC，如累加器的D0位，表示為“ACC.0”。大部分單操作數指令的操作數取自累加器A。B寄存器(0F0H)B寄存器可以作為一般寄存器使用。但在乘除指令中，B寄存器有專門的用途。乘法指令中，兩個操作數一個是累加器A，另一個必須是B寄存器。其結果存放在A、B寄存器對中。除法指令中，被除數是累加器A，除數是寄存器B，商數存放于A，余數存放于B寄存器。

程序狀態(tài)寄存器PSW(0D0H)程序狀態(tài)寄存器是一個8位寄存器。它包含了程序狀態(tài)信息和一些可控制位。該寄存器各位的含義見表2.6所示

CyACFORS1RS0OV

P進位標志Cy：算術邏輯指令時，最高位D7有進（借）位，則Cy=1，否則Cy=0；在布爾處理器中，它起著“位累加器”的作用。17條布爾處理指令多數是針對CY來完成的。程序中寫成C。

輔助進位標志AC：加（減）法運算時，如果低半字節(jié)的最高位D3有進（借）位，則AC=1，否則AC=0；AC在作BCD碼運算而進行二~十進制調整時有用。Cy

ACFORS1RS0OV

P用戶標志FO：是用戶定義的一個狀態(tài)標志?？赏ㄟ^軟件對它置位、清零；在編程時，也常測試其狀態(tài)進行程序分支。CyACFORS1RS0OV

PCyACFORS1RS0OV

P工作寄存器區(qū)選擇位RS1、RS0:可借軟件置位或清零，以選定4個工作寄存器區(qū)中的一個區(qū)投入工作。RS1RS0寄存器區(qū)00第0區(qū)01第1區(qū)10第2區(qū)11第3區(qū)溢出標志OV：作有符號數加法、減法時由硬件置位或清除，以指示運算結果是否溢出。CyACFORS1RS0OV

P奇偶標志P:每執(zhí)行一條指令，單片機都能根據A中1的個數的奇偶自動令P置位或清零：奇為1，偶為0。串行通信的數據傳輸非常有用，通過奇偶校驗可檢驗數據傳輸的正確與否。CyACFORS1RS0OV

PDPTR（83H、82H）數據指針DPTR是一個16位專用寄存器。它既可以是一個16位專用寄存器DPTR，有16位數的加一功能。也可以拆開，作為2個獨立的8位寄存器DPH和DPL使用。DPTR是繼程序計數器PC以外的第二個16位寄存器。用途：保持16位的地址，尋址片外64KB的數據存儲器或程序存儲器空間。大多數情況下只能作為兩個8位寄存器使用，如將DPTR壓棧應先壓DPL后壓DPH有“自加一”指令，沒有“自減一”指令指針SP（81H）堆棧指針SP是一個8位的特殊功能寄存器MCS-51的堆棧指針具有自加一功能，指向棧頂壓棧過程：SP先“自加一”而后將數據放入存儲器單元出棧過程：先將SP指向單元數據送出，而后SP“自減一”程序計數器PC程序計數器PC不屬于特殊功能寄存器。編程不能對它進行訪問。一個16位程序地址寄存器。專門用于存放下一條要執(zhí)行指令的地址?？蓪ぶ?000H-0FFFFH范圍，64KB的程序存儲器空間。當一條指令被取出后，PC的內容會自動增量，指向下一條要執(zhí)行指令的地址。注意：PC在0000H~0FFFH范圍內，執(zhí)行片內ROM中的程序當PC的內容在1000H~0FFFFH范圍時，CPU自動轉向外部ROM執(zhí)行程序P0-P3端口寄存器地址：80H，90H，0A0H，0B0H專用寄存器P0、P1