單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.1MCS-51系列單片機(jī)概述2.28051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理2.38051單片機(jī)的工作方式本章要點：第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.1MCS-51系列單片機(jī)概述

MCS-51是指由美國Intel公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了許多型號，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等。其中8051是最早生產(chǎn)、最典型的產(chǎn)品。MCS-51系列的其他單片機(jī)，都是在以8051為內(nèi)核的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了功能的增加以及外圍接口的改變。因此，人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS-51系列單片機(jī)。第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理8051是最早生產(chǎn)、最典型的產(chǎn)品。MCS-51系列的Intel公司將MCS-51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其他公司，所以有很多公司在生產(chǎn)以8051為核心的單片機(jī)。在我國使用的，具代表性的芯片是Phillips的80系列和Atmel的AT89系列單片機(jī)。本書主要介紹的MCS-51系列單片機(jī)的硬件、軟件及其應(yīng)用。2.1.1MCS-51系列單片機(jī)簡介第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理MCS-51系列單片機(jī)共有十多種芯片，分為兩大系列，即51子系列及52子系列，并以芯片型號的末位數(shù)字最為標(biāo)志。它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，其中51子系列是基本型，52子系列是增強(qiáng)型。MCS-51系列單片機(jī)各種芯片的技術(shù)指標(biāo)見表2-1。

2.1.1MCS-51系列單片機(jī)簡介第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理表2-1MCS-51系列單片機(jī)芯片技術(shù)指標(biāo)子系列片內(nèi)ROM形式ROM容量RAM容量尋址范圍I/O特性中斷源無ROMEPROM定時器并行口串行口51子系列8031805187514KB128B2×64KB2164×81580C3180C5187C514KB128B2×64KB2164×81552子系列8032805287528KB256B3×64KB3164×81680C3280C5287C528KB256B3×64KB3164×8162.1.1MCS-51系列單片機(jī)簡介第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一個8位中央處理器CPU一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路4KB程序存儲器ROM（有的型號沒有）256B數(shù)據(jù)存儲器RAM。兩個16位定時/計數(shù)器（T0、T1）。第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理可尋址64KB外部數(shù)據(jù)存儲空間和64KB外部程序存儲器的控制電路。1個可編程的并行I/O端口、4個8位并行I/O端口（P0~P3）。21個特殊功能寄存器。具有5個中斷源、2個優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)。2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理圖2-1-18051內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.2CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8051的CPU主要由運算器和控制器組成

控制器包括程序計數(shù)器PC、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及定時控制邏輯電路。其功能是控制指令的讀出、譯碼和執(zhí)行，對指令的執(zhí)行過程進(jìn)行定時控制，并根據(jù)執(zhí)行結(jié)果決定是否分支轉(zhuǎn)移。

第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理8051單片機(jī)的CPU結(jié)構(gòu)

2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理運算器的功能是進(jìn)行算術(shù)、邏輯運算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳送等操作。主要由算術(shù)邏輯運算單元ALU、寄存器A、寄存器B、程序狀態(tài)字寄存器PSW組成。2.2.1運算器第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理1.算術(shù)邏輯運算單元算術(shù)邏輯運算單元用來完成二進(jìn)制書的四則運算和布爾代數(shù)的邏輯運算，并將結(jié)果送帶累加器A和B寄存器等，將運算的狀態(tài)送程序狀態(tài)字PSW的相應(yīng)標(biāo)志位。2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.累加器A

累加器A是8位通用寄存器，是CPU中使用最頻繁的寄存器。它用于向ALU提供操作數(shù)和存放運算的結(jié)果。在運算時將一個操作數(shù)經(jīng)過暫存器送至ALU，及另外一個來自暫存器的操作數(shù)在ALU中進(jìn)行運算，運算結(jié)果再送回累加器A。2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理3.寄存器B

寄存器B又稱為乘法寄存器，它及累加器A協(xié)同工作，可進(jìn)行乘法操作和除法操作。在乘除指令中運用到寄存器B，乘法指令中的兩個操作數(shù)分別取自于A、B寄存器，其結(jié)果也存放在A、B寄存器中，A存放乘積的低8位，B存放乘積的高8位；除法指令中，被除數(shù)取自A，除數(shù)取自B，進(jìn)行運算后，商數(shù)存放于A，余數(shù)存放于B。在一般狀態(tài)下寄存器B也可作為普通的寄存器使用。2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理4．程序狀態(tài)字PSW

程序狀態(tài)字PSW是一個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。其有關(guān)位用來表示ALU操作的結(jié)果狀態(tài)或CPU的工作狀態(tài)，供程序查詢和判別，其各位的含義見表2-2，其中D1位未定義。表2-2程序狀態(tài)字PSW各位的含義D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OV/P2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理表2-3PSW各位功能對應(yīng)表功能標(biāo)志地址進(jìn)位標(biāo)志CyPSW.7:0D7H輔助進(jìn)位標(biāo)志ACPSW.6:0D6H溢出標(biāo)志OVPSW.2:0D2H奇偶標(biāo)志PPSW.0:0D0H用戶標(biāo)志F0PSW.5:0D5H保留/PSW.1:0D1H寄存器區(qū)選擇MSBRS1PSW.4:0D4H寄存器區(qū)選擇LSBRS0PSW.3:0D3H2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理各個標(biāo)志位的含義如下：CY(PSW.7)：進(jìn)位標(biāo)志位，也可以記為C。在進(jìn)行算術(shù)運算時，它是累加器A的進(jìn)位位。如果操作位在最高位有進(jìn)位（加法）或借位（減法）時置1，否則清0。AC（PSW.6）：輔助進(jìn)位標(biāo)志。它是低半字節(jié)的進(jìn)位位（累加器A中的A3位向A4位進(jìn)位），主要用于BCD碼調(diào)整。低四位有進(jìn)位（加法）或者向高四位有借位（減法），AC位被置1，否則清0。F0(PSW.5)：用戶定義的狀態(tài)標(biāo)志位。可以通過軟件對它置位、復(fù)位或者測試，以控制程序的流向。2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：工作寄存器區(qū)選擇控制位

8051共有8個8位的工作寄存器R0~R7?？梢杂密浖碇梦换蛘咔辶?，以確定當(dāng)前使用的工作寄存器組。用戶可以通過改變RS1和RS0的狀態(tài)來決定R0~R7的實際物理地址。

RS1和RS0及工作寄存器R0~R7的物理地址之間的關(guān)系見表2-4。2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理表2-4RS1和RS0及工作寄存器的關(guān)系對照表RS1RS0選中的寄存器組R0~R7地址000組00H-07H011組08H-0FH102組10H-17H113組18H-1FH2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理OV（PSW.2）：溢出標(biāo)志位。

當(dāng)執(zhí)行運算指令時，由硬件置位或清除，以指示運算是否產(chǎn)生溢出，OV置位表示運算結(jié)果超出了目的寄存器A所能表示的帶符號數(shù)的范圍（一128～＋127）。若以Ci表示位i向位i＋l有進(jìn)位，則OV=C6⊕C7；當(dāng)位6向位7有進(jìn)位(借位)而位7不向CY進(jìn)位(借位)時；或當(dāng)位7向C進(jìn)位(借位)而位6不向位7進(jìn)位(借位)時OV標(biāo)志置位，表示帶符號數(shù)運算時運算結(jié)果是錯誤的；否則，清除OV標(biāo)志，運算結(jié)果正確。2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

對于MUL乘法，當(dāng)A、B兩個乘數(shù)的積超過255時OV置位；否則，OV＝0。因此，若OV＝0時，只需從A寄存器中取積；若OV＝1時，則需從B、A寄存器對中取積。對于DIV除法，若除數(shù)為0時，OV=1；否則，OV=0。P（PSW.0）：奇偶標(biāo)志位每個指令周期都由硬件來置位或清零，以表示累加器A中1的個數(shù)的奇偶性。若1的個數(shù)為奇數(shù)，則P置1；若1的個數(shù)為偶數(shù)，則P清零。2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理5.布爾處理器在8051片內(nèi)還有一個布爾處理器，它以PSW中的進(jìn)位標(biāo)志位CY為其累加器（在布爾處理器及其指令中以C代替CY），專門用于處理位操作。如可執(zhí)行置位、位清0、位取反、位等于1轉(zhuǎn)移、位等于0轉(zhuǎn)移、位等于1轉(zhuǎn)移并清0以及位累加器C及其他可位尋址的空間之間進(jìn)行信息傳送等位操作，也能使C與其他可尋址位之間進(jìn)行邏輯“與”、邏輯“或”操作，并將結(jié)果存放在進(jìn)位標(biāo)志位（位累加器）C中。2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

控制器是CPU的指揮控制部件，用于對來自存儲器中的指令進(jìn)行譯碼，并通過定時和控制電路在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需要的控制信號，使各部件協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。同一般處理器的控制器一樣，8051的控制器也是由指令寄存器IR、指令譯碼器ID、定時及控制邏輯電路和程序計數(shù)器PC等組成。

2.2.2控制器第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理1.程序計數(shù)器PC

程序計數(shù)器PC作為指令的地址指針，用來存放下一條將要執(zhí)行的指令在存儲器中的地址，字長16位。在單片機(jī)上電(或復(fù)位)時，PC自動裝入0000H值，使程序從0000H單元開始執(zhí)行。一般情況下，單片機(jī)執(zhí)行完一條指令，PC的值就自動加1，為取下一個指令做好準(zhǔn)備，從而保證指令的順序執(zhí)行（若要使程序跳轉(zhuǎn)執(zhí)行，則只需用有關(guān)指令改寫PC的內(nèi)容即可）。只有在執(zhí)行轉(zhuǎn)移、子程序調(diào)用指令和中斷響應(yīng)時例外，此時PC的內(nèi)容不再加1，而是由指令或者中斷響應(yīng)過程自動給PC置入新的地址。2.2.2控制器第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.指令寄存器IR及指令譯碼器ID

當(dāng)CPU根據(jù)程序計數(shù)器PC的地址值從指定的存儲單元中取出選取的指令后，將指令送到指令寄存器IR，再送到指令譯碼器ID，當(dāng)指令送入指令譯碼器ID后，由譯碼器對該指令進(jìn)行譯碼，即把指令轉(zhuǎn)變成所需的電平信號，以便計算機(jī)能正確執(zhí)行程序所要求的各種操作。再由指令譯碼器ID將控制信號送PLA邏輯門陣列，PLA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。2.2.2控制器第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理3.堆棧指針SP

堆棧指針SP是一個8位專用寄存器，它用來指示堆棧頂部在內(nèi)部RAM中的位置，即SP中的內(nèi)容就是棧頂?shù)牡刂?。堆棧區(qū)可占用片內(nèi)128字節(jié)的RAM任何單元。在執(zhí)行PUSH或CALL指令時，存儲數(shù)據(jù)前，堆棧指針先自動加1。因此，實際上堆棧指針是從地址08H單元開始的。它是按“先進(jìn)后出”的原則進(jìn)行存取數(shù)據(jù)的，開機(jī)復(fù)位后，單片機(jī)棧底地址為07H。2.2.2控制器第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理4．?dāng)?shù)據(jù)指針DPTR

由于8051單片機(jī)可以外接64K的數(shù)據(jù)存儲器和1/0接口電路，故單片機(jī)內(nèi)設(shè)置了16位的數(shù)據(jù)指針DPTR。它用于存放16位的地址，作為訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時的地址。編程時，DPTR既可按16位寄存器使用，也可以按兩個8位寄存器分開使用，即DPH為DPTR的高8位，DPL為DPTR的低8位。2.2.2控制器第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

復(fù)位是單片機(jī)整個系統(tǒng)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H地址單元開始執(zhí)行程序。當(dāng)程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，可以按復(fù)位鍵以重新啟動，也可以通過監(jiān)視定時器來系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位操作還對單片機(jī)的個別引腳信號有影響。例如，在復(fù)位期間，ALE和PSEN信號變?yōu)闊o效狀態(tài)，即ALE=1，PSEN=1。2.2.3復(fù)位及復(fù)位電路第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理MCS-51系列單片機(jī)的復(fù)位電路如圖2-4所示。在RST輸入端出現(xiàn)高電平時實現(xiàn)復(fù)位和初始化2.2.3復(fù)位及復(fù)位電路第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理寄存器內(nèi)容

PC0000HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP0-P30FFHIP×××00000BIE0××00000BTMOP00HTCON00HTH000HTL000HTH100HTL100HSCON00HSBUF不定

PCON0×××0000B表2-5復(fù)位后的內(nèi)部寄存器狀態(tài)表2.2.3復(fù)位及復(fù)位電路第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.3單片機(jī)時鐘及時序

CPU的功能，總的來說，就是以不同的方式，執(zhí)行各種指令。不同的指令其功能各不相同，有的指令涉及CPU及各寄存器之間的關(guān)系；有的指令涉及單片機(jī)核心電路內(nèi)部各功能部件的關(guān)系；有的則與外部部件有關(guān)系。CPU是通過復(fù)雜的時序電路來完成不同的指令功能的。事實上，控制器按指令的功能發(fā)出一系列在時間上有一定次序的電脈信號，控制和啟動以部分邏輯電路，完成某種操作。在什么時刻發(fā)出什么控制信號，去啟動何種部件工作，這就是CPU的時序。CPU芯片一旦完成，“時序”就固定了。時鐘可以看成是主頻，時序可以看成是一個操作個部分電路產(chǎn)生的脈沖對照圖。第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

時鐘電路是用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時所需的時鐘信號的電路。MCS-51系列單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個由反向放大器構(gòu)成的振蕩電路，XTAL1為振蕩電路的輸入端，而XTAL2為振蕩電路的輸出端。單片機(jī)系統(tǒng)時鐘是利用其內(nèi)部的振蕩電路在XTAL1和XTAL2引腳上外接石英晶體振蕩器(簡稱晶振)，使內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩而產(chǎn)生的。8051的時鐘電路，如圖2-5所示。2.3.1時鐘電路第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理圖2-580C51單片微機(jī)的時鐘電路2.3.1時鐘電路第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理MCS-51的內(nèi)部時鐘電路如圖2-6所示。在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件就能構(gòu)成自激振蕩電路。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路。電容器C1和C2主要起頻率微調(diào)作用，電容可值為30pf左右（外界晶體時）或40pf左右（外接陶瓷諧振器時）。2.3.1時鐘電路第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.3.1時鐘電路第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理MCS-51的外部時鐘電路如圖2-7所示。XTAL2接外部振蕩器，XTAL1接地。由于反相放大器一側(cè)的XTAL2端的邏輯電平不是標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，故須加上上拉電阻。一般采用頻率低于12MHz的方波信號。2.3.1時鐘電路第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.3.1時鐘電路第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.3.2時序定時單位8051單片機(jī)執(zhí)行指令是在時序電路的控制下一步一步進(jìn)行的。時序是用定時單位來說明的。8051的時序定時單位共有4個：節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期

第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理節(jié)拍P：把振蕩脈沖的周期稱為節(jié)拍，為最小的時序單位。狀態(tài)S：一個狀態(tài)S包含兩個節(jié)拍，其前半周期對應(yīng)的節(jié)拍叫P1，后半周期對應(yīng)的節(jié)拍叫P2。2.3.2時序定時單位第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理機(jī)器周期：8051采用定時控制方式，因此它有固定的機(jī)器周期。規(guī)定一個機(jī)器周期的寬度為6個狀態(tài)，并依次表示為S1～S6，即一個機(jī)器周期共有12個振蕩脈沖周期，因此機(jī)器周期就是振蕩脈沖的12分頻。當(dāng)振蕩脈沖頻率為12MHZ時，一個機(jī)器周期為lμS；當(dāng)振蕩脈沖頻率為6MHZ時，一個機(jī)器周期為2μS。機(jī)器周期是單片機(jī)的最小時間單位。2.3.2時序定時單位第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。它是最大的時序定時單位。8051的指令周期根據(jù)指令的不同，可包含有一、二、三、四個機(jī)器周期。當(dāng)振蕩脈沖頻率為12MHZ時，8051的一條指令執(zhí)行的時間最短為lμS，最長為4μS。

2.3.2時序定時單位第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.3.38051指令時序

8051共有111條指令，全部指令按其長度可分為單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令。典型的單機(jī)器周期和雙機(jī)器周期指令的時序波形圖如圖2-8所示。第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.3.38051指令時序

第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理1.單機(jī)器周期指令雙字節(jié)指令時，從S1P2開始執(zhí)行，操作碼被讀入指令寄存器；在S4P2時，再讀入第二個字節(jié)。單字節(jié)指令時，從S1P2開始執(zhí)行，操作碼被讀入指令寄存器；在S4P2時仍有讀操作，但被讀入的字節(jié)（即下一操作碼）被忽略，且此時PC并不增量。以上兩種情況均在S6P2時結(jié)束操作。2.3.38051指令時序

第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.雙機(jī)器周期指令雙字節(jié)指令時，執(zhí)行在S1P2開始，操作碼被讀入指令寄存器；在S4P2時，再讀入的字節(jié)被忽略。由S5開始送出外部數(shù)據(jù)存儲器的地址，隨后是讀或?qū)懙牟僮?。在讀、寫期間，ALE不輸出有效信號。在第二個機(jī)器周期，片外數(shù)據(jù)存儲器也尋址和選通，但不產(chǎn)生取指操作。2.3.38051指令時序

第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

單字節(jié)指令時，執(zhí)行在S1P2開始，在兩個整機(jī)器周期中，共發(fā)生4次讀操作，但是后三次操作都無效。一般，算術(shù)/邏輯操作發(fā)生在節(jié)拍1期間，內(nèi)部寄存器對寄存器的傳送發(fā)生在節(jié)拍2期間。圖中的ALE信號是為地址鎖存而定義的，該信號每有效一次對應(yīng)單片微機(jī)進(jìn)行一次讀指令操作。ALE信號以振蕩脈沖六分之一的頻率出現(xiàn)，因此在一個機(jī)器周期中，ALE信號兩次有效，第一次在S1P2和S2P1期間，第二次在S4P2和S5P1期間，有效寬度為一個狀態(tài)周期S。2.3.38051指令時序

第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.4存儲器MCS-51系列單片機(jī)的存儲結(jié)構(gòu)及常見的微機(jī)的配置不同，它把程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開編址，各有各的尋址方式、控制信號和功能。

第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.4.1數(shù)據(jù)存儲器

在單片機(jī)中，數(shù)據(jù)存儲器（RAM）用來存儲程序在運行期間的工作變量和數(shù)據(jù)。按數(shù)據(jù)訪問的方式不同，可以分為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器，下面具體介紹它們的特點和不同，其地址分布如圖2-9所示。第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.4.1數(shù)據(jù)存儲器第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理1.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（IRAM）地址只有8位，因而最大尋址范圍為256個字節(jié)。在80C51中，設(shè)置有一個專門的數(shù)據(jù)存儲器的地址指示器——數(shù)據(jù)指針DPTR，用于訪問片外數(shù)據(jù)存儲器（ERAM）。數(shù)據(jù)指針DPTR也是16位的寄存器，這樣，就使80C51具有64KB的數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展能力。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器是最靈活的地址空間。它在物理上又分成兩個獨立的功能不同的區(qū)。2.4.1數(shù)據(jù)存儲器第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理工作寄存器區(qū)位尋址區(qū)字節(jié)尋址區(qū)堆棧區(qū)及堆棧指針SP2.4.1數(shù)據(jù)存儲器第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.外部數(shù)據(jù)存儲區(qū)外部數(shù)據(jù)存儲器是在外部存放數(shù)據(jù)的區(qū)域，這一區(qū)域只能用寄存器間接尋址的方法訪問，所用的寄存器為DPTR、R1或R0。指令助記符為MOVX。當(dāng)用R0、R1尋址時，由于R0、R1為8位寄存器，因此最大尋址范圍為256B；當(dāng)用DPTR尋址時，由于DPTR為16位寄存器，因此最大尋址范圍為64KB。2.4.1數(shù)據(jù)存儲器第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.4.2程序存儲器8051單片機(jī)的程序存儲器（programmemory）用于存放經(jīng)調(diào)試正確的應(yīng)用程序和表格之類的固定常數(shù)。由于采用16位的程序計數(shù)器PC和16位的地址總線，因而其可擴(kuò)展的地址空間為64KB，從而允許用戶程序調(diào)用或轉(zhuǎn)向64KB的任何存儲單元。第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理目前單片機(jī)的程序存儲器有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：片內(nèi)只讀存儲器片內(nèi)只讀存儲器的芯片內(nèi)部有4KB的掩膜ROM，該存儲器的特點是，程序必須在單片機(jī)制作時寫入。片外只讀存儲器利用單片機(jī)的并行擴(kuò)展技術(shù)可以外擴(kuò)片外只讀存儲器。2.4.2程序存儲器第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理片內(nèi)可編程的ROM

片內(nèi)可編程的ROM又分為紫外線可擦除型ROM和電可擦除型ROM。紫外線可擦除型ROM——EPROM型單片機(jī)(如87C51)，芯片內(nèi)部有4KB的存儲空間。EPROM需用紫外線擦除，必須脫機(jī)固化，不能在線改寫。電可擦除型ROM——EEPROM，也稱為Flash單片機(jī)(如89C51)。EPROM和EEPROM都是可以多次擦除和編程的，或稱MTP的ROM2.4.2程序存儲器第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.4.3特殊功能存儲器

特殊功能寄存器SFR（SpecialFunctionRegister）是8051中各功能部件所對應(yīng)的寄存器，用以存放相應(yīng)功能部件的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)的區(qū)域。

8051設(shè)有128B的片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM結(jié)構(gòu)的特殊功能寄存器空間區(qū)。除程序計數(shù)器PC和4個通用工作寄存器組外，其余所有的寄存器都在這個地址空間之內(nèi)。80C51共定義了21個特殊功能寄存器，其名稱和字節(jié)地址見表2-6。

第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理序號標(biāo)識符名稱字節(jié)地址位地址1ACC累加器EOHE0H～E7H2BB寄存器FOKF0H～F7H3PSW程序狀態(tài)字D0HD0H～D7H4SP堆棧指針81H5DPTR數(shù)據(jù)指針（DPH，DPL）83H、82H6P0P0口80H80H～87H7P1P1口90H90H～97H8P2P2口A0HA0H～A7H9P3P3口B0HB0H～B7H10IP中斷優(yōu)先級控制寄存器B8HB8H～BFH11IE中斷允許控制寄存器A8HA8H～AFH12TOMD定時器/計數(shù)器方式控制寄存器89H2.4.3特殊功能存儲器

第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理13TCON定時器/計數(shù)器控制寄存器88H88H～8FH14T2CON定時器/計數(shù)器2控制寄存器C8HC8H～CFH15TH0定時器/計數(shù)器0（高字節(jié)）8CH16TL0定時器/計數(shù)器0（低字節(jié)）8AH17TH1定時器/計數(shù)器1（高字節(jié)）8DH18TL1定時器/計數(shù)器1（低字節(jié)）8BH19TH2定時器/計數(shù)器2（高字節(jié)）CDH20TL2定時器/計數(shù)器2（低字節(jié)）CCH21RLDH定時器/計數(shù)器2重自動裝載（高字節(jié)）CBH22RLDL定時器/計數(shù)器2重自動裝載（低字節(jié)）CAH23SCON串行口控制寄存器98H98H～9FH24SBUF串行數(shù)據(jù)緩沖器99H25PCON電源控制及波特率選擇寄存器97H2.4.3特殊功能存儲器

第2章MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.5MCS-5l單片機(jī)外部引腳及功能

掌握MCS-5l單片機(jī)，應(yīng)首先了解MCS-51系列單片機(jī)的引腳，熟悉并牢記各引腳的功能。MCS-51系列單片機(jī)中各種型號芯片的引腳是互相兼容的。制造工藝為HMOS的MCS-51系列單片機(jī)都采用40只引腳的雙