第3章 51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

第3章51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)INT0INT1TXDRXDT0P3P2P1P0T1CPUROMRAM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器并行接口串行接口中斷系統(tǒng)時(shí)鐘電路8051系統(tǒng)總線晶體振蕩器§3.151單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)§3.2

51單片機(jī)的引腳及其功能MCS-51單片機(jī)是40引腳的DIP封裝，按引腳的功能可以分為三部分。

MCS-51引腳圖1．主電源引腳和時(shí)鐘振蕩電路引腳●XTAL2(18腳)：用作晶體振蕩電路的反相器輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，XTAL2接收振蕩器信號(hào)，對(duì)CHMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮。●

XTAL1(19腳)：接外部石英晶體的一端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。3.2.1MCS-51的芯片引腳定義MCS-51引腳圖P0.0~P0.7(39~32腳)：在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口時(shí)，P0口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。2．輸入輸出I/O引腳P2.0～P2.7(21~28腳)：8位內(nèi)部帶上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O口引腳。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器時(shí)，輸出高8位地址。P1.0~P1.7(1~8腳)：8位內(nèi)部帶上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O口引腳。在編程/校驗(yàn)期間，用做輸入低8位地址。對(duì)于8052，P1.0是定時(shí)器T2的計(jì)數(shù)輸入端；P1.1是定時(shí)器T2的外部輸入端。P3.0～P3.7(10~17腳)：8位內(nèi)部帶上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O口引腳，此外P3口還具有第二功能。P3口的第二功能

MCS-51引腳圖3．控制信號(hào)引腳

RST/VPD(9腳)：輸入，保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平使單片機(jī)完成復(fù)位操作。第二功能VPD為內(nèi)部RAM的備用電源輸入端。ALE/PROG#(30腳)：ALE為地址鎖存允許信號(hào)。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE用來(lái)鎖存P0擴(kuò)展地址低8位的信號(hào)。在不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE也以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6的固定速率輸出ALE能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL門(mén)輸入。第二功能PROG#是對(duì)8751內(nèi)部EPROM編程時(shí)的編程脈沖輸入端。MCS-51引腳圖3．控制信號(hào)引腳

RST/VPD(9腳)：輸入，保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平使單片機(jī)完成復(fù)位操作。第二功能VPD為內(nèi)部RAM的備用電源輸入端。PSEN#(29腳)：外部程序存儲(chǔ)器ROM的讀選通信號(hào)。當(dāng)訪問(wèn)外部ROM時(shí)，產(chǎn)生負(fù)脈沖作為外部ROM的選通信號(hào)。而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)RAM或片內(nèi)ROM時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生有效的PSEN#信號(hào)。PSEN#可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL門(mén)輸入。MCS-51引腳圖3．控制信號(hào)引腳

RST/VPD(9腳)：輸入，保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平使單片機(jī)完成復(fù)位操作。第二功能VPD為內(nèi)部RAM的備用電源輸入端。EA#/VPP(31腳)：EA#訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。

對(duì)8051和8751，當(dāng)EA=1時(shí)

情形1：0～4KB內(nèi)，訪片內(nèi)程序存儲(chǔ)器情形2：超4KB時(shí)，自動(dòng)訪問(wèn)外部ROM

對(duì)于8031，EA必須接地，只能訪問(wèn)外部ROM。

Vpp為對(duì)8751的EPROM的編程電源輸入。§3.3

51單片機(jī)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

8051的存儲(chǔ)器組織分三個(gè)不同的存儲(chǔ)地址空間：

1）64KB的程序存儲(chǔ)器地址空間（包括片內(nèi)ROM和外部ROM）。2）64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）地址空間。3）256字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（寄存器堆）。在對(duì)這三個(gè)不同的存儲(chǔ)器空間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，必須分別采用三種不同形式的指令。ROM（程序存儲(chǔ)器）—>取指令（PC尋址）

，

MOVC指令控制信號(hào)是*PSEN和*EA外RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）—>MOVX指令控制信號(hào)是P3口中的*RD和*WR。內(nèi)RAM（寄存器堆）—>MOV指令

▲

編址與訪問(wèn)

程序存儲(chǔ)器用于存放程序及表格常數(shù)。8051（或8751）片內(nèi)駐留有4KB的ROM（或EPROM），外部可用16位地址線擴(kuò)展到最大64KB的ROM空間。片內(nèi)ROM和外部擴(kuò)展ROM是統(tǒng)一編址的。

EA#引腳為高電平時(shí)，8051的程序計(jì)數(shù)器PC在0000H～0FFFH（4KB）地址時(shí)從內(nèi)部ROM取指令；超過(guò)4KB地址時(shí)，CPU自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部ROM執(zhí)行程序。

EA#為低電平（接地），則所有取指令操作均在外部程序存儲(chǔ)器中進(jìn)行。對(duì)8031單片機(jī)，EA#必須接低電平。

讀取程序存儲(chǔ)器中的常數(shù)表格用MOVC指令。

3.3.1程序存儲(chǔ)器表2-3系統(tǒng)復(fù)位和中斷入口地址

▲特定程序入口

0000H單元是復(fù)位入口，0003H～002AH單元均勻地分為五段，被保留用于五個(gè)中斷服務(wù)程序。3.3.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器◆用途：用于存放運(yùn)算中間結(jié)果，用作緩沖和數(shù)據(jù)暫存，以及設(shè)置特征標(biāo)志等?！舴诸悾悍譃閮?nèi)部和外部?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的部分。即片內(nèi)有256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間，片外有64KB存儲(chǔ)器地址空間，內(nèi)部和外部?jī)蓚€(gè)存儲(chǔ)空間獨(dú)立尋址。

1.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（寄存器堆）

◆低128字節(jié)地址空間（00H～7FH）為內(nèi)部RAM區(qū)，作為數(shù)據(jù)緩沖器?！舾?28字節(jié)地址空間（80H～FFH）為特殊功能寄存器區(qū)（簡(jiǎn)稱SFR區(qū)），未全部使用。◆對(duì)于52子系列為256字節(jié)內(nèi)部RAM區(qū).對(duì)SFR和高128字節(jié)RAM的訪問(wèn)，可通過(guò)直接尋址和寄存器間接尋址方式加以區(qū)分。

（1）工作寄存器組00H~1FH單元為工作寄存器區(qū)。工作寄存器分成4組，每組都有8個(gè)寄存器，用R0~R7來(lái)表示。使用哪一組寄存器工作由程序狀態(tài)字PSW中的PSW.3(RS0)和PSW.4(RS1)兩位來(lái)選擇。（2）位尋址區(qū)■20H~2FH單元是位尋址區(qū)?！鑫坏刂贩秶鸀?0H~7FH。用戶可以用程序?qū)λ鼈冎苯舆M(jìn)行清零、置位、取反和邏輯、測(cè)試等操作。例如：MOV78H,C

；把進(jìn)位標(biāo)志存于位尋址區(qū)的2FH單元的D0位?！隽硪徊糠治粚ぶ穮^(qū)在部分SFR中。（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)部RAM的30H～7FH為通用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，即用戶RAM區(qū)，共80個(gè)單元，作為一般的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用。52子系列的用戶RAM區(qū)為30～FFH范圍內(nèi)的208個(gè)字節(jié)。按照先進(jìn)后出（FILO）或后進(jìn)先出（LIFO）的原則存取信息。堆棧原則上可以設(shè)在內(nèi)部RAM的任意區(qū)域，但由于00H～1FH為工作寄存器區(qū)，20H～2FH為位尋址區(qū)，堆棧通常設(shè)在內(nèi)部RAM的30H～7FH地址空間內(nèi)，但要考慮到堆棧的最大深度。堆?？捎糜陧憫?yīng)中斷或調(diào)用子程序時(shí)，保護(hù)斷點(diǎn)地址。在中斷服務(wù)程序或子程序結(jié)束時(shí)，執(zhí)行中斷返回或子程序返回指令，堆棧中彈出斷點(diǎn)地址給PC，使程序從斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。（4）堆棧區(qū)2．外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部RAM不能滿足要求時(shí)，可以外接RAM芯片擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量，最大可達(dá)64KB(0000H～FFFFH)。當(dāng)系統(tǒng)需要擴(kuò)展I/O口時(shí)，I/O地址空間就要占用一部分外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。訪問(wèn)外部RAM或擴(kuò)展I/O口采用“MOVX”指令，用寄存器間接尋址方式。

內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)傳送用“MOV”指令，都可以通過(guò)直接給出的字節(jié)地址來(lái)尋找。

例如：MOV30H，#9FH；（30H）←9FH

如果要尋找內(nèi)部RAM中的可位尋址區(qū)的各個(gè)位（bit），必須在位操作指令中用位地址來(lái)尋找。

例如：SETB1FH；（1FH）←1

特殊功能寄存器(SFR)，又稱為專用寄存器，專用于控制、管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行I/O口、串行I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作。

每一個(gè)SFR都有字節(jié)地址，并定義了符號(hào)名。其中有11個(gè)SFR（字節(jié)地址能被8整除）具有位地址（可位尋址），對(duì)應(yīng)的位也定義了位名?！鲇弥苯拥刂吩L問(wèn)特殊功能寄存器，直接地址的表示可以用地址單元，也可以用寄存器符號(hào)名。例如累加器可以用地址0E0H，也可以用累加器符號(hào)名ACC?！鰧?duì)于具有位地址的SFR，在表示其某一位時(shí)，可以用位地址，也可以用位定義名，或者用“寄存器名.位”表示。

D3H；(位地址)，表示程序狀態(tài)寄存器PSW中的D3位

RS0；(位定義名)，表示程序狀態(tài)寄存器PSW中的D3位

PSW.3；(寄存器.位)，表示程序狀態(tài)寄存器PSW中的D3位

8051片內(nèi)含有21個(gè)字節(jié)8位的SFR，離散地分布在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)80H～FFH地址空間內(nèi)。3.3.3特殊功能寄存器特殊功能寄存器地址映像1.幾個(gè)重要的特殊功能寄存器(1)累加器ACC（簡(jiǎn)稱A）ACC是一個(gè)實(shí)現(xiàn)各種尋址及運(yùn)算的寄存器，而不是一個(gè)僅做加法的寄存器，在51指令系統(tǒng)中所有算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算幾乎都要使用它。而對(duì)程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)只能通過(guò)它進(jìn)行。只有很少的指令不需要ACC的直接參與。雖然從功能上看，A與一般處理器的累加器沒(méi)有什么特別之處，是CPU進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算的核心數(shù)據(jù)處理單元，是計(jì)算機(jī)中最繁忙的單元。(2)寄存器B寄存器B是為執(zhí)行乘法和除法操作設(shè)置的，在不執(zhí)行乘、除法操作的一般情況下可把B作為一個(gè)普通的寄存器使用。(3)程序狀態(tài)字PSW程序狀態(tài)字PSW就是標(biāo)志寄存器，是用來(lái)表示程序運(yùn)行的狀態(tài)。PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0CYACF0RS1RS0OV-PCY進(jìn)位標(biāo)志位，在執(zhí)行算術(shù)和邏輯指令時(shí)，可以被硬件或軟件置位或清除，在位處理器中，它作為累加器。AC輔助進(jìn)位標(biāo)志位，當(dāng)進(jìn)行加法或減法操作而產(chǎn)生由低4位數(shù)（十進(jìn)制中的一個(gè)數(shù)字）向高4位進(jìn)位或借位時(shí)，AC將被硬件置1，否則就被清除。AC被用于十進(jìn)位調(diào)整。F0它是由用戶使用的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位，可用軟件來(lái)使其置位或清除，可以靠軟件測(cè)試F0以控制程序的流向。RS1、RS0寄存器區(qū)選擇控制位用于確定工作寄存器組。OV溢出標(biāo)志位。當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時(shí)，由硬件置1或清0，以指示溢出狀態(tài)。各種運(yùn)算對(duì)該位的影響情況較為復(fù)雜，將在后面章節(jié)詳細(xì)說(shuō)明。P奇偶（Parity）標(biāo)志位。P隨累加器A中數(shù)值變化而變化，若A中1的位數(shù)為奇數(shù)，則P=1，否則P=0。此標(biāo)志位對(duì)串行口通信中的數(shù)據(jù)傳輸有重要的意義，借助P實(shí)現(xiàn)奇偶校驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?4)堆棧指針SP

堆棧指針SP為8位的SFR。堆棧指針SP也可以由指令賦值，通常設(shè)在內(nèi)部RAM的30H～7FH區(qū)域內(nèi)的適當(dāng)空間，一般在該區(qū)域的頂部建立堆棧。例如用指令MOVSP，#60H，即可將棧頂設(shè)置為60H。

堆棧指針SP是一個(gè)雙向計(jì)數(shù)器，始終指向堆棧的棧頂。在執(zhí)行進(jìn)棧操作時(shí)，SP指針先加1，然后數(shù)據(jù)壓入堆棧；在執(zhí)行出棧操作時(shí)，先把SP所指的棧頂中的數(shù)據(jù)彈出，然后SP自動(dòng)減1而指向新的棧頂。

(5)數(shù)據(jù)指針DPTR（DPL和DPH）

51系列單片機(jī)中，有兩個(gè)16位寄存器，即數(shù)據(jù)指針DPTR和PC（PC不屬于SFR）。DPH為DPTR的高8位，DPL為DPTR的低8位。訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器時(shí)，必須以DPTR為數(shù)據(jù)指針通過(guò)ACC進(jìn)行訪問(wèn)。

特殊功能寄存器P0、P1、P2和P3分別是4個(gè)I/O端口P0、P1口、P2口和P3口對(duì)應(yīng)的鎖存器。當(dāng)I/O端口某一位用于輸入時(shí)，必