第2章 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理

單片機(jī)的引腳40pins

第2章單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理MCS-51單片機(jī)的片內(nèi)結(jié)構(gòu)2.1.2MCS-51的引腳

40只引腳雙列直插封裝（DIP）

1．電源引腳Vcc（40腳）：+5V電源；Vss（20腳）：接地。2．時(shí)鐘引腳XTAL1（19腳）XTAL2（18腳）電源和時(shí)鐘的正確連接是單片機(jī)工作的最基本條件。3.控制引腳

(1)RST(9腳)：復(fù)位，高電平有效。在該引腳上加入大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平，單片機(jī)復(fù)位。3.控制引腳

引腳第一功能與擴(kuò)展相關(guān)。

(2)EA*/VPP(31腳)：

第一功能（EA*）：內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。

EA*=1，訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過0FFFH（對(duì)于8051、8751）時(shí)，即超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的4K字節(jié)地址范圍時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。

EA*=0，單片機(jī)則只訪問外部程序存儲(chǔ)器。

(3)ALE/PROG*（30腳）：第一功能（ALE):ALE為地址鎖存允許。系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，該引腳的負(fù)跳沿可以將P0口的低8位數(shù)據(jù)鎖存在外接地址上，可實(shí)現(xiàn)P0口數(shù)據(jù)的地址數(shù)據(jù)分時(shí)傳輸。

(4)PSEN*（29腳）：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。該引腳接外部存儲(chǔ)器的輸出允許腳。負(fù)跳沿有效。引腳第二功能：與程序燒錄相關(guān)EA*/VPP(31腳)-VPP：

用于施加編程電壓(例如+21V或+12V)。對(duì)89C51，加在VPP腳的編程電壓為+12V或+5V。ALE/PROG*（30腳）-PROG*：為編程脈沖輸入端。LED+5VVcc--EARST10uF1KP1.089S51P1.11K30P30PXTAL1XTAL2GND+5VVcc--EARST10uF

1KP1.089S51+5VP1.11K30P30PXTAL1XTAL2GNDK通用I/O口（GPIO）總線結(jié)構(gòu)有地址線，數(shù)據(jù)線，控制線4.I/O口引腳P0口：作為通用的I/O口使用時(shí)，需加上拉電阻，這時(shí)為準(zhǔn)雙向口。當(dāng)作為普通的I/O輸入時(shí)，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入1。P0口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。當(dāng)51單片機(jī)擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器及I/O接口芯片時(shí)，P0口作為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用端口。為雙向I/O口。(2)P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。(3)P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。

(4)P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P3口還可提供第二功能，定義如表2-1所列，應(yīng)熟記。

2.4并行I/O端口

4個(gè)雙向的8位并行I/O端口(Port)，記作P0～P3屬于特殊功能寄存器，還可位尋址。

2.4.1P0端口

1.位電路結(jié)構(gòu)P0口某一位的電路包括：(1)一個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于數(shù)據(jù)位的鎖存(2)兩個(gè)三態(tài)的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。(3)一個(gè)多路轉(zhuǎn)接開關(guān)MUX，使P0口可作通用I/O口，或地址/數(shù)據(jù)線口。(4)數(shù)據(jù)輸出的驅(qū)動(dòng)和控制電路，由兩只場(chǎng)效應(yīng)管（FET）組成，上面的場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成上拉電路。2.工作過程分析（1）P0口作為地址或數(shù)據(jù)總線使用輸出：CPU發(fā)出控制信號(hào)為高電平，打開上面的與門，使MUX打向上邊，使內(nèi)部地址/數(shù)據(jù)線與下面的場(chǎng)效應(yīng)管反相接通。此時(shí)由于上下兩個(gè)FET處于反相，形成推拉式電路結(jié)構(gòu)，大大提高負(fù)載能力。輸入：控制型號(hào)為低電平，MUX接Q*端，同時(shí)CPU發(fā)出FFH數(shù)據(jù)，使得Q*=0，下方的FET截止，數(shù)據(jù)信息高阻抗輸入，外部數(shù)據(jù)通過輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線。（2）P0口作通用的I/O口使用

CPU發(fā)來的“控制”信號(hào)為低電平，上拉場(chǎng)效應(yīng)管截止，MUX打向下邊，與D鎖存器的Q*端接通。a.P0作輸出口使用來自CPU的“寫入”脈沖加在D鎖存器的CP端，內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)寫入D鎖存器，并向端口引腳P0.x輸出。由于輸出電路是漏極開路（因?yàn)檫@時(shí)上拉場(chǎng)效應(yīng)管截止），必須外接上拉電阻才能有高電平輸出（這時(shí)就不為雙向口）。b.P0作輸入口使用分為“讀鎖存器”和“讀引腳”兩種方式。“讀鎖存器”信號(hào)打開上面的緩沖器把鎖存器Q端的狀態(tài)讀入內(nèi)部總線；“讀引腳”信號(hào)把下方緩沖器打開，引腳上的狀態(tài)經(jīng)緩沖器讀入內(nèi)部總線。讀引腳時(shí)，鎖存器的輸出Q*端必須為0，使得下方的場(chǎng)效應(yīng)管截止，引腳的狀態(tài)才能經(jīng)緩沖器讀入內(nèi)部總線，否則引腳的高電平狀態(tài)無法讀入，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致大的電流將場(chǎng)效應(yīng)管燒壞。每次從外部數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)時(shí)，必須先向鎖存器寫1。3．P0口的特點(diǎn)P0口為雙功能口——地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口和通用I/O口。

（1）當(dāng)P0口用作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口時(shí)，為一個(gè)真正的雙向口，用作外擴(kuò)存儲(chǔ)器，輸出低8位地址和輸出/輸入8位數(shù)據(jù)。（2）當(dāng)P0口用作通用I/O口時(shí)，由于需要在片外接上拉電阻，端口不存在高阻抗（懸?。顟B(tài)，因此為一個(gè)準(zhǔn)雙向口。讀取數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)時(shí)，必須先向鎖存器寫入1。2.4.2P1端口

字節(jié)地址90H，位地址90H～97H。

P1口某一位的位電路結(jié)構(gòu)如下：P1口的特點(diǎn)

P1口由于有內(nèi)部上拉電阻，沒有高阻抗輸入狀態(tài)，稱為準(zhǔn)雙向口。作為輸出口時(shí)，不需要在片外接上拉電阻。

P1口“讀引腳”輸入時(shí)，必須先向鎖存器寫1。

1．位電路結(jié)構(gòu)P1口位電路結(jié)構(gòu)由三部分組成：（1）一個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于輸出數(shù)據(jù)位的鎖存。（2）兩個(gè)三態(tài)的數(shù)據(jù)輸入緩沖器BUF1和BUF2，分別用于鎖存器數(shù)據(jù)和引腳數(shù)據(jù)的輸入緩沖。（3）數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)電路，由一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管（FET）和一個(gè)片內(nèi)上拉電阻組成。2．工作過程分析P1口只能作為通用的I/O口使用。（1）P1口作為輸出口時(shí)，若CPU輸出1，Q=1，Q*=0，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P1口引腳的輸出為1；若CPU輸出0，Q=0，Q*=1，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P1口引腳的輸出為0。（2）P1口作為輸入口時(shí)，分為“讀鎖存器”和“讀引腳”兩種方式。“讀鎖存器”時(shí)，鎖存器的輸出端Q的狀態(tài)經(jīng)輸入緩沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線；“讀引腳”時(shí)，先向鎖存器寫1，使場(chǎng)效應(yīng)管截止，P1.x引腳上的電平經(jīng)輸入緩沖器BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線。2.4.3P2口字節(jié)地址為A0H，位地址A0H～A7H。P2口是一個(gè)雙功能口，P2口某一位的位電路結(jié)構(gòu)。

1、P2口的特點(diǎn)作為地址輸出線使用時(shí)，P2口可以輸出外存儲(chǔ)器的高8位地址，與P0口輸出的低8位地址一起構(gòu)成16位地址線。作為通用I/O口使用時(shí)，P2口為一個(gè)準(zhǔn)雙向口。功能與P1口一樣。1．位電路結(jié)構(gòu)P2口某一位的電路包括：（1）一個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于輸出數(shù)據(jù)位的鎖存。（2）兩個(gè)三態(tài)數(shù)據(jù)輸入緩沖器BUF1和BUF2，分別用于鎖存器數(shù)據(jù)和引腳數(shù)據(jù)的輸入緩沖。（3）一個(gè)多路轉(zhuǎn)接開關(guān)MUX，它的一個(gè)輸入是鎖存器的Q端，另一個(gè)輸入是內(nèi)部地址的高8位。（4）輸出驅(qū)動(dòng)電路，由場(chǎng)效應(yīng)管（FET）和內(nèi)部上拉電阻組成。2．工作過程分析（1）P2口用作地址總線在內(nèi)部控制信號(hào)作用下，MUX與“地址”接通。當(dāng)“地址”線為0時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P2口引腳輸出0；當(dāng)“地址”線為1時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P2口引腳輸出1。（2）P2口用作通用I/O口在內(nèi)部控制信號(hào)作用下，MUX與鎖存器的Q端接通。

CPU輸出1時(shí)，Q=1，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P2.x引腳輸出1；

CPU輸出0時(shí)，Q=0，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P2.x引腳輸出0。輸入時(shí)，分為“讀鎖存器”和“讀引腳”兩種方式?！白x鎖存器”時(shí)，Q端信號(hào)經(jīng)上方的輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線；“讀引腳”時(shí)，先向鎖存器寫1，使場(chǎng)效應(yīng)管截止，P2.x引腳上的電平經(jīng)下方的輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線。2.4.4P3口由于89C51的引腳有限，因此在P3口電路中增加了引腳的第二功能。P3的每一位都可以分別定義為第二功能。P3口的第二功能定義

口引腳第二功能

P3.0 RXD（串行輸入口）--輸入

P3.1 TXD（串行輸出口）--輸出

P3.2 INT0*

（外部中斷0）--輸入

P3.3 INT1*

（外部中斷1）--輸入

P3.4 T0（定時(shí)器0外部計(jì)數(shù)輸入）

P3.5 T1（定時(shí)器1外部計(jì)數(shù)輸入）

P3.6 WR*

（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）--輸出

P3.7 RD*

（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）--輸出P3口的字節(jié)地址為B0H，位地址為B0H～B7H。P3口某一位的位電路結(jié)構(gòu)如下圖。P3口的特點(diǎn)P3口內(nèi)部有上拉電阻，不存在高阻抗輸入狀態(tài)，為準(zhǔn)雙向口。

P3口作為第二功能的輸出/輸入，或第一功能通用輸入，均須將相應(yīng)位的鎖存器置1。實(shí)際應(yīng)用中，由于復(fù)位后P3口鎖存器自動(dòng)置1，滿足第二功能條件，所以不需要任何設(shè)置工作，就可以進(jìn)入第二功能操作。當(dāng)某位不作為第二功能使用時(shí)，可作為第一功能通用I/O使用。引腳輸入部分有兩個(gè)緩沖器，第二功能的輸入信號(hào)取自緩沖器BUF3的輸出端，第一功能的輸入信號(hào)取自緩沖器BUF2的輸出端。1．位電路結(jié)構(gòu)P3口某一位的電路包括：（1）一個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于輸出數(shù)據(jù)位的鎖存。（2）3個(gè)三態(tài)數(shù)據(jù)輸入緩沖器BUF1、BUF2和BUF3，分別用于讀鎖存器、讀引腳數(shù)據(jù)和第二功能數(shù)據(jù)的輸入緩沖。（3）輸出驅(qū)動(dòng)電路，由“與非門”、場(chǎng)效應(yīng)管（FET）和內(nèi)部上拉電阻組成。

2．工作過程分析（1）P3口用作第二輸入/輸出功能當(dāng)選擇第二輸出功能時(shí)，該位的鎖存器需要置“1”，使“與非門”為開啟狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙敵鰹?時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P3.x引腳輸出為1；當(dāng)?shù)诙敵鰹?時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P3.x引腳輸出為0。當(dāng)選擇第二輸入功能時(shí)，該位的鎖存器和第二輸出功能端均應(yīng)置1，保證場(chǎng)效應(yīng)管截止，P3.x引腳的信息由輸入緩沖器BUF3的輸出獲得。（2）P3口用作第一功能——通用I/O口當(dāng)P3口用作第一功能通用輸出時(shí)，第二輸出功能端應(yīng)保持高電平，“與非門”為開啟狀態(tài)。CPU輸出1時(shí)，Q=1，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P3.x引腳輸出為1；CPU輸出0時(shí)，Q=0，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P3.x引腳輸出為0。當(dāng)P3口用作第一功能通用輸入時(shí)，P3.x位的輸出鎖存器和第二輸出功能均應(yīng)置1，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P3.x引腳信息通過輸入BUF3和BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線，完成“讀引腳”操作。當(dāng)P3口實(shí)現(xiàn)第一功能通用輸入時(shí)，也可以執(zhí)行“讀鎖存器”操作，此時(shí)Q端信息經(jīng)過緩沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線。2.5時(shí)鐘電路與時(shí)序時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生MCS51單片機(jī)工作所必需的時(shí)鐘控制信號(hào)。2.5.1時(shí)鐘電路時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。C1和C2典型值通常選擇為30pF左右。晶體的振蕩頻率在1.2MHz～12MHz之間。某些高速單片機(jī)芯片的時(shí)鐘頻率已達(dá)40MHz（如89S52）

。1.內(nèi)部時(shí)鐘方式

片內(nèi)一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。XTAL1XTAL2GND8XX51C1C22.外部時(shí)鐘方式

常用于多片單片機(jī)同時(shí)工作。外部時(shí)鐘源直接接到XTAL1端，XTAL2端懸空。

外部時(shí)鐘XTAL1XTAL2GND懸空8XX512.5.2機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序單片機(jī)執(zhí)行的指令的各種時(shí)序均與時(shí)鐘周期有關(guān)1.時(shí)鐘周期（振蕩周期）單片機(jī)的基本時(shí)間單位。若時(shí)鐘的晶體的振蕩頻率為fosc，則時(shí)鐘周期Tosc=1/fosc。；例如：fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。2.機(jī)器周期CPU完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱為機(jī)器周期。執(zhí)行一條指令分為幾個(gè)機(jī)器周期。每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作。MCS-51單片機(jī)每12個(gè)時(shí)鐘周期為1個(gè)機(jī)器周期。一個(gè)機(jī)器周期又分為6個(gè)狀態(tài)：S1～S6。每個(gè)狀態(tài)又分為兩拍：P1和P2。每個(gè)狀態(tài)稱為狀態(tài)周期。因此，一個(gè)機(jī)器周期中的12個(gè)時(shí)鐘周期表示為：

S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P2。

3、指令周期執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間。

51單片機(jī)中按字節(jié)可分為單字節(jié)、雙字節(jié)、三字節(jié)指令。因此執(zhí)行一條指令的時(shí)間也不同。對(duì)于簡單的單字節(jié)指令，取出指令立即執(zhí)行，只需一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。而有些復(fù)雜的指令，如轉(zhuǎn)移、乘、除指令則需兩個(gè)或多個(gè)機(jī)器周期。從指令的執(zhí)行時(shí)間看，單字節(jié)和雙字節(jié)指令一般為單機(jī)器周期和和雙機(jī)器周期，三字節(jié)指令都是雙機(jī)器周期，只有乘、除指令占用4個(gè)機(jī)器周期。

4種時(shí)序單位中，時(shí)鐘周期和機(jī)器周期是單片機(jī)內(nèi)計(jì)算其他時(shí)間值（例如，波特率、定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間等）的基本時(shí)序單位。

例：單片機(jī)外接晶振頻率12MHZ時(shí)的各種時(shí)序單位：時(shí)鐘周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us

狀態(tài)周期=2/fosc=2/12MHZ=0.167us

機(jī)器周期=12/fosc=12/12MHZ=1us

指令周期=(1～4)機(jī)器周期=1～4us

程序存放在內(nèi)存，而程序的執(zhí)行則在CPU中，因此指令的執(zhí)行必須先把指令從內(nèi)存取出放到CPU的指令寄存器后再執(zhí)行。指令的執(zhí)行分為：取指階段：根據(jù)PC的值從內(nèi)存中獲得指令執(zhí)行階段：根據(jù)指令產(chǎn)生一系列的控制信號(hào)，完成指令的內(nèi)容。2.5.3指令的取指和執(zhí)行2.6復(fù)位操作和復(fù)位電路2.6.1復(fù)位操作單片機(jī)的初始化操作，擺脫死鎖狀態(tài)。引腳RST加上大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平可使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位時(shí)，PC初始化為0000H，使MCS-51單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。在復(fù)位有效期間，ALE腳和PSEN*腳均為高電平，內(nèi)部RAM的狀態(tài)不受復(fù)位的影響。2.6.2復(fù)位電路

片內(nèi)復(fù)位結(jié)構(gòu)：

復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡單的上電自動(dòng)復(fù)位電路:上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兼有的電路RS取200Ω，RK取1KΩ實(shí)用的復(fù)位電路電路能輸出高、低兩種電平的復(fù)位控制信號(hào)，以適應(yīng)外圍I/O接口芯片所要求的不同復(fù)位電平信號(hào)。MCS-51單片機(jī)的片內(nèi)結(jié)構(gòu)2.2、MCS-51的CPU

CPU是單片機(jī)的核心部件。它由運(yùn)算器和控制器等部件組成。

（一）、運(yùn)算器

1．算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)

運(yùn)算器的功能是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除、加1、減1、比較、BCD碼十進(jìn)制調(diào)整等。

邏輯運(yùn)算：與、或、異或、求反、循環(huán)等邏輯操作。 位操作：內(nèi)部有布爾處理器，它以進(jìn)位標(biāo)志位C為位累加器，用來處理位操作?？蓪?duì)位置“1”、對(duì)位清零、位判斷等。操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存PSW。

2．累加器A(Acc)（1）是ALU的輸入之一，又是運(yùn)算結(jié)果的存放單元。（2）數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器A。

A的進(jìn)位標(biāo)志Cy同時(shí)又是位處理機(jī)的位累加器。寄存器B

運(yùn)算結(jié)果的另一個(gè)存放單元，一般乘法，除法指令中使用。（1）Cy（PSW.7）進(jìn)位標(biāo)志位（2）OV（PSW.2）溢出標(biāo)志位

指示運(yùn)算是否溢出。注意各種算術(shù)運(yùn)算指令對(duì)該位的影響（3）Ac(PSW.6)輔助進(jìn)位標(biāo)志位，用于BCD碼的十進(jìn)制調(diào)整運(yùn)算。（4）F0（PSW.5）用戶使用的狀態(tài)標(biāo)志位。（5）P(PSW.0)奇偶標(biāo)志位,主要用于串行通信的校驗(yàn)。

P=1，A中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)

P=0，A中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)

3．程序狀態(tài)字寄存器PSW：用于保存ALU操作結(jié)果的狀態(tài)信息（5）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：4組工作寄存器區(qū)選擇控制。工作寄存器：

R0-R7，每個(gè)寄存器長度為1個(gè)字節(jié)。用于保存數(shù)據(jù)。用戶可以通過修改PSW中的RS1、RS2切換當(dāng)前的工作寄存器組。

RS1RS0所選的4組寄存器

000區(qū)（內(nèi)部RAM地址00H～07H）

011區(qū)（內(nèi)部RAM地址08H～0FH）

102區(qū)（內(nèi)部RAM地址10H～17H）

113區(qū)（內(nèi)部RAM地址18H～1FH）

（二）控制器1．程序計(jì)數(shù)器PC（ProgramCounter）16位寄存器，存放下一條要執(zhí)行的指令在程序存儲(chǔ)器中的地址。基本工作方式有以下幾種：

（1）程序計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1

（2）執(zhí)行有條件轉(zhuǎn)移或無條件轉(zhuǎn)移指令時(shí)，PC將被置入新的數(shù)值，從而使程序的流向發(fā)生變化。（3）執(zhí)行子程序調(diào)用或中斷調(diào)用，完成下列操作： ①PC的現(xiàn)行值保護(hù)②將子程序入口地址或中斷向量的地址送入PC。2．指令寄存器IR、指令譯碼器及控制邏輯電路2.3MCS-51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)

51單片機(jī)將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開,各有自己的尋址方式、控制信號(hào)和功能，稱為哈佛結(jié)構(gòu)。程序存儲(chǔ)器用來存放程序和始終要保留的常數(shù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存放程序運(yùn)行中所需要的常數(shù)和變量。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

(RAM)外部程序存儲(chǔ)器

(ROM)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8XX5151單片機(jī)存儲(chǔ)器物理結(jié)構(gòu)從物理空間看,MCS-51有四個(gè)存儲(chǔ)器地址空間：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)程序存儲(chǔ)器片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片外程序存儲(chǔ)器單片機(jī)的存儲(chǔ)器邏輯結(jié)構(gòu)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

FFFFH0000H外部

RAM外部ROM1000HFFFFH內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM7FH80H00HFFH特殊功能寄存器(SFR)H0000程序存儲(chǔ)器

0FFFH內(nèi)部ROM(EA=1)8051H00000FFFH8031外部ROM(EA=0）從邏輯上看,51單片機(jī)有三個(gè)存儲(chǔ)器空間：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址的程序存儲(chǔ)器程序儲(chǔ)存器用來存放編制好的始終保留的固定程序和表格常數(shù)。程序儲(chǔ)存器以程序計(jì)數(shù)器PC作為地址指針，通過16位地址總線，可尋址的地址空間為64KB。對(duì)于內(nèi)部有ROM的單片機(jī)（51、52系列），

=1，使程序從內(nèi)部ROM開始執(zhí)行。當(dāng)PC值超出內(nèi)部ROM的容量時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器空間。外部程序存儲(chǔ)器地址空間為1000H～FFFFH。

=0，使程序從外部ROM開始執(zhí)行，內(nèi)部ROM不使用。

訪問程序存儲(chǔ)器使用MOVC指令。EAEA程序存儲(chǔ)器中的0000H地址是系統(tǒng)程序的啟動(dòng)地址。

5個(gè)單元具有特殊用途，作為5個(gè)中斷源的中斷入口地址。

表2-35種中斷源的中斷入口地址

外中斷00003H

定時(shí)器T0000BH

外中斷10013H

定時(shí)器T1001BH

串行口

0023H由于入口地址之間的存儲(chǔ)空間有限，因此在編程時(shí)，通常在這些入口地址開始的兩三個(gè)地址單元中，放入一條轉(zhuǎn)移類指令，已使相應(yīng)的程序轉(zhuǎn)到指定的程序存儲(chǔ)器區(qū)域中執(zhí)行。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

共128個(gè)字節(jié)，字節(jié)地址為00H～7FH，存放隨機(jī)讀寫的數(shù)據(jù)。（1）寄存器區(qū)：地址0～1FH的前32個(gè)單元用途：①作通用寄存器R0～R7。②R0與R1可作間址寄存器使用。

32個(gè)單元的寄存器區(qū)分為四組，使用時(shí)只能選其中一組寄存器。選組由程序狀態(tài)字PSW的RS1和RS0位定。

RS1RS0選寄存器組

000組

011組

102組

113組

初始化時(shí)或復(fù)位時(shí)，自動(dòng)選中0組。一旦選中一組，其它三組只能作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用，而不能作為寄存器使用。（2）位地址區(qū)：20H～2FH

共16個(gè)單元，每單元有八個(gè)位，每位有一個(gè)位地址，共128位，位地址范圍為00H～7FH，該區(qū)既可位尋址，又可字節(jié)尋址。（3）用戶RAM區(qū)：

30H～7FH

只能字節(jié)尋址，用作數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以及堆棧區(qū)。除選中的寄存組以外的存儲(chǔ)器均可以作為通用RAM區(qū)。

表2-5內(nèi)部RAM的可尋址位及位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放隨機(jī)讀寫的數(shù)據(jù)。最多可擴(kuò)展64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部I/O口實(shí)行統(tǒng)一編址，并使用相同的作選通控制信號(hào)，均使用MOVX

指令訪問。

RDWR使用各類存儲(chǔ)器，注意：地址的重疊性:程序存儲(chǔ)器（ROM）與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）全部64K字節(jié)地址空間重疊)。(2)程序存儲(chǔ)器（ROM）與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）在使用上是嚴(yán)格區(qū)分的。特殊功能寄存器SFR(Special

FuctionRegister)共有21個(gè)字節(jié)的SFR,用于對(duì)單片機(jī)內(nèi)部各個(gè)功能部件進(jìn)行控制。用途

A累加器、狀態(tài)標(biāo)志寄存器單片機(jī)內(nèi)部各部件專用的控制、狀態(tài)寄存器并行口、串行口影射寄存器地址空間：

21個(gè)特殊功能器不連續(xù)的分布在80H～FFH128個(gè)字節(jié)地址空間。地址為X0H和X8H是可位尋址的寄存器。表2-4SFR的名稱及其分布SP—堆棧指針

51單片機(jī)的堆棧設(shè)在片內(nèi)RAM，SP用于指示堆棧頂部在內(nèi)部RAM塊中的位置。堆棧功能：斷點(diǎn)保護(hù)：記錄子程序調(diào)用或者中斷服務(wù)程序的返回位置?，F(xiàn)場(chǎng)保護(hù)：保存單片機(jī)中相關(guān)寄存器單元內(nèi)容。復(fù)位后，SP中的內(nèi)容為07H。但是一般SP人為設(shè)置到30H以上的空間。堆棧的操作：壓入（PUSH）：當(dāng)一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)壓入