1、第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构本章主要内容分为以下三节：本章主要内容分为以下三节：第一节第一节 MCS-51单片机结构单片机结构第二节第二节 MCS-51单片机存储器结构单片机存储器结构第三节第三节 MCS-51单片机输入单片机输入/输出端口输出端口第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术图2-1 89C51单片机结构框图第一节第一节 MCS-51单片机结构单片机结构一、一、MCS-51单片机芯片内部结构及特
2、点单片机芯片内部结构及特点振荡器和振荡器和时序时序OSC程序存储器程序存储器4kB FlashROM数据存储器数据存储器256字节字节RAM/SFR216位定时位定时器器/计数器计数器89C51CPU64KB总线总线扩展控制器扩展控制器可编程可编程I/O可编程全双工可编程全双工串行口串行口外中断外中断内中断内中断控制控制P0P2P1 P3串串 行行 通通 信信地址地址/数据数据外部事件计数输入外部事件计数输入第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术图2-2 89C51单片机芯片内部结构图 第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片
3、机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术1.CPU1.CPU 运算器运算器功能功能：实现数据的算术运算、逻辑运算、位处理和：实现数据的算术运算、逻辑运算、位处理和 数数据传送。据传送。运算器运算器组成组成：ALUALU、ACCACC、B B、暂存寄存器、暂存寄存器、PSWPSW等等 控制器控制器功能功能：确保单片机各部分自动、协调工作。：确保单片机各部分自动、协调工作。控制器控制器组成组成：IRIR、IDID、定时及控制逻辑电路、定时及控制逻辑电路、PCPC等等2.2.内部数据存储器（片内内部数据存储器（片内RAMRAM）片内为片内为256256个字节个字节3.3.内部程序存
4、储器（片内内部程序存储器（片内ROM)ROM)4KB4KB的的EPROMEPROM4.4.定时器定时器/计数器计数器=运算器运算器+控制器控制器MCS-51单片机芯片的内部结构单片机芯片的内部结构第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术5.并行并行I/O端口端口 4个个8位并行位并行I/O端口，每个并行口均可用作输入和端口，每个并行口均可用作输入和输出，实现与外部设备或接口中数据的并行输入输出，实现与外部设备或接口中数据的并行输入/输输出。出。6.串行口串行口 实现单片机和其他数据设备之间的异步串行数据实现单片机和其他数据设备之间的
5、异步串行数据传送。传送。7.中断控制系统中断控制系统 对外部或内部的中断请求进行管理。对外部或内部的中断请求进行管理。有五个中断源。有五个中断源。8.片内振荡器和时钟电路片内振荡器和时钟电路 振荡脉冲频率范围为振荡脉冲频率范围为024MHz。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术二、二、MCS-51MCS-51单片机的引脚及功能单片机的引脚及功能 图图2-3 89C51芯片引脚芯片引脚40只引脚只引脚双列直插双列直插封装封装DIP40只引脚只引脚按按功能功能分为分为3类类：（1）电源及时钟引脚）电源及时钟引脚:Vcc、Vss；XT
6、AL1、XTAL2（2）控制引脚：）控制引脚：PSEN*、EA*、ALE、RESET(RST)（3）I/O口引脚：口引脚：P0、P1、P2、P3第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术 1 1电源引脚电源引脚 （1 1）VccVcc（4040脚）：脚）：+5V+5V电源；电源；（2 2）VssVss（2020脚）：脚）：接地。接地。2时钟引脚时钟引脚（1）XTAL1（19脚）：脚）：接外部晶体和微调电容的一端。接外部晶体和微调电容的一端。（2）XTAL2（18脚）：脚）：接外部晶体和微调电容的另一端。接外部晶体和微调电容的另一端。3
7、.控制引脚控制引脚 提供控制信号，有的引脚还具有提供控制信号，有的引脚还具有复用复用功能。功能。(1)RST/VPD(9脚脚)：复位复位/掉电保护信号输入端。掉电保护信号输入端。(2)ALE/PROG（30脚）：脚）：第一功能第一功能ALE为地址锁存允许，为地址锁存允许，可驱动可驱动8个个LS型型TTL负载。负载。PROG为本引脚的第二功能。为编程脉冲输入端。为本引脚的第二功能。为编程脉冲输入端。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术 (3)PSEN(3)PSEN（2929脚）：脚）：读外部程序存储器的选通信号。读外部程序存储器的
8、选通信号。可以驱动可以驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(4)EA/V(4)EA/VPPPP (Enable Address/Voltage Pulse of(Enable Address/Voltage Pulse of ProgramingPrograming，3131脚脚)EAEA为内外程序存储器选择控制端。为内外程序存储器选择控制端。EA=1EA=1，访问片内程序存储器，但在访问片内程序存储器，但在PCPC（程序计数器）（程序计数器）值超过值超过0FFFH0FFFH（对于（对于80518051、87518751）时，即超出片内程）时，即超出片内程序存储器的序存储器的4K
9、4K字节地址范围时，将自动转向执行外字节地址范围时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序部程序存储器内的程序。EA=0EA=0，单片机则只访问外部程序存储器。单片机则只访问外部程序存储器。(3)PSEN(3)PSEN（2929脚）：脚）：读外部程序存储器的选通信号。读外部程序存储器的选通信号。可以驱动可以驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(4)EA/V(4)EA/VPPPP (Enable Address/Voltage Pulse of(Enable Address/Voltage Pulse of ProgramingPrograming，3131脚脚)EAEA为内外程序存
10、储器选择控制端。为内外程序存储器选择控制端。EA=1EA=1，访问片内程序存储器，但在访问片内程序存储器，但在PCPC（程序计数器）（程序计数器）值超过值超过0FFFH0FFFH（对于（对于80518051、87518751）时，即超出片内程）时，即超出片内程序存储器的序存储器的4K4K字节地址范围时，将自动转向执行外字节地址范围时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序部程序存储器内的程序。EA=0EA=0，单片机则只访问外部程序存储器。单片机则只访问外部程序存储器。(3)PSEN(3)PSEN（2929脚）：脚）：读外部程序存储器的选通信号。读外部程序存储器的选通信号。可以驱动可以驱动8 8
11、个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(4)EA/V(4)EA/VPPPP (Enable Address/Voltage Pulse of(Enable Address/Voltage Pulse of ProgramingPrograming，3131脚脚)EAEA为内外程序存储器选择控制端。为内外程序存储器选择控制端。EA=1EA=1，访问片内程序存储器，但在访问片内程序存储器，但在PCPC（程序计数器）（程序计数器）值超过值超过0FFFH0FFFH（对于（对于80518051、87518751）时，即超出片内程）时，即超出片内程序存储器的序存储器的4K4K字节地址范围时，将自动转向执
12、行外字节地址范围时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序部程序存储器内的程序。EA=0EA=0，单片机则只访问外部程序存储器。单片机则只访问外部程序存储器。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术 V VPPPP为本引脚的第二功能。用于为本引脚的第二功能。用于施加编程电压施加编程电压（例如（例如+21V+21V或或+12V+12V）。）。对对89C5189C51，加在，加在V VPPPP脚的编程电压为脚的编程电压为+12V+12V或或+5V+5V。4.I/O引脚引脚 (1)P0口：口：双向双向8位三态位三态I/O口，此口为地址总线（
13、低口，此口为地址总线（低8位）位）及数据总线分时复用口，可驱动及数据总线分时复用口，可驱动8个个LS型型TTL负载。负载。(2)P1口：口：8位准双向位准双向I/O口，可驱动口，可驱动4个个LS型型TTL负载。负载。(3)P2口：口：8位准双向位准双向I/O口，与地址总线（高口，与地址总线（高8位）复用，位）复用，可驱动可驱动4个个LS型型TTL负载。负载。(4)P3口：口：8位准双向位准双向I/O口，双功能复用口，可驱动口，双功能复用口，可驱动4个个LS型型TTL负载。负载。要特别要特别注意注意准双向口准双向口与与准双向三态口准双向三态口的差别的差别。当当3 3个准双向个准双向I/OI/O口
14、作输入口使用时，要向该口先写口作输入口使用时，要向该口先写“1”1”，另外准双向另外准双向I/OI/O口无高阻的口无高阻的“浮空浮空”状态。状态。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术三、三、时钟电路与时序时钟电路与时序时钟电路用于产生单片机工作所必需的时钟控制信号。时钟电路用于产生单片机工作所必需的时钟控制信号。1.时钟电路的产生时钟电路的产生（一）振荡器和时钟电路（一）振荡器和时钟电路l内部时钟方式内部时钟方式内部有一个用于构成振荡器的内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，反相放大高增益反相放大器，反相放大器的输入端为芯
15、片引脚器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚输出端为引脚XTAL2。C1和和C2典型值通常选择为典型值通常选择为30pF左右。左右。晶体的振荡频率在晶体的振荡频率在024MHz之间。之间。常用的时钟频率为常用的时钟频率为6或或12MHz。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术l外部时钟方式外部时钟方式常用于多片常用于多片MCS-51单片机同时工作。单片机同时工作。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术（二）时序及有关概念（二）时序及有关概念单片机执行的指令的各种
16、时序均与时钟周期有关。单片机执行的指令的各种时序均与时钟周期有关。1.时序时序机器周期机器周期机器周期机器周期l节拍与状态节拍与状态l机器周期机器周期定义：定义：CPU完成一个基本操作所需要的时间完成一个基本操作所需要的时间。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术一个机器周期又分为一个机器周期又分为6个状态：个状态：S1S6。每个状态又分。每个状态又分为为两两拍：拍：P1和和P2。因此，一个机器周期总共有。因此，一个机器周期总共有12个节个节拍，表示为：拍，表示为：S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P2。l指令周期指令周
17、期定义：执行一条指令所需要的时间。定义：执行一条指令所需要的时间。l时钟周期时钟周期单片机的单片机的基本时间单位基本时间单位。若时钟的晶体的振荡频率为若时钟的晶体的振荡频率为fosc，则时钟周期则时钟周期Tosc=2/fosc。如如fosc=6MHz，Tosc=1/3s。思考：机器周期应是多少？思考：机器周期应是多少？2s每每12个时钟周期个时钟周期为一个机器周期为一个机器周期第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术2.CPU取指、执指时序取指、执指时序执行任何一条指令时，都可分为执行任何一条指令时，都可分为取指令阶段取指令阶段和和
18、指令执行阶段指令执行阶段。取指令阶段取指令阶段：PC中地址送到程序存储器，并从中取出需要中地址送到程序存储器，并从中取出需要执行指令的操作码和操作数。执行指令的操作码和操作数。指令执行阶段指令执行阶段：对指令操作码进行译码，以产生一系列控：对指令操作码进行译码，以产生一系列控制信号完成指令的执行。制信号完成指令的执行。ALE信号是为地址锁存而定义的信号是为地址锁存而定义的，以时钟脉冲，以时钟脉冲1/6的频率出现，的频率出现，在一个机器周期中，在一个机器周期中，ALE信号两次有效（但要注意，在执行信号两次有效（但要注意，在执行访问外部数据存储器的指令访问外部数据存储器的指令MOVX时，将会丢失一
19、个时，将会丢失一个ALE脉脉冲）冲）MCS-51单片机指令按照指令字节数和机器周期数可分为：单片机指令按照指令字节数和机器周期数可分为：单单字节单周期指令、单字节双周期指令、单字节四周期指令、字节单周期指令、单字节双周期指令、单字节四周期指令、双字节单周期指令、双字节双周期指令、三字节双周期指令。双字节单周期指令、双字节双周期指令、三字节双周期指令。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术四、四、MCS-51单片机的工作方式单片机的工作方式（一）复位方式（一）复位方式1.复位操作的主要功能复位操作的主要功能单片机的初始化操作，摆脱死
20、锁状态。单片机的初始化操作，摆脱死锁状态。引脚引脚RST加上加上大于大于2个机器周期（即个机器周期（即24个时钟振荡周期）的个时钟振荡周期）的高电平就可使高电平就可使MCS-51复位。复位。复位时，复位时，PC初始化为初始化为0000H，使使MCS-51单片机从单片机从0000H单元开始执行程序。单元开始执行程序。除除PC之外，复位操作还对其它一些寄存器有影响，见之外，复位操作还对其它一些寄存器有影响，见表表2-2(书书P23)。SP=07H，P0-P3的引脚均为高电平的引脚均为高电平。在复位有效期间，在复位有效期间，ALE脚和脚和PSEN脚均为高电平，内部脚均为高电平，内部RAM的状态不受复
21、位的影响。的状态不受复位的影响。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术2.复位信号及其产生复位信号及其产生外部电路产生的复位信号外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。3.复位电路复位电路复位操作有复位操作有上电自动复位上电自动复位和和按键手动复位按键手动复位两种方式。两种方式。上电自动复位：上
22、电自动复位：通过外部复位电路在加电瞬间对电容的充通过外部复位电路在加电瞬间对电容的充电来实现。电来实现。按键手动复位：按键手动复位：通过接通一个按钮开关，使单片机进入复通过接通一个按钮开关，使单片机进入复位状态。位状态。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术（二）低功耗方式（二）低功耗方式89C51属于属于CHMOS的单片机，运行时本身耗电少，同时还的单片机，运行时本身耗电少，同时还提供提供空闲工作方式空闲工作方式(等待、待机等待、待机)和和掉电工作方式掉电工作方式(停机停机)用以用以节电。节电。1.方式的设定方式的设定空闲方式空
23、闲方式和和掉电方式掉电方式都是通过特殊功能寄存器都是通过特殊功能寄存器PCON(电源电源控制寄存器控制寄存器)的的有关位置有关位置“1”来启动。来启动。SMODGF1GF0PDIDLD0D1D2D3D4D5D6D7PCON(87H)波特率倍频位波特率倍频位保留位保留位通用标志位通用标志位掉电方式位掉电方式位空闲方式位空闲方式位电源控制寄存器PCON第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术2.空闲工作方式空闲工作方式震动器运行，震动器运行，CPU停止工作，但向中断逻辑、串行口和定停止工作，但向中断逻辑、串行口和定时时/计数器电路供电，
24、计数器电路供电，SP、PC、PSW、ACC和全部通用寄和全部通用寄存器保持在原状态，维持当前端口状态。存器保持在原状态，维持当前端口状态。ALE和和PSEN保持保持逻辑高电平。逻辑高电平。退出该方式的方法：退出该方式的方法：中断方法中断方法与与硬件复位硬件复位。3.掉电工作方式掉电工作方式内部震动器停止工作，所有功能部件也停止工作，但片内内部震动器停止工作，所有功能部件也停止工作，但片内RAM区和特殊功能寄存器的内容被保留，端口的输出状态区和特殊功能寄存器的内容被保留，端口的输出状态值都保存在对应的值都保存在对应的SFR中，中，ALE和和PSEN保持逻辑低电平。保持逻辑低电平。退出该方式的方法
25、：退出该方式的方法：硬件复位硬件复位。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术第二节第二节 MCS-51单片机存储器结构单片机存储器结构89C51单片机的存储器结构为单片机的存储器结构为哈佛结构哈佛结构。89C51单片机的存储器地址空间分为：单片机的存储器地址空间分为：p片内、片外统一编址片内、片外统一编址0000HFFFFH的的64KB程序存储器程序存储器地址空间（地址空间（16位地址，包括片内位地址，包括片内ROM和片外和片外ROM）p64KB片外数据存储器地址空间，片外数据存储器地址空间，16位地址，地址范围为位地址，地址范围
26、为0000HFFFFHp256字节片内数据存储器地址空间（字节片内数据存储器地址空间（8位地址，包括位地址，包括128字字节的片内节的片内RAM和特殊功能寄存器的地址空间）和特殊功能寄存器的地址空间）第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术存储器空间可划分为存储器空间可划分为5类：类：1.程序存储器程序存储器 8031无内部程序存储器。无内部程序存储器。2.内部数据存储器内部数据存储器 3.特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR-Special Function Register）4.位地址空间位地址空间 211个可寻址位。个可寻址位
27、。5.数据寄存器数据寄存器 片外可扩展片外可扩展64K字节字节RAM。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术一、一、程序存储器程序存储器通过通过16位程序计数器位程序计数器PC寻址。寻址。89C51从片内与片外存储器取指令的执行速度相同。从片内与片外存储器取指令的执行速度相同。程序存储器低地址的程序存储器低地址的40多个单元是留给系统使用的。多个单元是留给系统使用的。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术128128个，字节地址为个，字节地址为00H00H7FH7FH
28、。二、内部数据存储器二、内部数据存储器 00H1FH：32个单元是个单元是4组通用工作寄存器区组通用工作寄存器区20H2FH：16个单元可个单元可进行共进行共128位的位寻址位的位寻址30H7FH：用户：用户RAM区，只能进行字节寻址，区，只能进行字节寻址，用作数据缓冲区以及堆用作数据缓冲区以及堆栈区。栈区。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术 CPU对各种功能部件的控制采用特殊功能寄存器采用集中对各种功能部件的控制采用特殊功能寄存器采用集中控制方式，共控制方式，共21个。个。有的有的SFR可进行位寻址。可进行位寻址。表表2-1
29、0(P35)是是SFR的名称及其分布。的名称及其分布。其字节地址的末位是其字节地址的末位是0H或或8H。下面介绍下面介绍SFR块中的某些寄存器块中的某些寄存器。三、特殊功能寄存器（三、特殊功能寄存器（SFR）第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术1 1堆栈指针堆栈指针SPSP 指示出堆栈顶部在内部指示出堆栈顶部在内部RAMRAM块中的位置块中的位置 复位后复位后 ，SPSP中的内容为中的内容为07H07H。（1 1）保护断点）保护断点（2 2）现场保护）现场保护堆栈堆栈向上生长向上生长 2.2.数据指针数据指针DPTRDPTR 高
30、位字节寄存器用高位字节寄存器用DPHDPH表示，低位字节寄存器用表示，低位字节寄存器用DPLDPL表示。表示。3.I/O3.I/O端口端口P0P0P3P3 P0P0P3P3分别为分别为I/OI/O端口端口P0P0P3P3的锁存器。的锁存器。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术4.4.寄存器寄存器B B 为执行乘法和除法操作设置的。为执行乘法和除法操作设置的。在不执行乘、除的情况下，可当作一个普通寄存器来使用。在不执行乘、除的情况下，可当作一个普通寄存器来使用。5.5.串行数据缓冲器串行数据缓冲器SBUFSBUF 存放欲发送或已接
31、收的数据，一个字节地址，物理上是由两存放欲发送或已接收的数据，一个字节地址，物理上是由两个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器，另一个是接收缓个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器，另一个是接收缓冲器。冲器。6.6.定时器定时器/计数器计数器 两个两个1616位位定时器定时器/计数器计数器T1T1和和T0T0，各由两个独立的，各由两个独立的8 8位寄存位寄存器组成：器组成：TH1TH1、TL1TL1、TH0TH0、TL0TL0，只能字节寻址，但不能把，只能字节寻址，但不能把T1T1或或T0T0当作一个当作一个1616位寄存器来寻址访问。位寄存器来寻址访问。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单
32、片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术7累加器累加器A 使用最频繁的寄存器，也可写为使用最频繁的寄存器，也可写为Acc。A的作用：的作用：（1）是）是ALU单元的输入之一，又是运算结果的存放单元。单元的输入之一，又是运算结果的存放单元。（2）数据传送大多都通过累加器）数据传送大多都通过累加器A。MCS-51增加了一部增加了一部分可以不经过累加器的传送指令，即可加快数据的传送速分可以不经过累加器的传送指令，即可加快数据的传送速度，又减少了累加器的度，又减少了累加器的“瓶颈堵塞瓶颈堵塞”现象。现象。A的进位的进位标志标志Cy是特殊的，同时又是是特殊的，同时又是位处理机的位累加
33、位处理机的位累加器。器。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术8 8程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW （1 1）CyCy（PSW.7PSW.7）进位标志位进位标志位（2 2）Ac(PSW.6)Ac(PSW.6)辅助进位标志位辅助进位标志位（3 3）F0F0（PSW.5PSW.5）标志位标志位 由用户使用的一个状态标志位。由用户使用的一个状态标志位。（4 4）RS1RS1、RS0RS0（PSW.4PSW.4、PSW.3PSW.3）：4 4组工作寄存器组工作寄存器区选择控制位区选择控制位1 1和位和位0 0。第二章第二章
34、MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术 RS1 RS0 RS1 RS0 所选的所选的4 4组寄存器组寄存器 0 0 00 0 0区（内部区（内部RAMRAM地址地址00H00H07H07H）0 1 10 1 1区（内部区（内部RAMRAM地址地址08H08H0FH0FH）1 0 21 0 2区（内部区（内部RAMRAM地址地址10H10H17H17H）1 1 31 1 3区（内部区（内部RAMRAM地址地址18H18H1FH1FH）（5 5）OVOV（PSW.2PSW.2）溢出标志位）溢出标志位 指示运算是否产生溢出。各种算术运算指令指示运算是
35、否产生溢出。各种算术运算指令对该位的影响情况较复杂，将在第对该位的影响情况较复杂，将在第3 3章介绍。章介绍。（6 6）PSW.1PSW.1位位:保留位，未用保留位，未用 （7 7）P(PSW.0)P(PSW.0)奇偶标志位奇偶标志位 P=1P=1，A A中中“1”1”的个数为奇数的个数为奇数P=0P=0，A A中中“1”1”的个数为偶数的个数为偶数第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术 9 9程序计数器程序计数器PCPC（Program CounterProgram Counter）存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。存
36、放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。基本工作方式有以下几种：基本工作方式有以下几种：（1 1）程序计数器）程序计数器自动加自动加1 1 （2 2）执行）执行有条件或无条件转移有条件或无条件转移指令时，程序计数器将被置指令时，程序计数器将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。入新的数值，从而使程序的流向发生变化。（3 3）在执行调用）在执行调用子程序调用或中断调用子程序调用或中断调用，完成下列操作：，完成下列操作：PC PC的现行值保护的现行值保护 将子程序的入口地址或中断向量的地址送入将子程序的入口地址或中断向量的地址送入PCPC。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结
37、构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术最多可最多可外扩外扩64K64K字节字节的的RAMRAM或或I/OI/O 。四、位地址空间四、位地址空间211个（个（128个个+83个）寻址位个）寻址位。位地址范围为：位地址范围为：00HFFH。内部内部RAM的可寻址位的可寻址位128个个(字节地址字节地址20H2FH)见见表表2-7（P30）。特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR为为83个个可寻址位，见可寻址位，见表表2-10（P35）。五、外部数据存储器五、外部数据存储器第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术第二章第二章 MC
38、S-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术使用各类存储器，注意几点：使用各类存储器，注意几点：(1)地址的重叠性地址的重叠性 程序存储器（程序存储器（ROM）与数据存储器（）与数据存储器（RAM）全部）全部64K字节地字节地址空间重叠址空间重叠)。(2)程序存储器（程序存储器（ROM）与数据存储器（）与数据存储器（RAM）在使用上是）在使用上是严格区分的严格区分的。(3)位地址空间共有两个区域，位地址空间共有两个区域，(4)片外数据存储区中，片外数据存
39、储区中，RAM与与I/O端口统一编址。端口统一编址。所有外围所有外围I/O端口的地址均占用端口的地址均占用RAM地址单元，使用与访地址单元，使用与访问外部数据存储器相同的传送指令。问外部数据存储器相同的传送指令。图图2-6为各类存储器在存储器空间的位置的总结。为各类存储器在存储器空间的位置的总结。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发
40、技术 4 4个双向的个双向的8 8位并行位并行I/OI/O端口，记作端口，记作P0P0P3P3，属于特殊，属于特殊功能寄存器，可字节寻址和位寻址。功能寄存器，可字节寻址和位寻址。I/OI/O端口是单片机与外部设备进行端口是单片机与外部设备进行信息交换信息交换的的通道通道。每个端口包含一个每个端口包含一个锁存器锁存器、输出驱动器输出驱动器和和输入缓冲器输入缓冲器。第三节第三节 MCS-51单片机输入单片机输入/输出端口输出端口一、一、P0端口端口P0端口某位结构图端口某位结构图第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术P0P0口某一位的
41、电路包括：口某一位的电路包括：(1)(1)一个一个数据输出锁存器数据输出锁存器，用于数据位的锁存，用于数据位的锁存(2)(2)两个三态的两个三态的数据输入缓冲器数据输入缓冲器。(3)(3)一个一个多路转接开关多路转接开关MUXMUX，设置多路转接开关的目的，设置多路转接开关的目的:P0:P0口既口既作通用作通用I/OI/O口，又可作为系统的地址口，又可作为系统的地址/数据线口。数据线口。(4)(4)数据输出的驱动和控制电路数据输出的驱动和控制电路，由两只场效应管（，由两只场效应管（T1T1、T2T2）组成，上面的场效应管构成上拉电路。组成，上面的场效应管构成上拉电路。(一）P0端口作为一般端口
42、作为一般I/O端口使用端口使用这时，这时，CPU发来的发来的“控制控制”信号为信号为低电平低电平，上拉场效应管，上拉场效应管T1截止，截止，多路转接开关多路转接开关MUX打向下边打向下边，与，与D锁存器的锁存器的Q端接通。端接通。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术 来自来自CPU的的“写入写入”脉冲加在脉冲加在D锁存器的锁存器的CP端，内部总线上端，内部总线上的数据写入的数据写入D锁存器，并向端口引脚锁存器，并向端口引脚P0.x输出。输出。注意：注意：由于输出电路是漏极开路（因为这时上拉场效应管截由于输出电路是漏极开路（因为这
43、时上拉场效应管截止），必须外接上拉电阻才能有高电平输出。止），必须外接上拉电阻才能有高电平输出。1.P0端口用作输出口端口用作输出口2.P0端口用作输入口端口用作输入口应应区分区分“读引脚读引脚”和和“读端口读端口”。“读引脚读引脚”信号把下方缓冲器打开，引脚上的状态经缓冲器信号把下方缓冲器打开，引脚上的状态经缓冲器读入内部总线；读入内部总线；“读锁存器读锁存器”信号打开上面的缓冲器把锁存器信号打开上面的缓冲器把锁存器Q端的状态端的状态读入内部总线。读入内部总线。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术(二）P0端口作为地址端口作为
44、地址/数据总线使用数据总线使用当系统进行片外的当系统进行片外的ROM扩展或进行片外扩展或进行片外RAM扩展，扩展，P0用作地址用作地址/数据总线时数据总线时。CPU在执行输出指令时，低在执行输出指令时，低8位地址信息和数据信息分时地位地址信息和数据信息分时地出现在地址出现在地址/数据总线上。数据总线上。P0.X引脚的状态与地址引脚的状态与地址/数据线的信息相同。数据线的信息相同。在这种情况下，单片机内硬件自动使在这种情况下，单片机内硬件自动使C=1，MUX开关接向反开关接向反相器的输出端，这时与门的输出由地址相器的输出端，这时与门的输出由地址/数据线的状态决定。数据线的状态决定。第二章第二章
45、MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术CPU在执行输入指令时，首先低在执行输入指令时，首先低8位地址信息出现在地址位地址信息出现在地址/数数据总线上，据总线上，P0.X引脚的状态与地址引脚的状态与地址/数据总线的地址信息相数据总线的地址信息相同同。然后，。然后，CPU自动地使转换开关自动地使转换开关MUX拨向锁存器，并向拨向锁存器，并向P0口写入口写入FFH，同时，同时“读引脚读引脚”信号有效，信号有效，数据经缓冲器进数据经缓冲器进入内部数据总线入内部数据总线。P0口作为地址口作为地址/数据总线使用时是一个真正的双向口数据总线使用时是一个真正的
46、双向口。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术字节地址字节地址90H90H，位地址，位地址90H90H97H97H。二、二、P1端口端口P1端口某位结构图端口某位结构图第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术 P1口只作为通用的口只作为通用的I/O口使用，在口使用，在电路结构电路结构上与上与P0口有口有 两点区别：两点区别：（1）P1口只传送数据，不需要多路转接开关口只传送数据，不需要多路转接开关MUX。（2）由于）由于P1口用来传送数据，因此输出电路中有上拉电阻，口用
47、来传送数据，因此输出电路中有上拉电阻，这样电路的输出不是三态的，所以这样电路的输出不是三态的，所以P1口是准双向口。口是准双向口。因此：因此：（1）P1口作为输出口使用时，外电路无需再接上拉电阻。口作为输出口使用时，外电路无需再接上拉电阻。（2）P1口作为输入口使用时，应先向其锁存器先写入口作为输入口使用时，应先向其锁存器先写入“1”，使输出驱动电路的使输出驱动电路的FET截止。截止。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术字节地址为字节地址为A0HA0H，位地址，位地址A0HA0HA7HA7H。二、二、P2端口端口P2端口某位结构
48、图端口某位结构图第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术 在实际应用中，因为在实际应用中，因为P2P2口用于为系统提供高位地址，有口用于为系统提供高位地址，有一个多路转接开关一个多路转接开关MUXMUX。但。但MUXMUX的一个输入端不再是的一个输入端不再是“地址地址/数据数据”，而是单一的，而是单一的“地址地址”，因为，因为P2P2口口只只作作为为地址线地址线使用。使用。当当P2P2口用作为高位地址线使用时口用作为高位地址线使用时，多路转接开关应接向，多路转接开关应接向“地址地址”端。正因为只作为地址线使用，端。正因为只作为地址线
49、使用，P2P2口的输出用口的输出用不着是三态的，所以，不着是三态的，所以，P2P2口也是一个准双向口。口也是一个准双向口。P2P2口也可以作为通用口也可以作为通用I/OI/O口使用，这时，多路转接开关接口使用，这时，多路转接开关接向锁存器向锁存器QQ端端。第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用开发技术P3P3口的字节地址为口的字节地址为B0HB0H，位地址为，位地址为B0HB0HB7H B7H 四、四、P3端口端口P3端口某位结构图端口某位结构图第二章第二章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理与应用开发技术单片机原理与应用
50、开发技术P3P3口的口的第二功能第二功能定义，应熟记。定义，应熟记。表表2-12 P32-12 P3口的第二功能定义口的第二功能定义 口引脚口引脚 第二功能第二功能 P3.0P3.0 RXD RXD（串行输入口）（串行输入口）P3.1P3.1 TXD TXD（串行输出口）（串行输出口）P3.2P3.2 INT0 INT0（外部中断（外部中断0 0）P3.3P3.3 INT1 INT1（外部中断（外部中断1 1）P3.4P3.4 T0 T0（定时器（定时器0 0外部计数输入）外部计数输入）P3.5P3.5 T1 T1（定时器（定时器1 1外部计数输入）外部计数输入）P3.6P3.6 WR WR（
