1、第2章 C51C51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)1u 2.1 C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)u 2.2 C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)u 2.3 C51單片機(jī)的并行輸入單片機(jī)的并行輸入/輸出接口輸出接口u 2.4 C51單片機(jī)的工作方式單片機(jī)的工作方式2 89C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 振蕩器和時(shí)鐘電路程序存儲(chǔ)器4KB ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器128B RAM/SCPU兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷系統(tǒng)64K字節(jié)總線擴(kuò)展控制并行I/O端口全雙工串行口外部時(shí)鐘源外部時(shí)鐘源 外部計(jì)數(shù)脈沖外部計(jì)數(shù)脈沖外中斷外中斷 控制控制 外部設(shè)備外部設(shè)備 串行通信串行通信 2.1 C51單

2、片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3l 中央處理器（中央處理器（CPU）l 程序存儲(chǔ)器（程序存儲(chǔ)器（ROM）l 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）l 兩個(gè)兩個(gè)16位的定時(shí)器位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)器（T0和和T1）l 4個(gè)個(gè)8位的并行位的并行I/0口（口（P0、P1、P2和和P3）l 串行口串行口l 振蕩電路振蕩電路l 總線總線4單片機(jī)的內(nèi)部基本組成：單片機(jī)的內(nèi)部基本組成：2.1.1 單片機(jī)的內(nèi)部基本組成單片機(jī)的內(nèi)部基本組成5運(yùn)算部件運(yùn)算部件l中央處理器（中央處理器（CPU）中央處理器中央處理器由運(yùn)算部件運(yùn)算部件和控制器控制器組成，是單片機(jī)的核心。 算術(shù)運(yùn)算單元算術(shù)運(yùn)算單元ALU 累加器累加器ACC

3、 寄存器寄存器B 程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字PSW 兩個(gè)暫存器兩個(gè)暫存器 位處理器位處理器 6PSENALERESETXLAT1P0.0P0.7P2.0P2.7RAM地址寄存器RAMP0鎖存器P2鎖存器EPROM或ROM程序地址寄存器緩沖器B寄存器ACC暫存器2暫存器1ALUPSWSPPC增量器PCDPTRP0驅(qū)動(dòng)器P2驅(qū)動(dòng)器特殊功能寄存器指令寄存器定時(shí)及控制P1鎖存器P3鎖存器P1驅(qū)動(dòng)器P3驅(qū)動(dòng)器振蕩器VssP1.0P1.7P3.0P3.7EAXLAT2Vcc7 算術(shù)運(yùn)算單元算術(shù)運(yùn)算單元ALU：是一個(gè)8位運(yùn)算器，可以完成二進(jìn)制數(shù)據(jù)加、減、乘、除等基本算術(shù)運(yùn)算，還可以完成8位二進(jìn)制數(shù)“與”、“或”、

4、“異或”、循環(huán)移位、求補(bǔ)、清零等邏輯運(yùn)算，并具有數(shù)據(jù)傳輸、程序轉(zhuǎn)移等功能。ALU還有一個(gè)位運(yùn)算器，它可以對一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行置位、清零、求反及位邏輯“與”、“或”等處理。 累加器累加器ACC：是一個(gè)8位的寄存器，是CPU中使用最頻繁的寄存器，進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，絕大多數(shù)時(shí)候數(shù)據(jù)都取自累加器ACC，結(jié)果也常保存在累加器ACC。 寄存器寄存器B：是為乘法和除法指令設(shè)置的。在乘法運(yùn)算時(shí)，累加器A和寄存器B在乘法運(yùn)算前存放乘數(shù)和被乘數(shù)，運(yùn)算結(jié)束后存放結(jié)果；除法運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算前累加器A和寄存器B存入被除數(shù)和除數(shù)，運(yùn)算后用于存放商和余數(shù)。8程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字PSW：是一個(gè)8位的寄存器，它用于保存指令執(zhí)行結(jié)果的狀態(tài)

5、，以供程序查詢和判別。 D7D6D5D4D3D2D1D0CACF0RS1RS0OV-PC（PSW.7）：進(jìn)位標(biāo)志位。 AC（PSW.6）：輔助進(jìn)位標(biāo)志位。 F0（PSW.5）：用戶標(biāo)志位。 RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：寄存器組選擇位。 OV（PSW.2）：溢出標(biāo)志位。 P（PSW.0）：奇偶標(biāo)志位。若累加器A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則P置位，若累加器A中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則P清零。 RS1RS0工作寄存器組000組（00H-07H）011組（08H-0FH）102組（10H-17H）113組（18H-1FH）9【例例2-1】 試分析下面指令執(zhí)行后，累加器A，標(biāo)志位C、AC、OV、P的值？

6、 MOV A，#67H ADD A，#58H分析：第一條指令執(zhí)行時(shí)把立即數(shù)67H送入累加器A，第二條指令執(zhí)行時(shí)把累加器A中的立即數(shù)67H與立即數(shù)58H相加，結(jié)果回送到累加器A中。加法運(yùn)算過程如下： 67H=01100111B 58H=01011000B 0 1 1 0 0 1 1 1B+ 0 1 0 1 1 0 0 0B 1 0 1 1 1 1 1 1=0BFH 則執(zhí)行后累加器A中的值為0BFH，由相加過程得： C=0、AC=0、OV=1、P=1。OV位的判斷：位的判斷：最高位與次高位進(jìn)位的異或異或關(guān)系10二、控制部件二、控制部件 控制部件是單片機(jī)的控制中心，它包括： 它以振蕩信號為基準(zhǔn)產(chǎn)生C

7、PU的時(shí)序，從ROM中取出指令到指令寄存器，然后在指令譯碼器中對指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生指令，執(zhí)行所需的各種控制信號，送到單片機(jī)內(nèi)部的各功能部件，指揮各功能部件產(chǎn)生相應(yīng)的操作，完成對應(yīng)的功能。 定時(shí)和控制電路定時(shí)和控制電路 指令寄存器指令寄存器 指令譯碼器指令譯碼器 程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PC 堆棧指針堆棧指針SP 數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTR 信息傳送控制部件信息傳送控制部件11uI/O口u內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器u內(nèi)部程序存儲(chǔ)器u定時(shí)器計(jì)數(shù)器u串行口u 中斷控制u時(shí)鐘電路其余資源：其余資源：122.1.2 MCS-51系列單片機(jī)的外部引腳及片外總線系列單片機(jī)的外部引腳及片外總線P1.0P1.1P1.2P1.3P

8、1.4P1.5P1.6P1.7RST/VpdP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL2XTAL1VssVccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.012345678910111214151617181920403938373635343332313029282726252423222180C3180C5189C51RXDTXDINT0INT1T0T1WRRDP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.7P2.6P2

9、.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7PSENEAALERST用戶I /O控制總線(CB)鎖存器A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0地址總線數(shù)據(jù)總線(AB)(DB)VccVssVccVss131輸入輸入/輸出引腳輸出引腳（1）P0口（3932腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0口。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O口時(shí)，作為雙向輸入/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

10、址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。（2）P1口（18腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用。對于52子系列，P1.0與P1.1還有第二功能：P1.0可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2，P1.1可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。（3）P2口（2128腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口且尋址范圍超過256字節(jié)時(shí)，P2口用作高8位地址總線。（4）P3口（1017腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3口。除作為準(zhǔn)雙向I/O口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二

11、功能。142控制線控制線（1）ALE/PROG（30腳）：地址鎖存信號輸出端。ALE在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個(gè)脈沖。 （2）PSEN（29腳）：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號輸出端，低電平有效。 （3）RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，該引腳上高電平必須持續(xù)10 ms以上才能保證有效復(fù)位。（4） /VPP（31腳）：EA為片外程序存儲(chǔ)器選用端。該引腳低電平時(shí)，選用片外程序存儲(chǔ)器，高電平或懸空時(shí)選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。3主電源引腳主電源引腳

12、VCC（40腳）：接+5 V電源正端。VSS（20腳）：接+地。154外接晶體引腳外接晶體引腳XTAL1、XTAL2（19、18腳）：當(dāng)使用單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路時(shí)，這兩個(gè)引腳用來外接石英晶體和微調(diào)電容，如圖2-10（a）。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于HMOS單片機(jī)，XTAL1引腳接地，XTAL2接片外振蕩脈沖輸入（帶上拉電阻）；對于CHMOS單片機(jī)，XTAL2引腳接地，XTAL1接片外振蕩脈沖輸入（帶上拉電阻），如圖2-11（b）和（c）。 XTAL1XTAL2外部振蕩信號XTAL1XTAL2VccVssR外部振蕩信號XTAL2XT

13、AL1VccVssR（a）內(nèi)部時(shí)鐘方式 （b）HMOS工藝外接時(shí)鐘 （c）CHMOS工藝外接時(shí)鐘16 C51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)不同，分為程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。程序存儲(chǔ)器：程序存儲(chǔ)器：存放程序、固定常數(shù)和數(shù)據(jù)表格。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：用作工作區(qū)及存放數(shù)據(jù)。 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各有自己的尋址方式、尋址空間和控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)對于“面向控制”的單片機(jī)極為方便、有利。 C51單片機(jī)不僅有一定容量的程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和特殊功能的寄存器，而且有極強(qiáng)的外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展能力，尋址范圍可達(dá)64KB。2.2 C51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)17

14、p 在物理上存儲(chǔ)器分為四個(gè)存儲(chǔ)空間在物理上存儲(chǔ)器分為四個(gè)存儲(chǔ)空間程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器片內(nèi)程序存儲(chǔ)器片外程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器p 在邏輯上分為三個(gè)存儲(chǔ)器地址空間在邏輯上分為三個(gè)存儲(chǔ)器地址空間片內(nèi)外統(tǒng)一的64KB程序存儲(chǔ)器地址空間；片內(nèi)128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間；片外64KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。程序存儲(chǔ)器分為片內(nèi)存儲(chǔ)和片外存儲(chǔ)兩部分，可通過/EA引腳的電平確定。182.2.1程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器在C51系列單片機(jī)中，不同的芯片其片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的容量是各不相同的。80C31內(nèi)部是不含ROM，80C51內(nèi)部含有4KB的ROM，89C51含有4KB的ROM，89

15、C52含有8KB的ROM。隨著器件集成度的提高，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的容量做的越來越大，已達(dá)64KB。191程序存儲(chǔ)器的編址與訪問程序存儲(chǔ)器的編址與訪問u 內(nèi)部沒有ROM的80C31，只能擴(kuò)展外部ROM，最多可擴(kuò)展64K，地址范圍為0000HFFFFH；u 內(nèi)部有ROM的，可以擴(kuò)展外部ROM，但內(nèi)部ROM和外部ROM共用64K存儲(chǔ)空間；51子系列重疊區(qū)域?yàn)?000H0FFFH，52子系列重疊區(qū)域?yàn)?000H1FFFH。片 外ROMEA=0片 外ROMEA=0片 內(nèi)ROMEA=1片 外ROM0000HFFFFH0000H0FFFH1000HFFFFH片 外ROMEA=0片 內(nèi)ROMEA=1片 外ROM

16、0000H1FFFH2000HFFFFH（a）片內(nèi)無ROM（b）片內(nèi)有4K ROM（c）片內(nèi)有8K ROM202程序存儲(chǔ)器的程序存儲(chǔ)器的7個(gè)特殊地址個(gè)特殊地址 單片機(jī)復(fù)位后，PC的內(nèi)容為0000H，故單片機(jī)復(fù)位后將從0000H單元開始執(zhí)行程序。程序存儲(chǔ)器的0000H單元地址是系統(tǒng)程序的啟動(dòng)地址，在這里一般放絕對轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)到用戶程序。 6個(gè)中斷源的地址之間僅隔8個(gè)單元，存放中斷服務(wù)程序往往不夠用，這是通常放一條絕對轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)到真正的中斷服務(wù)程序，真正的中斷服務(wù)程序放到后面。中斷源入口地址復(fù)位或非屏蔽中斷0000H外部中斷00003H定時(shí)/計(jì)數(shù)器0000BH外部中斷10013H定時(shí)/計(jì)數(shù)器10

17、01BH串行口0023H定時(shí)/計(jì)數(shù)器2（僅52子系列有）002BH212.2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由RAM構(gòu)成，用來存放隨機(jī)數(shù)據(jù)和表格。對于51子系列：前者有128字節(jié)，編址為00H7FH；后者也占128個(gè)字節(jié)，編址為80HFFH；二者連續(xù)不重疊。對于52子系列：前者有256字節(jié)，編址為00HFFH；后者也有128字節(jié)，編址為80HFFH；后128字節(jié)編址重疊的，訪問時(shí)通過不同的指令相區(qū)分。 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器按功能為：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器按功能為：l 工作寄存器組區(qū)（通用寄存器）l 位尋址區(qū)；l 用戶RAM區(qū)；l 特殊功能寄存器區(qū)，其中還包

18、含堆棧區(qū)。 221 .通用寄存器通用寄存器 內(nèi)部RAM 的前32個(gè)單元作為寄存器使用，共分為4個(gè)工作組，每組8個(gè)寄存器，編號分別為R0R7，寄存器通常用于存放操作數(shù)和中間結(jié)果。圖2-5 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu) 2. 位尋址區(qū)位尋址區(qū)20H2FH為位尋址區(qū)，共16字節(jié)，128位。這128位每位都可以按位方式使用，每一位都有一個(gè)位地址，位地址范圍為00H7FH 。23字節(jié)地址位地址765432102FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2CH67H66H65H64H63H62H6

19、1H60H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H28H47H46H45H44H43H42H41H40H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H26H37H36H35H34H33H32H31H30H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H24H27H26H25H24H23H22H21H20H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H22H17H16H15H14H13H12H11H10H21H0FH0HH0DH0CH0BH0AH09H0

20、8H20H07H06H05H04H03H02H01H00H2.位尋址區(qū)位尋址區(qū) 20H2FH為位尋址區(qū)，共16字節(jié)，128位。這128位每位都可以按位方式使用，每一位都有一個(gè)位地址，位地址范圍為00H7FH 。243.一般一般RAM區(qū)區(qū) 30H7FH是一般RAM區(qū)，也稱為用戶RAM區(qū)，共80字節(jié)，對于52子系列，一般RAM區(qū)從30HFFH單元。用戶RAM區(qū)，用作堆棧、存放各種數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，起到數(shù)據(jù)緩沖的作用，可以采用直接字節(jié)尋址方式直接字節(jié)尋址方式訪問。 由于通用寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、RAM區(qū)為統(tǒng)一編址，使用統(tǒng)一指令訪問，這三個(gè)區(qū)既有自己獨(dú)特的地方，又可獨(dú)立使用。因此，對于通用寄存器區(qū)和位尋址

21、區(qū)中未使用的單元也可作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)使用。對于89C52型單片機(jī)，還有高128字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM區(qū)。這一區(qū)域只能采用間接字節(jié)尋間接字節(jié)尋址方式址方式訪問。254.特殊功能寄存器區(qū)特殊功能寄存器區(qū)SFR 特殊功能寄存器（SFR）也稱專用寄存器，專門用于控制、管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行I/O口、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作，用戶在編程時(shí)可以給其設(shè)定值，但不能移作它用。 位于片內(nèi)RAM的80HFFH地址空間。 除PC外，51子系列有18個(gè)特殊功能寄存器，其中3個(gè)為雙字節(jié)，共占用21個(gè)字節(jié)；52子系列有21個(gè)特殊寄存器，其中5個(gè)為雙字節(jié)，共占用26個(gè)字節(jié)。它們的分配情況如下：26序號標(biāo)示

22、符名稱字節(jié)地址位地址1*ACC累加器0E0H0E0H0E7H2*BB寄存器0F0H0F0H0F7H3*PSW程序狀態(tài)字0D0H0D0H0D7H4SP堆棧指針81H 5DPTR數(shù)據(jù)指針(DPH、DPL)83H、82H 6*P0P0口80H80H87H7*P1P1口90H90H97H8*P2P2口0A0H0A0H0A7H9*P3P3口0B0H0B0H0B7H10*IP中斷優(yōu)先級控制0B8H0B8H0BFH11*IE中斷使能控制0A8H0A8H0AFH12TMOD定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模式控制89H 13*TCON定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制88H88H8FH14TH0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0(高字節(jié))8CH 15TL0定時(shí)

23、器/計(jì)數(shù)器0(低字節(jié))8AH 16TH1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1(高字節(jié))8DH 17TL1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1(低字節(jié))8BH 18PCON電源控制/波特率選擇寄存器97H 19*SCON串行口控制98H98H9FH20SBUF串行數(shù)據(jù)緩沖99H 21*T2CON定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2控制0C8H0C8H0CFH22TH2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2(高字節(jié))0CDH 23TL2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2(低字節(jié))0CCH 24RCAP2H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2自動(dòng)裝載(高字節(jié))0CBH 25RCAP2L定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2自動(dòng)裝載(低字節(jié))0CAH 表2.4 MCS-51單片機(jī)專用寄存器一覽表專用寄存器不是連續(xù)地分布在內(nèi)部RAM的高128

24、單元中，且剩余空閑的寄存器，用戶不能使用。21個(gè)專用寄存器都可尋址，唯獨(dú)程序計(jì)數(shù)器(PC)不能尋址，此程序計(jì)數(shù)器在物理上是獨(dú)立的，不占用RAM單元。只能采用直接尋址方式訪問專用寄存器。在指令中既可使用寄存器符號表示，也可使用寄存器地址表示。27專用寄存器字節(jié)尋址問題的幾點(diǎn)說明：專用寄存器字節(jié)尋址問題的幾點(diǎn)說明：285片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 當(dāng)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量不夠時(shí)，可外部擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最多64KB，地址范圍為0000H0FFFFH。通過DPTR作指針間接方式訪問，對于低端的256字節(jié)，地址范圍為00H0FFH，可通過R0和R1間接方式訪問。擴(kuò)展的外部設(shè)備占用片外數(shù)據(jù)

25、存儲(chǔ)器空間，通過用訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的方法訪問。 說明：說明：第一，64K的程序存儲(chǔ)器和64K的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間都為0000H0FFFFH，地址空間是重疊的，它們?nèi)绾螀^(qū)分呢？ C51單片機(jī)是通過不同信號對片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器進(jìn)行讀、寫控制；片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是通過RD和WR信號來控制，程序存儲(chǔ)器的讀通過PSEN信號控制；且通過用不同指令來實(shí)現(xiàn)，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用MOVX指令，程序存儲(chǔ)器用MOVC指令。 29第二，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的低256字節(jié)的地址空間是重疊的，它們?nèi)绾螀^(qū)分呢？ 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的低256字節(jié)通過不同的指令訪問，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用MOV指令，片外

26、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用MOVX指令。因此在訪問時(shí)不會(huì)產(chǎn)生混亂。 302.2.3 C51單片機(jī)的堆棧操作單片機(jī)的堆棧操作堆棧堆棧是：按先入后出、后入先出先入后出、后入先出的原則進(jìn)行管理的一段存儲(chǔ)區(qū)域。堆棧是用片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的一段區(qū)域，在具體使用時(shí)應(yīng)避開工作寄存器、位尋址區(qū)，一般設(shè)在2FH以后的單元，如工作寄存器和位尋址區(qū)未用，也可開辟為堆棧。數(shù)據(jù)寫入堆棧成為入棧（push），數(shù)據(jù)的讀出成為出棧（pop）；堆棧的功能：堆棧的功能：為子程序調(diào)用和中斷操作設(shè)立保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場。 無論是執(zhí)行子程序還是執(zhí)行中斷操作，都要返回到主程序，因此需要在轉(zhuǎn)去執(zhí)行子程序或中斷程序前，預(yù)先保護(hù)主程序的斷點(diǎn)，使得程序能正確返回到主程

27、序中，即保護(hù)斷點(diǎn)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)多級中斷嵌套及多重子程序，一般要求堆棧具有足夠的容量(堆棧深度)。此外，堆棧也可用于存放臨時(shí)數(shù)據(jù)。31u堆棧的設(shè)置：堆棧的設(shè)置：堆棧只能設(shè)置在單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。優(yōu)點(diǎn)：是操作速度快，但容量有限。u 堆棧的狀態(tài)指示：堆棧的狀態(tài)指示：堆棧有兩種操作入棧和出棧，但無論是入棧還是出棧都是對堆棧的棧頂單元進(jìn)行操作，即對棧頂數(shù)據(jù)的讀和寫u 為了指示棧頂?shù)刂?，設(shè)置堆棧指示器(SP，Stack Pointer)。u SP的內(nèi)容就是棧頂單元的地址。u堆棧的類型：堆棧的類型：堆棧有兩種類型向上生長型向上生長型和向下生長型向下生長型 向上生長型：入棧： SP先加1，后寫入數(shù)據(jù)；出棧

28、：先讀出數(shù)據(jù)， SP后減1。 向下生長型：入棧： SP先減1，后寫入數(shù)據(jù)；出棧：先讀出數(shù)據(jù)， SP后加1。u堆棧的使用方式：堆棧的使用方式：自動(dòng)方式和指令方式自動(dòng)方式是斷點(diǎn)自動(dòng)入棧，或自動(dòng)彈回PC。指令方式是使用專用的堆棧操作指令，PUSH、POP。322.3 C51單片機(jī)的并行輸入單片機(jī)的并行輸入/輸出接口輸出接口 C51系列單片機(jī)有4個(gè)8位的并行I/O接口：P0、P1、P2和P3口。它們是特殊功能寄存器中的4個(gè)。這4個(gè)口，既可以作輸入，也可以作輸出，既可按8位處理，也可按位方式使用。輸出時(shí)具有鎖存能力，輸入時(shí)具有緩沖功能。 P0口：是一個(gè)三態(tài)雙向口，可作地址數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口，也可作通用的I/

29、O口。當(dāng)控制信號為 “1”時(shí)，P0口作地址數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線使用，當(dāng)控制信號為低電平“0”時(shí)，P0口作通用I/O接口使用。331P0口口P0口是一個(gè)三態(tài)雙向口，可作為地址數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口，也可作為通用的I/O接口。它包括一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)電路和輸出控制電路組成。21&DQCLK鎖存器讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳地址控制VccGNDP0.xV2V134M UX它的一位結(jié)構(gòu)如圖 ：3435 當(dāng)控制信號為高電平“1”，P0口作為地址數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線用。分為兩種情況：一種是從P0口輸出地址或數(shù)據(jù)，另一種是從P0口輸入數(shù)據(jù)。控制信號為高電平“1”，使轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX把反相器4的

30、輸出端與V1接通，把與門3打開。如果從P0口輸出地址或數(shù)據(jù)，當(dāng)為“1”時(shí)，經(jīng)反相器4使V1截止，而經(jīng)與門3使V2導(dǎo)通，P0.x引腳上出現(xiàn)相應(yīng)的高電平“1”；當(dāng)為“0”時(shí)，經(jīng)反相器4使V1導(dǎo)通而V2截止，引腳上出現(xiàn)相應(yīng)的低電平“0”，這樣就將地址/數(shù)據(jù)的信號輸出。若從P0口輸入數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)從下方的三態(tài)輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線。 當(dāng)控制信號為低電平“0”，P0口作為通用I/O口使用?？刂菩盘枮椤?”，轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX把輸出級與鎖存器Q端接通，在CPU向端口輸出數(shù)據(jù)時(shí)，因與門3輸出為“0”，使V2截止，此時(shí)，輸出級是漏極開路電路。當(dāng)寫入脈沖加在鎖存器時(shí)鐘端CLK上時(shí)，與內(nèi)部總線相連的D端數(shù)據(jù)取反后出現(xiàn)

31、在Q端，又經(jīng)輸出V2反相，P0引腳上的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。當(dāng)要從P0口輸入數(shù)據(jù)時(shí)，引腳信號仍經(jīng)輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線 P0口的使用應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：P0口的輸出級是漏極開路電路，必須外接上拉電阻。P0口在輸入數(shù)據(jù)前，應(yīng)先向P0口寫“1”，此時(shí)鎖存器的Q端為“0”，使輸出級的兩個(gè)場效應(yīng)管V1、V2均截止，引腳處于懸浮狀態(tài)，才可作高阻輸入。另外，P0口的輸出級具有驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載的能力，輸出電流不大于800A 36372P1口口 P1口是準(zhǔn)雙向口，它只能作通用I/O接口使用。P1口的結(jié)構(gòu)與P0口不同，它的輸出只由一個(gè)場效應(yīng)管V1，且與內(nèi)部上拉電阻組成，如圖 21DQCLK鎖存器讀鎖存器寫

32、鎖存器內(nèi)部總線讀引腳VccGNDP1.xV1內(nèi) 部 上 拉 電阻輸入輸出特性與P0口作為通用I/O接口一樣，當(dāng)其輸出時(shí)，可以提供電流負(fù)載，不必像P0口需要外接上拉電阻。P1口具有驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載的能力。383P2口口 P2口也是準(zhǔn)雙向口，它有兩種用途：通用I/O接口和高8位地址線。它的1位的結(jié)構(gòu)如圖2.8，與P1口相比，它在輸出驅(qū)動(dòng)電路上比P1口多了一個(gè)模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX和反相器3。 21DQCLK鎖存器讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳地址控制VccGNDP2.xV1MUX內(nèi)部上拉電阻339 當(dāng)控制信號為高電平“1”，轉(zhuǎn)換開關(guān)接上側(cè)，P2口作為訪問片外存儲(chǔ)器的高8位地址總線A8A15。若系

33、統(tǒng)擴(kuò)展了ROM，單片機(jī)工作時(shí)一直不斷地取指令，P2口將不能作通用I/O口。若系統(tǒng)僅擴(kuò)展RAM，分幾種情況：當(dāng)片外RAM容量不超過256字節(jié)，在訪問RAM時(shí)，只須P0口送低8位地址，P2口仍可作為通用I/O口；當(dāng)片外RAM容量大于256字節(jié)時(shí)，需要P2口提供高8位地址，這時(shí)P2口不能作通用I/O口 。當(dāng)控制信號為高電平“0”，轉(zhuǎn)換開關(guān)接下側(cè)，P2口作為準(zhǔn)雙向通用I/O口。其工作原理與P1相同，只是P1口輸出端由鎖存器/Q接V1，而P2口是由鎖存器Q端經(jīng)反相器3接V1，也具有輸入、輸出、端口操作三種工作方式，負(fù)載能力也與P1相同。404P3口口P3口1位的結(jié)構(gòu)如圖2.9。它的輸出驅(qū)動(dòng)由與非門3、V

34、1組成，輸入比P0、P1、P2口多了一個(gè)緩沖器4。41P3口除了作為準(zhǔn)雙向通用I/O口外，它的每一根線還具有第二種功能。P3口第二功能P3.0RXD 串行口輸入端P3.1TXD 串行口輸出端P3.2INT0 外部中斷0請求輸入端，低電平有效P3.3INT1 外部中斷1請求輸入端，低電平有效P3.4T0 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端P3.5T1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端P3.6WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫信號，低電平有效P3.7RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號，低電平有效42 當(dāng)P3口作為第二功能時(shí)，鎖存器的Q輸出端必須為高電平，否則V1管導(dǎo)通，引腳將被箝位在低電平，無法實(shí)現(xiàn)第二功能。當(dāng)鎖存器Q

35、端為高電平，P3口的狀態(tài)取決于第二功能輸出線的狀態(tài)。單片機(jī)復(fù)位時(shí)，鎖存器的輸出端為高電平。P3口第二功能中輸入信號RXD、/INT0、/INT1、T0、T1經(jīng)緩沖器4輸入，可直接進(jìn)入芯片內(nèi)部。 當(dāng)P3口作為通用I/O接口時(shí)，第二功能輸出線為高電平，與非門3的輸出取決于鎖存器的狀態(tài)。這時(shí)，P3是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，它的工作原理、負(fù)載能力與P1、P2口相同。nC51單片機(jī)有111條指令，CPU在執(zhí)行這些指令時(shí)，各控制信號按時(shí)序工作，時(shí)序由四種周期構(gòu)成。 振蕩周期(T)：晶體振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號的周期 。 時(shí)鐘周期(S)：一個(gè)時(shí)鐘周期等于兩個(gè)振蕩周期，即對振蕩信號進(jìn)行二分頻得到時(shí)鐘信號。 機(jī)器周期：完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間。一個(gè)機(jī)器周期等于6個(gè)時(shí)鐘周期，12個(gè)振蕩周期。 指令周期(IC)：執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間。C51單片機(jī)的指令周期一般為1、2、4個(gè)機(jī)器周期。432.4 C51系列單片機(jī)的工作方式系列單片機(jī)的工作方式2.4.1 CPU時(shí)序時(shí)序44S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2時(shí)鐘信號單機(jī)器周期指令的時(shí)序單機(jī)器周期指令的時(shí)序S1S2S3S4S5S6讀操作碼讀無效（丟失）單字節(jié)單機(jī)器周期指令 S1S2S3S4S