MCS-51单片机结构及原理
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第2章8051单片机硬件结构和原理
指令寄存器IR及指令译码器ID
• 由PC中的内容指定ROM地址，取出来的指令经IR送至ID， 由ID对指令译码产生一定序列的控制信号，以执行指令所 规定的操作。
振荡器和定时电路
• 8051单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体 和频率微调电容（2个30pF左右），其频率范围为 1.2MHz~12MHz。该信号作为8051工作的基本节拍
片外程序存储器
从程序员角度看存储器
程序存储器保留地址
（1）0000H～0002H三个单元：
• 用作上电复位后引导程序的存放单元。因
为复位后PC的内容为0000H，CPU总是从
0000H开始执行程序。将转移指令存放到 这三个单元，程序就被引导到指定的程序 存储器空间去执行。
程序存储器保留地址
（2）0003H～002AH单元：
使用。
SFR之 程序状态寄存器PSW(D0H)
• PSW是一个8位特殊功能寄存器，它的各位包含
了程序执行后的状态信息，供程序查询或判别之
用。各位的含义及其格式如表2－6所列。
• PSW除有确定的字节地址(D0H)外，每一位均有
位地址
Psw中的位
• CY(PSW.7)： 进位标志位。在执行加法(或减法)运算 指令时，如果运算结果最高位(位7)向前有进位(或借 位)，则CY位由硬件自动置1；如果运算结果最高位无 进位(或借位)，则CY清0。CY也是89C51在进行位操作 (布尔操作)时的位累加器，在指令中用C代替CY。 • AC(PSW.6)： 半进位标志位，也称辅助进位标志。当 执行加法(或减法)操作时，如果运算结果(和或差)的 低半字节(位3)向高半字节有半进位(或借位)，则AC位 将被硬件自动置1；否则AC被自动清0。 • F0(PSW.5)： 用户标志位。用户可以根据自己的需要 对F0位赋予一定的含义，由用户置位或复位，以作为 软件标志。
第2章MCS--51系列单片机的结构及原理
（3）软件标志FO（PSW.5）：这是可由用户定义的一个 状态标志，可由用户置位或复位。F1的定义与F0相同。
（4）工作寄存器组选择位RS1、RS0（PSW.4，
PSW.3）： RS1、RS0与工作寄存器组的对应关系
如下：
RS1 RS0 工作寄存器组 片内RAM地址
00
第0组
00H～07H
01
第1组
指令执行后，A=D1H最高位无进位，故Ｃ=0；低半字节有进位，AC=1； OV=0 1=1，发生溢出；A中1的个数为偶数，故P=0。
CPU时序
一．振荡器
CPU执行指令的一系列动作是在时序电路的控制下一拍一拍进行的。 其节拍信号由振荡器产生，MCS--51系列单片机的内部有一个高增益的反 相放大器。外接晶体后可构成自激振荡器产生节拍信号，接法见图2-1, 也可使用片外振荡器，采用不同工艺制造的单片机芯片接法不同：
RST/VPO：双功能引脚，在单片机工作期间， 当此引脚上出现连接2个机器周期的高电平时可 实现复位操作，详见2.4节。
在Vcc掉电期间，若该引脚接备用电源 （+5v），可向片内RAM供电，以保存片内RAM中 的信息。
2.2 MCS—51系列单片机的微处理器与CPU时序
运算器由算逻运算单元ALU、累加器A、B寄存器、暂存器1、 暂存器2、及程序状态字PSW构成。程序状态字PSW是1个8位 的专用寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息，可 进行位寻址，
P
图2—3 程序状态字各位的含义
（1）进位标志C（PSW.7）；很多算术逻辑运算指令执行 后都会影响进位标志C。例如加减运算，若运算结果有进 位或借位，则C=1，若无，则C=0。可用专门的指令或硬件 将C置位或清零，在进行位操作时，C又起着位累加器的作 用，类似于累加器A。
（4）工作寄存器组选择位RS1、RS0（PSW.4，
PSW.3）： RS1、RS0与工作寄存器组的对应关系
如下：
RS1 RS0 工作寄存器组 片内RAM地址
00
第0组
00H～07H
01
第1组
指令执行后，A=D1H最高位无进位，故Ｃ=0；低半字节有进位，AC=1； OV=0 1=1，发生溢出；A中1的个数为偶数，故P=0。
CPU时序
一．振荡器
CPU执行指令的一系列动作是在时序电路的控制下一拍一拍进行的。 其节拍信号由振荡器产生，MCS--51系列单片机的内部有一个高增益的反 相放大器。外接晶体后可构成自激振荡器产生节拍信号，接法见图2-1, 也可使用片外振荡器，采用不同工艺制造的单片机芯片接法不同：
RST/VPO：双功能引脚，在单片机工作期间， 当此引脚上出现连接2个机器周期的高电平时可 实现复位操作，详见2.4节。
在Vcc掉电期间，若该引脚接备用电源 （+5v），可向片内RAM供电，以保存片内RAM中 的信息。
2.2 MCS—51系列单片机的微处理器与CPU时序
运算器由算逻运算单元ALU、累加器A、B寄存器、暂存器1、 暂存器2、及程序状态字PSW构成。程序状态字PSW是1个8位 的专用寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息，可 进行位寻址，
P
图2—3 程序状态字各位的含义
（1）进位标志C（PSW.7）；很多算术逻辑运算指令执行 后都会影响进位标志C。例如加减运算，若运算结果有进 位或借位，则C=1，若无，则C=0。可用专门的指令或硬件 将C置位或清零，在进行位操作时，C又起着位累加器的作 用，类似于累加器A。
MCS-51单片机的内部结构
§ 2.2.2 控制器
1.程序计数器PC ( Program Counter )；
程序计数器PC：程序地址指示器，是16位专用 寄存器，其内容表示下一条要执行的指令的16位 地址。
PC具有自动加1的功能。 系统复位后，PC=0000H。
§ 2.2.2 控制器
§2.2.1 运算器
（3）程序状态字PSW（字节地址：D0H）
寄存当前指令执行的某些状态；反映指令执行结果的一些 特征。
1)四个状态标志位
C：进位标志位 AC：半进位标志位 P：奇偶标志位 OV：溢出标志位
2)设定标志位 F0、F1标志位：用户标志位 RS1、RS0：工作寄存器组 指针
§2.2.1 运算器
（2）基本结构： 1)CPU 2)存储器 3)输入/输出 接口电路 4)总线
§2.1 MCS-51单片机结构
总 体 结 构
§2.1 MCS-51单片机结构
基本特性
•CPU :8位 •存储器:
•128字节RAM •21个专用寄存器（亦称特殊功能寄存器SFR） •4K字节ROM存储器 •并行口:4个8位并行口 •串行口:1个全双工的串行口 •定时器/计数器:2个16位的定时器/计数器 •中断系统:5个中断源,两个中断优先级 •寻址范围: 64K字节（程序存储区和外部数据存储区各64K）
RS1 RS0 00 01 10 11
寄存器区 0区 1区 2区 3区
§2.2.1 运算器
程序状态字
Cy AC F0 RS1 RS0 OV F1 P
⑤溢出标志OV： Overflow flag
作有符号数进行算术运算时，若计算结果超出-128~+127 范围，则OV置1，否则置0。
§2.2.1 运算器
MCS-51的基本结构及工作原理
工作寄 0 存器组 地址
00H 08H -07H -0FH R0 -R7 R0 -R7
10H 18H -17H -1FH R0 -R7 R0 -R7
寄存器
工作寄存器组选择 RS1,RS0为PSW的两个位
特殊功能寄存器(片内高 特殊功能寄存器 片内高128B 80H~FFH) 片内高
21个专用寄存器SFR 这21个中，凡是字节能被8整除的SFR还可以进行位寻址。 部分SFR（6个，其它的在具体应用时介绍）
系统保留单元： 0000H~002BH 单片机复位后 PC=0000H
内部4KB ROM，片外可扩展64KB， 片内外统一编址，地址指针为16位程序计数器PC， 范围为0000H~FFFFH EA为高电平时，片内外ROM统一编址，为低电平时，只在片外寻址
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（2）数据存储器 ）
该存储器用于存放数据或程序运行时的中间结果。
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引脚
转义引脚 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD
功能说明 串行数据接收端 串行数据发送端 外部中断0请求 外部中断1请求 计数器0外部输入 计数器1外部输入 外部数据存储器 写 外部数据存储器 读
3、可编程I/O简介 、可编程 简介
四个双向8位 四个双向 位 P0~P3 1锁存器 并行I/O口 1输出驱动器 1输入缓冲器
程序计数器PC 程序计数器PC 控制器 CPU 运算器 指令寄存器 指令译码器 数据指针dptr 数据指针dptr 累加器ACC 累加器ACC 程序状态寄存器PSW 程序状态寄存器PSW 程序存储器EPROM 程序存储器EPROM 4KB 存储器 8051 数据存储器RAM 数据存储器RAM 256B
4个8位可编程I/O接口：P0，P1,P2,P3 位可编程I/O接口：P0， I/O接口 2个16位定时计数器：T0、T1 16位定时计数器： 位定时计数器 1个全双工串行口 5个中断源
第一章 mcs51单片机的结构与原理
第一章MCS51单片机的结构与原理1．试比较MCS-51，MSP430，EM78，PIC，M6800及A VP等系列单片机的特点。
解：MCS-51为主流产品。
MSP430的功能较强。
是一种特低功耗的Flash微控制器。
主要用于三表及超低功耗场合。
EM78系列单片机采用高速CMOS工艺制造，低功耗设计为低功耗产品，价格较低。
具有三个中断源、R-OPTION功能、I/O唤醒功能、多功能I/O口等。
具有优越的数据处理性能，采用RISC结构设计。
PIC系列8位单片机是Microship公司的产品。
CPU采用RISC结构，运行速度快，价格低适于用量大、档次低、价格敏感的产品。
Motorola是世界上最大的单片机生产厂家之一，品种全、选择余地大、新产品多。
其特点是噪声低，抗干扰能力强，比较适合于工控领域及恶劣的环境。
A VR是增强RISC内载Flash的单片机，单片机内部32个寄存器全部与ALU直接连接，突破瓶颈限制，每1MHz可实现1MIPS的处理能力，为高速、低功耗产品。
端口有较强的负载能力，可以直接驱动LED。
支持ISP、IAP，I/O口驱动能力较强。
2．MCS-51系列单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能部件？各个逻辑部件的主要功能是什么？解：MCS-51单片机在片内集成了中央处理器（CPU）、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时器/计数器、并行I/O接口、串行I/O接口和中断系统等几大单元。
CPU是整个单片机的核心部件，由运算器和控制器组成。
运算器可以完成算术运算和逻辑运算，其操作顺序在控制器控制下进行。
控制器是由程序计数器PC（Program Counter）、指令寄存器IR（Instruction Register）、指令译码器ID（Instruction Decoder）、定时控制逻辑和振荡器OSC等电路组成。
CPU根据PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出，存放在IR中，ID对IR中的指令码进行译码，定时控制逻辑在OSC配合下对ID译码后的信号进行分时，以产生执行本条指令所需的全部信号。
第二章 MCS-51系列单片机结构与工作
• （1）地址总线（AB）：地址总线为16位，可寻址范围为 216=64KB。16位地址总线由并口P0经地址锁存器提供低8位地址 （A0至A7）；并口P2直接提供高8位地址（A8至A15）。由于P0口 还要作数据总线，只能分时用作低8位地址线，所以P0输出的低8位 地址必须用锁存器锁存。锁存器的锁存控制信号为ALE输出信号。P2 口具有输出锁存功能，所以不需外加锁存器。 • （2）数据总线（DB）：数据总线为8位，由并口P0提供，用于单片 机与外部存储器和I/O设备之间传送数据。P0口为三态双向口，可以 进行双方向的数据传送。 • （3）控制总线（CB）：由并口P3的第二功能状态和4根独立控制线 RESET、EA、ALE、PSEN组成。
2.3.1运算器 2.3.1运算器
• 4．程序状态字寄存器PSW • 程序状态字寄存器PSW是8位寄存器，用来存储当前指令执行后的状 态，便于程序查询和判别。程序状态字寄存器各位的定义如表2-2。
• （1）进位标志位C：又名CY，在加法和减法运算时， 表示运算结果 最高位的进位或借位情况。
2.3.1运算器 2.3.1运算器
2.2.1 MCS-51系列单片机的引脚与功能 MCS-51系列单片机的引脚与功能
• （8）XTAL2（18脚）：片内振荡电路反向放大器的输出端，采用外 部时钟时该引脚为振荡信号的输入端。 • （9）P0口：P0.0～P0.7依次为第39～32脚，P0口除了可以作普通 的双向I/O口使用外，也可以在访问外部存储器时用作低8位地址线和 数据总线。 • （10）P1口：P1.0～P1.7依次为第1～8脚，P1口是带内部上拉电 阻的双向I/O口，向P1口写入“1” 时，P1口被内部上拉为高电平， 可用作输入口。当作为输出脚时，被外部拉低的P1口会因为内部上拉 电阻的存在而输出电流。
2.3.1运算器 2.3.1运算器
• 4．程序状态字寄存器PSW • 程序状态字寄存器PSW是8位寄存器，用来存储当前指令执行后的状 态，便于程序查询和判别。程序状态字寄存器各位的定义如表2-2。
• （1）进位标志位C：又名CY，在加法和减法运算时， 表示运算结果 最高位的进位或借位情况。
2.3.1运算器 2.3.1运算器
2.2.1 MCS-51系列单片机的引脚与功能 MCS-51系列单片机的引脚与功能
• （8）XTAL2（18脚）：片内振荡电路反向放大器的输出端，采用外 部时钟时该引脚为振荡信号的输入端。 • （9）P0口：P0.0～P0.7依次为第39～32脚，P0口除了可以作普通 的双向I/O口使用外，也可以在访问外部存储器时用作低8位地址线和 数据总线。 • （10）P1口：P1.0～P1.7依次为第1～8脚，P1口是带内部上拉电 阻的双向I/O口，向P1口写入“1” 时，P1口被内部上拉为高电平， 可用作输入口。当作为输出脚时，被外部拉低的P1口会因为内部上拉 电阻的存在而输出电流。
第1章 MCS-51单片机结构
第1章 MCS-51单片机结构
1.2.2
外部数据存储器
用于存放随机读写的数据。 外部I/O口地址影像区。 MCS-51单片机的外部数据存储器和外部I/O口实行统一编址 ， 并使用相同的RD WR作选通控制信号，均使用 MOVX 指令访 问。 MCS-51 单片机最多可扩展64KB外部数据存储器
1.2.3 内部数据储存器
MCS-51仅能实现两个8位二进 制数的算术逻辑运算！
第1章 MCS-51单片机结构
2. 控制器
（1）组成： 定时与控制部件，复位电路，程序计数器 （PC），指令寄存器、指令译码器，数据指针 （DPTR）,堆栈指针（SP）等 （2）作用：产生计算机所需的时序，控制程序自动执行。
外RAM, EPROM, 外I/O CPU
第1章 MCS-51单片机结构
程序存储器中的几个特殊地址的使用：
地址
0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H
用途
复位操作后的程序入口 外部中断0服务程序入口 定时器0中断服务程序入口 外部中断1服务程序入口 定时器1中断服务程序入口 串行口中断服务程序入口
串行口中断入口 T1中断入口 T0中断入口 中断入口 INT1
在8051/8751/89C51 片内，分别内置最低地 址空间的4KB ROM/EPROM程序储存器（内部程序储 存器），而在8031片内，则无内部程序储存器， 必须外部扩展EPROM。MCS-51单片机中64KB内、外 程序储存器的地址是统一编排的。
第1章 MCS-51单片机结构
8031单片机无内部程序存储器，地址从0000H～ EA 应始终接地， FFFFH都是外部程序存储空间。 对于内部有ROM的单片机（51、52系列） ， EA 引脚接高电平，使程序从内部ROM开始执行。当PC 值超出内部ROM的容量时，会自动转向外部程序存 储器空间。外部程序存储器地址空间为1000H～ FFFFH。 访问程序存储器使用MOVC指令。 单片机执行程序时由PC 指示地址, 复位时PC内 容为0000H, 由此, 程序必须从0号单元开始存放.
2MCS51单片机的基本结构与工作原理
第二章MCS51单片机的基本结构与工作原理一、8051单片机内部包含哪些主要逻辑功能部件？提示：（1）CPU—包括运算器和控制器。
其中运算器主要有运算逻辑部件ALU（实质上就是一个全加器）、累加器A、暂存器TMP（如B寄存器、数据指针DPTR）、程序状态字PSW（寄存程序运行的状态信息）；控制器主要有程序计数器PC（实质是加1计数器）、指令寄存器IR（存放指令操作码的专用寄存器）、指令译码器、定时控制逻辑电路（按指令的性质发出一系列定时信号）、条件转移逻辑电路。
（2）内部RAM。
共有256个RAM单元。
其中低128个单元（00H—7FH）供用户使用，高128个单元（80H—FFH）是专用寄存器，有着特殊逻辑功能（又名特殊功能寄存器SFR）。
（3）内部ROM。
8031内部无ROM，8051有4KB掩膜ROM。
（4）定时/计数器。
MCS51共有2个16位的定时/计数器（T0、T1）。
（5）并行I/O口。
MCS51共有4个8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3）。
（6）串行口。
MCS51有1个全双工的串行口。
（7）中断控制系统。
MS51共有5个中断源，且分两个优先级别。
（8）时钟电路。
系统允许的最高晶振频率为12MHz（主要用于通信）。
二、MCS51问片内RAM、片外提示：（1（2）（片内外统一编址空间共64KB）、128个单元中的21个单元SFR，高128个单元中的107个空闲地址，用户不能使用。
切记！）、片外数据存储器（寻址空间64KB）。
（3）从功能上划分为程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间、外部数据存储器。
访问片内RAM的指令助记符是MOV；如MOV P1，A访问片外RAM的指令助记符是MOVX；如MOVX @DPTR ，A访问片外ROM的指令助记符是MOVC；如MOVC A，@A+PC三、MCS51单片机片内RAM按用途可以划分几个区域？各有什么作用？（片内RAM低128单元划分哪三个主要部分？各部分主要功能是什么？）提示：片内RAM是最灵活的地址空间，在物理上分成两个独立的功能不同的区域，即低128个单元（00H —7FH）的数据RAM区、高128个单元（80H—FFH）的特殊功能寄存器SFR区（见下一题的回答）。
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TH0
程序地址寄 存器
pc
PC增量器
DPH和DPL来处理。中断模块 出将要执行的指令. 串行口模块 定
PSEN
TL0 SBUF
ALU
EA RESET
3、具有自动加1功能,从而指向下一条将 3、 DPTR 主要用来存放 16位地址，当 要执行的指令地址. 对 64 KB外部数据存储器空间寻址时, P3口锁存器
6 6
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
片内存储器
程序存储器
存储器 数据存储器 片外存储器 片内存储器 片外存储器 四个物理上独 立的空间
程序存储器和数据存储器的寻址空间是分开的，属于 哈佛存储结构。
7 7
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
从物理结构上单片机系统的存储器结构图 （四个部分）
0001 0000
程序存储器结构 12
12
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
不论哪一种MCS-51单片机 （1）芯片内部不含有程序存储器的单片机（ 8031 ） ，如果 EA 接地，其内部的程 EA必须接地，8031的程序存储器结构 序存储器将被CPU忽略
8051 P0 锁 存 器 片外ROM DB
10 10
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（1）内部含有程序存储器的单片机
当 EA =1（接高电平）时：
8751/8051 Vcc R P0 锁 存 器 片外ROM DB
FFFF FFFE
……
片 外 60 K
EA
ALE P2
PSEN
AB
1001 1000 0FFF 0FFE
片 内 4K
……
OE
0001 0000
程序存储器连接电路
程序存储器结构
11 11
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（1）芯片内部含有程序存储器的单片机 当 EA =0（接低电平）时：
8051 P0 锁 存 器 片外ROM DB
片 外 64 K FFFF FFFE
……
EA
ALE P2
PSEN
AB
OE
程序存储器连接电路
FFH
SFR
80H 7FH
真正的RAM区
00H
MCS-51 单片机片内RAM的配置图
17 17
1、工作寄存器区 是指00H～1FH 区, 共分4个组, 每组有8个单元, 共 32个内部RAM单元。
FFH 7FH
（一） 工作寄存器
1FH 3组 普通RAM区 18H 17H 2组 10H 0FH 位寻址区 08H 07H 工作寄存器区 0组 1组
MCS-51系列单片机有21个可以寻址的特殊功能寄存器，包括单片 机内的I/O口、串行口、定时/计数器、中断系统等相关的数据寄存器 （或缓冲器）以及控制寄存器和状态寄存器，用于存放相应功能部件 的控制命令、状态和数据。
4 4
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（三）并行口（Parallel Port）
有4个并行的I/O口：P0、P1、P2、P3，每根口线都可独 立地用作输入或输出。
（四）串行口（Serial Port）
有1个全双工的串行口，用于串行通信。串行口由发送缓冲 器SBUF、接收缓冲器SBUF、移位寄存器和串行口控制逻辑等 部分组成。
（五） 定时/计数器（Timer/Counter）
有2个16位的定时/计数器T0和T1，T0由TH0和TL0构成， T1由TH1和TL1构成，定时/计数器方式寄存器TMOD选择定 时/计数器的工作模式和方式，定时/计数器控制寄存器TCON控 制T0和T1的启动和停止，同时反映T0和T1的溢出状态。 （六）中断系统（Interrupt System） 有5个中断源，分别为2个外部中断、2个定时/计数器溢出 产生的中断、1个串行口接收/发送产生的中断，提供2个中断优 先级。 5
GND
PCON SCON TMOD TH1 IE TCON TL1 IP
P2.0~P2.7
P0.0~P0.7
ROM
Acc B 2、既可作为一个 16 SP 位寄存器DPTR来 个连续区域.每条指令都有自己的地址 TEM2 TEM1 处理, 也可作为两个独立的 8 位寄存器 ,CPU根据PC中的指令地址从存储器中取
2、位寻址区的每1位都可当作 FFH 软件触发器, 由程序直接进行位 处理。
30H 2FH 3、 位寻址区的 16个单元（共 SFR
计128位）的每1位都有一个8
80H 位表示的位地址, 位地址范围为 7FH
位寻址区
00H～1FH。
20H 1FH 4、 同样, 位寻址的RAM单元 真正的RAM区
也可以按字节操作作为一般的 数据缓冲 区。
片 外 64 K FFFF FFFE
……
EA
ALE
P2
PSEN
AB
OE
程序存储器连接电路
0001 0000
程序存储器结构
13
程序存储器结构 13
MCS-51单片机片内、外程序存储器的使用 示意图
FFFFH
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
片外程序存储器 （最大64K）
1000H
0FFFH 0FFFH
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
作业
第47页 2、3、5、6、8、10、13、15
1
1
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
Vcc
1、16位寄存器，低8位经P0 口输出， P2口驱动 P2口驱动 1、数据指针DPTR是一个 16 位的专用 高8位经P2口输出 RAM RAM地址 寄存器 寄存器 寄存器, 其高位字节寄存器用DPH表示, P2口锁存器 P3口锁存器 2、存放下一条将要执行的指令地址.程序 低位字节寄存器用DPL表示。 中的指令是按照顺序存放在存储器中的某
单片机内部 程序存储器 （4K）
0000H
0000H
EA=1时，ROM的使用
EA=0时ROM的使用
14 14
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
在单片机的程序存储器中，有5个特殊的单元地 址：外部中断入口地址0003H，外部中断入口地址 0013H，定时/计数器T0入口地址000BH，定时/ 计数器T1入口地址001BH，串行口中断入口地址 0023H。
7F
…
30 2F 20 1F 03 02 01 00
… …
数据缓冲区 （80个单元）
位寻址区 （16个单元） 工作寄存器区 （32个单元）
片内RAM分区示意图
16 16
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构 89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00H—FFH，分为两大部分: 低 128 字节（00H~7FH）为真正的RAM区; 高 128 字节（80H~FFH）为特殊功能寄存器区SFR。
单片机的内部数据存储器由RAM地址寄存器、地址译码器以及128个 单元的RAM构成，用于存放可读写的数据。
2. 内部程序存储器
MCS-51系列单片机（8031除外）的内部程序存储器由程序地址寄 存器、地址译码器以及4K（4096）个单元的ROM构成，用于存放 程序的机器代码和常数。 3. 特殊功能寄存器（Special Function Register，SFR）
CPU通过软件修改PSW中RS0和
RS1两位的状态, 就可任选一个工 00H 作寄存器工作。
00H
00H
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
RS1、 RS0与片内工作寄存器组的对应关系
RS1 RS0 寄存器组 片内RAM地址 通用寄存器名称
0
0 1 0
0
1 0 1
0组
1组 2组 3组
00H~07H
定时器/计数器模块
ALE
时 与 控 制 电 路
指 令 指 针 寄 存 器
PSW
缓冲器
DPTR
振荡器 4、PC的值可以修改，一般程序是按顺 作为间址寄存器用。在访问程序存储器时 P3口驱动 序执行指令的.若改变了的PC的值,则程 , 用作基址寄存器。
P1口锁存器
P1口驱动
序将不再按顺序执行。
XTAL1 XTAL2
特 殊 功 能 寄 存 器 中 位 寻 址
FFFFH
外部 RAM (I/O口 地址)
7FH
mov
movx
通用RAM区
30H 2FH 20H 1FH
1000H
内部 ROM (EA=0) (EA=1) 0000H
位寻址区
工作寄存器区
0FFFH
00H
0000H
0000H
内部数据存储器 （a）
外部数据存储器
5
2.2 MCS－51单片机的存储器
MCS-51单片机的程序存储器和数据存储器分 开设置，地址空间相互独立。MCS－51存储器地 址空间可分为以下5类： （1）程序存储器，最大空间64K； （2）片内数据存储器，128个单元； （3）特殊功能寄存器，共21个； （4）位寻址空间，211位； （5）外部数据寄存器，最大空间64K。 这些资源与单片机应用的关系密切，下面我们介 绍上述5类存储空间的功能。
指 令 指 针 寄 存 器
中断模块 串行口模块 定时器/计数器模块
ALU
PSW
缓冲器
DPTR
P3口锁存器
P1口锁存器
振荡器
P3口驱动
P1口.0~P1.7
3
3
2.1.3 MCS-51单片机的内部结构
（二）存储器 1.内部数据存储器
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（b）
程序存储器 （c）
9 9
程序地址寄 存器
pc
PC增量器
DPH和DPL来处理。中断模块 出将要执行的指令. 串行口模块 定
PSEN
TL0 SBUF
ALU
EA RESET
3、具有自动加1功能,从而指向下一条将 3、 DPTR 主要用来存放 16位地址，当 要执行的指令地址. 对 64 KB外部数据存储器空间寻址时, P3口锁存器
6 6
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
片内存储器
程序存储器
存储器 数据存储器 片外存储器 片内存储器 片外存储器 四个物理上独 立的空间
程序存储器和数据存储器的寻址空间是分开的，属于 哈佛存储结构。
7 7
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
从物理结构上单片机系统的存储器结构图 （四个部分）
0001 0000
程序存储器结构 12
12
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
不论哪一种MCS-51单片机 （1）芯片内部不含有程序存储器的单片机（ 8031 ） ，如果 EA 接地，其内部的程 EA必须接地，8031的程序存储器结构 序存储器将被CPU忽略
8051 P0 锁 存 器 片外ROM DB
10 10
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（1）内部含有程序存储器的单片机
当 EA =1（接高电平）时：
8751/8051 Vcc R P0 锁 存 器 片外ROM DB
FFFF FFFE
……
片 外 60 K
EA
ALE P2
PSEN
AB
1001 1000 0FFF 0FFE
片 内 4K
……
OE
0001 0000
程序存储器连接电路
程序存储器结构
11 11
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（1）芯片内部含有程序存储器的单片机 当 EA =0（接低电平）时：
8051 P0 锁 存 器 片外ROM DB
片 外 64 K FFFF FFFE
……
EA
ALE P2
PSEN
AB
OE
程序存储器连接电路
FFH
SFR
80H 7FH
真正的RAM区
00H
MCS-51 单片机片内RAM的配置图
17 17
1、工作寄存器区 是指00H～1FH 区, 共分4个组, 每组有8个单元, 共 32个内部RAM单元。
FFH 7FH
（一） 工作寄存器
1FH 3组 普通RAM区 18H 17H 2组 10H 0FH 位寻址区 08H 07H 工作寄存器区 0组 1组
MCS-51系列单片机有21个可以寻址的特殊功能寄存器，包括单片 机内的I/O口、串行口、定时/计数器、中断系统等相关的数据寄存器 （或缓冲器）以及控制寄存器和状态寄存器，用于存放相应功能部件 的控制命令、状态和数据。
4 4
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（三）并行口（Parallel Port）
有4个并行的I/O口：P0、P1、P2、P3，每根口线都可独 立地用作输入或输出。
（四）串行口（Serial Port）
有1个全双工的串行口，用于串行通信。串行口由发送缓冲 器SBUF、接收缓冲器SBUF、移位寄存器和串行口控制逻辑等 部分组成。
（五） 定时/计数器（Timer/Counter）
有2个16位的定时/计数器T0和T1，T0由TH0和TL0构成， T1由TH1和TL1构成，定时/计数器方式寄存器TMOD选择定 时/计数器的工作模式和方式，定时/计数器控制寄存器TCON控 制T0和T1的启动和停止，同时反映T0和T1的溢出状态。 （六）中断系统（Interrupt System） 有5个中断源，分别为2个外部中断、2个定时/计数器溢出 产生的中断、1个串行口接收/发送产生的中断，提供2个中断优 先级。 5
GND
PCON SCON TMOD TH1 IE TCON TL1 IP
P2.0~P2.7
P0.0~P0.7
ROM
Acc B 2、既可作为一个 16 SP 位寄存器DPTR来 个连续区域.每条指令都有自己的地址 TEM2 TEM1 处理, 也可作为两个独立的 8 位寄存器 ,CPU根据PC中的指令地址从存储器中取
2、位寻址区的每1位都可当作 FFH 软件触发器, 由程序直接进行位 处理。
30H 2FH 3、 位寻址区的 16个单元（共 SFR
计128位）的每1位都有一个8
80H 位表示的位地址, 位地址范围为 7FH
位寻址区
00H～1FH。
20H 1FH 4、 同样, 位寻址的RAM单元 真正的RAM区
也可以按字节操作作为一般的 数据缓冲 区。
片 外 64 K FFFF FFFE
……
EA
ALE
P2
PSEN
AB
OE
程序存储器连接电路
0001 0000
程序存储器结构
13
程序存储器结构 13
MCS-51单片机片内、外程序存储器的使用 示意图
FFFFH
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
片外程序存储器 （最大64K）
1000H
0FFFH 0FFFH
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
作业
第47页 2、3、5、6、8、10、13、15
1
1
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
Vcc
1、16位寄存器，低8位经P0 口输出， P2口驱动 P2口驱动 1、数据指针DPTR是一个 16 位的专用 高8位经P2口输出 RAM RAM地址 寄存器 寄存器 寄存器, 其高位字节寄存器用DPH表示, P2口锁存器 P3口锁存器 2、存放下一条将要执行的指令地址.程序 低位字节寄存器用DPL表示。 中的指令是按照顺序存放在存储器中的某
单片机内部 程序存储器 （4K）
0000H
0000H
EA=1时，ROM的使用
EA=0时ROM的使用
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第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
在单片机的程序存储器中，有5个特殊的单元地 址：外部中断入口地址0003H，外部中断入口地址 0013H，定时/计数器T0入口地址000BH，定时/ 计数器T1入口地址001BH，串行口中断入口地址 0023H。
7F
…
30 2F 20 1F 03 02 01 00
… …
数据缓冲区 （80个单元）
位寻址区 （16个单元） 工作寄存器区 （32个单元）
片内RAM分区示意图
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第2章 89C51单片机单片机的硬件结构 89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00H—FFH，分为两大部分: 低 128 字节（00H~7FH）为真正的RAM区; 高 128 字节（80H~FFH）为特殊功能寄存器区SFR。
单片机的内部数据存储器由RAM地址寄存器、地址译码器以及128个 单元的RAM构成，用于存放可读写的数据。
2. 内部程序存储器
MCS-51系列单片机（8031除外）的内部程序存储器由程序地址寄 存器、地址译码器以及4K（4096）个单元的ROM构成，用于存放 程序的机器代码和常数。 3. 特殊功能寄存器（Special Function Register，SFR）
CPU通过软件修改PSW中RS0和
RS1两位的状态, 就可任选一个工 00H 作寄存器工作。
00H
00H
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
RS1、 RS0与片内工作寄存器组的对应关系
RS1 RS0 寄存器组 片内RAM地址 通用寄存器名称
0
0 1 0
0
1 0 1
0组
1组 2组 3组
00H~07H
定时器/计数器模块
ALE
时 与 控 制 电 路
指 令 指 针 寄 存 器
PSW
缓冲器
DPTR
振荡器 4、PC的值可以修改，一般程序是按顺 作为间址寄存器用。在访问程序存储器时 P3口驱动 序执行指令的.若改变了的PC的值,则程 , 用作基址寄存器。
P1口锁存器
P1口驱动
序将不再按顺序执行。
XTAL1 XTAL2
特 殊 功 能 寄 存 器 中 位 寻 址
FFFFH
外部 RAM (I/O口 地址)
7FH
mov
movx
通用RAM区
30H 2FH 20H 1FH
1000H
内部 ROM (EA=0) (EA=1) 0000H
位寻址区
工作寄存器区
0FFFH
00H
0000H
0000H
内部数据存储器 （a）
外部数据存储器
5
2.2 MCS－51单片机的存储器
MCS-51单片机的程序存储器和数据存储器分 开设置，地址空间相互独立。MCS－51存储器地 址空间可分为以下5类： （1）程序存储器，最大空间64K； （2）片内数据存储器，128个单元； （3）特殊功能寄存器，共21个； （4）位寻址空间，211位； （5）外部数据寄存器，最大空间64K。 这些资源与单片机应用的关系密切，下面我们介 绍上述5类存储空间的功能。
指 令 指 针 寄 存 器
中断模块 串行口模块 定时器/计数器模块
ALU
PSW
缓冲器
DPTR
P3口锁存器
P1口锁存器
振荡器
P3口驱动
P1口.0~P1.7
3
3
2.1.3 MCS-51单片机的内部结构
（二）存储器 1.内部数据存储器
第2章 89C51单片机单片机的硬件结构
（b）
程序存储器 （c）
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