03第二章：MCS-51单片机的硬件结构(2)

为输入时，端口线被拉成高电平，故称为准双 向口），其负载能力为4个TTL电路。
1．P0口的结构
地址/数据 控制 读锁存器 3 2 内部 总线 写锁 存器
D CP Q /Q
Vcc
4
引脚P0.X
1 读引脚
1．P0口的结构
读锁存器 2 内部 总线 写锁 存器
D CP Q /Q
地址/数据 控制 =0 0 3 0
3 2H 3 1H 3 0H 2 FH SP
3 2H 3 1H 3 0H 2 FH SP
3 2H 3 1H 3 0H 2 FH B SP
(a)
(b)
(c)
图 “PUSH B”指令的执行过程 (a) PUSH B指令执行前；(b)SP加1；(c) 寄存器B存入SP指定的单元中
3 2H 3 1H 3 0H 2 FH B SP
52 系 列 内 部 数 据 存 储 器 结 构
~ ~
~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~ ~ ~ ~
工作寄存器组的选择：
通过对特殊功能寄存器PSW中RS1、RS0两位的 编程设置，可选择任一寄存器组作为工作寄存器组 ，方法如下：
RS1 0 0 1 1 RS0 0 1 0 1 所选择的寄存器组 选中寄存器0组 选中寄存器1组 选中寄存器2组 选中寄存器3组
3 2H 3 1H 3 0H 2 FH SP
3 2H 3 1H 3 0H 2 FH SP
(a)
(b)
(c)
图 “POP B”指令的执行过程 (a) POP B指令执行前； (b)将SP指定单元内容传送到寄存器B中； (c) SP减1
数据入栈的操作过程为：先将SP加1(即SP←SP+1)， 然后将要入栈的数据存放在SP指定的存储单元中。而将 数据从堆栈中弹出时，先将SP寄存器指定的存储单元内 容传送到POP指令给定的寄存器或内部RAM单元中， 然后SP减1(即SP←SP-1)。 另外，可以看出堆栈的底部是固定的，而堆栈的顶 部则随着数据入栈和出栈而上下浮动。
CLR 23H SETB 23H CPL 23H ORL C,23H
; 位清零指令，即将位地址23H单元清零 ; 位置1指令，即将位地址23H单元置1 ; 位取反操作，即将位地址23H单元内容取反 ; 或运算，23H位单元与位累加器C相或， 结果存 放在位累加器C中
ANL C,23H
; 与运算，23H位单元与位累加器C相与， 结果存 放在位累加器C中
P0、P1、P2、P3口寄存器实际上就是P0～P3口对应的I/O 端口锁存器，用于锁存通过端口输出的数据。
在MCS-51中，特殊功能寄存器分别隶属于CPU内不同的
单元电路，具体如下：
CPU单元包含的寄存器：Acc、B、SP、PSW、DPTR和程
序计数器PC。 PC是一个16位的地址寄存器，用于存放下一条要执行的指 令在程序存储器中的地址，但PC不属于特殊功能寄存器，它 没有物理地址。
尽管书写形式不同，但汇编时，汇编程序均自动将它们转
换成位地址方式，因此这三条指令完全等效，不过使用“位定 义名”和“寄存器名.位”的方式更容易理解。
内部数据存储器中的位地址
2.4.5 外部数据存储器
使用（2）程序存储器与数据存储器在使用上是严 格区分的，不同的操作指令不得混用； （3）位地址空间共有2个区域； （4）片外数据存储区中，RAM存储单元与
MOV 0E0H,#30H
; 将立即数30H传送到直接地址0E0H 中，这条指令的目的操作数使用了 直接寻址方式
4) B寄存器
B寄存器也是CPU内特有的一个寄存器，主要用于乘法和
除法运算。在乘法运算中，被乘数放在累加器Acc中，乘数放
在B寄存器中，积的高8位存放B寄存器中，低8位放在累加器 Acc中，如： MUL AB ; BA←A×B
在除法运算中，被除数放在累加器Acc中，除数放在B寄 存器中。运算后，商放在累加器Acc中，而余数放在B寄存器 中。
5）串行数据缓冲器SBUF 6）定时器/计数器
T0、T1
2.4.4 位地址空间
MCS-51系列单片机既是8位机，同时也是一个功能完善的一
位机。作为一位机时，它有自己的CPU、位存储区(位于内部
2.4.3 特殊功能寄存器（SFR）
MCS-51中有21个特殊功能寄存器（SFR），起着
专用寄存器的作用，用来设置片内电路的运行方式，记
录电路的运行状态，并表明有关标志等。此外特殊功能 寄存器中，还有把并行I/O端口映射过来的寄存器，对
这些寄存器的读写，可实现从相应的I/O端口的输入、
输出操作。 21个SFR不连续的分布在128个字节的SFR存储空
RAM的20H～2FH单元)、位寄存器， 如将进位标志Cy作为“位
累加器”，以及具有完整的位操作指令，包括置1、清零、非(取
反)、与、或、传送等。
对于位存储器(即20H～2FH单元中的128个位)，只能使用直
接寻址方式确定操作数所在的存储单元，如：
MOV C,23H
; 位传送指令，即将位地址23H单元(对应20H字节 单元的D3位)内容传送到 ; 位累加器C中
选择寄存器2组方法： (page64)
SETB RS1 CLR RS0
当某一组被设定成工作寄存器组后，该组
中8个寄存器，从低地址到高地址就分别被称 为R0~R7，从而可以把它们用作通用寄存器， 并可按寄存器寻址方式被访问。一旦工作寄存 器组被指定以后，另外三组寄存器则同其它数
据RAM一样，只能按字节地址被访问。
系统复位后，PSW的D4 (RS1) 、D3 (RS0) 位为00，即选择 了工作寄存器区中的0区作为当前工作寄存器区，SP寄存器的
初值为07H，当有数据进入堆栈时，将从08H单元开始存放，
这一般是不允许的，因为08H～1FH属于工作寄存器区，不宜
占用；20H～2FH是位地址区，也需要部分或全部保留。因此，
堆栈的功能：
① 保护断点----保护从主程序转向子程序、中断时的断 点，发生转移时程序自动完成。
② 保护现场----对子程序、中断程序中要用到的、现场
的某些寄存器的内容进行保护，以保证返回时能够正 确恢复。用软件指令方式实现，由编程人员完成。 ③ 数据的临时存放。
2) 数据指针DPTR
数据指针DPTR是一个16位的专用寄存器，由DPH(数据指针 高8位)和DPL(数据指针低8位)组成，用于存放外部数据存储器的 存储单元地址。由于DPTR是16位的寄存器，因此通过DPTR寄 存器间接寻址方式可以访问0000H～FFFFH全部64KB的外部数 据存储器空间。
涉及入栈出栈操作的指令有：
PUSH direct POP direct ; 将内部RAM单元压入堆栈中 ; 从堆栈中将数据弹入内部RAM单元中
堆栈的特点： ① 是一个符合“先进后出、后进先出”的RAM区域； ② SP总是指向堆栈的顶部（保存有数据）； ③ 堆栈可以设在内部RAM中的任意区域，一般开辟在 30H～7FH中。
在计算机内，需要一块具有“先进后出”(First In Last Out，
主程序。这一存储区称为堆栈区。为了正确存取堆栈区内的数据， 堆栈指针SP寄存器就是为此设计的。
需要一个寄存器来指示最后进入堆栈的数据所在存储单元的地址，
在MCS-51系列单片机中，SP可以指向内部RAM中任一单元，
且堆栈向上生长，即将数据压入堆栈后，SP寄存器内容增大。假 设SP当前值为2FH，则入堆指令“PUSH B”(将寄存器B内容压入 堆栈)的执行过程如下图所示。
必须通过数据传送指令重新设置SP的初值，将堆栈底部设在 30H～7FH , 如： MOV SP,#5FH ; 将堆栈设在60H单元之后
CPU内30H～7FH单元既可以作为堆栈区，同时也是用户 数据存储区。由于单元数量有限，必须充分利用，因此应认 真考虑将堆栈底部设在何处。随着入栈数据的增多，对于仅 有低128字节内部RAM的80C31、80C51来说，当SP超出7FH
另外，MCS-51系列单片机有些特别，CPU单元内的寄存器，
如累加器A、寄存器B、堆栈指针SP、程序状态字PSW，以及工 作寄存器组R7～R0等具有字节地址，这样在汇编语言指令中， 对这些寄存器操作时，可以使用寄存器名，也可以直接引用这 些寄存器对应的字节地址。例如： MOV A,#30H ; 将立即数30H传送到累加器A中，这条指 令的目的操作数使用了寄存器寻址方式
内部数据存储器又称为内部数据RAM，共 128字节，地址范围为00H~7FH 。 前32个单元（00H~1FH）称为寄存器区。 其中，每8个寄存器形成一个寄存器组。 寄存器0组 寄存器1组 寄存器2组 寄存器3组 地址00H~07H 地址08H~0FH 地址10H~17H 地址18H~1FH
~ ~ ~ ~
例如，可用如下指令将累加器A的内容传送到外部数据存储 器的107FH单元中：
MOV DPTR , #107FH ; 将外部数据存储地址107FH以立即数方式 传送到DPTR寄存器 ; 将累加器A的内容传送到DPTR 寄存器内 容指定的外部数据存储器单元中
MOVX @DPTR , A
3) I/O端口P0～P3
R7 R0 R7 R0 R7 R0 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0
~ ~
51 系 列 内 部 数 据 存 储 器 结 构
~ ~
~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~ ~ ~ ~
R7 R0 R7 R0 R7 R0 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0
~ ~ ~ ~
对于具有位地址的特殊功能寄存器中的位，除了使用位地 址寻址外，还可以使用“位定义名”或“寄存器名.位”表示，
如将程序状态字寄存器PSW中的D3 位置0，可以用：
CLR 0D3H CLR RS0 ; 位地址方式 ; 位定义名方式（作为一个良好的习惯，建议使用 位定义名方式） CLR PSW.3 ; “寄存器名.位”方式