80C51单片机存储器物理结构参考
80C51单片机的硬件结构之CPU与存储器
2.1 80C51系列单片机结构
2.1.1 内部结构框图
1．1个8位的CPU 2．1个片内振荡器和时钟电路 3．程序存储器 4 KB的掩膜ROM，用于存放程序、原始数 据或表格。 4．数据存储器 5．64KB总线扩展控制器 6．4个8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3）
7．1个全双工串行接口
堆栈指针SP：存放栈顶的地址，内容可软件设置初值，单片机 复位时SP = 07H。CPU每往堆栈中存放一个数，SP都会先自动 加1，CPU每从堆栈中取走一个数，SP都会自动减1，SP始终指向 堆栈最顶部的数据的地址。
（5）数据指针DPTR
分成DPL（低8位）和DPH（高8位）两个寄存器，用来存放16 位地址值。
P0.4 84H
P0.3 83H
P0.2 82H
P0.1 81H
P0.0 80H
（1）累加器Acc
最常用的寄存器，所有的运算类指令都要使用它。累加器 在指令中的助记符为A，自身带有全零标志Z，若A＝0则Z＝1； 若A≠0则Z＝0。该标志常用作程序分支转移的判断条件。
（2）B寄存器
80C51中，在做乘、除法时必须使用B寄存器，不做乘、除法 时，可作为一般的寄存器使用。
① 掩膜ROM。 ② 可编程的只读存储器（PROM）。 ③ 可改写的只读存储器EPROM。 ④ 可电改写只读存储器（EEPROM）。
随机存取存储器（RAM）
① 静态SRAM。 ② 动态DRAM。
可现场改写的非易失性存储器
① 快擦写存储器（FLASH）。 ② 铁电存储器FRAM。
2．存储单元和存储单元地址
1．80C51片内数据存储空间（低128B）
（1）工作寄存器区（00H～1FH） 作用：有专用于工作寄存器操作的指令，读写速度比一般内 RAM要快，指令字节比一般直接寻址指令要短，还具有间 址功能，能给编程和应用带来方便。 工作寄存器区分为4个区：0区、1区、2区、3区。每区有8 个寄存器：R0～R7，寄存器名称相同。但是，当前工作的 寄存器区只能有一个，由PSW中的D4、D3位决定。
80C51单片机硬件结构
• 3.输入输出引脚： • P0~P3：4个8位双向输入输出端口，每个 端口都有锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。 4个端口都可以做输入输出口使用，其中，P0 和P2通常用于对外部存储器的访问。在这种 方式下，把P0口作为地址/数据总线使用，分 时输出外部存储器的地址和传送8位数据。当 扩充外部存储器的地址为16位时，P2口作为 地址总线的高8位地址使用。
§2-2 MCS-51单片机内存配置
一、MCS-51单片机的内存结构
0FFFFH
0FFFFH
外部ROM EA 1
00FFH
特殊功
外部 RAM （64K）
1000H
0 F F F H 内部ROM
0000H
EA 0
0 0 8 0 H 能寄存器 007FH
内部RAM
0000H 0000H
程序存储器
p 3.6 / WR p 3.7 / RD XTAL2 XTAL1
VSS
13 14 15 16 17 18 19 20
8051
30
29
ALE / PROG PSEN
p 2.7
28
21
p 2. 0
引脚分类：
1、主电源引脚
Vss、Vcc
2、外接晶振引脚 XTAL1、XTAL2
3、控制或复位引脚
RST / VPD —— 当出现两个机器周期高电平时， 单片机复位 。 复位后，P0 ~ P3 输出高电平；SP寄存器为07H； 其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。
第3组通用寄存器区 第2组通用寄存器区
第1组通用寄存器区 第0组通用寄存器区
R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7
17H / 18H 0FH / 10H
80C51单片机的内部结构
80C51单片机的内部结构广告单片机按存储结构可分为二类：一类是哈佛结构，另一类是普林斯顿结构。
①哈佛结构所谓哈佛结构是指程序存储器地址空间与数据存储器地址空间分开的单片机结构，如80C51单片机采用哈佛结构，所以80C51单片机的程序存储器地址空间与数据存储器地址空间是分开的，各有64K存储空间。
②普林斯顿结构所谓普林斯顿结构是指程序存储器地址空间与数据存储器地址空间合并的单片机结构，如MCS-96单片机采用普林斯顿结构，所以MCS-96单片机的程序存储器地址空间与数据存储器地址空间是合并的，共有64K存储空间。
1．单片机的CPU图1是80C51单片机的内部结构框图。
若除去图中的存储器电路和I/O部件，剩下的便是CPU。
它可以分为运算器和控制器两部分。
运算器功能部件包括算术逻辑运算单元ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存寄存器TMP1、TMP2、程序状态字寄存器PSW等。
控制器功能部件包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、定时控制逻辑电路CU、数据指针寄存器DPTR、堆栈指针SP及时钟电路等。
（1）运算器①算术逻辑运算单元ALU（Arithmetic Logical Unit）ALU可以进行算术、逻辑运算。
算术运算有：加、减、乘、除，逻辑运算有：与、或、异或等。
②累加器ACC累加器ACC的主要功能是在运算前存放一个操作数，运算后存放一个操作结果。
80C51系列单片机虽然在结构上仍然以累加器A作为重要部件。
但由于内部电路采取了措施，使得累加器A在数据传送、逻辑操作等方面的核心作用有所削弱。
数据可以在片内直接/间接地址的存储器之间直接传送，而不必经过累加器A。
但，加、减、乘、除算术运算指令的运算结果都存放在累加器A或AB寄存器对中。
③暂存器TMP1、TMP2由图1可知，ALU进行算术逻辑运算前的两个操作数来自暂存器TMP1、TMP2，所以暂存器TMP1、TMP2用于存放运算前的两个操作数。
80C51单片机的硬件结构
作的执行部件。由加法器和其他逻辑电路（移位电
路和判断电路等）组成。完成算术加、减、乘、除
和逻辑“与”、“或”、“异或”等运算以及循环
移位操作、位操作等功能。
（3） 程序状态字寄存器PSW：是8位寄存器， 用来存放运算结果的一些特征。 （4） B寄存器：在进行乘法、除法运算时作 为ALU的输入之一，与ACC配合完成运算和并存 放运算结果。 （5） 暂存器：用以暂存进入运算器之前的数 据。
微机控制技术
主讲：
张 勤 工学博士 副教授
教材：单片机基础，航空航天大学出版
第2章 80C51单片机的硬件结构
2.1 单片机的概念及系列
2.2 80C51单片机内部结构 2.3 80C51系列单片机外引脚功能
2.4 80C51单片机的内部存储器
2.5 80C51单片机的并行I/O口
…
17H 18H 19H … 1FH
…
R7 R0 R1 … R7
工作寄存器3组
20H
21H 22H 23H 24H 25H 26H 27H 位 寻 28H
07H
0FH 17H 1FH 27H 2FH 37H 3FH 47H
06H
0E H 16H 1E H 26H 2E H 36H 3E H 46H
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
05H
1．封装：80C51系列单片机常用的两种封装为双 列直插式DIP40，方形封装LCC44
2．80C51系列单片机外部引脚
3．80C51单片机逻辑符号
4．80C51系列单片机外部引脚说明
重要性：引脚表现出单片机的外部特性或硬
件特性，通过引脚连接和组建系统。 共有40个引脚，分为端口线（32条），电源 线（2条）和控制线（6条） 端口：4个并行I/O端口，每个端口有8条端口 线，用于传送数据或地址。每个端口结构各 不相同，因此功能和用途上的差别也较大。
单片机80C51
单片机80C5180C51单片机的典型产品有80C51﹑80C31和87C51，80C51是ROM型单片机，内部有4KB ROM；80C31无片内ROM；87C51片内有4KB EPROM。
除此外三者的内部结构和引脚完相同。
图1-1 为80C51的内部结构80C51的内部结构包括：【中央处理器（CUP）】主要完成运算和控制功能，80C51的CPU 是一个字节为8位的中央处理器，即它对数据的处理是按字节为单位的；【内部数据处理器（内部RAM】）80C51中共有256个RAM单元，但其中能作为寄存器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用；【内部程序储存器（内部ROM）】80C51共有4KB的掩膜ROM，用于存放程序、原始数据；【定时器/计数器】80C51有2个16位的定时器/计数器；【并行I/O口】80C51共有4个8位I/O口（P0P1P2P3）可实现数据并行输入输出；【串行口】80C51有1个全双工的可编程的串行口，以实现单片机与其他设备之间的串行数据传送；【时钟电路】80C51单片机内部有时钟电路，但晶振和微调电容要外接，为其产生时钟脉冲序列；【中断系统】它共有5个中断源：2个是外部中断源/INTO和/INT1，3个内部中断源，即2个定时/计数中断，1个串行口中断；还有驱动器、锁存器、缓冲器、地址寄存器等。
图1-2 为80C51的引脚图功能说明：主电源引脚Vss（20脚）和Vcc（40脚）；时钟电路引脚XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚），用法见图1-2；控制信号引脚如下：RST复位（9脚）输入24个时钟脉冲周期宽度以上H电平复位，接法见图1-3；ALE或/PROG、（30脚）锁存扩展地址低位字节控自信号，或EPROM编程时输入编程脉冲；/PSEN、（29脚）访问片外程序存储器是输出负脉冲作片选控制信号，12个始终周期2次生效，但访问片外RAM时无效，见时序图图1-3；/EA或Vpp（31）程序储存地址的选择，H时先选片内超址时自动跳到片外ROM，或编程时施加编程电压。
单片机基础_80C51
5. 串行I/O口 目前高档 8 位单片机均设置了全双工串行 I/O 口，用以 实现与某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能 的器件相连接的能力，甚至用多个单片机相连构成多机系 统。随着应用的拓宽，有些型号的单片机内部还包含有二 个串行I/O口。 6. 定时器/计数器
3. 控制线：共4根。
· RST（VPD：备用电源引入端，当电源发生故障，电源降到下限值时， 备用电源经此端向内部 RAM提供电压，以保护内部RAM中的数据不 丢失）——复位输入信号，高电平有效。在振荡器工作时，在RST上 作用两个机器周期以上的高电平，将器件复位。 ·/EA（Vpp：编程电压,具体电压值视芯片而定）——片外程序存储 器访问允许信号，低电平有效。/EA=1，选择片内程序存储器(80C51 为4KB，80C52为8KB) ；/EA=0，则程序存储器全部在片外而不管片 内是否有程序存储器。 使用80C31时，必须接地，使用8751编程时，施加 21V的编程电 压。 · ALE（PROG：编程脉冲）——地址锁存允许信号，输出。 在访问片外存储器或 I/O 时，用于锁存低八位地址，以实现低八 位地址与数据的隔离。即使不访问外部存储器，ALE端仍以固定的频 率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的1/6)。在访问外部数据存储器 时，出现一个ALE脉冲。
在单片机中，常把寄存器（如工作寄存器、特殊功能 寄存器、堆栈等）在逻辑上划分在片内 RAM 空间中，所 以可将单片机内部 RAM 看成是寄存器堆，有利于提高运 行速度。
当内部 RAM 容量不够时，还可通过串行总线或并行 总线外扩数据存储器。
4. 并行I/O口
单片机往往提供了许多功能强、使用灵活的并行输入 /输出引脚，用于检测与控制。有些I/O引脚还具有多种功 能，比如可以作为数据总线的数据线、地址总线的地址线、 控制总线的控制线等。单片机 I/O 引脚的驱动能力也逐渐 增大，甚至可以直接驱动外扩的LED显示器。
单片机 第二章 80C51系列单片机内部结构与工作原理
2.2 80C51单片机内部基本结构及引脚功能
③检查单片机芯片的好坏，可用示波器查看ALE端
是否有脉冲信号输出。
④ALE端的负载能力为8个LS型TTL。 ：对EPROM型单片机，如对87C51BH编程时 的编程脉冲输入端。 ⑵、 (29脚)：程序存储允许输出端。片外程
序存储器的读选通信号，低电平有效。
2.2 80C51单片机内部基本结构及引脚功能
3、基本功能单元
功能： 满足单片机测控功能要求的基本计算机外 围电路，用来完善和扩大计算机的功能．
组成： 包括定时/计数器、中断系统、串行通信 接口等。 说明： (1)80C51有两个16位定时/计数器 (T0和T1)。 作用： 可以作为内部定时器或外部脉冲计数器使 用。作内部定时器时，是靠对时钟振荡器的12分频脉
2.1 2.2 2.3
2.4
2.5 2.6
2.7
2.8 2.9
80C51系列单片机简介 80C51单片机内部基本结构及引脚功能 80C51单片机CPU结构 80C51存储器结构 输入/输出（I/O）端口 单片机的工作过程 80C51的低功耗方式 本章小结 练习思考题
第二章
80C51系列单片机内部结构与工作原理
①CPU从外部ROM取指令时，在每个机器周期中两 次有效。但在访问片外RAM时，要少产生两次负脉冲信
2.2 80C51单片机内部基本结构及引脚功能
号。有效时，将外部ROM中的指令读到数据总线上。
②检查单片机系统上电后，CPU能否正常到 EPROM/ROM中读取指令码，可用示波器查看该端有无负 脉冲信号输出。 ③可驱动8个LS型TTL门电路。
⑶、 (31脚)：内部/外部ROM地址选择信号/ 固化编程电压输入端。 ：①为高电平，CPU访问ROM有两种情况： 当PC中的值小于0FFFH时，执行片内ROM指令; 当PC中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外 ROM指令。
单片机第2章80C51的结构与原理课件
通信。
并行通信接口的构成和使用
1
并行传输
2
接口标准
3
应用举例
同时发送和接收多个数据
定义了数据传输的电气和
并行通信接口常用于图形
位，适用于高速数据传输
逻辑特性，如PIO、DDR、
显示、高速数据采集、并
和快速响应的应用。
USB等。
行计算等。
3
寄存器
用于存储临时数据和控制单元的状态信息。
80C51的存储系统：ROM与RAM的区别
ROM
RA M
只读存储器，用于存储程序和常量数据。
随机存储器，用于存储变量和临时数据。
片内I/O口的构成和使用
引脚接口
输入模式
通过引脚连接外部设备和单片机。
接收外部信号并将其转换为数字信号。
输出模式
通信接口
将数字信号转换为外部的模拟或数字信号。
80C51芯片在各个行业中
的特点，提供了出色的性
RAM，使得80C51非常灵
得到广泛应用，包括消费
能表现，适用于各种领域
活，能够适应不同的应用
电子、通信、汽车电子、
的嵌入式应用。
需求。
医疗设备等领域。
单片机中的CPU结构和工作原理
1
控制单元
负责指令解码和控制单片机的操作。
2
运算单元
执行算术和逻辑运算，以及位操作等基本操作。
单片机第2章80C51的结
构与原理课件
本课件将详细介绍单片机80C51的结构和原理。包括单片机的基本结构与分
类、80C51芯片的特点与应用、CPU结构和工作原理、ROM与RAM的区别等内
容。
80C51芯片：特点与应用
1
80C51存储器配置
外部数据存储器
外部数据存储器一般用来存放相对来讲是用不太频 繁的数据，其中的数据不能直接进行处理，要进行 处理前必须提前从外部数据存储器送到单片机内部。
外部数据存储器地址空间寻址范围为64K字节，采 用R0、R1或DPTR寄存器间址方式访问。当采用R0、 R1间址时只能访问00H~0FFH的低256字节，采用 DPTR间址可访问整个64K字节空间。
04H
03H
02H
01H
00H
位寻址区
1、地址: 从20H～2FH共16字节（Byte，缩写为英文大写 字母B）。每字节有8位（bit，缩写为小写b），共 128位，每一位均有一个位地址，可位寻址、位操 作。即按位地址对该位进行置1、清0、求反或判转。
2、用途： 存放各种标志位信息和位数据。
3、注意事项: 位地址与字节地址编址相同，容易混淆。 区分方法:位操作指令中的地址是位地址;
外部数据存储器
共64KB 地址范围：0000H～FFFFH
读写外RAM用MOVX指令， 控制信号是P3口中的RD和WR。
一般情况下，只有在内RAM不能满足应用 要求时，才外接RAM。
读外RAM的过程
外RAM 16位地址分别由P0口（低8位）和P2口（高
8位）同时输出；
ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号，
指令，CPU将按修改后PC的16位地址读ROM。
程序存储器（ROM）
读外ROM的过程：
CPU从PC(程序计数器)中取出当前ROM的16位 地址，分别由P0口（低8位）和P2口（高8位）同 时输出，ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位 地址信号，地址锁存器输出的低8位地址信号和P2 口输出的高8位地址信号同时加到外ROM 16位地址 输入端，当PSEN信号有效时，外ROM将相应地址存 储单元中的数据送至数据总线（P0口），CPU读入 后存入指定单元。
课件：第1章80C51的结构和原理
P1口
P0口
P0.3 P0.4
P0.5
P0.6
8
32
P0.7
I/O接口
31
9
RAM
00H
EA ALE
串行口
128 7FH 80H
SFR
29
PSEN
FFH
3
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
XTAL2 XTAL1
功能上分为： 基本型； 增强型。
存储器配置上分为： ROM； EPROM； ROMLess； FLASH。
2.1.1 80C51的内部结构与引脚功能
2021/11/20
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST
40
VCC
1
39
P0.0
P0.1
P0.2
P0口功能1：向片外提供8位数据
P0口功能2：向片外提供低8位地址 P2口功能： 向片外提供高8位地址
P3口功能： 主要体现第二功能
P3口第二功能（不对口寻址时）
P3.0 ：RXD（串行口输入） P3.1 ：TXD（串行口输出） P3.2 ：INT0（外部中断0输入） P3.3 ：INT1（外部中断1输入） P3.4 ：T0（定时器0的外部输入） P3.5 ：T1（定时器1的外部输入） P3.6 ：WR（片外数据存储器“写”选通控制输出） P3.7 ：RD（片外数据存储器“读”选通控制输出）
9
P3.0/RXD 10
P3.1/TXD 11
P3.2/INT0 12
P3.3/INT1 13
P3.4/T0 14
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详述80C51单片机存储器物理结构、工作特点、地址范围大小并且图示说明？
1、80C51单片机的存储器在物理结构上可分为4个存储空间：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。
在逻辑上可分为3个空间，64KB程序存储器（片内、外统一编址）、256B片内数据存储器和64KB片外数据存储器。
其容量大小和地址如下图。
2、80C51片内256B数据存储器分两部分，特殊功能寄存器区（80H-FFH)和低128BRAM （00H-7FH）区。
特殊功能寄存器区有21个特殊功能寄存器(SFR),字节地址能被8整除的特殊功能寄存器可位寻址。
3、低128BRAM可分为用户RAM区（30H-7FH）可作数据缓冲和堆栈区、位寻址区（20H-2FH ）共128位（位地址00H-7FH）和4组通用工作寄存器区（00H-1FH）。
在4组通用工作寄存器区（00H-1FH）中，每组有8个工作寄存器（R0-R7）。
CPU当前使用的工作寄存器组，是由程序状态寄存器PSW中的RS1、RS0的设置来选择的。