80C51单片机内部结构和工作原理 v 80C51系列单片机内部结构v 外部引脚功能 v 存储空间配置和功能 v 片内RAM结构和功能 v 特殊功能寄存器的用途和功能 v 程序计数器PC的作用和基本工作方式 v I/O端口结构、工作原理及功能 v 时钟和时序 v 复位电路、复位条件和复位后状态 v 低功耗工作方式的作用和进入退出的方法本章要点 2-1 内部结构和引脚功能 2.1.1 内部结构 8 位的 CPU， 片内有振荡器和时钟电路,工作频率为112MHz（Atmel 89Cxx为024MHz）片内有 128/256字节 RAM片内有 0K/4K/8K字节 程序存储器ROM可寻址片外 64K字节 数据存储器RAM可寻址片外 64K字节 程序存储器ROM片内 21/26个 特殊功能寄存器（SFR）4个8位 的并行I/O口（PIO）1个 全双工串行口（SIO/UART）2/3个16位 定时器/计数器（TIMER/COUNTER）可处理 5/6个中断源，两级中断优先级内置1个布尔处理器和1个布尔累加器（Cy）MCS-51指令集含 111条指令MCS-51单片机基本特性MCS-51系列单片机配置一览表系列片内存储器（字节）定时器 计数器并行 I/O串行 I/O中 断 源片内ROM片内 RAM无有ROM有EPROMIntel MCS-51 子系列8031 80C318051 80C51 (4K字节)8751 87C51 (4K字节)128 字节2x164x8位15Intel MCS-52 子系列8032 80C328052 80C52 (8K字节)8752 87C52 (8K字节)256 字节3x164x8位16注意：今后将会经常提到ATMEL的AT89C2051/51/52等MCU！ATEML 89C系列 (常用型)1051(1K)/ 2051(2K)/ 4051(4K) （20条引脚DIP封装）1282151589C51(4K)/ 89C52(8K) （40条引脚DIP封装）128/ 2562/33215/6单片机的引脚定义从一片集成电路的角度去认识单片机2.1.2 引脚功能40个引脚双排直插DIP封装,大致可分为4类：电源、时钟、 控制和I/O引脚。单片机的引脚（晶振端） 电源: VCC - 芯片电源，接+5V/3.3V/2.7V； VSS - 接地端； 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和 输出端。 1545pfx2112MHz（MCS-51） 024MHz（Atmel-89C）XTAL1XTAL2也可以由 XTAL1端接 入外部时钟，此时应 将 XTAL2接地：XTAL2XTAL1外部时钟通常外接一个 晶振两个电容 控制线:控制线共有4根， ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。单片机锁存器 74LS373P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROM单片机的引脚（PSEN端）PSEN：寻址外部程序存储器时选通外部EPROM的读控制端（OE）低有效。 EPROM EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 80C51单片机ROM寻址范围为64KB，其中4KB在片内 ，60KB在片外(80C31芯片无内ROM，全部在片外)。 当EA保持高电平时，先访问内ROM，但当PC(程序 计数器)值超过4KB(0FFFH)时，将自动转向执行外ROM 中的程序。 当EA保持低电平时，则只访问外ROM，不管芯片内 有否内ROM。对80C31芯片，片内无ROM，因此EA必须须接 地。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程 期间，施加编程电源Vpp。 I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、 P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊 信号输入输出和控制信号（属控制总线）。P3.0 RXD：串行口输入端； P3.1 TXD：串行口输出端； P3.2 INT0：外部中断0请求输入端； P3.3 INT1：外部中断1请求输入端； P3.4 T0：定时/计数器0外部信号输入端； P3.5 T1：定时/计数器1外部信号输入端； P3.6 WR：外RAM写选通信号输出端； P3.7 RD：外RAM读选通信号输出端。2-2 存储空间配置和功能80C51的存储器配置方式与其他常用的微机系统不同，属哈佛结构(注意:什么是哈佛结构?)，它把程序存储器和数据存储器分开，各有自己的寻址系统、控制信号和功能。程序存储器用于存放程序和表格常 数；数据存储器用于存放程序运行数据和结果。 80C51的存储器组织结构可以分为三 个不同的存储空间，分别是： 64KB程序存储器(ROM),包括片内ROM和片外ROM； 256B内部数据存储器(内RAM)(包括特殊功能寄存器） 。 64KB外部数据存储器（外RAM）；80C51存储空间配置图 2.2.1 程序存储器（ROM）地址范围：0000HFFFFH，共64KB。其中:低段4KB：0000H0FFFH80C51和87C51在片内，80C31在片外。 高段60KB：1000HFFFFH。在片外。读写ROM用MOVC指令，控制信号是PSEN和EA。读ROM是以程序计数器PC作为16位地址指针，依次读相应 地址ROM中的指令和数据，每读一个字节，PC+1PC，这是 CPU自动形成的。但是有些指令有修改PC的功能，例如转移类指令和MOVC 指令，CPU将按修改后PC的16位地址读ROM。l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。需要指出的是: 64KB中有一小段范围是80C51 系统专用单元，0003H0023H是5个中断源中断服 务程序入口地址(详见第5章)，用户不能安排其他内容。 80C51复位后，PC=0000H，CPU从地址为 0000H的ROM单元中读取指令和数据。从0000H到 0003H只有3B，根本不可能安排一个完整的系统程 序，而80C51又是依次读ROM字节的。因此，这3B只能用来安排一条跳转指令，跳转到其他合适的地 址范围去执行真正的主程序。 2.2.2 外部数据存储器（外RAM）l 地址范围：0000HFFFFH共64KB。l 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。 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，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RAM 16位地址输入端，当RD信号有效时，外RAM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。l读外RAM的过程： l写外RAM的过程： 写外RAM的过程与读外RAM的过程相同。只是控制 信号不同，信号换成WR信号。当WR信号有效时， 外RAM将数据总线（P0口分时传送）上的数据写入相 应地址存储单元中。 2.2.3 内部数据存储器（内RAM） 从广义上讲，80C51内RAM（128B）和特殊功能寄存器（128B）均属于片内RAM空间，读 写指令均用MOV指令。但为加以区别，内RAM通常指00H7FH的低128B空间。 80C51内RAM又可分成三个物理空间：工作寄 存器区、位寻址区和数据缓冲区。 地址区域 功能名称 00H 1FH00H07H 工作寄存器0区 08H0FH 工作寄存器1区 10H17H 工作寄存器2区 18H1FH 工作寄存器3区 20H2FH 位寻寻址区 30H7FH数据缓缓冲区 作用： 工作寄存器区工作寄存器区分为4个区：0区、1区、2区、3 区。每区有8个寄存器：R0R7，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。 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。 位寻址区地址:从20H2FH共16字节（Byte，缩写为英文大写字 母B）。每B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。 用途：存放各种标志位信息和位数据。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;字节操作指令中的地址是字节地址。位寻址区的位地址映象表 字节节 地址位 地 址 D7D6D5D4D3D2D1D0 2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H 28H47H46H45H44H43H42H41H40H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H26H37H36H35H34H33H32H31H30H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H24H27H26H25H24H23H22H21H20H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H22H17H16H15H14H13H12H11H10H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H20H07H06H05H04H03H02H01H00H 数据缓冲区内RAM中30H7FH为数据缓冲区，用于存放各种数据和中间结果，起到数据 缓冲的作用。 2.2.4 特殊功能寄存器（SFR） 特殊功能寄存器地址映象表（一） 特殊功能寄存器地址映象表（二） 特殊功能寄存器地址映象表（三） 注：带括号的字节地址表示每位有位地址可位操作。 累加器Acc 寄存器BMOV A,R0 MOV A,R1MOV A,30H ADD A,32HADD A,#32H MOV A,B ADD A,B 程序状态字寄存器PSWPSW也称为标志寄存器，存放各有关标志。 其结构和定义如下： Cy 进位标志。用于表示Acc.7有否向更高位进位。 AC 辅助进位标志。用于表示Acc.3有否向Acc.4进位。 RS1、RS0 工作寄存器区选择控制位。RS1、RS0 = 00 0区（00H07H） RS1、RS0 = 01 1区（08H0FH） RS1、RS0 = 10 2区（10H17H） RS1、RS0 =