8051单片机内部RAM结构图
单片机的RAM
0000 0000 0000 0000B ～ 1111 1111 1111 1111B（二进制）
0 0 0 0 H～ F F F F H（十六进制） （十进制） 0 ～ 65535
因此51系列单片机的RAM寻址范围也是64K
51系列单片机ROM和RAM 的地址编码范围都是0000H～FFFFH， 但由于在寻址时硬件电路上有区别，所以不会混淆。 51系列单片机中，单片机外接的接口芯片如A/D、D/A等都有互不相 同的地址，这些地址都是占用单片机外部RAM 的地址编号。
7FH 80字节 用户区 30H 2FH 20H 1FH
16字节 位寻址区 32字节 工作寄存器区
00H
16字节 位寻址区
SiChuan Engineering Technical Colledge-1959
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4-2. 51单片机的数据存储器管理
4-3.增强型51单片机P89V51RD2的内部RAM
内部高128B
具有和SFR区相同的地址；
FFH 高128字节 RAM 80H 7FH 低128字节 RAM 00H 000H 特殊功能 寄存器区
2FFH
访问方式——必须使用间接 寻址方式访问 例：给90H单元赋值30H可采用如 下方式： MOV R0，#90H；指向90H单元 MOV @R0，#30H；赋值为30H
第2章8051单片机硬件结构和原理
即时间的最小单位。
存储器的组成
1、程序存储器（ROM）
2、数据存储器（RAM）
程序存储器（ROM）
地址从0000H开始。
用于存放程序和表格常数。
数据存储器（RAM）
地址为00H～7FH。 用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据 缓冲等。 这128B的RAM中有32个字节单元可指定为工作 寄存器。 片内还有21个特殊功能寄存器（SFR），它们 同128字节RAM统一编址，地址为80H～FFH.
控制信号引脚
• EA/Vpp（31脚）： Vpp：对8751片内EPROM固化编程时，编程电 压输入端（12-21V）。
I/O端口P0、P1、P2和P3
• 1、准双向
• 2、P0口
• 3、P1口
• 4、P2口
• 5、P3口
准双向的意义
当I/O口作为输入时，应先向此口锁存器写入全1，
此时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。
I/O接口
8051有四个8位并行I/O接口P0～P3。
它们都是双向端口，每个端口各有8条I/O线。 P0-P3口四个锁存器同RAM统一编址，可作为 SFR来寻址。
2.2 MCS-51单片机引脚及其功能
§2.2.1
MCS-51单片机引脚
§2.2.2
MCS-51单片机引脚功能
§2.2.1
MCS-51单片机引脚
8051单片机的体系结构
8051单片机的体系结构
学习要点：
(1) 8051单片机内部结构、功能部件； (2) 8051单片机引脚名称、功能和三总线信号； (3) 单片机的存储结构、编址、特殊功能寄存器； (4) 单片机工作时序、时钟电路、复位电路； (5) 单片机I/O的结构功能特点； (6) 单片机的工作模式。
1 8051单片机内部结构
5.3 P2口内部结构
2、当控制信号为1时
地 址 控 制 Vcc
P2口输出地址信息，
P2R1
此时单片机完成外部的
D0
DQ
R* P20
取指操作或对外部数据 存储器16位地址的读写
P2W
CQ
操作。
P2R2 图 3、 P2口 内 部 结 构
说明： 1、P2可以作为通用的I/O，也可以作
为高8位地址输出。
堆栈指针总是指向栈顶。 堆栈就好比水桶或手枪中的弹匣，更象一个装 兵乓球的小圆筒。 堆栈的几个名词： 满堆栈 、空堆栈、递增堆栈和递减堆栈
堆栈特点：后进先出
8051单片机的内部结构
8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。
8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：
·中央处理器：
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部
件，是8位数据宽度的处理器，能处理8
位二进制数据或代码，CPU负责控制、指
挥和调度整个单元系统协调的工作，完成
运算和控制输入输出功能等操作。
·数据存储器(RAM)：
8051内部有128个8位用户数据存储单
元和128个专用寄存器单元，它们是统一
编址的，专用寄存器只能用于存放控制指
令数据，用户只能访问，而不能用于存放
用户数据，所以，用户能使用的的RAM只
有128个，可存放读写的数据，运算的中
间结果或用户定义的字型表。
·程序存储器(ROM)：
8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。
·定时/计数器(ROM)：
8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
·并行输入输出(I/O)口：
8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。
·全双工串行口：
8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以
用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。
·中断系统：
8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可
满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。
51单片机的内部结构
51单片机的内部结构
MCS-51单片机内部结构
8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。
8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、
并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：
·中央处理器：
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位
二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控
制输入输出功能等操作。
·数据存储器(RAM)：
8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，
所以，用户能使用的的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义
的字型表。
·程序存储器(ROM)：
8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。
·定时/计数器(ROM)：
8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
·并行输入输出(I/O)口：
8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。
·全双工串行口：
8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。
·中断系统：
8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。
51单片机存储器内部结构
MCS-51单片机在物理结构上有四个存储空间：
1、片内程序存储器
2、片外程序存储器
3、片内数据存储器
4、片外数据存储器
但在逻辑上，即从用户的角度上，8051单片机有三个存储空间：
1、片内外统一编址的64K的程序存储器地址空间（MOVC）
2、256B的片内数据存储器的地址空间（MOV）
3、以及64K片外数据存储器的地址空间（MOVX）
在访问三个不同的逻辑空间时，应采用不同形式的指令（具体我们在后面的指令系统学习时将会讲解），以产生不同的存储器空间的选通信号。
程序内存ROM
寻址范围：0000H ~ FFFFH 容量64KB
EA = 1，寻址内部ROM；EA = 0，寻址外部ROM
地址长度：16位
作用：存放程序及程序运行时所需的常数。
七个具有特殊含义的单元是：
0000H ——系统复位，PC指向此处；
0003H ——外部中断0入口
000BH —— T0溢出中断入口
0013H ——外中断1入口
001BH —— T1溢出中断入口
0023H ——串口中断入口
002BH —— T2溢出中断入口
内部数据存储器RAM
物理上分为两大区：00H ~ 7FH即128B内RAM 和 SFR区。
作用：作数据缓冲器用。
下图是8051单片机存储器的空间结构图
程序存储器
一个微处理器能够聪明地执行某种任务，除了它们强大的硬件外，还需要它们运行的软件，其实微处理器并不聪明，它们只是完全按照人们预先编写的程序而执行之。那么设计人员编写的程序就存放在微处理器的程序存储器中，俗称只读程序存储器（ROM）。程序相当于给微处理器处理问题的一系列命令。其实程序和数据一样，都是由机器码组成的代码串。只是程序代码则存放于程序存储器中。
MCS-51 单片机组成原理
2、几种典型的取指和执行时序
圖4.1 MCS-51單片機取指/執行時序
（1）单字节单周期指令 （2）双字节单周期指令 （3）单字节双周期指令 （4）访问外部数据存储器指令MOVX时序
5 输入/输出端口
5.1 P0口
P0口有８位，每一位由一个锁存器、两 个三态输入缓冲器以及控制电路和驱动电 路组成，其位结构如图5.1（a）所示。
3、堆栈指针SP 4、数据指针寄存器DPTR
2.3 工作寄存器和特殊功能寄存器
1、工作寄存器
MCS-51有32个工作寄存器，分为四个区（或组）每 个区为8个寄存器R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7， 每一时刻只有一个区工作。由PSW寄存器中的RS1、RS0 的值来决定当前的工作区： 当 RS1 RS0＝00时，0区为工作区， RS1 RS0＝01时，1区为工作区
T0 T1 时钟电路 ROM RAM 定时/计数器
CPU 并行接口
P0 P1 P2 P3
串行接口
TXD RXD
中断系统
INT0 INT1
图1-1(a) 8051基本组成框图
图1-1(b) 8051內部結構图
概括如下： 1.中央处理器（CPU） 2.内部存储器（RAM、ROM）
RAM---Random Access Memory
ROM---Read Only Memory 3.定时/计数器（T/C） 4.并行I/O接口（P0、P1、P2、P3） 5.串行口（S0）
51单片机存储器结构介绍
MCS-51单片机存储器结构
从用户的角度上，8051单片机有三个存储空间：
1、片内外统一编址的64K的程序存储器地址空间（MOVC）
2、256B的片内数据存储器的地址空间（MOV）
3、以及64K片外数据存储器的地址空间（MOVX）
在访问三个不同的逻辑空间时，应采用不同形式的指令，以产生不同的存储器空间的选通信号。
【程序内存ROM】
寻址范围：0000H ~ FFFFH 容量64KB
EA = 1，寻址内部ROM；
EA = 0，寻址外部ROM
地址长度：16位
作用：存放程序及程序运行时所需的常数。
七个具有特殊含义的单元是：
0000H ——系统复位，PC指向此处；
0003H ——外部中断0入口
000BH —— T0溢出中断入口
0013H ——外中断1入口
001BH —— T1溢出中断入口
0023H ——串口中断入口
002BH —— T2溢出中断入口
【内部数据存储器RAM】
物理上分为两大区：00H ~ 7FH（低128单元用户RAM 和高128单元SFR区）
作用：作数据缓冲器用。
一个微处理器能够聪明地执行某种任务，除了它们强大的硬件外，还需要它们运行的软件，其实微处理器并不聪明，它们只是完全按照人们预先编写的程序而执行之。那么设计人员编写的程序就存放在微处理器的程序存储器中，俗称只读程序存储器（ROM）。程序相当于给微处理器处理问题的一系列命令。其实程序和数据一样，都是由机器码组成的代码串。只是程序代码则存放于程序存储器中。
MCS-51具有64kB程序存储器寻址空间，它是用于存放用户程序、数据和表格等信息。（对于内部无ROM的8031单片机，它的程序存储器必须外接，空间地址为64kB，此时单片机的EA端必须接地。强制CPU从外部程序存储器读取程序。）对于内部有ROM的8051等单片机，正常运行时，则需接高电平，使CPU先从内部的程序存储中读取程序，当PC 值超过内部ROM的容量时，才会转向外部的程序存储器读取程序。
C8051单片机基础第二章C8051F单片机结构及原理详解
2.2 C805lF单片机的构造与原理
2.2.1 C8051F02x单片机的组成与构造
3)计数器／定时器 C8051F02x的计数器/定时器有以下3类。 (1)可编程的16位计数器/定时器阵列PCA， 5个捕获／比较模块，6种工作方式； (2)5个通用16位计数器/定时器； (3)专用的看门狗定时器。
2.2 C805lF单片机的构造与原理
2.2.2 引脚定义及功能
下面对局部专用引脚的功能进一步说明。 (1)VDD和GND各为3个引脚，使用时建议全部
接上，这样可提高抗干扰力气。 (2)假设在系统中没有使用模拟局部，芯片的
模拟电源V+和模拟地AGND也要连接。 (3)VREF端也可以作为带隙电压基准输出驱动
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.1 C8051F的CIP-51内核
2.1.3 CIP-51内核的根本部件
6．中断系统 中断系统的主要作用是对外部或内
部的中断恳求进展治理与处理。C8051F系 列单片机的中断系统可以满足一般把握应 用的需要，C8051F系列单片机的中断源最 多可达22个。
2.1 C8051F的CIP-51内核
其次章 C8051F单片机构造及原理
本章将以C8051F系列单片机中功能 较全面、应用较广泛的C8051F02x子系列 为典型例子，重点介绍以CIP-51为内核的 C8051F系列单片机的构造、工作原理、 存储器组织、时钟系统及复位源等。
第2章 MCS-51系列单片机的结构及原理
单 片 机 技 术
2.3 引脚功能——总线结构
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 VCC P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
单 片 机 技 术
内部数据存储器高128单元
（特殊功能寄存器区）
程序计数器PC：16位，CPU每读取指令的一个字 节PC便可自动加1，指向本指令的下一个字节或 下一条指令地址，程序顺序执行，可寻址64KB 范围ROM。 累加器A：8位，用于存放操作数或运算的中间 结果。 寄存器B：8位，主要用于乘法和除法的运算。 乘法时，B中存放乘数，乘法操作后，乘积的高 8位存于B中；除法时，B中存放除数，除法操作 后，B中存放余数。
2mcs51系列单片机的内部总体结构88微处理器运算部件b数据存储器ramp0口p2口程序存储器特殊功特殊功能寄存器sfrromepromvccvss图21mcs51单片机的基本结构控制部件p1口p3口串行口定时计数器中断系统88xtal1xtal2psenaleeareset端口0驱动器端口2驱动器ram地址锁存器ram1288端口0锁存器端口2锁存器rom4k8b寄存器程序地址寄存器缓冲器寄存器vcc5vvss堆栈指针spacctmp2tmp1p00p07p20p27图22mcs51片内总体结构框图rstpc1寄存器pcdptr指针p10p17psw端口3锁存器端口1锁存器端口1驱动器端口3驱动器scontl0tmodth1iepconth0sbuftxrx中断串行口和定时器逻辑tcontl1iposcp30p37alepsenxtal2xtal1alu指令寄存器定时与控制指令译码器返回本节2
第一章 8051单片机基本结构
ALU
PSEN ALE EA RST 指 指 定 令 令 时 译 寄 控 码 存 制 器 器 PSW
PCON TH0 SBUF
SCON TL0 SBUF
TCON TH1 IE
TMOD TL1 IP
运算器 缓冲器 （ALU、 专用寄存 PC增1 器）
PC
中断、串行口和计数器/定时器
DPTR
（1） 运算器
定 时 控 制
指 令 译 码 器
OSC
指 令 寄 存 器
P1锁存器
P1驱动器 P1.0-P1.7
P3锁存器
P3驱动器 P3.0-P3.7
XTAL1
XTAL2
1.1.1 CPU
作用：主要完成运算和控制功能。
P0驱动器 RAM地 址寄存器 128B RAM
P0.0-P0.7
P2.0-P2.7
P2驱动器
P0锁存器
P2锁存器
4KB ROM
程序地址 寄存器 B寄存器 暂存器1 暂存器2 ACC SP 缓冲器
控制器 和控制 成
运算器（ALU、 专用寄存器）
PSEN ALE EA RET 定 时 控 制 指 令 译 码 器
OSC
ALU 指 令 寄 存 器 中断、串行口和定时器 PSW
PC增1 PC DPTR P1锁存器 P1驱动器 P3锁存器 P3驱动器
51单片机存储器结构介绍
51单片机存储器结构介绍
MCS-51单片机在物理结构上有四个存储空间：
1、片内程序存储器
2、片外程序存储器
3、片内数据存储器
4、片外数据存储器
但在逻辑上，即从用户的角度上，8051单片机有三个存储空间：
1、片内外统一编址的64K的程序存储器地址空间（MOVC）
2、256B的片内数据存储器的地址空间（MOV）
3、以及64K片外数据存储器的地址空间（MOVX）
在访问三个不同的逻辑空间时，应采用不同形式的指令（具体我们在后面的指令系统学习时将会讲解），以产生不同的存储器空间的选通信号。
程序内存ROM
寻址范围：0000H ~ FFFFH容量64KB
EA = 1，寻址内部ROM；
EA = 0，寻址外部ROM
地址长度：16位
作用：存放程序及程序运行时所需的常数。
七个具有特殊含义的单元是：
0000H ——系统复位，PC指向此处；
0003H ——外部中断0入口
000BH —— T0溢出中断入口
0013H ——外中断1入口
001BH —— T1溢出中断入口
0023H ——串口中断入口
002BH —— T2溢出中断入口
内部数据存储器RAM
物理上分为两大区：00H ~ 7FH即128B内RAM和SFR区。作用：作数据缓冲器用。
下图是8051单片机存储器的空间结构图
程序存储器
一个微处理器能够聪明地执行某种任务，除了它们强大的硬件外，还需要它们运行的软件，其实微处理器并不聪明，它们只是完全按照人们预先编写的程序而执行之。那么设计人员编写的程序就存放在微处理器的程序存储器中，俗称只读程序存储器（ROM）。程序相当于给微处理器处理问题的一系列命令。其实程序和数据一样，都是由机器码组成的代码串。只是程序代码则存放于程序存储器中。
8051单片机的引脚及结构
片外ROM选通线。在执行 访问片外ROM的指令MOVC 时，8051自动在 PSEN 引脚产 生一个负脉冲，用于对片外 ROM的选通。其他情况下， 该引脚均为高电平封锁状态。
三、MCS-51单片机的工作方式
MCS-51系列单片机的工作方式可分为：复位方式、程 序执行方式、单片执行方式、掉电保护方式、节电工作方式和 EPROM编程/校验方式。
C1 CYS
C2
XTAL1 MCS-51
XTAL2
内部振荡方式
+5V
外 部 时 钟 源
TTL
MCS-51 XTAL2
XTAL1 VSS
外部振荡方式
返回本节
2、振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期
机器周期
指令周期
机器周期
S1
S2
S3
S4
S源自文库 S6
S1
S2
S3
S4
S5
S6
P1 P2 P1 XTAL2
4．I/O接口
I/O接口是MCS-51单片机对外部实现控制和信息交换的必 经之路，用于信息传送过程中的速度匹配和增加它的负载能力。
8051内部有4个8位并行接口P0, P1, P2, P3，有1个全双 工的可编程串行I/O接口。
5．定时器/计数器
8051内部有两个16位可编程序的定时器/计数器，均为 二进制加1计数器，分别命名为T0和T1。
第五节 单片机的内部存储器的组成
工 作寄存器的特点
在任一时刻，只能使用 4 组寄存 器 中的一组，正在使用的 那组寄存器称作当前工作寄 存器组。工作寄存器的这个使 用特点并不是浪费，换种说法就是用户可以自由选择 8 个 寄存 器 R0 ～ R7 的实际物理地址，比如可以选择第一组工 作寄存器，也即设定R0～R7的物理地 址为08H～0FH，用 户利用这种方法可以方便地达到保护数据的目的。比如选 用第 1 组工作 寄 存器后，可以把一些不希望变化的数据存 放在第 0 组 00H~07H或第二组 10H~1FH单元里，在程序运 行中，除非改变当前工作寄存器组，否则这些单元里的内 容是不会被破坏的。 MOV R1，#83H CPU 复位后，选中第 0 组寄存器为当前的工作寄存器。用 户可以通过设置特殊功能寄存器八位的程序状态字 PSW中 RSl、RS0两位的值来选择当前工作寄存器组。（ 程序状 态字 PSW将在本节特殊功能寄存器小节中介绍）
MOV 40H，＃60H
MOV DPTR，＃1000H
MOVX A，@DPTR
内部数据存储器RAM
• 数据存储空间也分成片内和片外两大部分： 片外RAM为64KB， 地址空间为0000H～FFFFH， 地址指针为DPTR，片外RAM是用 存储器芯片 扩展而成的，参考前面所讲外部存储器扩展部分。片 内RAM为256B，地址为00H～FFH。片内RAM又分为两个部分， 其中低128B(00H～7FH)是真正的RAM区，高128B(80H~FFH)为 特 殊功能寄存器(SFR)区。
8051单片机内部RAM结构图
地址 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 08H 09H 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH 10H 11H 12H 13H 14H 15H 16H 17H 18H 19H 1AH 1BH 1CH 1DH 1EH 1FH
7 6 5 4 3 2 1 0
共16个字节 16个字节
位 寻 址 区 用 户 RAM 区 P0 S源自文库 DPL DPH
20H
2FH 30H
共80个字节 80个字节
DPTR
T0 T1
7FH 80H 81H 82H 83H 84H 85H 86H PCON 87H TCON 88H TMOD 89H TL0 8AH TH0 8BH TL1 8CH TH1 8DH 8EH 8FH P1 90H 91H 92H 93H 94H 95H 96H 97H 98H
P2
99H 9AH 9BH 9CH 9DH 9EH 9FH A0H
IE
A8H
P3
B0H
IP
B8H
PSW
D0H
CY AC F0 RS1 RS0 OV -
P
第九课：8051单片机的存储器结构
第九课：8051单片机的存储器结构
MCS-51单片机在物理结构上有四个存储空间：
1、片内程序存储器
2、片外程序存储器
3、片内数据存储器
4、片外数据存储器
但在逻辑上，即从用户的角度上，8051单片机有三个存储空间：
1、片内外统一编址的64K的程序存储器地址空间（MOVC）
2、256B的片内数据存储器的地址空间（MOV）
3、以及64K片外数据存储器的地址空间（MOVX）
在访问三个不同的逻辑空间时，应采用不同形式的指令，以产生不同的存储器空间的选通信号。
程序内存ROM
寻址范围：0000H ~ FFFFH 容量64KB
EA = 1，寻址内部ROM；EA = 0，寻址外部ROM
地址长度：16位
作用：存放程序及程序运行时所需的常数。
七个具有特殊含义的单元是：
0000H ——系统复位，PC指向此处；
0003H ——外部中断0入口
000BH —— T0溢出中断入口
0013H ——外中断1入口
001BH —— T1溢出中断入口
0023H ——串口中断入口
002BH —— T2溢出中断入口
内部数据存储器RAM
物理上分为两大区：00H ~ 7FH即128B内RAM 和SFR区。
作用：作数据缓冲器用。
下图是8051单片机存储器的空间结构图
程序存储器
一个微处理器能够聪明地执行某种任务，除了它们强大的硬件外，还需要它们运行的软件，其实微处理器并不聪明，它们只是完全按照人们预先编写的程序而执行之。那么设计人员编写的程序就存放在微处理器的程序存储器中，俗称只读程序存储器（ROM）。程序相当于给微处理器处理问题的一系列命令。其实程序和数据一样，都是由机器码组成的代码串。只是程序代码则存放于程序存储器中。