2 51系列单片机硬件结构和功能

30H 2FH 20H 1FH
用户RAM区 位寻址区 第3寄存器组(RB3) 第2寄存器组(RB2) 第1寄存器组(RB1) 第0寄存器组(RB0) RS1=1 RS0=1 RS1=1 RS0=0 RS1=0 RS0=1 RS1=0 RS0=0
00H
存贮器的组织结构及功能
2.2.2 内部数据存贮器 1、低128字节的RAM块（00H～7FH） ①工作寄存器区：00H～1FH
5、并行I/O口 7、时钟电路
6、全双工串行口
有一个全双工的串行口
时钟电路用于单片机产生时钟脉冲序列，协调和控 制单片机的工作。
总体结构
2.1.2 51系列单片机的引脚定义及功能
44脚PQFP封装
44脚PLCC封装
总体结构
2.1.2 51系列单片机的引脚定义及功能
P1
Vcc P0
P3 P2 RST XTAL1 XTAL2 Vss ALE PSEN EA
40脚双列直插式封装
51单片机逻辑符号
总体结构
2.1.2 51系列单片机的引脚定义及功能 1、主电源引脚
①Vcc（40）：电源端，接+5V电源； ②Vss（20）：接地。
2、外接晶体引脚
①XTAL1（19）：一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了 片内振荡器。采用外部振荡器时，HMOS单片机，此引脚接地； CMOS单片机，此引脚为驱动端。 ②XTAL2（18）：接外部晶体的另一端。单片机内部为振荡器反 相放大器的输出端。采用外部振荡器时，HMOS 引脚接收振荡器 的信号；对CMOS，此引脚应悬浮。
存贮器的组织结构及功能
2.2.2 内部数据存贮器
2、特殊功能寄存器区（80H～0FFH）
SFR是用来对片内各功能模块进行管理、控制、监视的控制寄存器和状态寄存器， 是一个特殊功能的RAM区。SFR离散地分布在80H～FFH的特殊功能寄存器地址 空间
特殊功能寄存器 *P0 SP DPL DPH PCON *TCON TMOD TL0 TL1 TH0 TH1 TL2 TH2 T2MOD 字节地址 80H Hale Waihona Puke Baidu1H 82H 83H 87H 88H 89H 8AH 8BH 8CH 8DH 0CCH 0CDH 0C9H 特殊功能寄存器 *P1 *SCON SBUF *P2 *IE *P3 *IP *PSW *ACC *B 字节地址 90H 98H 99H 0A0H 0A8H 0B0H 0B8H 0D0H 0E0H 0F0H
位 地 址 D4 D3 7CH 7BH 74H 73H 6CH 6BH 64H 63H 5CH 5BH 54H 53H 4CH 4BH 44H 43H 3CH 3BH 34H 33H 2CH 2BH 24H 23H 1CH 1BH 14H 13H 0CH 0BH 04H 03H
D2 7AH 72H 6AH 62H 5AH 52H 4AH 42H 3AH 32H 2AH 22H 1AH 12H 0AH 02H
2000H 1FFFH 片 外 ROM （ /EA=0） 0000H /PSEN
51子系列
52子系列
MCS-51程序存贮器结构示意图
存贮器的组织结构及功能
2.2.1 程序存贮器
*T2中 断 程 序 入 口
002BH
程序 存贮 器中 有6/7 个单 元具 有特 殊功 能
串行口中断程序入口 T1中 断 程 序 入 口 中断入口地址 /INT1中 断 程 序 入 口 T0中 断 程 序 入 口 /INT0中 断 程 序 入 口 PC复 位 程 序 入 口
总体结构
2.1.2 51系列单片机的引脚定义及功能 3、控制或与其它电源共用引脚
①RST（9）：复位端。当振荡器运行时，在引引脚上出现两个机 器周期的高电平将使单片机复位。
复位后单片机寄存器的内容
寄存器
ACC B SP（堆栈指针 PSW（程序状态字） IP（中断优先级控制） IE（中断使能） TMOD（计数器模式控制） TCON（定时/计数控制） P0/P1/P2/P3
总体结构
2.1.2 51系列单片机的引脚定义及功能
P3（10~17）：它是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。这
8个引脚还用于专门功能
口线 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 T0（定时器0的外部事件输入） T1（定时器1的外部事件输入） 专用功能 RXD（串行输入线） TXD（串行输出线）
1、低128字节的RAM块（00H～7FH） ③堆栈和数据缓冲器
堆栈原则上可以设在内部RAM（00H~7FH或00H~FFH）的任 意区域，但由于00H~1FH和20H~2FH具有上面所述的特殊功能， 堆栈一般设在30H~7FH（或30H~FFH）范围内 进栈时，51系列的堆栈（SP）先加“1”，然后数据进栈（写入 SP指出的栈区）；而退栈时，先数据出栈（读出SP指出的单 元内容），然后（SP）减“1”。复位后SP的内容为07H。
寄存器中的内容
0000,0000B 0000,0000B 0000,0111B 0000,0000B ×××0,0000B 0××0,0000B 0000,0000B 0000,0000B 1111,1111B
总体结构
2.1.2 51系列单片机的引脚定义及功能
4、输入/输出引脚P0~P3
P0（39~32）：它是一个8位漏极开路型双向I/O口。在访问外部存 贮器时，它作为地址（低8位）和数据分时复用线。 P1（1~8）：它是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。 P2（21~28）：它是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。在访 问外部存贮器时，它送出高8位地址。
RCAP2L RCAP2H *T2CON
0CAH 0CBH 0C8H
存贮器的组织结构及功能
2.2.2 内部数据存贮器 3、高128字节的RAM块（80H～0FFH）
仅52子系列拥有高128字节的RAM 块，它和低128字节中的30H~7FH 一块构成堆栈和数据缓冲区。 访问高地址字节RAM时采用寄存器 间接寻址方式，访问SFR块是则只 能采用直接寻址方式。访问低128字 节RAM时，两种寻址方式都可采用。
CPU当前使用的工作寄存器区是由程序状态字 PSW的第3位（RS0）和第4位（RS1）指示的 PSW.4 PSW.3 当前使用的工作寄存器区 R0~R7 （RS1） （RS0） 0 0 0区（00H~07H） 0 1 1区（08H~0FH） 1 0 2区（10H~17H） 1 1 3区（18H~1FH）
D1 79H 71H 69H 61H 59H 51H 49H 41H 39H 31H 29H 21H 19H 11H 09H 01H
D0 78H 70H 68H 60H 58H 50H 48H 40H 38H 30H 28H 20H 18H 10H 08H 00H
存贮器的组织结构及功能
2.2.2 内部数据存贮器
2.2.1 程序存贮器
0FFFFH
0FFFFH
片 外 ROM
片 外 ROM
PC值 >0FFFH 0FFFH 片 内 ROM 4K （ /EA=1） 0000H
1000H 0FFFH 片 外 ROM （ /EA=0） 0000H /PSEN
PC值 >1FFFH 1FFFH 片 内 ROM 8K （ /EA=1） 0000H
2
51系列单片机硬件结构和功能
主要内容
2.1 总体结构 2.2 存贮器的组织结构及功能 2.3 I/O接口的结构及功能
2.4 定时/计数器的结构和功能
2.5 中断系统的结构和功能 2.6 时钟、时钟电路、CPU定时 2.7 单片机工作方式
2.1 总体结构
2.1.1 51系列单片机的一般总体结构
P 3.0 /WR ALE /PSEN P3.6 /RD /EA P3.7
①程序存储器ROM ②数据存储器RAM
2个16位的定时器/事件计数器（52子系列有3个定时器/事件计 数器），用于实现内部定时或外部计数的功能；并以其定时或 计数的结果（查询或中断方式）来实现控制功能。 有5个中断源（52系列有6个中断源），即外部中断2个，定时/ 计数器中断2个，串行口中断1个。全部中断可分为高级和低级 两个优先级别 共有四个8位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3）
R2
R3 R4 R5 R6 R7
12H
13H 14H 15H 16H 17H
R2
R3 R4 R5 R6 R7
1AH
1BH 1CH 1DH 1EH 1FH
R2
R3 R4 R5 R6 R7
存贮器的组织结构及功能
2.2.2 内部数据存贮器 1、低128字节的RAM块（00H～7FH） ①工作寄存器区：00H～1FH
存贮器的组织结构及功能
2.2.2 内部数据存贮器 4 位 存 贮 器
MSB LSB 字节地址 SFR 51单片机内部 RAM 中的 20H ～ 2FH 的 16 个单元 128 位（见表 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 2.2.4） F7H 8整除的 F6H F5H （表 F4H F3H *号的 F2HSFR F1H 以及地址能被 SFR 2.2.3中带 ）的F0H 11/12个单B F0H
P3.7
2.2 存贮器的组织结构及功能
51单片机的存贮器分类
片内程序存贮器 片外程序存贮器 物理上分 片内数据存贮器 片外数据存贮器 逻辑上分 256B（ 或 384B） 内 部 RAM地 址 空 间 64KB的 外 部 RAM 64KB内 外 统 一 的 程 序 存 贮 器
存贮器的组织结构及功能
寄存器和RAM地址映照表 0区 地址 寄存器 00H R0 01H R1 1区 地址 寄存器 08H R0 09H R1 2区 地址 寄存器 10H R0 11H R1 3区 地址 寄存器 18H R0 19H R1
02H
03H 04H 05H 06H 07H
R2
R3 R4 R5 R6 R7
0AH
0BH 0CH 0DH 0EH 0FH
0023H
001BH
0013H
000BH
0003H
0000H
存贮器的组织结构及功能
2.2.2 内部数据存贮器
FFH 只能间接寻址 (8051无 ) (8052有 ) 80H 7FH 可直接 (间接 )寻址 00H 可直接寻址 (SFR) 80H FFH
7FH 30H 2FH 20H 1FH 用户RAM区 位寻址区 第3寄存器组(RB3) 第2寄存器组(RB2) 第1寄存器组(RB1) RS1=1 RS0=1 RS1=1 RS0=0 RS1=0 RS0=1 RS1=0 RS0=0
P3.1
总体结构
1、CPU
ALU
2.1.1 51单片机的一般总体结构
由算术逻辑运算部件ALU、布尔处理器、工作寄存器和控制器组 成，是单片机的核心部件，主要完成单片机的运算和控制功能
和 布 尔 处 理 器
①加、减、乘、除算术运算； ②增量（加1）、减量（减1） 运算； ③十进制数调整； ④位置“1”、置“0”和取反； ⑤与、或、异或等逻辑操作； ⑥数据传送操作 控制器
内部RAM三块存贮空间
第0寄存器组(RB0) 00H
（b）低128B的结构 地 分 ①内部RAM（00H—0FFH） 址为 空 两 ②外部RAM（0000H—0FFFFH） 间个
存贮器的组织结构及功能
2.2.2 内部数据存贮器 1、低128字节的RAM块（00H～7FH）
7FH
①工作寄存器区 （00H~1FH） ②位寻址区 （20H~2FH） ③堆栈和数据缓冲区
累加器ACC、寄存器 B、程序状态字PSW、 寄 程序计数器PC、数 存 据指针DPTR、堆栈 器 指针SP、位于RAM 中的工作寄存器 R0~R7。
时钟发生器、定时控制逻辑、指令寄存器、译码器以及信息传 送控制部件等
总体结构
2.1.1 51单片机的一般总体结构
2、内部存储器
计︑ 数定 器时 统︑ 控中 制断 器系 3 / 4
存贮器的组织结构及功能
2.2.2 内部数据存贮器 1、低128字节的RAM块（00H～7FH） ②位寻址区（20H~2FH）
字节地址
2FH 2EH 2DH 2CH 2BH 2AH 29H 28H 27H 26H 25H 24H 23H 22H 21H 20H D7 7FH 77H 6FH 67H 5FH 57H 4FH 47H 3FH 37H 2FH 27H 1FH 17H 0FH 07H D6 7EH 76H 6EH 66H 5EH 56H 4EH 46H 3EH 36H 2EH 26H 1EH 16H 0EH 06H D5 7DH 75H 6DH 65H 5DH 55H 4DH 45H 3DH 35H 2DH 25H 1DH 15H 0DH 05H