1.2 51单片机的内部结构
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单片机
单片机原理及应用
内部RAM 256B
（地址00H~FFH）
外部RAM空间（/RD、/WR） 64KB （地址0000H~FFFFH）
内部ROM 4KB（地址 000H~FFFH）
/EA
外部ROM空间（/PSEN） 64KB（地址0000H~FFFFH）
=1 （8051） 从内部ROM取第一条指令，超过 4KB转向外部ROM =0 （8031） 从外部ROM取第一条指令
IP
中断、串行口和定时器逻辑
通道1锁存器
通道3锁存器
振荡器
通道1驱动器
通道3驱动器
缓冲器 PC递增器 程序计数器PC 数据指针DPTR
XTAL1
XTAL2
P1.0～P1.7
P3.0～P3.7
10
51单片机CPU
单片机原理及应用
由运算器和控制器构成 1、运算器
对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。 1．算术逻辑运算单元ALU 2．累加器A(Acc) A的作用：
RAM
通道0驱动器
通道0锁 存器
通道2驱动器
通道2锁存 器
ROM/ EPROM
程序地址寄存器
PSEN ALE
RST
EA
B寄存器
ACC TMP2
TMP1
堆栈指针SP
定时 指 指 和 令令 控制 寄 译 逻辑 存 码
器器
ALU PSW
PCON SCON TMOD TCON
TH0 TL0 TH1 TL1
SBUF(TX/RX) IE
6
8051单片机引脚描述
单片机原理及应用
单片机引脚分电源及时钟引脚、控制引脚和输入输 出端口引脚三部分。
电源及时钟引脚 1．电源引脚 （1）Vcc（40脚）：+5V电源； （2）Vss（20脚）：接地。 2．时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：采用外接晶体振荡器时， 此引脚应接地。 （2）XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端。
B0H 寄
A8H 存
A0H 器
98H 地
289805HH 6址字节
80H
外部 RAM
(I/O口 地址)
8位地址
FFFFH
外部 ROM
Harvard
片外RA用户MRAM区64k字节 16位地址
）片内320FRHH OM＋片外ROM
结
位寻址区
20H
构
1FH 工作寄
存储器配置的特点 普林斯顿结构：程序和数据共用一个存储器逻辑空间，统一
4
8051单片机引脚描述
单片机原理及应用
44 引 脚 方 形 封 装 方 式 （ 4 无 用 ）
5
8051单片机引脚描述
引脚分三部分：
电
源
及 时
X1
P0
钟来自百度文库
X2
引 脚
EA PSEN
P1
8051
控
ALE
P2
制
RST
引
VCC
脚
GND
P3
单片机原理及应用
并行I/O口引脚
P00~P07 P10~P17 P20~P27 P30~P37
程序计数器PC：当指令以PC所地址从程序存储器中取出后， PC值会自动增量，指向下一指令。
堆栈指针SP：指示堆栈起始地址。80C51堆栈位于片内RAM中， SP复位初始化地址07H，执行由08H单元开始。
指令译码器：当指令送入指令译码器后，由译码器对该指令 进行译码，CPU根据译码器输出的电平信号使定时控制电路 产生执行该指令所需要的各种控制信号。
（5）OV（PSW.2） 溢出标志位，运算结果超出-
128～+127范围时溢出，OV=1，否则OV=0表示无溢出
（6）P(PSW.0)奇偶标志位
P=1，A中“1”的个数为奇数
P=0，A中“1”的个数为偶数
12
51单片机CPU
单片机原理及应用
2、控制器
主要由程序计数器、堆栈指针、指令译码器和数据指针组成， 协调单片机各部分正常工作。
数据指针寄存器DPTR：16位寄存器，高低位字节分别DPH和 DPL，存放16位数据存储器地址，对片外64kBRAM区读写操作。
13
§1.2单片机存储器结构
按类位型 置有片RA内M和和片R外OM
单片机原理及应用
FFH
特
殊
哈
功 能
佛
寄
（
存 器
片内80RH AM
F0H
FFFFH
E0H D0H B8H
特 殊 功 能
7
8051单片机引脚描述
单片机原理及应用
控制引脚 (1) RST/VPD(9脚)：复位与备用电源 (2) ALE/PROG*（30脚）：
第一功能ALE：地址锁存允许 第二功能PROG*：编程脉冲输入端。 (3) PSEN* （29脚）：读外部程序存储器的选通信 号。可以驱动8个LS型TTL负载。 (4) EA*/VPP (31脚)： EA*为内外程序存储器选择 控制
2
8051单片机引脚描述
单片机原理及应用
40 只 引 脚 双 列 直 插 封 装 （
）
3
DIP
§1.1单片机的基本结构
单片机原理及应用
辅助电路 ROM
CPU 微处理器
CPU通过总线 来实现与存储器、 I/O接口的数据 交换
外设
RAM
I/O
控制总线 数据总线
地址总线
51单片机的数 据总线和地址总 线是分时复用的。
有 的 SFR 可 进 行 位寻址，其字节地址 的末位是0H或8H。
单片机原理及应用 17
§1.2单片机存储器结构
单片机原理及应用
SFR中的某些寄存器
1．堆栈指针SP
指出堆栈顶部在内部RAM中位置，复位后内容 07H，作用为1）保护断点；2）现场保护
堆栈向上生长 2. 数据指针DPTR
16位特殊功能寄存器，高位字节寄存器用DPH表 示，低位字节寄存器用DPL表示。 3. I/O端口P0～P3
P0～P3分别为I/O端口P0～P3的锁存器。
18
§1.2单片机存储器结构
单片机原理及应用
4.寄存器B
为乘法和除法操作而设置。普通寄存器（非乘除）。
5.串行数据缓冲器SBUF
存放待发送或已接收数据，一个字节地址，物理上 是由两个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器， 另一个是接收缓冲器。
6.定时器/计数器
(2) P1口：8位准双向I/PO3口.1，可T驱XD动4串个行L数S型据T发T送L负端
载。
P3.2 INT0 外部中断0请求
(3) P2口：8位准双向I/PO3口.3，与IN地T1址总外线部中（断高1请8位求）
复用，可驱动4个LS型TTPL3负.4载。T0 计数器0外部输入
(4) P3口：8位准双向I/PO3口.5，双T功1 能复计用数器口1，外部可输驱入
分片内和片外两部分，由EA*引脚电平确定，其中
0000H地址是系统程序的启动地址
5种中断源的中断入口地址
外中断0
0003H
定时器T0
000BH
外中断1
0013H
定时器T1
001BH
串行口
0023H
15
§1.2单片机存储器结构
片内RAM有256个字节 寄存器区:00H～1FH 分4组 R0～R7 位寻址区:20H～2FH，位地址00－7FH
两个16位定时器/计数器T1和T0，各由两个独立 的8位寄存器组成： TH1、TL1、TH0、TL0，只能字 节寻址，但不能把T1或T0当作一个16位寄存器来寻 址访问。
19
§1.2单片机存储器结构
单片机原理及应用
外部数据存储器
最多可外扩64K字节的RAM或I/O。注意： (1) 地址的重叠性（PSEN/RD、WR）
EA*=1，访问片内程序存储器， EA*=0，单片机则只访问外部程序存储器。 第二功能VPP，用于施加编程电压。
8
8051单片机引脚描述
单片机原理及应用
I/O口引脚
(1) P0口：双向8位三态引I/脚O口，转义脚地引址总线功（能低说8明位）
及数据总线分时复用，可P驱3.0动8个RXLDS型串TT行L数负据载接。收端
21
单片机原理及应用
关于存储器的问题： 1、若地址相同，如何区分访问的是哪一个空间？
靠指令区分。 2、内部数据存储器和外部数据存储器的区别联系？
共同点：二者均用于存放数据 不同点： 内部数据存储器在单片机内部，一般用于暂 存数据运算中间结果，访问比较频繁，速度较快，容 量小（256B），不影响引脚状态；
特点：可按位和字节访问。 用户数据区：30H ～7FH
特点：只能按字节访问，用于 数据缓冲区及堆栈区。
特殊功能寄存器SFR区: 80H～FFH 特点：管理定时器、中断、串口 等的寄存器，一般不用于暂存结果。
单片机原理及应用 16
§1.2单片机存储器结构
特殊功能寄存器 （SFR）
CPU 对 各 种 功 能 部件的控制采用特殊 功能寄存器集中控制 方式，共21个。
动4个LS型TTL负载。 P3.6 WR 外部数据存储器
注意:准双向口与双向三态口的差别。写
当3个准双向I/O口作输入P3口.7使用R时D ，要外向部数该据口存先储写器
“1”，另外准双向I/O口无高阻的“浮读空”状态。
9
8051单片机内部结构
单片机原理及应用
VCC (+5V)
GND
RAM地址 锁存器
（1）ALU单元的输入，暂存运算结果。 （2）数据传送大多都通过累加器A。
11
51单片机CPU
3．程序状态字寄存器PSW
单片机原理及应用
（1）Cy（PSW.7）进位标志位
（2）Ac(PSW.6) 辅助进位标志位
（3） F0（PSW.5）用户使用状态标志位
（4） RS1、RS0 工作寄存器区选择控制位1和位0。
外部数据存储器一般指接在单片机外部的存储器 芯片，用于存放大量用户数据，其访问将影响地址、 数据、控制等总线引脚，容量大（64KB）。
22
目录
单片机原理及应用
第一章 8051系列单片机基本组成
§1.1单片机的基本结构 §1.2单片机的存储器结构 §1.3CPU时序 §1.4复位信号和复位电路 §1.5并行I/O端口结构
1
§1.1单片机的基本结构
总线
片内存储 器
8位微 处理器
单片机原理及应用
定时和外部 脉冲进行计
数
4个输入输出 端口
8051单片机的基本组成
程序与数据存储器全部64K字节地址空间重叠 (2)程序存储器与数据存储器在使用上是严格区分 (3) 片外与片内数据存储器由指令来区分 (4) 片外数据存储区中，RAM与I/O端口统一编址。
所有外围I/O端口的地址均占用RAM地址单元，使 用与访问外部数据存储器相同的传送指令。
20
§1.2单片机存储器结构
编址。 哈佛结构： 程序与数据分为两个独立存储器逻辑空间，
分开编址。
存器区
00H
0000H
64kB
1000H
0FFFH 内部 0FFFH 外部
ROM
ROM
0000H (EA=1) 0000H (EA=0)
内部数据存储器
外部数据存储器
程序存储器
14
§1.2单片机存储器结构
单片机原理及应用
程序存储器
存放应用程序和表格之类的固定常数。
单片机原理及应用
内部RAM 256B
（地址00H~FFH）
外部RAM空间（/RD、/WR） 64KB （地址0000H~FFFFH）
内部ROM 4KB（地址 000H~FFFH）
/EA
外部ROM空间（/PSEN） 64KB（地址0000H~FFFFH）
=1 （8051） 从内部ROM取第一条指令，超过 4KB转向外部ROM =0 （8031） 从外部ROM取第一条指令
IP
中断、串行口和定时器逻辑
通道1锁存器
通道3锁存器
振荡器
通道1驱动器
通道3驱动器
缓冲器 PC递增器 程序计数器PC 数据指针DPTR
XTAL1
XTAL2
P1.0～P1.7
P3.0～P3.7
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51单片机CPU
单片机原理及应用
由运算器和控制器构成 1、运算器
对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。 1．算术逻辑运算单元ALU 2．累加器A(Acc) A的作用：
RAM
通道0驱动器
通道0锁 存器
通道2驱动器
通道2锁存 器
ROM/ EPROM
程序地址寄存器
PSEN ALE
RST
EA
B寄存器
ACC TMP2
TMP1
堆栈指针SP
定时 指 指 和 令令 控制 寄 译 逻辑 存 码
器器
ALU PSW
PCON SCON TMOD TCON
TH0 TL0 TH1 TL1
SBUF(TX/RX) IE
6
8051单片机引脚描述
单片机原理及应用
单片机引脚分电源及时钟引脚、控制引脚和输入输 出端口引脚三部分。
电源及时钟引脚 1．电源引脚 （1）Vcc（40脚）：+5V电源； （2）Vss（20脚）：接地。 2．时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：采用外接晶体振荡器时， 此引脚应接地。 （2）XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端。
B0H 寄
A8H 存
A0H 器
98H 地
289805HH 6址字节
80H
外部 RAM
(I/O口 地址)
8位地址
FFFFH
外部 ROM
Harvard
片外RA用户MRAM区64k字节 16位地址
）片内320FRHH OM＋片外ROM
结
位寻址区
20H
构
1FH 工作寄
存储器配置的特点 普林斯顿结构：程序和数据共用一个存储器逻辑空间，统一
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8051单片机引脚描述
单片机原理及应用
44 引 脚 方 形 封 装 方 式 （ 4 无 用 ）
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8051单片机引脚描述
引脚分三部分：
电
源
及 时
X1
P0
钟来自百度文库
X2
引 脚
EA PSEN
P1
8051
控
ALE
P2
制
RST
引
VCC
脚
GND
P3
单片机原理及应用
并行I/O口引脚
P00~P07 P10~P17 P20~P27 P30~P37
程序计数器PC：当指令以PC所地址从程序存储器中取出后， PC值会自动增量，指向下一指令。
堆栈指针SP：指示堆栈起始地址。80C51堆栈位于片内RAM中， SP复位初始化地址07H，执行由08H单元开始。
指令译码器：当指令送入指令译码器后，由译码器对该指令 进行译码，CPU根据译码器输出的电平信号使定时控制电路 产生执行该指令所需要的各种控制信号。
（5）OV（PSW.2） 溢出标志位，运算结果超出-
128～+127范围时溢出，OV=1，否则OV=0表示无溢出
（6）P(PSW.0)奇偶标志位
P=1，A中“1”的个数为奇数
P=0，A中“1”的个数为偶数
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51单片机CPU
单片机原理及应用
2、控制器
主要由程序计数器、堆栈指针、指令译码器和数据指针组成， 协调单片机各部分正常工作。
数据指针寄存器DPTR：16位寄存器，高低位字节分别DPH和 DPL，存放16位数据存储器地址，对片外64kBRAM区读写操作。
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§1.2单片机存储器结构
按类位型 置有片RA内M和和片R外OM
单片机原理及应用
FFH
特
殊
哈
功 能
佛
寄
（
存 器
片内80RH AM
F0H
FFFFH
E0H D0H B8H
特 殊 功 能
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8051单片机引脚描述
单片机原理及应用
控制引脚 (1) RST/VPD(9脚)：复位与备用电源 (2) ALE/PROG*（30脚）：
第一功能ALE：地址锁存允许 第二功能PROG*：编程脉冲输入端。 (3) PSEN* （29脚）：读外部程序存储器的选通信 号。可以驱动8个LS型TTL负载。 (4) EA*/VPP (31脚)： EA*为内外程序存储器选择 控制
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8051单片机引脚描述
单片机原理及应用
40 只 引 脚 双 列 直 插 封 装 （
）
3
DIP
§1.1单片机的基本结构
单片机原理及应用
辅助电路 ROM
CPU 微处理器
CPU通过总线 来实现与存储器、 I/O接口的数据 交换
外设
RAM
I/O
控制总线 数据总线
地址总线
51单片机的数 据总线和地址总 线是分时复用的。
有 的 SFR 可 进 行 位寻址，其字节地址 的末位是0H或8H。
单片机原理及应用 17
§1.2单片机存储器结构
单片机原理及应用
SFR中的某些寄存器
1．堆栈指针SP
指出堆栈顶部在内部RAM中位置，复位后内容 07H，作用为1）保护断点；2）现场保护
堆栈向上生长 2. 数据指针DPTR
16位特殊功能寄存器，高位字节寄存器用DPH表 示，低位字节寄存器用DPL表示。 3. I/O端口P0～P3
P0～P3分别为I/O端口P0～P3的锁存器。
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§1.2单片机存储器结构
单片机原理及应用
4.寄存器B
为乘法和除法操作而设置。普通寄存器（非乘除）。
5.串行数据缓冲器SBUF
存放待发送或已接收数据，一个字节地址，物理上 是由两个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器， 另一个是接收缓冲器。
6.定时器/计数器
(2) P1口：8位准双向I/PO3口.1，可T驱XD动4串个行L数S型据T发T送L负端
载。
P3.2 INT0 外部中断0请求
(3) P2口：8位准双向I/PO3口.3，与IN地T1址总外线部中（断高1请8位求）
复用，可驱动4个LS型TTPL3负.4载。T0 计数器0外部输入
(4) P3口：8位准双向I/PO3口.5，双T功1 能复计用数器口1，外部可输驱入
分片内和片外两部分，由EA*引脚电平确定，其中
0000H地址是系统程序的启动地址
5种中断源的中断入口地址
外中断0
0003H
定时器T0
000BH
外中断1
0013H
定时器T1
001BH
串行口
0023H
15
§1.2单片机存储器结构
片内RAM有256个字节 寄存器区:00H～1FH 分4组 R0～R7 位寻址区:20H～2FH，位地址00－7FH
两个16位定时器/计数器T1和T0，各由两个独立 的8位寄存器组成： TH1、TL1、TH0、TL0，只能字 节寻址，但不能把T1或T0当作一个16位寄存器来寻 址访问。
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§1.2单片机存储器结构
单片机原理及应用
外部数据存储器
最多可外扩64K字节的RAM或I/O。注意： (1) 地址的重叠性（PSEN/RD、WR）
EA*=1，访问片内程序存储器， EA*=0，单片机则只访问外部程序存储器。 第二功能VPP，用于施加编程电压。
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8051单片机引脚描述
单片机原理及应用
I/O口引脚
(1) P0口：双向8位三态引I/脚O口，转义脚地引址总线功（能低说8明位）
及数据总线分时复用，可P驱3.0动8个RXLDS型串TT行L数负据载接。收端
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单片机原理及应用
关于存储器的问题： 1、若地址相同，如何区分访问的是哪一个空间？
靠指令区分。 2、内部数据存储器和外部数据存储器的区别联系？
共同点：二者均用于存放数据 不同点： 内部数据存储器在单片机内部，一般用于暂 存数据运算中间结果，访问比较频繁，速度较快，容 量小（256B），不影响引脚状态；
特点：可按位和字节访问。 用户数据区：30H ～7FH
特点：只能按字节访问，用于 数据缓冲区及堆栈区。
特殊功能寄存器SFR区: 80H～FFH 特点：管理定时器、中断、串口 等的寄存器，一般不用于暂存结果。
单片机原理及应用 16
§1.2单片机存储器结构
特殊功能寄存器 （SFR）
CPU 对 各 种 功 能 部件的控制采用特殊 功能寄存器集中控制 方式，共21个。
动4个LS型TTL负载。 P3.6 WR 外部数据存储器
注意:准双向口与双向三态口的差别。写
当3个准双向I/O口作输入P3口.7使用R时D ，要外向部数该据口存先储写器
“1”，另外准双向I/O口无高阻的“浮读空”状态。
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8051单片机内部结构
单片机原理及应用
VCC (+5V)
GND
RAM地址 锁存器
（1）ALU单元的输入，暂存运算结果。 （2）数据传送大多都通过累加器A。
11
51单片机CPU
3．程序状态字寄存器PSW
单片机原理及应用
（1）Cy（PSW.7）进位标志位
（2）Ac(PSW.6) 辅助进位标志位
（3） F0（PSW.5）用户使用状态标志位
（4） RS1、RS0 工作寄存器区选择控制位1和位0。
外部数据存储器一般指接在单片机外部的存储器 芯片，用于存放大量用户数据，其访问将影响地址、 数据、控制等总线引脚，容量大（64KB）。
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目录
单片机原理及应用
第一章 8051系列单片机基本组成
§1.1单片机的基本结构 §1.2单片机的存储器结构 §1.3CPU时序 §1.4复位信号和复位电路 §1.5并行I/O端口结构
1
§1.1单片机的基本结构
总线
片内存储 器
8位微 处理器
单片机原理及应用
定时和外部 脉冲进行计
数
4个输入输出 端口
8051单片机的基本组成
程序与数据存储器全部64K字节地址空间重叠 (2)程序存储器与数据存储器在使用上是严格区分 (3) 片外与片内数据存储器由指令来区分 (4) 片外数据存储区中，RAM与I/O端口统一编址。
所有外围I/O端口的地址均占用RAM地址单元，使 用与访问外部数据存储器相同的传送指令。
20
§1.2单片机存储器结构
编址。 哈佛结构： 程序与数据分为两个独立存储器逻辑空间，
分开编址。
存器区
00H
0000H
64kB
1000H
0FFFH 内部 0FFFH 外部
ROM
ROM
0000H (EA=1) 0000H (EA=0)
内部数据存储器
外部数据存储器
程序存储器
14
§1.2单片机存储器结构
单片机原理及应用
程序存储器
存放应用程序和表格之类的固定常数。