1. 2. MCS-51 单片机的组成及结构分析 2.1 MCS-51 单片机的内部结构及结构特点 1 ）在 RAM 区有一个寄存器工作区（ 4×8 个工作寄存器）， 专门功能寄存器 SFR （完成定时器、串行口、中断逻辑等 控制）。 2 ）程序存储器与数据存储器在空间上分开。 有不同的地址指针 PC 、 DPTR 。 3 ）有 32 个 I/O 引脚，部分 I/O 引脚具有第二功能。 4 ）内部有一个全双工的串行接口，可同时发送和接收， 以 实现双机和多机通讯。 5 ）具有多个中断源，具有两级优先权控制。 6 ）内部有专门的位处理机。 7 ）可对内部程序加密。

4. 图 2-1 MCS-51 系列产品的引脚及封装 2.2 MCS-51 单片机的引脚及封装

9. MCS-51 单片机的总线工作方式 P0 P2 WR ALE RD 锁存器 （ 74HC373 ） D[0..7] A[0..7] A[8..15] RD WR

10. 8051 单片机有四个双向 8 位 I/O 口： P0—P3 口，每一个 口部由口锁存器（特殊功能寄存器）、输入三态缓冲器／输 出驱动器所组成。 1 ） P0 口 P0 口为三态双向 I ／ O 口， 可以驱动 8 个 LSTTL 电路。 P0 口作为地址／数据总线口使用，分时输出外部存贮器的低 8 位地址 A0—A7 和传送数据 D0—D7 。如果不作为系统扩展的 地址／数据总线口，它也可以作为输入／输出口使用。 2.3 I/O 端口及其锁存器

11. D Q P0 锁存器 CL Q VCC & 地址 / 数据 控制 读锁存器 读引脚 内部总线 写锁存器 引脚引脚

12. 3 ） P2 口 P2 口为准三态双向 I ／ O 口， 可以驱动 3 个 LSTTL 电路。 CPU 访问外部的程序存贮器时， P2 口输出程序存贮器的高 8 位地址 A8—A15 ，该地址来源于内部的程序计数器 PC 的高 8 位；当 CPU 以 16 位地址指针 DPTR 访问外部 RAM ／ IO 的时 候， P2 口输出的地址来源于 DPH ，其它情况下， P2 口作为 一般的 I ／ O 口 使用。

13. D Q P0 锁存器 CLK Q VCC 地址 控制 读锁存器 读引脚 内部总线 写锁存器 引脚引脚

14. 2 ） P1 口：为准双向口，它的每一位可以分别定义为输线 或 输出线。它可以驱动 3 个 LSTTL 电路。 D Q P0 锁存器 CL Q VCC 读锁存器 读引脚 内部总线 写锁存器 引脚

15. 4 ） P3 口：多功能口，它的第一功能为准三态双向 I ／ O 口， 第二功能为特殊输入／输出线。 D Q P0 锁存器 CLK Q VCC 读锁存器 读引脚 内部总线 写锁存器 引脚 & 选择输出功能

16. 2.4 MCS-51 的存储空间及存储器 若选择外部程序存储器 (EA=0) ，则 P0 、 P2 自动设置为 数据、地址工作方式。 目前，由于大容量内部程序存储器芯片的生产，采用外 部程序存储器的设计越来越少了。 通过开关，也可混合使用，如设计 PLC 时，在 PLC 处于 编程方式时使用片内程序，将外部程序存储器设计成数据存 储器，将用户所编写的程序写入外部程序存储器，在 PLC 处 于运行方式时则执行外部程序存储器中的用户程序 3.4.1 程序存储器 通过 EA 引脚来选择内部或外部程序存储器

17. P0 P2 WR ALE RD 锁存器 （ 74HC373 ） D[0..7] A[0..7] A[8..15] RD WR PSEN EA & VCC + + + 单片机 存储器

18. 3.4.2 数据存储器 MCS-51 系列弹 片机除了具有片内 数据存储器以外， 还可以通过外部端 口来扩展 64KB 的外 部数据存储器（或 I/O ）。但这些数据 必须用外部操作指 令 MOVX 将其读入 内部 RAM 或寄存器 中才能进行数据运 算和处理 P0 P2 WR ALE RD 锁存器 （ 74HC373 ） D[0..7] A[0..7] A[8..15] RD WR 单片机 存储器

19. 3.4.2 数据存储器 0000h 7Fh 80h FFh SFR 128B 直接寻址 通用 RAM 128B 可直接或 间接寻址 通用 RAM 128B 间接寻址 FFFFh 00h 外部扩展 I/O 空间 64KB 用 MOVX 指令 间接寻址 操作 52(32) 以上 型号单片机

20. 片内低 128BRAM: 堆栈或数据缓冲器 位寻址区 工作寄存器区 0 工作寄存器区 1 工作寄存器区 2 工作寄存器区 3 00h 08h 10h 18h 20h 30h 7Fh 16Byte (128bit 00h~7Fh) 工作寄存器区 R0~R7 地址由 PSW 中的 RS1 和 RS2 决定 不用的区域可用作堆栈或数据 缓冲器

21. 特殊功能寄存器 MCS-51 系列单片机具有数十个特殊功能寄存 器, 使用内部高 128B 的地址空间, 只能用直接寻址的 方式, 才能操作这些寄存器. 在这些特殊功能寄存器中, 位于 x0H 和 x8H 的寄 存器, 还支持位操作. 每个特殊功能寄存器和可位操作的每一位, 都有 自己的名字 ( 助记符 ), 在汇编语言程序设计时, 可直 接使用其名称, 不用去记其具体的地址. PSW: CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P

22. 外部数据存储器（ I/O ）的扩展 锁存器和触发器 D Q LE OE D Q CLK OE 高阻 D LE Q OE D CLK Q OE 触发器锁存器

23. 利用 CPLD/FPGA 扩展 I/O P0 P2 ALE 74373 A[0..7] A[8..15] WR RD 单片机 CPLD/FPGA 译码电路 74374 74244 OE 选通 控制 Swr0 Swr1 Q0 PA PB PC QA QB

24. 译码电路 完全译码和不完全译码 完全译码 : 利用所有地址线。用于端口多的复杂系统 不完全译码 : 利用部分地址线。一个引脚占用多个地址 例：上图中，若： Swr0=WR + !(A7 & !A0) 占用地址： ~xx1xxxxxx0 Swr1=WR + !(A7 & A0) 占用地址： ~xx1xxxxxx1 写 0080h 0090h…00F0h … FF80h…FFF0h, 则输出到同一端口 OE= RD + !A7; Q0= A7 & !A1 & !A0 & PA + A8 & !A1 & A0 & PB + A7 & A1 & !A0 & PC; 则 : 读 0080h…00F0h … … FFF0h 都是读 PA 端口

25. CPU 取出一条指令至该指令执行完所需的时间称为 指令周期，指令周期是以机器周期为单位的。 8051 的一个机器周期由六个状态 (S1 ， S2 ， … ， S6) 组成， 每一个状态为 2 个时钟周期 ( 时相 P1 ， P2) 。一个机器 周期有 12 个时钟周期 (S1P1 ， S1P2 ， S2P1 ， S2P2 ， … ， S6P1 ， S6P2) ，若晶振为 12MHz ，则一 个机器周期为 1  s 。 2.5 MCS-51 单片机工作时序

26. MCS-51 的工作时序图