單片機(jī) 第二章MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

第二章

MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理§2-1MCS－51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能§2-2MCS－51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和配置§2-3

并行I/O口結(jié)構(gòu)及工作原理§2-4時(shí)鐘電路與時(shí)序電路§2-5

復(fù)位電路主要內(nèi)容MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、工作原理、引腳功能、工作方式、時(shí)序和最小應(yīng)用系統(tǒng)本章要點(diǎn)：掌握

MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、PSW特殊功能寄存器的使用、引腳功能、最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；了解工作時(shí)序及工作方式。第一節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能教學(xué)內(nèi)容：一、MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)二、CPU

三、輸入／輸出端口結(jié)構(gòu)四、端口負(fù)載能力和接口要求五、MCS-5l引腳及功能MCS-51系列單片機(jī)配置一覽表系列片內(nèi)存儲(chǔ)器（字節(jié)）定時(shí)器計(jì)數(shù)器并行I/O串行I/O中斷源片內(nèi)ROM片內(nèi)RAM無有ROM有EPROMIntelMCS-51子系列803180C31805180C51(4K字節(jié))875187C51(4K字節(jié))128字節(jié)2x164x8位15IntelMCS-52子系列803280C32805280C52(8K字節(jié))875287C52(8K字節(jié))256字節(jié)3x164x8位16ATEML89C系列(常用型)1051(1K)/2051(2K)/4051(4K)（20條引腳DIP封裝）1282151589C51(4K)/89C52(8K)（40條引腳DIP封裝）128/2562/33215/6一、MCS-51內(nèi)部結(jié)構(gòu)并行口串行通信ROM4KB時(shí)鐘電路RAM128計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8051CPU控制邏輯可編程I/O口可編程全雙工串行口外部時(shí)鐘圖2-18051的功能部件圖外部中斷二、

CPU主要功能：產(chǎn)生各種控制信號(hào)，去控制存儲(chǔ)器、輸入／輸出端口的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及位操作處理等。

（一）運(yùn)算器組成：運(yùn)算器由算術(shù)邏運(yùn)算部件ALU、累加器Acc、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW、BCD碼運(yùn)算調(diào)整電路等組成。對(duì)數(shù)據(jù)完成算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算、循環(huán)移位、位處理。（二）控制器組成：由程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器、指令譯碼器、定時(shí)控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。功能：對(duì)來自存儲(chǔ)器中的指令進(jìn)行譯碼，通過定時(shí)控制電路，在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的全部內(nèi)部和外部控制信號(hào)，協(xié)調(diào)各功能元件的工作，完成指令所規(guī)定的功能。

特點(diǎn)：▼它是16位的按機(jī)器周期自動(dòng)加1計(jì)數(shù)器▼一切分支/跳轉(zhuǎn)/調(diào)用/中斷/復(fù)位

等操作的本質(zhì)就是:改變PC值▼總指向下一條指令所在首地址(當(dāng)前PC值)1．程序計(jì)數(shù)器PC(ProgramCounter)

一個(gè)16位的專用寄存器，用來存放下一條指令的地址。它具有自動(dòng)加1的功能。

2．指令寄存器

一個(gè)8位的寄存器，用于暫存待執(zhí)行的指令，等待譯碼。3．指令譯碼器

對(duì)指令寄存器中的指令進(jìn)行譯碼，分析它的功能，并根據(jù)功能產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。4.定時(shí)控制部件與時(shí)序

功能：在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的全部內(nèi)部和外部的控制信號(hào)，協(xié)調(diào)各功能元件工作，完成指令所規(guī)定的功能。主要任務(wù)：產(chǎn)生一個(gè)工作時(shí)序，其工作需要時(shí)鐘電路提供一個(gè)工作頻率。

三、MCS-51單片機(jī)的引腳及其功能AT89S52DIP40封裝MCS-51單片機(jī)40腳Vcc,GND2XTAL1,XTAL22RESET1EA/Vpp

1ALE/PROG

1PSEN

1P0.0—P0.7

8P1.0—P1.7

8

P2.0—P2.7

8

P3.0—P3.7

8（1）Vcc（40腳）,GND（20腳）

正電源端與接地端不同的單片機(jī)可以允許不同的工作電壓（+5V/3.3V/2.7V)，不同的單片機(jī)表現(xiàn)出的功耗也不同。（2）XTAL1（19腳）,XTAL2（18腳）

片內(nèi)振蕩電路輸入/輸出端對(duì)AT89S51/S52單片機(jī)，通常外接一個(gè)晶振兩個(gè)20或30pF電容，一個(gè)12M或11.0592MHz的晶振（3）RST/VPD(9腳)、ALE/PROG(30腳)

、EA/Vpp

(31腳)

、PSEN(29腳)控制信號(hào)引腳。RST/VPD：復(fù)位（正脈沖有效）/備用電源引腳復(fù)位使單片機(jī)進(jìn)入某種確定的初始狀態(tài)

退出處于節(jié)電工作方式的停頓狀態(tài)、退出一切程序進(jìn)程、退出程序的死循環(huán)，從頭開始。Vcc掉電期間，此引腳可接備用電源，能保護(hù)片內(nèi)RAM中的內(nèi)容不丟失。無論是HMOS型還是CHMOS型的單片機(jī)，在振蕩器正在運(yùn)行的情況下，復(fù)位是靠在RST引腳上施加持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期的高電平來實(shí)現(xiàn)的。MCS-51單片機(jī)通常采用的簡單復(fù)位電路有：上電自動(dòng)復(fù)位、外部脈沖復(fù)位、上電+按鈕電平復(fù)位、程序運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位等方式。簡單復(fù)位電路+5V10uF10kVccRSTGND上電復(fù)位10uF10kVccRSTGND上電+按鈕復(fù)位1k+5V程序運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位程序運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位通常是由各種類型的程序監(jiān)視定時(shí)器WDT（WatchdogTimer）俗稱為“看門狗”實(shí)現(xiàn)。WDT可保證程序非正常運(yùn)行（如程序“飛逸”、“死機(jī)”）時(shí)，能及時(shí)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，恢復(fù)程序正常運(yùn)行。“看門狗”工作原理：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)必須至少“喂狗”一次，即復(fù)位“看門狗”。否則“看門狗”電路將復(fù)位單片機(jī)。實(shí)現(xiàn)：可在軟件的合適地方加一條“喂狗”指令，使看門狗的定時(shí)時(shí)間永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)置。WDT通常有幾種實(shí)現(xiàn)方法供用戶選擇：1）單片機(jī)內(nèi)部帶有的WDT功能單元（如：S51）2）選擇μP（microprocessor）監(jiān)視控制器件，這些器件中大多有WDT電路，如Max705芯片等。μP監(jiān)視控制器件MAX705/706、DS1232等DS1232（看門狗）是DALLAS公司生產(chǎn)的一種微機(jī)監(jiān)控電路芯片。主要功能：產(chǎn)生上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，監(jiān)視電源電平，監(jiān)視軟件運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)程序運(yùn)行出現(xiàn)飛車時(shí)，產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。TD引腳連接至定時(shí)時(shí)間地（GND）150ms懸空600ms電源（Vcc）1200ms看門狗定時(shí)器定時(shí)時(shí)間設(shè)置Tol：電源檢測選擇端Tol接地，電源電壓跌至4.75V以下產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)Tol接VCC，電源電壓跌至4.5V以下產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)注意：保證看門狗定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出前復(fù)位看門狗定時(shí)器定時(shí)時(shí)間89S51看門狗功能的使用方法在ATMEL的89S51系列的89S51與89C51功能相同，指令兼容。89S51比89C51增加了一個(gè)看門狗功能。要激活A(yù)T89S51/52的看門狗功能，只需依次向WDTRST寄存器（SFR地址為0A6H）單元送入#01EH和#0E1H即可，使看門狗定時(shí)計(jì)數(shù)器工作。

AJMPMAIN

;啟動(dòng)看門狗MAIN:MOV0A6H,#01EH;先送1E

MOV0A6H,#0E1H;后送E1;主程序START:

.....

ACALLWDT;調(diào)用復(fù)位看門狗子程序

....

AJMPSTART;主程序********;復(fù)位看門狗子程序WDT:MOV0A6H,#01EH;先送1E

MOV0A6H,#0E1H;后送E1

RETEND注意事項(xiàng)：1．89S51的看門狗必須由程序激活后才開始工作。所以必須保證CPU有可靠的上電復(fù)位。否則看門狗也無法工作。2．看門狗使用的是CPU的晶振。在晶振停振的時(shí)候看門狗也無效。3．89S51只有14位計(jì)數(shù)器。在16383個(gè)機(jī)器周期內(nèi)必須至少喂狗一次。而且這個(gè)時(shí)間是固定的，無法更改。當(dāng)晶振為12M時(shí)每16個(gè)毫秒需喂狗一次。ALE/PROG（下降沿有效）（30腳）:

地址鎖存允許/編程脈沖輸入端。

P0口尋址外部低8位地址時(shí)接外部鎖存器74ls373的G端；

ALE端平時(shí)會(huì)輸出周期正脈沖：

f

fosc/6；

對(duì)片內(nèi)ROM編程時(shí)編程脈沖由此端加入。（指并行編程模式）EA/Vpp（31腳）:尋址外部ROM控制端/編程電源輸入端。低電平有效，片內(nèi)無ROM時(shí)必須接地；片內(nèi)有ROM時(shí)可以接高電平，也可以接低電平；接低電平時(shí)，只訪問片外ROM，接高電平時(shí)，訪問片內(nèi)ROM，超范圍時(shí)，訪問片外ROM對(duì)S51/S52單片機(jī)，若不擴(kuò)展ROM，/EA要接+5V

對(duì)片內(nèi)ROM編程時(shí)編程正電源加到此端。（指并行編程模式）PSEN（29腳）：尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)選通外部EPROM的讀控制端（OE），低電平有效。單片機(jī)鎖存器74LS373P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROMI/O口引腳

P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可帶8個(gè)LSTTL負(fù)載。

P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可帶4個(gè)

LSTTTL負(fù)載。

P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用。P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口。

無固定上拉電阻，有兩個(gè)MOS管串接。有固定的上拉電阻。無高阻“浮空”狀態(tài)。注意：準(zhǔn)雙向口與雙向口的差別。準(zhǔn)雙向口僅有兩個(gè)狀態(tài)。而P0口作為總線使用，口線內(nèi)無上拉電阻，處于高阻“懸浮”態(tài)。故P0口為雙向三態(tài)I/O口。為什么P0口要有高阻“懸浮”態(tài)？準(zhǔn)雙向I/O口則無高阻的“懸浮”狀態(tài)。另外，準(zhǔn)雙向口作通用I/O的輸入口使用時(shí)，一定要向該口先寫入“1”。·P3第二功能：

·串行口：P3.0：RXD串行輸入口。

P3.1：TXD串行輸出口?！ぶ袛啵?/p>

P3.2：INT0外部中斷0輸入。

P3.3：INT1外部中斷1輸入?！ざ〞r(shí)器／計(jì)數(shù)器：

P3.4：T0的外部輸入。

P3.5：T1的外部輸入。

·數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選通：

P3.6：WR，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O端口寫選通。

P3.7：RD，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O端口讀選通。小結(jié)1、單片機(jī)的引腳電源引腳：Vcc（40）、GND（20）XTAL1（19）、XTAL2（18）

控制引腳：RST/VPD(9)、ALE/PROG(30)

、EA/Vpp

(31)

、PSEN(29)輸入輸出引腳：P0、P1、P2、P32、常用的復(fù)位電路、控制引腳的功能四MCS-51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)

MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器采用的是哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是分開的。

8051在物理結(jié)構(gòu)上有

4個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器片外程序存儲(chǔ)器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

8051在邏輯結(jié)構(gòu)（用戶角度）有5個(gè)存儲(chǔ)空間：特殊功能寄存器片內(nèi)程序存儲(chǔ)器片外程序存儲(chǔ)器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

1、地址的重疊性存在3處重疊性，但是盡管有這些重疊，卻不會(huì)產(chǎn)生操作的混亂。這是因?yàn)镸CS-51采用了不同的操作指令及EA的控制選擇來自動(dòng)區(qū)分這些重疊的空間（1）程序存儲(chǔ)器片內(nèi)和片外低4KB重疊

EA接高電平,執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序，PC＞0FFFH，CPU自動(dòng)訪問片外。

EA接低電平，只執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器中的程序。（2）程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器全部64k重疊。訪問程序存儲(chǔ)器使用MOVC類指令。訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用MOV和MOVX類指令。（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)和片外低128B重疊訪問片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用MOV類指令。訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用MOVX類指令。2.

程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在使用上的嚴(yán)格區(qū)分

程序存儲(chǔ)器存放指令及常數(shù)表格，其操作指令不分片內(nèi)與片外。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存放數(shù)據(jù)，訪問片內(nèi)與片外的指令是不同的。3.

位地址共有2個(gè)區(qū)域。一個(gè)為20H-2FH單元中128位,另一個(gè)為SFR中被8整除的字節(jié)地址單元中的位.4.

片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中，RAM存儲(chǔ)單元與MCS-51外擴(kuò)的I/O口是統(tǒng)一編址的。因此，應(yīng)用系統(tǒng)中所有外圍I/O端口的地址均占用RAM地址單元。2.4.1程序存儲(chǔ)器

存放應(yīng)用程序和表格之類的固定常數(shù)。分為片內(nèi)和片外兩部分，由EA引腳上所接的電平確定。程序存儲(chǔ)器中的0000H地址是系統(tǒng)程序的啟動(dòng)地址

(2)程序存儲(chǔ)器的某些單元被固定用于各中斷源的中斷服務(wù)程序(ISR----InterruptServiceRoutine)的入口地址。2.4.2內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器MCS-51RAM在物理上和邏輯上分為兩個(gè)地址空間。片內(nèi)RAM：128字節(jié)，用MOV指令訪問。（從廣義上來說，應(yīng)該有256B。）片外RAM：可擴(kuò)展64K字節(jié)，用MOVX指令訪問。1工作寄存器區(qū)用寄存器直接尋址的區(qū)域。從00H～1FH，共32個(gè)單元，是4個(gè)通用工作寄存器組（表2–l），每個(gè)組包含8個(gè)8位寄存器，編號(hào)為R0～R7。RS1RS0組號(hào)寄存器R0～R7地址000組00H～07H011組08H～0FH102組10H～17H113組18H～1FH表2–1工作寄存器組2、位地址區(qū)211個(gè)（128個(gè)+83個(gè)）尋址位。位地址范圍為：00H～FFH。內(nèi)部RAM的可尋址位128個(gè)(字節(jié)地址20H～2FH)見表2-3（P13）。表2-3內(nèi)部RAM的可尋址位及位地址MOVC,20H;位地址MOVA,20H;字節(jié)地址3通用RAM30H~7FH按字節(jié)訪問表2-4SFR中的位地址分布3特殊功能寄存器（SpecialFunctionRegisters簡稱SFR）

1.在8051單片機(jī)中設(shè)置了21個(gè)特殊功能寄存器,它們不連續(xù)地分布在地址為80H-FFH的128個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間中。

2.在這21個(gè)SFR中，凡是字節(jié)地址能被8整除（即16進(jìn)制的地址碼尾數(shù)為0或8）的11個(gè)單元均具有位尋址能力,有效的位地址共有82個(gè)。表2-2SFR的名稱及其分布對(duì)于尚未定義的字節(jié)地址單元，用戶不能作普通寄存器使用，若訪問沒有定義的單元，將得到一個(gè)不確定的隨機(jī)數(shù)。

★21個(gè)特殊功能寄存器在各功能機(jī)構(gòu)的分布：中央處理器（CPU）：A、B、PSW、SP、DPTR（DPH、DPL）；并行口：P0、P1、P2、P3；串行口：SCON、SBUF、PCON；中斷系統(tǒng)：IE、IP；定時(shí)/計(jì)數(shù)器：TMOD、TCON、TH0、TL0、TH1、TL1。

增加不經(jīng)過累加器A的傳送指令，既可以加快數(shù)據(jù)的傳送速度，同時(shí)又可減少“瓶頸”現(xiàn)象的發(fā)生。

數(shù)據(jù)傳送大都通過通過A，易形成“瓶頸”。1)累加器A（ACC）

8位的累加器，也是CPU中使用最頻繁的寄存器。它的進(jìn)位標(biāo)志Cy是特殊的，因?yàn)樗瑫r(shí)是位處理器的一位累加器。思考：如何減少“瓶頸”現(xiàn)象的發(fā)生？是為執(zhí)行乘法和除法操作設(shè)置的，在不執(zhí)行乘法、除法操作的情況下，可作普通寄存器使用。乘法：A、B存放乘數(shù)和被乘數(shù)，乘積存放在BA寄存器對(duì)中。除法:

被除數(shù)取自A,除數(shù)取自B，商存放在A,余數(shù)存放于B。

2)寄存器B

3)程序狀態(tài)寄存器PSW（ProgramStatusWord）8位可讀寫的寄存器。其各位的定義如下：(1)Cy:進(jìn)位標(biāo)志位.在執(zhí)行算數(shù)和邏輯指令時(shí)，可被硬、軟件置位或清除，在位處理器中，它是位累加器。(2)AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志位當(dāng)進(jìn)行加法或減法操作而產(chǎn)生由低4位進(jìn)位或借位時(shí)，AC被硬件置1，否則被清除。(3)F0：標(biāo)志位(4)RS1、RS0:寄存器區(qū)選擇控制位(5)OV（PSW.2）溢出標(biāo)志位:當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時(shí)，由硬件置1或清0，以指示是否溢出。(6)P（PSW.0）奇偶標(biāo)志位:每個(gè)指令周期都由硬件來置位或清除，以表示累加器A中值為1的位數(shù)的奇偶數(shù)。

P=1，則A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。

P=0，則A中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。

此標(biāo)志位對(duì)串行口通訊中的數(shù)據(jù)傳輸有意義，常用奇偶檢驗(yàn)的方法來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

(A)=10101011P=1還是0?4)

堆棧指針SPSP是一個(gè)8位的SFR,堆棧的實(shí)質(zhì)是一個(gè)特殊的RAM區(qū)，主要功能是暫放數(shù)據(jù)和地址。堆棧的具體功能為：（1）保護(hù)斷點(diǎn)：子程序調(diào)用以及中斷時(shí)，最終都要返回主程序。為了保證程序能正確返回，應(yīng)該在堆棧中預(yù)先將主程序的斷點(diǎn)保護(hù)起來。

（2）

現(xiàn)場保護(hù)：單片機(jī)執(zhí)行子程序或ISR之后，很可能要用到單片機(jī)中的一些寄存器，為了不破壞寄存器中的原有內(nèi)容，可以把有關(guān)寄存器的內(nèi)容保存起來，送入堆棧。堆棧的操作有兩種方式：（1）指令方式，使用堆棧操作指令進(jìn)行進(jìn)棧/出棧操作。（2）自動(dòng)方式，在調(diào)用子程序或產(chǎn)生中斷時(shí)，返回地址（斷點(diǎn)）自動(dòng)進(jìn)棧。程序返回時(shí)，斷點(diǎn)地址再自動(dòng)彈回PC。這種堆棧操作不需要干預(yù)，是通過硬件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。

提示：系統(tǒng)復(fù)位后,SP初始化為07H，使得堆棧事實(shí)上由08H開始。因?yàn)?8H---1FH單元為工作寄存器區(qū)1---3,20H---2FH為位尋址區(qū)，在程序設(shè)計(jì)很可能要用到這些區(qū)，所以用戶在編程時(shí)最好把SP初值設(shè)為2FH或更大值，當(dāng)然同時(shí)還要顧及其允許的深度。要防止設(shè)置不當(dāng)，引起內(nèi)部RAM單元沖突。堆棧的特點(diǎn)：

先進(jìn)后出。堆棧的操作：進(jìn)棧（PUSH），出棧（POP）。第一個(gè)進(jìn)棧的數(shù)據(jù)所在的單元稱為棧底，然后逐次進(jìn)棧，最后進(jìn)棧的數(shù)據(jù)所在的存儲(chǔ)單元稱為棧頂。5)數(shù)據(jù)指針DPTR

是一個(gè)16位的地址指針寄存器。它主要用來存放16位地址，作間址寄存器使用?？捎脕碓L問64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O端口。

DPTR也可以拆成兩個(gè)獨(dú)立8位寄存器，即DPH（高8位字節(jié)）和DPL（低8位字節(jié)），分別占據(jù)83H和82H兩個(gè)地址。PC與DPTR： ⑴都是與地址有關(guān)的16位的寄存器。PC與程序存儲(chǔ)器的地址有關(guān)，DPTR與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O的地址有關(guān)。作為地址寄存器使用時(shí)，PC與DPTR都是通過P0和P2口輸出的。PC的輸出與ALE及PSEN信號(hào)有關(guān)；DPTR的輸出，則與ALE、WR、RD信號(hào)有關(guān)。 ⑵PC只能作為16位寄存器對(duì)待，是不可以訪問的。

DPTR可以作為16位寄存器，也可以作為兩個(gè)8位特殊功能寄存器，DPTR是可以訪問的。6)I/O端口P0---P3

特殊功能寄存器P0---P3分別為I/O端口P0---P3的鎖存器。在MCS-51中，I/O端口和RAM是統(tǒng)一編址的，所有訪問RAM單元的指令，都可用來訪問I/O端口。7)串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF

由兩個(gè)獨(dú)立的寄存器組成：發(fā)送緩沖器，接收緩沖器。存放欲發(fā)送或已接收的數(shù)據(jù)，一個(gè)字節(jié)地址，物理上是兩個(gè)獨(dú)立寄存器。8)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1和T0，各由兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器組成：TH1、TL1、TH0、TL0，只能字節(jié)尋址，但不能把T1或T0當(dāng)作一個(gè)16位寄存器來尋址訪問。五

并行輸入/輸出端口

80C51共有4個(gè)8位的并行雙向口，計(jì)有32根輸入／輸出（I/O）口線。各口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器所組成。由于它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上的一些差異，故各口的性質(zhì)和功能也就有了差異。2.5.1P0口

多功能的8位口，字節(jié)訪問地址為80H，位訪問地址為80H～87H。⒈位結(jié)構(gòu)

P0口位結(jié)構(gòu)原理圖見圖2-5。

圖2-5 P0口位結(jié)構(gòu)原理圖0

⑴

P0口中一個(gè)多路開關(guān)：多路開關(guān)的輸入有兩個(gè)，地址／數(shù)據(jù)輸出；輸出鎖存器的輸出/Q。多路開關(guān)的輸出用于控制輸出FETQ0的導(dǎo)通和截止。多路開關(guān)的切換由內(nèi)部控制信號(hào)控制。

⑵

P0口的輸出上拉電路導(dǎo)通和截止受內(nèi)部控制信號(hào)和地址／數(shù)據(jù)信號(hào)共同（相“與”）來控制。

⑶

當(dāng)內(nèi)部信號(hào)置1時(shí)，多路開關(guān)接通地址／數(shù)據(jù)輸出端。輸出狀態(tài)隨地址／數(shù)據(jù)線而變，P0口可以作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。這時(shí)上下兩個(gè)FET處于反相，構(gòu)成了推拉式的輸出電路，其負(fù)載能力大大增加。此時(shí)的P0口相當(dāng)一個(gè)雙向口。

作數(shù)據(jù)總線輸入時(shí)，CPU自動(dòng)使上下FET截止，P0口處于懸浮狀態(tài)。⑷當(dāng)內(nèi)部信號(hào)置0時(shí)，多路開關(guān)接通輸出鎖存器的Q端

由于內(nèi)部控制信號(hào)為0，與門關(guān)閉，上拉FET截止，形成P0口的輸出電路為漏極開路輸出。

輸出鎖存器的Q端引至下拉FET柵極，P0口的輸出狀態(tài)由下拉電路決定。

●在P0口作輸出口用時(shí)，若P0．i輸出1，輸出鎖存器的Q端為0，下拉FET截止，這時(shí)P0．i為漏極開路輸出；若P0．i輸出0，輸出鎖存器的Q端為1，下拉FET導(dǎo)通，P0．i輸出低電平?！裨赑0口作輸入口用時(shí)，為了使P0．i能正確讀入數(shù)據(jù)，必須先使P0.i置1。這樣，下拉FET也截止，P0．i處于懸浮狀態(tài)。A點(diǎn)的電平由外設(shè)的電平而定，通過輸入緩沖器讀入CPU，P0口相當(dāng)于一個(gè)高阻抗的輸入口。⒉P0口的功能

⑴作I／O口使用此時(shí)P0口為一個(gè)準(zhǔn)雙向口。與其它口的區(qū)別是，輸出時(shí)為漏極開路輸出，與NMOS的電路接口時(shí)必須要用電阻上拉，才能有高電平輸出；輸入時(shí)需先將口置1；但是有上拉電阻，作數(shù)據(jù)輸入時(shí)，口不是懸浮狀態(tài)。每根口線可以獨(dú)立定義為輸入或輸出。

⑵作地址／數(shù)據(jù)復(fù)用總線用（需外接地址鎖存器）相當(dāng)于一個(gè)真正的雙向口：輸出鎖存、輸入緩沖，作地址／數(shù)據(jù)復(fù)用總線用。作數(shù)據(jù)總線用時(shí)，輸入／輸出8位數(shù)據(jù)D0～D7；作地址總線用時(shí)，輸出低8位地址A0～A7。當(dāng)P0口作地址／數(shù)據(jù)復(fù)用總線用之后，就再也不能作I／O口使用了。它具有雙向口的一切特點(diǎn)。輸入時(shí)為懸浮狀態(tài)，為一個(gè)高阻抗的輸入口。

8位口，字節(jié)訪問地址為90H，位訪問地址為90H～97H。

⒈位結(jié)構(gòu)和工作原理

P1口的位結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。

2.5.2P1口圖2–6 P1口位結(jié)構(gòu)原理圖

⒉、P1口的特點(diǎn)

輸出鎖存器，輸出時(shí)沒有條件；

輸入緩沖，輸入時(shí)有條件，即需要先將該口設(shè)為輸入狀態(tài)，先輸出1；

工作過程中無高阻懸浮狀態(tài)，也就是該口不是輸入態(tài)就是輸出態(tài)。具有這種特性的口不屬于“真正”的雙向口，而被稱為“準(zhǔn)”雙向口。

⒊P1口的操作

⑴字節(jié)操作和位操作

CPU對(duì)于P1口可以作為一個(gè)8位口來操作，也可以按位來操作。有關(guān)字節(jié)操作的指令有：輸出：MOV P1，A ；P1←A MOV P1，＃data ；P1←＃data MOVP1，direct ；P1←direct

輸入：MOVA，P1 ；A←P1MOVdirect，P1 ；direct←P1

有關(guān)位操作的指令有： 置位、清除：SETBP1.i ；P1.i←1 CLR Pl．i ；P1．i←0

輸入、輸出：MOVP1．i，C ；P1．i←CY MOVC，P1．i ；CY←P1.i

判跳： JB P1．i，rel；P1.i=1，跳轉(zhuǎn)

JBC P1．i，rel；P1.i＝1，跳轉(zhuǎn)且 ；清P1.i＝0

邏輯運(yùn)算：ANL C，P1．i ；CY←（P1.i·CY）

ORLC，P1．i ；CY←（P1.i＋CY）

P1．i中的i＝0，…7。

P1口不僅可以以8位一組進(jìn)行輸入、輸出操作，還可以逐位分別定義各口線為輸入線或輸出線。例如：

ORL P1，＃00000010B

使P1．1位口線輸出l，而使其余各位不變。

ANLP1，＃11111101B

使P1．1位線輸出0，而使其余各位不變。⑵讀引腳操作和讀鎖存器操作從P1口的位結(jié)構(gòu)圖中可以看出，有兩種讀口的操作：一種是讀引腳操作，一種是讀鎖存器操作。

在響應(yīng)CPU輸出的讀引腳信號(hào)時(shí)，端口本身引腳的電平值通過緩沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線。這種類型的指令，執(zhí)行之前必須先將端口鎖存器置1，使A點(diǎn)處于高電平，否則會(huì)損壞引腳，而且也使信號(hào)無法讀出。這種類型的指令有：

MOVA，P1 ；A←P1 MOV direct，P1 ；direct←P1

在執(zhí)行讀鎖存器的指令時(shí)，CPU首先完成將鎖存器的值通過緩沖器BUF2讀入內(nèi)部，進(jìn)行修改，然后重新寫到鎖存器中去，這就是“讀—修改—寫”指令。這種類型的指令包含所有的口的邏輯操作（ANL、ORL、XRL）和位操作（JBC、CPL、MOV、SETB、CLR等）指令。

⑶P1口的多功能線在80C52中，P1．0和P1．1口線是多功能的，即除作一般雙向I/O口線之外，還具有下列功能：

P1．0：T2的外部輸入端T2；

P1．1：T2的外部控制端T2EX。

多功能的8位口，字節(jié)訪問地址為A0H，位訪問地址為A0H～A7H。

⒈P2口位結(jié)構(gòu)和工作原理

P2口位結(jié)構(gòu)原理圖示于圖2-7。多路開關(guān)的輸入有兩個(gè)：一個(gè)是口輸出鎖存器的輸出端Q；一個(gè)是地址寄存器（PC或DPTR）的高位輸出端。多路開關(guān)的輸出經(jīng)反相器反相后去控制輸出FET的Q0。多路開關(guān)的切換由內(nèi)部控制信號(hào)控制。輸出鎖存器的輸出端是Q而不是Q，多路開關(guān)之后需接反相器。

2.5.3P2口圖2-7P2口位結(jié)構(gòu)原理圖

⒉

P2口的功能⑴作I／O口使用時(shí)，P2口為一準(zhǔn)雙向口。⑵作地址輸出時(shí)，P2口可以輸出程序存儲(chǔ)器或片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的高8位地址，與P0輸出的低地址一起構(gòu)成16位地址線，從而可分別尋址64KB的程序存儲(chǔ)器或片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。地址線是8位一起自動(dòng)輸出的。⒊P2口使用中注意的問題⑴由于P2口的輸出鎖存功能，在取指周期內(nèi)或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀、寫選通期間，輸出的高8位地址是鎖存的，故無需外加地址鎖存器。⑵在系統(tǒng)中如果外接有程序存儲(chǔ)器，由于訪問片外程序存儲(chǔ)器的連續(xù)不斷的取指操作，P2口需要不斷送出高位地址，這時(shí)P2口的全部口線均不宜再作I/O口使用。2.5.4P3口多功能的8位口，字節(jié)訪問地址為B0H，位訪問地址為B0H～B7H。⒈位結(jié)構(gòu)與工作原理

P3口的位結(jié)構(gòu)原理如圖2-8所示。

與非門有兩個(gè)輸入端：一個(gè)為口輸出鎖存器的Q端，另一個(gè)為替代功能的控制輸出。與非門的輸出端控制輸出FET管Q0。

有兩個(gè)輸入緩沖器，替代輸入功能取自第一個(gè)緩沖器的輸出端；I/O口的通用輸入信號(hào)取自第二個(gè)緩沖器的輸出端。

圖2–8P3口位結(jié)構(gòu)原理圖輸出工作過程：

當(dāng)替代輸出功能B點(diǎn)置1時(shí)，輸出鎖存器的輸出可以順利通到引腳P3.i。其工作狀況與P1口相類似。這時(shí)P3口的工作狀態(tài)為I/O口，顯然此時(shí)該口具有準(zhǔn)雙向口的性質(zhì)。

當(dāng)輸出鎖存器的輸出置1時(shí)，替代輸出功能可以順利通到引腳P3.i。若替代輸出為0時(shí)，因與非門的C點(diǎn)已置l，現(xiàn)B點(diǎn)為0，故與非門的輸出為l，使Q0導(dǎo)通，從而使A點(diǎn)也為0。若替代輸出為1時(shí)，與非門的輸出為0，Q0截止，從而使A點(diǎn)也為高電平。這時(shí)P3口的工作狀態(tài)處于替代輸出功能狀態(tài)。⒉P3口的功能⑴可作I/O口使用，為準(zhǔn)雙向口。既可以字節(jié)操作，也可以位操作；既可以8位口操作，也可以逐位定義口線為輸入線或輸出線；既可以讀引腳，也可以讀鎖存器，實(shí)現(xiàn)“讀一修改一輸出”操作。⑵可以作為替代功能的輸入、輸出。

替代輸入功能：

P3.0：RXD，串行輸入口。

P3.2：INT0，外部中斷0的請(qǐng)求。

P3.3：INT1，外部中斷1的請(qǐng)求。

P3.4：T0，T0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入。

P3.5：T1，T1外部計(jì)數(shù)脈沖輸入。

替代輸出功能：

P3.l：TXD，串行輸出口。

P3.6：WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O端口寫選通。P3.7：RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O端口讀選通。

⑴地址總線（AddressBus,簡寫AB）地址線A0～A15共16位，P2口提供高8位地址A8～A15，P0口經(jīng)地址鎖存器提供低8位地址A0～A7。片外存儲(chǔ)器可尋址范圍達(dá)64KB（即=65536個(gè)字節(jié)）。⑵數(shù)據(jù)總線(DataBus，簡寫DB)

地址線D0-D7共8位，由P0口提供，分時(shí)輸送低8位地址（通過地址鎖存器鎖存）和8位數(shù)據(jù)信息。⑶控制總線(ControlBus，簡寫CB)

控制總線由P3口的第二功能/WR（P3.6）、/RD(P3.7)和3根獨(dú)立的控制線/EA、ALE和/PSEN組成。MCS-51單片機(jī)的片外三總線結(jié)構(gòu)所謂總線,就是連接單片機(jī)與系統(tǒng)中各部件的