请问一下mcs51系列单片机内部有哪些主要的逻辑部件_电脑网络问题_土巴兔装修问答
请问一下mcs51系列单片机内部有哪些主要的逻辑部件
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请问一下mcs51系列单片机内部有哪些主要的逻辑部件
提问者：卜典丽|
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MCS-51单片机的逻辑部件包括一个8为CPU及片内振荡器,80514B掩膜ROM,87514KB &&EPROM,8031无ROM,特殊功能寄存器SFR128B &&RAM,定时器/计数器T0及T1,并行I/O接口:P0,P1,P2,P3;串行接口:TXD,RXD;中断系统:INT0,INT1.
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深圳川大装饰设计有限公司
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MCS-51单片机的逻辑部件包括一个8为CPU及片内振荡器,80514B掩膜ROM,87514KB &&EPROM,8031无ROM,特殊功能寄存器SFR128B &&RAM,定时器/计数器T0及T1,并行I/O接口:P0,P1,P2,P3;串行接口:TXD,RXD;中断系统:INT0,INT1.
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MCS-51系列单片机MCU主要包括：cpu主芯片，内部通过总线连接扩展的设备，包括时钟电路（主要为单片机提供震荡脉冲）；电源电路（为单片机提供电源）；内部数据存储器RAM（包括通用数据寄存器和专用寄存器SFR，主要是数据存储区）程序存储器ROM（主要是存储程序，51系列有4K内部程序ROM，可以外扩64K）；并行端口4*8位（P0,P1,P2,P3主要是数据交换接口）；串行口（TXD,RXD用于串口通信）；中断系统（MCS-51有5个中断源：外中断0，定时计数T0，外中断1，定时计数T1，串口中断）；定时、计数器（16位用于外部的计数和定时功能）； &&学会单片机主要学会控制单片机的IO口，让单片机输出0或1就可以了！
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MCS-51单片机的逻辑部件包括一个8为CPU及片内振荡器,80514B掩膜ROM,87514KB &&EPROM,8031无ROM,特殊功能寄存器SFR128B &&RAM,定时器/计数器T0及T1,并行I/O接口:P0,P1,P2,P3;串行接口:TXD,RXD;中断系统:INT0,INT1.
体的详细资料也可以参考具体的单片机型号来确定
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> 第1章 单片机概述
第5节 MCS-51系列单片机简介
作为主流的单片机品种，MCS-51系列单片机市场份额占有量巨大，PHILIPS公司、ATMEL公司等纷纷开发了以8051为内核的单片机产品，这些产品都归属于MCS-51单片机系列。
1．5．1&& MCS-51单片机的内部组成。
MCS-51单片机的引脚和内部组成如图1.1所示。通常采用DIP或PLLD封装，
其内核是8051CPU，CPU的内部集成有运算器和控制器，运算器完成运算操作（包括数据运算、逻辑运算等），控制器完成取指令、对指令译码以及执行指令。MCS-51单片机的片内资源有：
图1.1& MCS-51单片机的内部组成
&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字节数据存储器（RAM）和21个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器有专门的用途，通常用于存放控制指令数据，不能用作用户数据的存放，用户能使用的RAM只有128个字节，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4K字节程序存储器（ROM），用于存放用户程序和数据表格。
&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，当定时/计数器产生溢出时，可用中断方式控制程序转向。
&并行输入输出(I/O)口：
8051共有4个8位的并行I/O口(P0、P1、P2、P3)，用于对外部数据的传输。
&全双工串行口：
8051内置一个全双工异步串行通信口，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，有五个中断源（两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断），可基本满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。
&时钟电路：
8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的时序脉冲，但需外接晶体振荡器和振荡电容。
1．5．2&& MCS-51系列单片机的主要产品
其中AT89S51单片机是一种新型的在线可编程的单片机，内部有：4K字节、Flash存储器，它使得单片机产品的软件可在线升级，也使得单片机的学习开发、程序的下载较过去方便许多。
Copyright &
.All Rights ReservedMCS-51单片机
- MCS-51单片机主要应用特性
单片机是INTE公司于1980年推出的产品，与MCS-48相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。
MCS-51单片机
MCS-51系列单片机主要包括和8751等通用产品，其主要功能如下：
▲&4kbytes&程序存储器(ROM)
▲&128bytes的数据存储器(RAM)
▲&32条I/O口线
▲&111条指令，大部分为单字节指令
▲&21个专用寄存器
▲&2个可编程定时/计数器
▲&5个中断源，2个优先级
▲&一个全双工串行通信口
▲&外部数据存储器寻址空间为64kB
▲&外部程序存储器寻址空间为64kB
▲&逻辑操作位寻址功能
▲&双列直插40PinDIP封装
▲&单一 5V电源供电 &
MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。正因为其优越的性能和完善的结构，导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构，有许多世界大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机，象PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品，就连我国的台湾WINBOND公司也发展了兼容C51(人们习惯将MCS-51简称C51,如果没有特别声明，二者同指MCS-51系列单片机)的单片机品种。
近年来C51获得了飞速的发展，C51的发源公司INTEL由于忙于开发PC及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机，而由其它厂商将其发展，最典型的是PHILIPS和ATML，PHILIPS公司主要是改善其性能，在原来的基础上发展了高速I/O口，A/D转换器，PWM(脉宽调制)、WDT等增强功能，并在低电压、微功耗、扩展串行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善。
在发展C51的低功耗，高速度和增强型功能上作了不少贡献，当初主要由其来发展，他们的83Cxx和87Cxx系列省去了并行，适合于作为家用电器类控制的经济型单片机。
推出的AT89Cxx系列兼容C51的单片机，完美地将Flash(非易失闪存技术)EEPROM与80C51内核结合起来，仍采用C51的总体结构和指令系统，Flash的可反擦写程序存储器能有效地降低开发费用，并能使单片机作多次重复使用。
也沿用C51的内核，相继推出了C500系列单片机，在保持了与C51指令兼容的前提下，其产品的性能得到了进一步的提升，特别是在抗干扰性能，电磁兼容和通信控制总线功能上独树一帜，其产品常用于工作环境恶劣的场合。亦适用于通信和家用电器控制领域。
还有的亦开发了一系列兼容C51的单片机，其产品通常具备丰富的功能特性，而且与其质优价廉在市场也占有一定的分额。
下表是80C51系列单片机的主要分类及功能特性：
系列 典型芯片 I/O口 定时/计数器 中断源 串行通信口 片内RAM 片内ROM 说明
&4x8位 2x16位 5 1 128字节 无 &
80C51 4x8位 2x16位 5 1 128字节 4kB掩膜ROM &
87C51 4x8位 2x16位 5 1 128字节 4kBEPROM &
&4x8位 2x16位 5 1 128字节 4kBEEPROM &
80C32 4x8位 2x16位 6 1 256字节 无 &
80C51 4x8位 2x16位 6 1 256字节 8kB掩膜ROM &
87C52 4x8位 2x16位 6 1 256字节 4kBEPROM &
&4x8位 2x16位 6 1 256字节 4kBEEPROM &
代表产品8051性能简介
8051是MCS-51系列单片机中的代表产品，它内部集成了功能强大的中央处理器，包含了硬件乘除法器、21个专用控制寄存器、4kB的程序存储器、128字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时/计数器、一个全双工的串行口以及。
MCS-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达2^16=64kB，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备对I/O口的访问能力。此外，MCS-51采用模块化结构，可方便地增删一个模块就可引脚和指令兼容的新产品。从而容易使产品形成系列化。
由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和及各种逻辑运算和转移指令，这给应用提供了极大的便利。
MCS-51的指令系统近乎完善，指令系统中包含了全面的数据传送指令、完善的算术和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令、对于编程来说，是相当灵活和方便的。
MCS-51的工作频率为2-12MHz，当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为1us,这个速度应该说是比较快的。
8051中集成了完善的各种中断源，用户可十分方便地控制和使用其功能，使得它的应用范围加大，可以说它可以满足绝大部分的应用场合。
MCS-51把微型的主要部件都集成在一块心片上，使得数据传送距离大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。因此，在工业测控系统中，使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。
MCS-51的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，介绍其功能特性书籍和开发软件随处可取，只需配备一台PC（个人电脑——对电脑的配置基本上无要求），一台仿真编程器即可实现产品开发，早期的开发软件多使用DOS版本，随着视窗软件的普及，现在几乎都使用版本，并且软件种类繁多，琳琅满目，在众多的单片机品种中，C51的环境资源是最丰富的，这给C51用户带来极大的便利。
MCS-51单片机
- MCS-51结构原理
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、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
805内部结构
(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。
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。
8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。
MCS-51的引脚说明&
8051引脚图
MCS-51系列单片机中的及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：
&&&&·Pin20:接地脚。
&&&&·Pin40:正电源脚，正常工作或对片内EPROM时，接 5V电源。
&&&&·Pin19:时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。
&&&&·Pin18:时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。
8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接(2-12MHz)和，的值一般取10p-30p。另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。&&&
输入输出(I/O)引脚
Pin39-Pin32为P0.0-P0.7输入输出脚，Pin1-Pin1为P1.0-P1.7输入输出脚，Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚，Pin10-Pin17为P3.0-P3.7输入输出脚，这些输入输出脚的功能说明将在以下内容阐述。
8051时钟电路
Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括R0-R7）的状态，8051的初始态如下表：
&特殊功能寄存器
&&&&&& 初始态&&&&&&&&&&&&
特殊功能寄存器&
&&&&&& 初始态&&&&&&
&xxx00000B
&0xx00000B
&xxxxxxxxB
&&1111111B&
&0xxxxxxxB
8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电期间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。
5081时钟电路
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
Pin30:&ALE/PROG当访问外部程序器时，ALE()的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。
如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。
Pin29:PESN当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。
Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。
在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。
MCS-51单片机
- MCS-51单片机的指令时序
时序是用定时单位来描述的，MCS-51的时序单位有四个，它们分别是节拍、状态、机器周期和指令周期，接下来我们分别加以说明。
节拍与状态
我们把振荡脉冲的周期定义为节拍（为方便描述，用P表示），振荡脉冲经过二分频后即得到整个单片机工作系统的时钟信号，把时钟信号的周期定义为状态（用S表示），这样一个状态就有两个节拍，前半周期相应的节拍我们定义为1(P1)，后半周期对应的节拍定义为2(P2)。
MCS-51有固定的机器周期，规定一个机器周期有6个状态，分别表示为S1-S6，而一个状态包含两个节拍，那么一个机器周期就有12个节拍，我们可以记着S1P1、S1P2……S6P1、S6P2，一个机器周期共包含12个振荡脉冲，即机器周期就是振荡脉冲的12分频，显然，如果使用6MHz的时钟频率，一个机器周期就是2us，而如使用12MHz的时钟频率，一个机器周期就是1us。
执行一条指令所需要的时间称为指令周期，MCS-51的指令有单字节、双字节和三字节的，所以它们的指令周期不尽相同，也就是说它们所需的机器周期不相同，可能包括一到四个不等的机器周期。
MCS-51的指令时序
MCS-51指令系统中，按它们的长度可分为单字节指令、双字节指令和三字节指令。执行这些指令需要的时间是不同的，也就是它们所需的机器周期是不同的，有下面几种形式：
&&&&△&单字节指令单机器周期
&&&&△&单字节指令双机器周期
&&&&△&双字节指令单机器周期
&&&&△&双字节指令双机器周期
&&&&△&三字节指令双机器周期
&&&&△&单字节指令四机器周期(如单字节的乘除法指令)
下图是MCS-51系列单片机的指令时序图：&
MCS-51的取指时序
上图是单周期和双周期取指及执行时序，图中的ALE脉冲是为了锁存地址的选通信号，显然，每出现一次该信号单片机即进行一次读指令操作。从时序图中可看出，该信号是时钟频率6分频后得到，在一个机器周期中，ALE信号两次有效，第一次在S1P2和S2P1期间，第二次在S4P2和S5P1期间。&
典型的指令时序
单字节单周期指令：
单字节单周期指令只进行一次读指令操作，当第二个有效时，PC并不加1，那么读出的还是原指令，属于一次无效的读操作。
双字节单周期指令：
这类指令两次的都是有效的，只是第一个ALE信号有效时读的是操作码，第二个ALE信号有效时读的是操作数。
单字节双周期指令：
两个机器周期需进行四读指令操作，但只有一次读操作是有效的，后三次的读操作均为无效操作。
单字节双周期指令有一种特殊的情况，象MOVX这类指令，执行这类指令时，先在ROM中读取指令，然后对外部数据存储器进行读或写操作，头一个机器周期的第一次读指令的操作码为有效，而第二次读指令操作则为无效的。在第二个指令周期时，则访问外部数据存储器，这时，ALE信号对其操作无影响，即不会再有读指令操作动作。
上页的时序图中，我们只描述了指令的读取状态，而没有画出指令执行时序，因为每条指令都包含了具体的操作数，而操作数类型种类繁多，这里不便列出，有兴趣的读者可参阅有关书籍。&
外部程序存储器(ROM)读时序
8051外部程序存储器读时序
右图8051外部程序存储器读时序图，从图中可看出，P0口提供低8位地址，P2口提供高8位地址，S2结束前，P0口上的低8位地址是有效的，之后出现在P0口上的就不再是低8位的地址信号，而是指令数据信号，当然地址信号与指令数据信号之间有一段缓冲的过度时间，这就要求，在S2其间必须把低8位的地址信号锁存起来，这时是用ALE去控制锁存器把低8位地址予以锁存，而P2口只输出地址信号，而没有指令数据信号，整个机器周期地址信号都是有效的，因而无需锁存这一地址信号。&&
从外部程序存储器读取指令，必须有两个信号进行控制，除了上述的ALE信号，还有一个（外部ROM读选通脉冲），上图显然可看出，PSEN从S3P1开始有效，直到将地址信号送出和外部程序存储器的数据读入CPU后方才失效。而又从S4P2开始执行第二个读指令操作。&
外部数据存储器(RAM)读时序
8051外部程序存储器读时序
右图8051外部数据存储器图，从ROM中读取的需执行的指令，而CPU对外部数据存储的访问是对RAM进行数据的读或写操作，属于指令的，值得一提的是，读或写是两个不同的机器周期，但他们的时序却是相似的，我们只对RAM的读时序进行分析。
上一个机器周期是取指阶段，是从ROM中读取指令数据，接着的下个周期才开始读取外部数据存储器RAM中的内容。&&
在S4结束后，先把需读取RAM中的地址放到总线上，包括P0口上的低8位地址A0-A7和P2口上的高8位地址A8-A15。当RD选通脉冲有效时，将RAM的数据通过P0数据总线读进CPU。第二个机器周期的ALE信号仍然出现，进行一次外部ROM的读操作，但是这一次的读操作属于无效操作。
对外部RAM进行写操作时，CPU输出的则是WR（写选通信号），将数据通过P0数据总线写入外部存储中。&
MCS-51单片机
- MCS-51单片机输入输出口
位I/O口：P0、P1、P2和P3口，P1、P2和P3为，P0口则为双向三态输入输出口，下面我们分别介绍这几个口线：
P0口锁存器和缓存器结构
P0口和P2口
右图为P0口和P2口其中一位的电路图，由图可见，电路中包含一个数据输出锁存器和两个三态数据输入缓冲器，另外还有一个数据输出的驱动和控制电路。这两组口线用来作为CPU与外部数据存储器、外部程序存储器和I/O扩展口，而不能象P1、P3直接用作输出口。它们一起可以作为外部地址总线，P0口身兼两职，既可作为地址总线，也可作为数据总线。&
P2口锁存器和缓存器结构
P2口作为外部数据存储器或程序存储器的地址总线的高8位输出口AB8-AB15，P0口由ALE选通作为地址总线的低8位输出口AB0-AB7。外部的程序存储器由PSEN信号选通，数据存储器则由WR和RD读写信号选通，因为216=64k，所以8051最大可外接64kB的程序存储器和数据存储器。
右图为P1口其中一位的电路图，P1口为8位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口，当作为输入口时，1写入锁存器，Q(非)=0，T2截止，内上拉电阻将电位拉至&1&，此时该口输出为1，当0写入锁存器，Q(非)=1,T2导通，输出则为0。
P1口锁存器和缓存器结构
作为输入口时，锁存器置1，Q(非)=0，T2截止，此时该位既可以把外部电路拉成低电平，也可由内部上拉电阻拉成高电平，正因为这个原因，所以P1口常称为准双向口。需要说明的是，作为输入口使用时，有两种情况，其一是：首先是读锁存器的内容，进行处理后再写到锁存器中，这种操作即读—修改—写操作，象JBC(逻辑判断)、CPL(取反)、INC(递增)、DEC(递减)、ANL(与逻辑)和(逻辑或)指令均属于这类操作。其二是：读P1口线状态时，打开三态门G2,将外部状态读入CPU。
P3口的电路如上图所示，P3口为准双向口，为适应引脚的第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑，在真正的应用电路中，第二功能显得更为重要。由于第二功能信号有输入输出两种情况，我们分别加以说明。
P3口锁存器结构
P3口的输入输出及P3口锁存器、中断、定时/计数器、串行口和特殊功能寄存器有关，P3口的第一功能和P1口一样可作为输入输出端口，同样具有字节操作和位操作两种方式，在位操作模式下，每一位均可定义为输入或输出。
我们着重讨论P3口的第二功能，P3口的第二功能各管脚定义如下：
&&&&△&P3.0&&&&&串行输入口(RXD)
&&&&△&P3.1&&&&&串行输出口(TXD)
&&&&△&P3.2&&&&&外中断0(INT0)
&&&&△&P3.3&&&&&外中断1(INT1)
&&&&△&P3.4&&&&&定时/计数器0的外部输入口(T0)
&&&&△&P3.5&&&&&定时/计数器1的外部输入口(T1)
&&&&△&P3.6&&&&&外部数据存储器写选通(WR)
&&&&△&P3.7&&&&&外部数据存储器读选通(RD)
对于第二功能为输出引脚，当作I/O口使用时，第二功能信号线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出口数据输出通路畅通无阻。而当作第二功能口线使用时，该位的锁存器置高电平，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出。对于第二功能为输入的信号引脚，在口线上的输入通路增设了一个缓冲器，输入的第二功能信号即从这个缓冲器的输出端取得。而作为I/O口线输入端时，取自的输出端。这样，不管是作为输入口使用还是第二功能信号输入，输出电路中的锁存器输出和第二功能输出信号线均应置“1”。&
MCS-51单片机
- MCS-51单片机存储器结构
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。
8051片内有4kB的程序存储单元，其地址为0000H—0FFFH，单片机启动复位后，程序计数器的内容为0000H，所以系统将从0000H单元开始执行程序。但在程序存储中有些特殊的单元，这在使用中应加以注意：
其中一组特殊是0000H—0002H单元，系统复位后，PC为0000H，单片机从0000H单元开始执行程序，如果程序不是从0000H单元开始，则应在这三个单元中存放一条无条件转移指令，让CPU直接去执行用户指定的程序。
另一组特殊单元是0003H—002AH，这40个单元各有用途，它们被均匀地分为五段，它们的定义如下：
&& & 0003H—000AH&&外部中断0中断地址区。
&&&&&000BH—0012H&&定时/计数器0中断地址区。
&&&&&0013H—001AH&&外部中断1中断地址区。
&&&&&001BH—0022H&&定时/计数器1中断地址区。
&&&&&0023H—002AH&&串行中断地址区。
可见以上的40个单元是专门用于存放中断处理程序的地址单元，中断响应后，按中断的类型，自动转到各自的中断区去执行程序。因此以上地址单元不能用于存放程序的其他内容，只能存放。但是通常情况下，每段只有8个地址单元是不能存下完整的中断服务程序的，因而一般也在中断响应的地址区安放一条无条件转移指令，指向程序存储器的其它真正存放中断服务程序的空间去执行,这样中断响应后，CPU读到这条转移指令，便转向其他地方去继续执行中断服务程序。
数据存储器
内部数据存储器的配置
数据存储器也称为随机存取数据存储器。MCS-51单片机的数据存储器在物理上和逻辑上都分为两个地址空间，一个是内部数据存储区和一个外部数据存储区。MCS-51内部RAM有128或256个字节的用户数据存储（不同的型号有分别），它们是用于存放执行的中间结果和过程数据的。MCS-51的数据存储器均可读写，部分单元还可以位寻址。&
8051内部RAM共有256个单元，这256个单元共分为两部分。其一是地址从00H—7FH单元（共128个字节）为用户数据RAM。从80H—FFH地址单元（也是128个字节）为特殊寄存器（SFR）单元。从图1中可清楚地看出它们的结构分布。
内部数据存储器的配置
在00H—1FH共32个单元中被均匀地分为四块，每块包含八个8位寄存器，均以R0—R7来命名，我们常称这些寄存器为通用寄存器。这四块中的寄存器都称为R0—R7，那么在程序中怎么区分和使用它们呢？聪明的INTEL工程师们又安排了一个寄存器——（PSW）来管理它们，CPU只要定义这个寄存的PSW的第3和第4位（RS0和RS1），即可选中这四组通用寄存器。对应的编码关系如图2所示。
内部RAM的20H—2FH单元为位寻址区，既可作为一般单元用字节寻址，也可对它们的位进行寻址。位寻址区共有16个字节，128个位，位地址为00H—7FH。位地址分配如表1所示，CPU能直接寻址这些位，执行例如置“1”、清“0”、求“反”、转移，传送和逻辑等操作。我们常称MCS-51具有布尔处理功能，布尔处理的存储空间指的就是这些为寻址区。&
表1&&RAM位寻址区地址表&
&& & & &&& & & & & & & MSB&&&&&&&&位地址&&&&&&&&LSB&
&& & & & &2FH & & & & & & & & 7FH&7EH&7DH&7CH&7BH&7AH&79H&78H&
&& & & & &2EH & & & & & & & & 77H&76H&75H&74H&73H&72H&&70H&
&& & & & &2DH & & & & & & & & 6FH&6EH&6DH&6CH&6BH&6AH&69H&68H&
&& & & & &2CH & & & & & & & & 67H&66H&65H&64H&63H&62H&61H&60H&
&& & & & &2BH & & & & & & & & 5FH&5EH&5DH&5CH&5BH&5AH&59H&58H&
&& & & & &2AH & & & & & & & & 57H&56H&55H&54H&53H&52H&51H&50H&
&& & & & &29H & & & & & & & & 4FH&4EH&4DH&4CH&4BH&4AH&49H&48H&
&& & & & &28H & & & & & & & & 47H&46H&&44H&43H&42H&41H&40H&
&& & & & &27H & & & & & & & & 3FH&3EH&3DH&3CH&3BH&3AH&39H&38H&
&& & & & &26H & & & & & & & & 37H&36H&35H&34H&33H&32H&31H&30H&
&& & & & &25H & & & & & & & & 2FH&2EH&2DH&2CH&2BH&2AH&29H&28H&
&& & & & &24H & & & & & & & & 27H&26H&25H&24H&23H&22H&21H&20H&
&& & & & &23H & & & & & & & & 1FH&1EH&1DH&1CH&1BH&1AH&19H&18H&
&& & & & &22H & & & & & & & & 17H&16H&15H&14H&13H&12H&11H&10H&
&& & & & &21H & & & & & & & & 0FH&0EH&0DH&0CH&0BH&0AH&09H&08H&
&& & & & &20H & & & & & & & & 07H&06H&05H&04H&03H&02H&01H&00H&
特殊功能寄存器
特殊功能寄存器（SFR）也称为专用寄存器，特殊功能寄存器反映了MCS-51单片机的运行状态。很多功能也通过特殊功能寄存器来定义和控制程序的执行。
MCS-51有21个特殊功能寄存器，它们被离散地分布在内部RAM的80H—FFH地址中，这些寄存的功能已作了专门的规定，用户不能修改其结构。表2是特殊功能寄存器分布一览表，我们对其主要的寄存器作一些简单的介绍。
程序计数器PC(program Counter)
程序计数器在物理上是独立的，它不属于特殊内部数据存储器块中。PC是一个16位的计数器，用于存放一条要执行的指令地址，寻址范围为64kB，PC有自动加1功能，即完成了一条指令的执行后，其内容自动加1。PC本身并没有地址，因而不可寻址，用户无法对它进行读写，但是可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以控制程序按我们的要求去执行。
累加器ACC(accumulator)
累加器A是一个最常用的专用寄存器，大部分单操作指令的一个操作数取加器，很多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。加、减、乘、除法运算的指令，运算结果都存放于累加器A或AB累加器对中。大部分的数据操作都会通过累加器A进行，它形象于一个交通要道，在程序比较复杂的运算中，累加器成了制约软件效率的“瓶颈”，它的功能较多，地位也十分重要。以至于后来发展的单片机，有的集成了多累加器结构，或者使用寄存器阵列来代替累加器，即赋予更多寄存器以累加器的功能，目的是解决累加器的“交通堵塞”问题。提高单片机的软件效率。
&表2&&&特殊功能寄存器&
&& & & & & &标识符号 & &&&&&& &地址 & & & &&&&&&&&&& & &寄存器名称&
&& & & & & & &ACC & & & && &&&&&& 0E0H & & & & & &&&&&&&&& &&累加器&
&& & & & & & & B & & & &&&&&&&&&& &&0F0H & & & & & &&&&&&&& & &B寄存器&
&& & & & & & &PSW&&&&&&&&&&&&&& 0D0H & & & &&&&&&& && &&&
&& & & & & & &SP & & & & &&&&&&&&&&& 81H & & & & &&&&&&&&& & &堆栈指针&
&& & & & & &&&& & &&&&& &82H、83H & 数据指针（16位）含DPL和DPH&
&& & & & & & &IE & & & &&&&&&&&&& &0A8H & &&&&&&&&& & 中断允许控制寄存器&
&& & & & & & &IP & & & &&&&&&&&& &&0B8H & &&&&&&&&&&&& 中断优先控制寄存器&
&& & & & & & &P0 & & & &&&&&&&&&&& & 80H & & &&&&&&&&&& && I/O口0寄存器&
&& & & & & & &P1 & & & & &&&&&&&&&&& 90H & & &&&&&&&&&&& & I/O口1寄存器&
&& & & & & & &P2&&&&&&&&&&&&&&&&&&&0A0H & & &&&&&&&&&&& & I/O口2寄存器&
&& & & & & & &P3 & & & & &&&&&&&&& 0B0H & &&&&&&&&&&&& & & I/O口3寄存器&
&& & & & & & PCON & & & & &&&&&& 87H &&&&& &&电源控制及波特率选择寄存器&
&& & & & & & SCON & & & & &&&&&& 98H & &&&&&&& && &串行口控制寄存器&
&& & & & & & SBUF & & & & &&&&&&& 99H&&&&& & & & 串行数据缓冲寄存器&
&& & & & & & TCON & & &&&&&& && &88H & &&&&&&& & & 定时控制寄存器&
&& & & & & & TMOD & & &&&&&& & &89H & &&&&&&& &定时器方式选择寄存器&
&& & & & & & TL0 & & & & &&&&&&&& &8AH &&&&&&&& & & & &定时器0低8位&
&& & & & & & TH0 & & & & &&&&&&&& &8CH & &&&&&&&& & & &定时器0高8位&
&& & & & & & TL1 & & & &&&&&&&&& & 8BH & & &&&&&&& && &定时器1低8位&
&& & & & & & TH1 & & & &&&&&&&& && 8DH & & & &&&&&&& &定时器1高8位&
在乘除法指令中，乘法指令中的两个操作数分别取自累加器A和寄存器B，其结果存放于AB寄存器对中。除法指令中，被除数取自累加器A，除数取自寄存器B，结果商存放于累加器A，余数存放于寄存器B中。
程序状态字(Program Status Word)
程序状态字是一个8位寄存器，用于存放程序运行的状态信息，这个寄存器的一些位可由软件设置，有些位则由硬件运行时自动设置的。寄存器的各位定义如下，其中PSW.1是保留位，未使用。下表是它的功能说明，并对各
个位的定义介绍如下：
表3&&&程序状态字&&&
&&&&&&&进位标志位，此位有两个功能：一是存放执行某写算数运算时，存放进位标志，可被硬件或软件置位或清零。二是在位操作中作累加位使用。
PSW.6（AC）&位，当进行加、减运算时当有低4位向高4位进位或借位时，AC置位，否则被清零。AC辅助进位位也常用于十进制调整。
PSW.5（F0）&用户标志位，供用户设置的标志位。
PSW.4、PSW.3（RS1和&RS0）&寄存器组选择位。可参见本章的图2定义。
PSW.2（OV）&溢出标志。带符号加减运算中，超出了累加器A所能表示的符号数有效范围（-128— 127）时，即产生溢出，OV=1。表明运算运算结果错误。如果OV=0，表明运算结果正确。
执行加法指令ADD时，当位6向位7进位，而位7不向C进位时，OV=1。或者位6不向位7进位，而位7向C进位时，同样OV=1。
除法指令，乘积超过255时，OV=1。表面乘积在AB寄存器对中。若OV=0，则说明乘积没有超过255，乘积只在累加器A中。
除法指令，OV=1，表示除数为0，运算不被执行。否则OV=0。
PSW.0（P）&奇偶校验位。声明累加器A的奇偶性，每个指令周期都由硬件来置位或清零，若值为1的位数奇数，则P置位，否则清零。
数据指针(DPTR)
数据指针为16位寄存器，编程时，既可以按16位寄存器来使用，也可以按两个8位寄存器来使用，即高位字节寄存器DPH和低位字节DPL。
DPTR主要是用来保存16位地址，当对64kB外部数据存储器寻址时，可作为间址寄存器使用，此时，使用如下两条指令：
&&&&&&&&&&&&MOVX&&&&A,&@DPTR
&&&&&&&&&&&&MOVX&&&&@DPTR,&A
在访问程序存储器时，DPTR可用来作基址寄存器，采用基址 变址寻址方式访问程序存储器，这条指令常用于读取程序存储器内的表格数据。
&&&&&&&&&&&&&&&&A,&@A @DPTR
堆栈指针SP(Stack Pointer)
堆栈结构图
是一种数据结构，它是一个8位寄存器，它指示堆栈顶部在内部RAM中的位置。系统复位后，SP的初始值为07H，使得堆栈实际上是从08H开始的。但我们从RAM的结构分布中可知，08H—1FH隶属1—3工作寄存器区，若编程时需要用到这些数据单元，必须对堆栈指针SP进行初始化，原则上设在任何一个区域均可，但一般设在30H—1FH之间较为适宜。&
数据的写入堆栈我们称为入栈（PUSH，有些文献也称作插入运算或压入），从堆栈中取出数据称为出栈（POP，也称为删除运算或弹出），堆栈的最主要特征是“后进先出”规则，也即最先入栈的数据放在堆栈的最底部，而最后入栈的数据放在栈的顶部，因此，最后入栈的数据出栈时则是最先的。这和我们往一个箱里存放书本一样，需将最先放入箱底部的书取出，必须先取走最上层的书籍。这个道理非常相似。
那么有何用途呢？堆栈的设立是为了中断操作和子程序的调用而用于保存数据的，即常说的断点保护和现场保护。微处理器无论是在转入子程序和中断服务程序的执行，执行完后，还是要回到主程序中来，在转入子程序和中断服务程序前，必须先将现场的数据进行保存起来，否则返回时，CPU并不知道原来的程序执行到哪一步，原来的中间结果如何？所以在转入执行其它子程序前，先将需要保存的数据压入堆栈中保存。以备返回时，再复原当时的数据。供主程序继续执行。&&&
转入中断服务程序或子程序时，需要保存的数据可能有若干个，都需要一一地保留。如果微处理器进行多重子程序或中断服务程序嵌套，那么需保存的数据就更多，这要求堆栈还需要有相当的容量。否则会造成，丢失应备份的数据。轻者使运算和执行结果错误，重则使整个程序紊乱。
MCS-51的堆栈是在RAM中开辟的，即堆栈要占据一定的RAM存储单元。同时MCS-51的堆栈可以由用户设置，SP的初始值不同，堆栈的位置则不一定，不同的设计人员，使用的堆栈区则不同，不同的应用要求，堆栈要求的容量也有所不同。堆栈的操作只有两种，即和出栈，但不管是向堆栈写入数据还是从堆栈中读出数据，都是对栈顶单元进行的，SP就是即时指示出栈顶的位置（即地址）。在子程序调用和中断服务程序响应的开始和结束期间，CPU都是根据SP指示的地址与相应的RAM存储单元交换数据。
堆栈的操作有两种方法：其一是自动方式，即在中断服务程序响应或子程序调用时，自动进栈。当需要返回执行主程序时，返回的地址自动交给PC，以保证程序从断点处继续执行，这种方式是不需要编程人员干预的。第二种方式是人工指令方式，使用专有的堆栈操作指令进行进出栈操作，也只有两条指令：进栈为，在中断服务程序或子程序调用时作为现场保护。出栈操作POP指令，用于子程序完成时，为主程序。
I/O口专用寄存器(P0、P1、P2、P3)
I/O口寄存器P0、P1、P2和P3分别是MCS-51单片机的四组I/O口锁存器。MCS-51单片机并没有专门的I/O口操作指令，而是把I/O口也当作一般的寄存器来使用，数据传送都统一使用MOV指令来进行，这样的好处在于，四组I/O口还可以当作寄存器参与其他操作。
定时/计数器(TL0、TH0、TL1和TH1)
MCS-51单片机中有两个16位的定时/计数器T0和T1，它们由四个8位寄存器组成的，两个16位定时/计数器却是完全独立的。我们可以单独对这四个寄存器进行寻址，但不能把T0和T1当作16位寄存来使用。
定时/计数器方式选择寄存器(TMOD)
TMOD寄存器是一个专用寄存器，用于控制两个定时计数器的工作方式，TMOD可以用字节传送指令设置其内容，但不能位寻址，各位的定义如下，更详细的内容，我们将在《MCS-51定时器和中断系统》章节中叙述。
&表4&&&定时/计数器工作方式控制寄存器&TMOD&
&&&&定时/计数器1
&定时/计数器0&
&串行(SBUF)
串行数据缓冲器SBUF用来存放需发送和接收的数据，它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，要发送和接收的操作其实都是对串行数据缓冲器进行。
其他控制寄存器(TMOD)
除了以上我们简述的几个专用寄存外，还有IP、IE、TCON、SCON和PCON等几个寄存器，这几个控制寄存器主要用于中断和定时的，我们将在《MCS-51定时器和中断系统》中详细说明。
MCS-51单片机
- MCS-51的定时和计数器&
&MCS-51的单片机内有两个16位可编程的定时/计数器，它们具有四种工作方式，其控制字和状态均在相应的特殊功能寄存器中，通过对控制寄存器的编程，就可方便地选择适当的工作方式。下面我们对它们的特性进行阐述。
定时/计数器的工作方式
MCS-51定时/计数器结构图
MCS-51单片机内部的定时/计数器的结构如图1所示，定时器T0特性功能寄存器TL0（低8位）和TH0（高8位）构成，定时器T1由特性功能寄存器TL1（低8位）和TH1（高8位）构成。特殊功能寄存器TMOD控制定时寄存器的工作方式，TCON则用于控制定时器T0和T1的启动和停止计数，同时管理定时器T0和T1的溢出标志等。程序开始时需对TL0、TH0、TL1和TH1进行初始化编程，以定义它们的工作方式和控制T0和T1的计数。
TMOD和TCON这两个特殊功能寄存器的格式参见下表：
&&&&[1].&定时/计数器的方式控制字TMOD，为89H，其格式如表1：&&
&&表1&&TMOD寄存器结构&
&←T1方式字段→
&&& ←T0方式字段→&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&[2].&定时器控制积存器TCON，字节地址为88H，位地址为88H—8FH，其格式如表2：
&&表2&&TCON结构&
&TMOD和TCON各位的意义和用途我们将在下面的章节中予以介绍，需要注意的是，TCON的D0—D3位与中断有关，我们会在中断的内容中加以说明，MCS-51的定时/计数器共有四种工作方式，我们逐个进行讨论。
定时/计数器0的工作方式0电路逻辑结构见图2（定时/计数器1与其完全一致），工作方式0是13位计数结构的工作方式，其计数器由TH的全部8位和TL的低5位构成，TL的高3位没有使用。当=0时，多路开关接通振荡脉冲的12分频输出，13位计数器以次进行计数。这就是定时工作方式。当=1时，多路开关接通计数引脚（To），外部计数脉冲由银南脚To输入。当计数脉冲发生负跳变时，计数器加1，这就是我们常称的计数工作方式。&&
定时/计数器内部结构
不管是哪种工作方式，当TL的低5位溢出时，都会向TH进位，而全部13位计数器溢出时，则会向计数器溢出标志位TF0进位。
我们讨论门控位GATA的功能，GATA位的状态决定定时器运行控制取决于TR0的一个条件还是TR0和INT0引脚这两个条件。当GATA=1时，由于GATA信号封锁了与门，使引脚INT0信号无效。而这时候如果TR0=1，则接通模拟开关，使计数器进行加法计数，即定时/计数工作。而TR0=0，则断开模拟开关，停止计数，定时/计数不能工作。
当GATA=0时，与门的输出端由TR0和INT0电平的状态确定，此时如果TR0=1，INT0=1与门输出为1，允许定时/计数器计数，在这种情况下，运行控制由TR0和INT0两个条件共同控制，TR0是确定定时/计数器的运行控制位，由软件置位或清“0”。
如上所述，TF0是定时/计数器的溢出状态标志，溢出时由硬件置位，TF0溢出中断被CPU响应时，转入中断时硬件清“0”，TF0也可由程序查询和清“0”。
&&&&在工作方式下，计数器的计数值范围是：
&&&&&&&&&&1—8192（2^13）
&&&&当为定时工作方式时，定时时间的计算公式为：
&&&&&&&&&（2^13—计数初值）╳晶振周期╳12
&&&&或&&&（2^13—计数初值）╳机器周期
&&&&其时间单位与晶振周期或机器周期相同。
&&&&如果单片机的晶振选为6.000MHz，则最小定时时间为：
&&&&&&&&[2^13—（2^13—1）]╳1/6╳10-6╳12=2╳10^-6(s)=2(us)
&&&&&&&&(2^13—0)╳1/6╳10-6╳12=16384╳10^-6(s)=16384(us)。
当M1，M0=01时，定时/计数器处于工作方式1，此时，定时/及数器的等效电路如图3所示，仍以定时器0为例，定时器1与之完全相同。&
定时/计数器内部结构
可以看出，方式0和方式1的区别仅在于计数器的位数不同，方式0为13位，而方式1则为16位，由TH0作为高8位，TL0为低8位，有关控制状态字（GATA、、TF0、TR0）和方式0相同。
&&&&在工作方式1下，计数器的计数值范围是：
&&&&&&&&&&1—65536（2^16）
&&&&当为定时工作方式1时，定时时间的计算公式为：
&&&&&&&&&（2^16—计数初值）╳晶振周期╳12
&&&&或&&&（2^16—计数初值）╳机器周期
&&&&其时间单位与晶振周期或机器周期相同。
&&&&如果单片机的晶振选为6.000MHz，则最小定时时间为：
&&&&&&&&[2^13—（2^16—1）]╳1/6╳10^-6╳12=2╳10^-6(s)=2(us)
&&&&&&&&(2^16—0)╳1/6╳10^-6╳12=^-6(s)=131072(us)。
当M1M0=10时,定时/计数器处于工作方式2.此时定时器的等效电阻如图4所示.我们还是以定时/计数器0为例,定时/计数器1与之完全一致。&
定时/计数器内部结构
工作方式0和工作方式1的最大特点就是计数溢出后，计数器为全0，因而循环定时或循环计数应用时就存在反复设置初值的问题，这给程序设计带来许多不便，同时也会影响计时精度，工作方式2就针对这个问题而设置，它具有自动重装载功能，即自动加载计数初值，所以也有的文献称之为自动重加载工作方式。在这种工作方式中，16位计数器分为两部分，即以TL0为计数器，以TH0作为预置寄存器，初始化时把计数初值分别加载至TL0和TH0中，当计数溢出时，不再象方式0和方式1那样需要“人工干预”，由软件重新赋值，而是由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL0重新加载。
程序初始化时，给TL0和TH0同时赋以初值，当TL0计数溢出时，置位TF0的同时把预置寄存器TH0中的初值加载给TL0，TL0重新计数。如此反复，这样省去了程序不断需给计数器赋值的麻烦，而且计数准确度也提高了。但这种方式也有其不利的一面，就是这样一来的计数结构只有8位，计数值有限，最大只能到255。所以这种工作方式很适合于那些的应用场合。例如我们可以通过这样的计数方式产生中断，从而产生一个固定频率的脉冲。也可以当作串行数据通信的波特率发送器使用。
当M1M0=11时，定时/计数器处于工作方式3，此时，定时/及数器的等效电路如图3所示，仍以定时器0为例，值得注意的是，在工作方式3模式下，定时/计数器1的工作方式与之不同，下面我们分别讨论。&
定时/计数器内部结构
在工作方式3模式下，定时/计数器0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0。其中TL0既可以作计数器使用，也可以作为定时器使用，定时/计数器0的各控制位和引脚信号全归它使用。其功能和操作与方式0或方式1完全相同。TH0就没有那么多“资源”可利用了，只能作为简单的定时器使用，而且由于定时/计数器0的控制位已被TL0占用，因此只能借用定时/计数器1的控制位TR1和TF1，也就是以计数溢出去置位TF1，TR1则负责控制TH0定时的启动和停止。等效电路参见图6。&&&&&由于TL0既能作定时器也能作计数器使用，而TH0只能作定时器使用而不能作计数器使用，因此在方式3模式下，定时/计数器0可以构成二个定时器或者一个定时器和一个计数器。
如果定时/计数器0工作于工作方式3，那么定时/计数器1的工作方式就不可避免受到一定的限制，因为自己的一些控制位已被定时/计数器借用，只能工作在方式0、方式1或方式2下，等效电路参见图6&
在这种情况下，定时/计数器1通常作为串行口的波特率发生器使用，以确定串行通信的速率，因为已没有TF1被定时/计数器0借用了，只能把计数溢出直接送给串行口。当作波特率发生器使用时，只需设置好工作方式，即可自动运行。如要停止它的工作，需送入一个把它设置为方式3的方式控制字即可，这是因为定时/计数器本身就不能工作在方式3，如硬把它设置为方式3，自然会停止工作。&
MCS-51单片机
- MCS-51单片机的中断系统
对初学者来说，中断这个概念比较抽象，其实单片机的处理系统与人的一般思维有着许多异曲同工之妙，我们举个很贴切的比方，在日常生活和工作中有很多类似的情况。假如你正在上班，例如是编译资料，这时侯电话铃响了，你在书本上做个记号（以记下你现在正编译到某某页），然后与对方通电话，而此时恰好有客人到访，你先停下通电话，与客人说几句话，叫客人稍侯，然后回头继续通完电话，再与客人谈话。谈话完毕，送走客人，继续你的资料编译工作。
这就是日常生活和工作中的中断现象，类似的情况还有很多，从编译资料到接电话是第一次中断，通电话的过程中引有客人到访，这是第二次中断，即在中断的过程中又出现第二次中断，这就是我们常说的中断嵌套。处理完第二个中断任务后，回头处理第一个中断，第一个中断完成后，再继续你原先的主要工作。
为什么会出现这样的中断呢？道理很简单，人非三头六臂，人只有一个脑袋，在一种特定的时间内，可能会面对着两、三甚至更多的任务。但一个人又不可能在同一时间去完成多样任务，因此你只能采分析任务的轻重缓急，采用中断的方法穿插去完成它们。那么这种情况对于单片机中的中央处理器也是如此，单片机中CPU只有一个，但在同一时间内可能会面临着处理很多任务的情况，如运行主程序、数据的输入和输出，定时/和计数时间已到要处理、可能还有一些外部的更重要的中断请求（如超温超压）要先处理。此时也得象人的思维一样停下某一样（或几样）工作先去完成一些紧急任务的中断方法。
这样的一样处理方法上升到计算机理论，就是一个资源面对多项任务的处理方式，由于资源有限，面对多项任务同时要处理时，就会出现资源竞争的现象。中断技术就是为了解决资源竞争的一个可行的方法，采用中断技术可使多项任务共享一个资源，所以有些文献也称中断技术是一种资源共享技术。&
MCS-51的中断结构&
中断系统结构
计算机的中断系统能够加强CPU对多任务事件的处理能力。从而使它的应用范围进一步扩大。在MCS-48结构的基础上，MCS-51在增强了I/O的种类、功能和数量的同时，也增强了。MCS-51提供了5个中断源，两个中断优先级控制，可实现两个中断服务嵌套。当CPU支持中断屏蔽指令后，可将一部分或所有的中断关断，只有打开相应的中断控制位后，方可接收相应的中断请求。程序设置中断的允许或屏蔽，也可设置中断的优先级。
中断处理流程
CPU响应中断请求后，就立即转入执行中断服务程序。不同的中断源、不同的中断要求可能有不同的中断处理方法，但它们的处理流程一般都如下所述。
现场保护和现场恢复
中断是在执行其它任务的过程中转去执行临时的任务，为了在执行完中断服务程序后，回头执行原先的程序时，知道程序原来在何处打断的，各有关寄存器的内容如何，就必须在转入执行中断服务程序前，将这些内容和状态进行备份——即保护现场。就象文章开头举的例子，在看书时，电话玲响需传去接电话时，必须在书本上做个记号，以便在接完电话后回来看书时，知道从哪些内容继续往下看。计算机的中断处理方法也如此，中断开始前需将个有关寄存器的内容压入堆栈进行保存，以便在恢复原来程序时使用。
中断服务程序完成后，继续执行原先的程序，就需把保存的现场内容从堆栈中弹出，恢复积存器和存储单元的原有内容，这就是现场恢复。
如果在执行中断服务时不是按上述方法进行现场保护和恢复现场，就会是程序运行紊乱，程序跑飞，自然使单片机不能正常工作。
中断打开和中断关闭
在中断处理进行过程中，可能又有新的中断请求到来，这里规定，现场保护和现场恢复的操作是不允许打扰的，否则保护和恢复的过程就可能使数据出错，为此在进行现场保护和现场恢复的过程中，必须关闭总中断，屏蔽其它所有的中断，待这个操作完成后再打开总中断，以便实现中断嵌套。
中断服务程序
既然有中断产生，就必然有其具体的需执行的任务，中断服务程序就是执行中断处理的具体内容，一般以子程序的形式出现，所有的中断都要转去执行中断服务程序，进行中断服务。
执行完中断服务程序后，必然要返回，中断返回就是被程序运行从中断服务程序转回到原工作程序上来。在MCS-51单片机中，中断返回是通过一条专门的指令实现的，自然这条指令是中断服务程序的最后一条指令。
MCS-51的中断源
8051有5个中断源，它们是两个外中断INT0（P3.2）和INT1（P3.3）、两个片内定时/计数器溢出中断TF0和TF1，一个是片内串行口中断TI或RI，这几个中断源由TCON和SCON两个特殊功能寄存器进行控制。
在前一节，我们已对TCON的控制位进行了说明，现在继续对它的中断控制有关的位进行谈论。TCON寄存器的结构如下：
&表1&&TCON寄存器结构&
&& &·&IE1:外部边沿触发中断1请求标志，其功能和操作类似于TF0。
&&&&·&IT1:外部中断1类型控制位，通过软件设置或清楚，用于控制外中断的触发信号类型。IT1=1，边沿触发。IT=0是电平触发。
&&&&·&IE0:外部边沿触发中断0请求标志，其功能和操作类似于IE1。
&&&&·&IT0:外部中断0类型控制位，通过软件设置或清楚，用于控制外中断的触发信号类型。其功能和操作类似于IE1。
&&&&SCON是串行口控制寄存器，字节地址为98H，SCON的低二位是串行口的发送和接收中断标志，其格式如下：
&表2&&SCON寄存器结构&
&&&&&99H&&
&&&&&·&TI:MCS-51串行口的发送中断标志，在串行口以方式0发送时，每当发送完8位数据，由硬件置位。如果以方式1、方式2或方式3发送时，在发送停止位的开始时TI被置1，TI=1表示串行发送器正向CPU发出中断请求，向串行口的数据缓冲器SBUF写入一个数据后就立即启动发送器继续发送。但是CPU响应中断请求后，转向执行中断服务程序时，并不清零TI，TI必须由用户的中断服务程序清“0”，即中断服务程序必须有“CLR&TI”或“ANL&SCON,&#0FDH”等指令来清零TI。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&·&RI:串行口接收中断标志.若串行口接收器允许接收,并以方式0工作,每当接收到8位数据时,RI被置1,若以方式1、2、3方式工作，当接收到半个停止位时，TI被置1，当串行口一方式2或3方式工作，且当=1时，仅当接收到第9位数据RB8为1后，同时还要在接收到半个停止位时，RI被置1。RI为1表示串行口接收器正向CPU申请中断。同样RI标志栩栩如生由用户的软件清“0”。&
中断的控制
对于中断控制，在上一节中我们已经对TCON和SCON进行了分析，其实它们两个寄存器也是中断的控制寄存器，负责对中断的部分功能进行控制。我们这里谈论的是另外两个控制寄存器IE和IP。
MCS-51的对中断的开放和屏蔽是由控制来实现的，IE的结构格式如下。
&&表3&&IE寄存器结构&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&下面我们对IE寄存器的各控制位进行介绍：
&&&&△&EA:中断总控制位，EA=1，CPU开放中断。EA=0，CPU禁止所有中断。
&&&&△&ES:&串行口中断控制位，ES=1允许串行口中断，ES=0，屏蔽串行口中断。
&&&&△&ET1:&定时/计数器T1中断控制位。ET1=1，允许T1中断，ET1=0，禁止T1中断。
&&&&△&EX1:&外中断1中断控制位，EX1=1，允许外中断1中断，EX1=0，禁止外中断1中断。
&&&&△&ET0:&定时/计数器T0中断控制位。ET1=1，允许T0中断，ET1=0，禁止T0中断。
&&&&△&EX0:&外中断0中断控制位，EX1=1，允许外中断0中断，EX1=0，禁止外中断0中断。
MCS-51有两个中断优先级，即高优先级和低优先级，每个中断源都可设置为高或低中断优先级。如果有一低优先级的中断正在执行，那么高优先级的中断出现中断请求时，CPU则会响应这个高有限级的中断，也即高优先级的中断可以打断低优先级的中断。而若CPU正在处理一个高优先级的中断，此时，就算是有低优先级的中断发出中断请求，CPU也不会理会这个中断，而是继续执行正在执行的中断服务程序，一直到程序结束，执行最后一条返回指令，返回主程序然后再执行一条指令后才会响应新的中断请求。
为了实现上述功能，MCS-51的中断系统有两个不可寻址的优先级状态触发器，一个指出CPU是否在执行高优先级中断服务程序，另一个指出CPU是否正在执行低优先级的中断服务程序，这两个中断触发器的1状态分别屏蔽所有中断申请和同一级别的其他中断申请，此外，MCS-51还有一个申请优先级寄存IP，IP的格式如下，字节地址是B8H。
&&表4&&IP中断控制寄存器结构&
&&&&位地址
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&△&PS:串行口中断口优先级控制位，PS=1，串行口中断声明为高优先级中断，PS=0，串行口定义为低优先级中断。
&&&&△&PT1:定时器1优先级控制位。PT1=1，声明定时器1为高优先级中断，PT1=0定义定时器1为低优先级中断。
&&&&△&PX1:外中断1优先级控制位。PT1=1，声明外中断1为高优先级中断，PX1=0定义外中断1为低优先级中断。
&&&&△&PT0:定时器0优先级控制位。PT1=1，声明定时器0为高优先级中断，PT1=0定义定时器0为低优先级中断。
&&&&△&PX0:外中断0优先级控制位。PT1=1，声明外中断0为高优先级中断，PX1=0定义外中断0为低优先级中断。
中断的响应
MCS-51CPU在每一个机器周期顺序检查每一个中断源，在机器周期的S6按优先级处理所有被激活的中断请求，此时，如果CPU没有正在处理更高或相同优先级的中断，或者现在的机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期，或者CPU不是正在执行指令或访问IE和IP的指令（因为按MCS-51中断系统的特性规定，在执行完这些指令之后，还要在继续执行一条指令，才会响应中断），CPU在下一个机器周期响应激活了的最高级中断请求。
中断响应的主要内容就是由硬件自动生成一条长调用LCALL&addr16指令，这里的addr16就是程序存储器中相应的中断区入口地址，这些中断源的服务程序入口地址如下：
&& &&&表5&&个中断源的服务程序入口地址&
&入口地址&
&&&外中断0
&&&& 0003H&
&&&定时/计数器0
&&&&&&外中断1
&定时/计数器0
&串行口中断
&&&&&0023H&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
生成后,CPU紧跟着便执行之.首先将PC(程序计数器)的内容压入堆栈保护断点，然后把中断入口地址赋予PC，CPU便按新的PC地址（即中断服务程序入口地址）执行程序。
值得一提的是，各中断区只有8个单元，一般情况下（除非中断程序非常简单），都不可能安装下一个完整的中断服务程序。因此，通常是在这些入口地址区放置一条无条件转移指令，使程序按转移的去执行真正的中断服务程序。&
MCS-51单片机
- MCS-51的串行通信口
MCS-51单片机内部有一个全双工的串行通信口，即串行接收和发送缓冲器（SBUF），这两个在物理上独立的接收发送器，既可以接收数据也可以发送数据。但接收缓冲器只能读出不能写入，而发送则只能写入不能读出，它们的地址为99H。这个通信口既可以用于网络通信，亦可实现，还可以构成同步移位寄存器使用。如果在传行口的输入输出引脚上加上，就可方便地构成标准的RS-232接口。下面我们分别介绍。
数据通信的传输方式
常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工和多工方式。
单工方式：数据仅按一个固定方向传送。因而这种传输方式的用途有限，常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。
半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收/发开关转换。
全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送,但一般方式的线路和设备较复杂。
多工方式：以上三种传输方式都是用同一线路传输一种频率信号，为了充分地利用线路资源，可通过使用多路复用器或多路集线器，采用频分、时分或码分复用技术，即可实现在同一线路上资源共享功能，我们盛之为多工传输方式。
串行数据通信两种形式
定时/计数器内部结构
在这种通信方式中，接收器和发送器有各自的时钟，它们的工作是非同步的，异步通信用一帧来表示一个字符，其内容如下：一个起始位，仅接着是若干个数据位，图2是传输45H的数据格式。
同步通信格式中，发送器和接收器由同一个控制，为了克服在异步通信中，每传输一帧字符都必须加上起始位和停止位，占用了传输时间，在要求传送数据量较大的场合，速度就慢得多。同步传输方式去掉了这些起始位和停止位，只在传输数据块时先送出一个同步头（字符）标志即可。
同步传输方式比速度快，这是它的优势。但同步传输方式也有其缺点，即它必须要用一个时钟来协调收发器的工作，所以它的设备也较复杂。&&
串行数据通信的传输速率
串行数据传输速率有两个概念，即每秒转送的位数bps（Bit&per&second）和每秒符号数—波特率（Band&rate），在具有调制解调器的通信中，波特率与有关。
MCS-51的串行口和控制寄存器
串行口控制寄存器
定时/计数器内部结构
MCS-51单片机串行口寄存器结构如图3所示。SBUF为串行口的收发缓冲器，它是一个可寻址的专用寄存器，其中包含了接收器和发送器寄存器，可以实现全双工通信。但这两个寄存器具有同一地址（99H）。MCS-51的串行数据传输很简单，只要向发送缓冲器写入数据即可发送数据。而从接收缓冲器读出数据即可接收数据。
此外，从图中可看出，接收缓冲器前还加上一级输入移位寄存器，MCS-51这种结构目的在于接收数据时避免发生数据帧重叠现象，以免出错，部分文献称这种结构为双缓冲器结构。而发送数据时就不需要这样设置，因为发送时，CPU是主动的，不可能出现这种现象。&&
串行通信控制寄存器
在上一节我们已经分析了，它是一个可寻址的专用寄存器，用于串行数据的通信控制，单元地址是98H，其结构格式如下：
&& &表1&&SCON寄存器结构&
&&SCON&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
下面我们对各控制位功能介绍如下：
&& & (1).SM0、SM1：串行口工作方式控制位。
&&&&&&&&SM0，SM1&&&&工作方式
&&&&&&&&&&&&00&&&&&&方式0
&&&&&&&&&&&&01&&&&&&方式1
&&&&&&&&&&&&10&&&&&&方式2
&&&&&&&&&&&&11&&&&&&方式3
&&&&(2).SM2：多机通信控制位。
多机通信是工作于方式2和方式3，SM2位主要用于方式2和方式3。接收状态，当串行口工作于方式2或3，以及SM2=1时，只有当接收到第9位数据（RB8）为1时，才把接收到的前8位数据送入SBUF，且置位RI发出中断申请，否则会将接受到的数据放弃。当SM2=0时，就不管第位数据是0还是1，都难得数据送入SBUF，并发出中断申请。
工作于方式0时，SM2必须为0。
&&&&(3).REN：允许接收位。
REN用于控制数据接收的允许和禁止，REN=1时，允许接收，REN=0时，禁止接收。
&&&&(4).TB8：发送接收数据位8。
在方式2和方式3中，TB8是要发送的——即第9位数据位。在多机通信中同样亦要传输这一位，并且它代表传输的地址还是数据，TB8=0为数据，TB8=1时为地址。
&&&&(5).RB8：接收数据位8。
在方式2和方式3中，RB8存放接收到的第9位数据，用以识别接收到的数据特征。
&&&&(6).TI：发送中断标志位。
可寻址标志位。方式0时，发送完第8位数据后，由硬件置位，其它方式下，在发送或停止位之前由硬件置位，因此，TI=1表示帧发送结束，TI可由软件清“0”。
&&&&(7).RI：接收中断标志位。
可寻址标志位。接收完第8位数据后，该位由硬件置位，在其他工作方式下，该位由硬件置位，RI=1表示帧接收完成。
电源管理寄存器PCON
PCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，单元地址是87H，其结构格式如下：
&& & &&表2&&PCON电源管理寄存器结构&
&&PCON&&&&
&在CHMOS型单片机中，除SMOD位外，其他位均为虚设的，SMOD是串行口波特率倍增位，当SMOD=1时，串行口波特率加倍。系统复位默认为SMOD=0。
中断允许寄存器IE
中断允许寄存器在前一节中已阐述，这里重述一下对串行口有影响的位ES。ES为串行中断允许控制位，ES=1允许串行中断，ES=0，禁止串行中断。
&& & &&表3&&IE中断允许控制寄存器结构&
参考知识库
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