51系列单片机的内部结构

　　at89s51采用片内、片外统一编址的64kb(ooooh～ffffh)程序存储器地址空间。片内有4kb flash memery，地址范围为ooooh～offfh，既可在线编程(isp)，也可以用传统方法进行编程。

　　采用汇编语言或c语言编写的源程序，必须通过编译软件（如keil c51）把编译生成二进制代码，即机器码。用户编写的程序、原始数据、表格等，都是以二进制的形式存放在程序存储器中的。计算机的工作，就是按照事先编好的程序从ooooh地址单元一条条地循序执行的。

　　当at89s51(31)脚ea接高电平时，从片内rom中的ooooh地址单元开始执行程序。当at89s51(31)脚ea接低电平时，片内rom不起作用，cpu只能从片外rom中取指令。

　　内部rom ooooh～002ah共43个单元，被分为六段，作为程序运行的入口地址使用。其中：

　　0000h～0002h为复位后或初始化引导程序地址区；0003h～000ah外部中断0中断入口地址区；000bh～0012h定时器/计数器o中断入口地址区；0013h～001ah外部中断1中断入口地址区；001bh～0022h定时器/计数器1中断入口地址区；0023h～002ah串行中断入口地址区。

　　通常，我们编写程序时不得占用上述中断程序入口地址单元，即0003h～002ah单元。也就是说，主程序一般不放在该地址空间。编程时，可以采用起始伪指令org，跳过0003h～002ah单元。

　　伪指令，是告诉汇编程序如何进行汇编的一类指令，不会被汇编成机器代码，只能为汇编软件(如keilc51)所识别。

　　单片机复位后，是从0000h单元开始取指令执行程序的。因此，应在0000h～0002h三个单元存放一条无条件转移指令，转到主程序，程序结构如下：

　　org000h；用伪指令org指示随后的指令代码从0000h地址单元开始存放。

　　ljmpstart；在0000h～0002h存放一条长跳转指令，执行该指令，程序转到以start为语句标号的地址执行。

　　org0030h；伪指令org指示随后的指令代码从0030h地址单元开始存放。

　　start：；start是主程序入口地址标号，主程序开始。

　　end；结束伪指令，标志程序代码到此结束。

　　通过该程序，保留了各中断入口地址。对各个中断入口地址的使用，我们在学习中断系统时再进行介绍。

　　3．数据存储器(ram)
　　
　　单片机的数据存储器有片内和片外之分．at89s51片内有256字节ram，其中高128单元被专用寄存器占用，低128字节供用户使用，用于存放可读写的数据。片外数据存储器可扩展6kb存储空间，地址范围为0000h～ffffh。片内和片外ram的地址空间各自独立，指令mov用于片内数据存储器之间的传送，指令movx用于片外数据存储器和累加器a之间的数据传送。

　　at89s51内部ram共有256字节，通常分为低128字节（地址00h～7fh）和高128字节（地址80h～ffh）两部分。低128字节，按其用途分为三个区域，如下表所示。

　　(1)工作寄存器区
　　
　　工作寄存器区有四组工作寄存器，每组8个寄存器，用于存放操作数及中间结果等。其地址为内部ram的00h～1fh单元地址。在任一时刻，cpu只能使用其中一组寄存器，并把正在使用的那组寄存器称为当前寄存器组，用r0～r7表示。当前使用的到底是哪一组工作寄存器，则由程序状态字寄存器psw得rs1、rso位的状态组合决定，下表为工作寄存器选择。

　　rs1和rso的状态可以通过指令修改，如指令：

　　setbrs1；置rs1为1
　　
　　clrrs0；置rs0为0
　　
　　置当前工作寄存器为第2组，r0～r7的物理地址为10h～17h。

　　(2)位寻址区
　　
　　内部ram的20h～2fh单元，既可作为一般ram单元使用，进行字节操作，也可以对各ram单元的每一位进行位操作，因此，把该区又称为位寻址区。位寻址区有16字节ram单元，共128位，位地址为00h～7fh。可以用位操作类指令对其进行位操作。如指令：

　　clr00h；00h为位地址，而不是字节地址，将位地址00h清零setb07h；07h为位地址，不是字节地址，将位地址07h置1当位地址为80h～ffh时，所代表的是特殊功能寄存器的位地址。

　　如指令：clrp1.0clr90h
　　
　　执行的结果是一样的，因为p1.0的位地址就是90h。

　　(3)用户ram区及堆栈
　　
　　用户ram区，包括堆栈区和用户标志区等用户自己设定的数据区。其地址在内部ram低128单元中。如果用户的程序要使用四组工作寄存器，其单元地址为30h～7fh，共80个单元，如果用户程序不需要四组工作寄存器，则其中一部分工作寄存器区也可作用户ram使用。用户ram区中的堆栈，用来暂存数据和地址，它是按“先进后出”

　　的原则存取数据的。

　　堆栈有进栈和出栈两种操作，由栈指针sp管理，分别采用压栈和出栈指令push和pop进行数据的存和取。

　　系统复位后，sp的值为07h，此时堆栈是从08h单元开始的。由于08h～1fh单元属于工作寄存器1～3区，如果程序中要用到这些区，最好把sp值改为2fh或更大。堆栈最好在内部ram的30h～7fh单元中开辟。sp值一经确定，堆栈的位置也就确定下来了。由于sp可通过指令初始化为不同值，因此堆栈的位置是浮动的。如：

　　movsp，#30h；sp赋初值30h，即置栈底位置clra；累加器a清零，(a)=00hpusha；sp自动加1，(sp)=31h，再把a的内容压入31h中popa；把31h中的内容弹出到a中，然后sp自动减1，(sp)=30h说明：()：表示某寄存器、存储单元或表达式的内容。(())：表示某寄存器、存储单元或表达式的内容为地址单元的内容。

　　4．特殊功能寄存器(sfr)
　　
　　内部ram的高128单元是特殊功能寄存器区，其单元地址为80h～ffh。本文只讲解累加器acc。

　　累加器a是最常用的特殊功能寄存器。它既可存放操作数，也可存放运算的中间结果。51系列单片机(at89s51)中大部分单操作数指令的操作数取自累加器，许多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。

　　如：指令mova，rn；把当前工作寄存器的内容送累加器a。指令mova，#data；把立即数data送累加器a。

　　5．定时器/计数器
　　
　　51系列单片机(at89s51)共有2个16位定时器/计数器，用以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。

　　6．并行i/o口
　　
　　at89s51共有四个8位i/o口po、p1、p2、p3，以实现数据的并行输入输出。在下面的实例中，我们便是用p1口连接8只发光二极管，并通过程序对其进行控制。

　　7．串行口
　　
　　at89s51有一个全双工的串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。该串行口既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。

　　8．中断控制系统
　　
　　at89s51共有5个中断源，即外中断2个、定时/计数中断2个、串行中断1个。

　　综上所述，51系列单片机(at89s51)虽然只是一个芯片，但具有计算机应该具有的基本部件，是一个简单的微型计算机系统。

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