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文档简介
第2章 机械工业出版社同名教材 配套电子教案,单片机原理与控制技术 第2版,第2章 80C51单片机内部结构和工作原理,80C51系列单片机内部结构 外部引脚功能 存储空间配置和功能 片内RAM结构和功能 特殊功能寄存器的用途和功能 程序计数器PC的作用和基本工作方式 I/O端口结构、工作原理及功能 时钟和时序 复位电路、复位条件和复位后状态 低功耗工作方式的作用和进入退出的方法,本章要点,2-1 内部结构和引脚功能,一、内部结构,二、引脚功能 40个引脚大致可分为4类:电源、时钟、控制和I/O引脚。, 电源: VCC - 芯片电源,接+5V; VSS - 接地端; 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线:控制线共有4根, ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能:用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能:片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST(Reset)功能:复位信号输入端。 VPD功能:在Vcc掉电情况下,接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能:内外ROM选择端。 Vpp功能:片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,施加编程电源Vpp。, I/O线 80C51共有4个8位并行I/O端口:P0、P1、P2、P3口,共32个引脚。P3口还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。,P3.0 RXD:串行口输入端; P3.1 TXD:串行口输出端; P3.2 INT0:外部中断0请求输入端; P3.3 INT1:外部中断1请求输入端; P3.4 T0:定时/计数器0外部信号输入端; P3.5 T1:定时/计数器1外部信号输入端; P3.6 WR:外RAM写选通信号输出端; P3.7 RD:外RAM读选通信号输出端。,2-1 存储空间配置和功能,80C51的存储器组织结构可以分为三个不同的存储空间,分别是:, 64KB程序存储器(ROM),包括片内ROM和片外ROM;, 256B内部数据存储器(内RAM) (包括特殊功能寄存器) 。, 64KB外部数据存储器(外RAM);,80C51存储空间配置图,一、程序存储器(ROM) 地址范围:0000HFFFFH,共64KB。其中: 低段4KB:0000H0FFFH 80C51和87C51在片内,80C31在片外。 高段60KB:1000HFFFFH。在片外。 读写ROM用MOVC指令,控制信号是PSEN和EA。 读ROM是以程序计数器PC作为16位地址指针,依次读相应地址ROM中的指令和数据,每读一个字节,PC+1PC,这是CPU自动形成的。 但是有些指令有修改PC的功能,例如转移类指令和MOVC指令,CPU将按修改后PC的16位地址读ROM。,读外ROM的过程:,CPU从PC中取出当前ROM的16位地址,分别由P0口(低8位)和P2口(高8位)同时输出,ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号,地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到外ROM 16位地址输入端,当PSEN信号有效时,外ROM将相应地址存储单元中的数据送至数据总线(P0口),CPU读入后存入指定单元。,二、外部数据存储器(外RAM),地址范围:0000HFFFFH 共64KB。,读写外RAM用MOVX指令, 控制信号是P3口中的RD和WR。,外RAM 16位地址分别由P0口(低8位)和P2口(高8位)同时输出,ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号,地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到外RAM 16位地址输入端,当RD信号有效时,外RAM将相应地址存储单元中的数据送至数据总线(P0口),CPU读入后存入指定单元。,读外RAM的过程:,写外RAM的过程:,写外RAM的过程与读外RAM的过程相同。只是控制 信号不同,信号换成WR信号。当WR信号有效时, 外RAM将数据总线(P0口分时传送)上的数据写入相 应地址存储单元中。,三、内部数据存储器(内RAM),从广义上讲,80C51内RAM(128B)和特殊功能寄存器(128B)均属于片内RAM空间,读写指令均用MOV指令。但为加以区别,内RAM通常指00H7FH的低128B空间。,80C51内RAM又可分成三个物理空间:工作寄存器区、位寻址区和数据缓冲区。,作用:, 工作寄存器区,工作寄存器区分为4个区:0区、1区、2区、3区。每区有8个寄存器:R0R7,寄存器名称相同。但是,当前工作的寄存器区只能有一个,由PSW中的D4、D3位决定。,有专用于工作寄存器操作的指令,读写速度比一般内RAM要快,指令字节比一般直接寻址指令要短,还具有间址功能,能给编程和应用带来方便。, 位寻址区 地址: 从20H2FH共16字节(Byte,缩写为英文大写字母B)。每B有8位(bit,缩写为小写b),共128位,每一位均有一个位地址,可位寻址、位操作。即按位地址对该位进行置1、清0、求反或判转。 用途: 存放各种标志位信息和位数据。 注意事项: 位地址与字节地址编址相同,容易混淆。 区分方法:位操作指令中的地址是位地址; 字节操作指令中的地址是字节地址。,位寻址区的位地址映象表, 数据缓冲区,内RAM中30H7FH为数据缓冲区,用于存放各种数据和中间结果,起到数据缓冲的作用。,四、特殊功能寄存器(SFR),特殊功能寄存器地址映象表(一),特殊功能寄存器地址映象表(二),特殊功能寄存器地址映象表(三),注:带括号的字节地址表示每位有位地址可位操作。, 累加器Acc, 寄存器B, 程序状态字寄存器PSW,PSW也称为标志寄存器,存放各有关标志。其结构和定义如下:, Cy 进位标志。 用于表示Acc.7有否向更高位进位。, AC 辅助进位标志。 用于表示Acc.3有否向Acc.4进位。, RS1、RS0 工作寄存器区选择控制位。 RS1、RS0 = 00 0区(00H07H) RS1、RS0 = 01 1区(08H0FH) RS1、RS0 = 10 2区(10H17H) RS1、RS0 = 11 3区(18H1FH), OV 溢出标志。 表示Acc在有符号数算术运算中的溢出。, P 奇偶标志。 表示Acc中“1”的个数的奇偶性。, F0 、F1 用户标志。, 数据指针DPTR, 堆栈指针SP,专用于指出堆栈顶部数据的地址。,16位,由两个8位寄存器DPH、DPL组成。主要用于存放一个16位地址,作为访问外部存储器(外RAM和ROM)的地址指针。, 执行调用子程序或发生中断时,CPU会自动将当前 PC值压入堆栈,将子程序入口地址或中断入口地址装入PC;子程序返回或中断返回时,恢复原有被压入堆栈的PC值,继续执行原顺序程序指令。,五、程序计数器PC, PC不属于特殊功能寄存器,不可访问,在物理结构上是独立的。 PC是一个16位的地址寄存器,用于存放将要从ROM中读出的下一字节指令码的地址,因此也称为地址指针。 PC的基本工作方式有:, 自动加1。CPU从ROM中每读一个字节,自动执行 PC+1PC;, 执行转移指令时,PC会根据该指令要求修改下一次 读ROM新的地址;,2-3 I/O端口结构及工作原理, 有4个8位并行I/O口,共32条端线: P0、P1、P2和P3口。 每一个I/O口都能用作输入或输出。, 用作输入时,均须先写入“1”; 用作输出时,P0口应外接上拉电阻。, P0口的负载能力为8个LSTTL门电路; P1P3口的负载能力为4个LSTTL门电路。, 在并行扩展外存储器或I/O口情况下, P0口用于低8位地址总线和数据总线(分时传送) P2口用于高8位地址总线, P3口常用于第二功能, 用户能使用的I/O口只有P1口和未用作第二功能 的部分P3口端线。,2-4 时钟和时序,一、时钟电路,二、时钟周期和机器周期,80C51单片机工作的基本定时单位,简称机周。, 时钟周期。,80C51振荡器产生的时钟脉冲频率的倒数,是最基本最小的定时信号。, 机器周期。,机器周期是时钟周期的12倍。 当时钟频率为12MHz时,机器周期为1S; 当时钟频率为6MHz时,机器周期为2S。,80C51单片机的工作方式共有四种: 复位方式; 程序执行方式; 低功耗方式; 片内ROM编程(包括校验)方式。,2-5 复位和低功耗工作方式, 复位电路,一、复位方式, 复位条件 RST引脚保持2个机器周期以上的高电平。, 复位后CPU状态,PC: 0000H TMOD: 00H Acc: 00H TCON: 00H B: 00H TH0: 00H PSW: 00H TL0: 00H SP: 07H TH1: 00H DPTR:0000H TL1: 00H P0P3:FFH SCON: 00H IP:00000B SBUF: 不定 IE:000000B PCON: 00000B,二、低功耗工作方式, 待机(休闲)方式(Idle) 掉电保护方式(Power Down)。,在Vcc=5V,fosc=12MHz条件下, 正常工作时电流约20mA; 待机(休闲)方式时电流约5mA; 掉电保护方式时电流仅75A。,两种低功耗工作方式由电源控制寄存器PCON确定。,其中: SMOD:波特率倍增位(在串行通信中使用) GF1、GF0:通用标志位 PD:掉电方式控制位, PD=1,进入掉电工作方式; IDL:待机(休闲)方式控制位, IDL=1,进入待机工作方式。,注意: PCON字节地址87H,不能位寻址。 读写时,只能整体字节操作,不能按位操作。,PSON,MSB,LSB, 待机(休闲)方式, 待机(休闲)状态退出 产生中断; 复位。, 待机(休闲)方式状态 片内时钟仅向中断源提供,其余被阻断; PC、特殊功能寄存器和片内RAM状态保持不变; I/O引脚端口值保持原逻辑值; ALE
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