80C51的结构和原理.ppt

2020 2 2 1 80C51的结构和原理 80C51系列概述 1 1 80C51的基本结构与应用模式 1 2 80C51典型资源配置与引脚封装 1 3 80C51单片机的CPU 1 4 80C51的存储器组织 1 5 80C51的并行口结构与操作 1 6 2020 2 2 2 1 180C51系列概述 1 1 1MCS 51系列 8051 8751 80318052 8752 803280C51 87C51 80C3180C52 87C52 80C32等 MCS 51是Intel公司生产的一个单片机系列名称 这一系列的单片机有多种 如 2020 2 2 3 生产工艺有两种 在产品型号中凡带有字母 C 的即为CHMOS芯片 CHMOS芯片的电平既与TTL电平兼容 又与CMOS电平兼容 如87C51 一是HMOS工艺 高密度短沟道MOS工艺 二是CHMOS工艺 互补金属氧化物的HMOS工艺 2020 2 2 4 80C51典型产品资源配置 2020 2 2 5 功能上 有基本型和增强型2大类 增强型 8052 8752 803280C52 87C52 80C32 基本型 8051 8751 803180C51 87C51 80C31 2020 2 2 6 由表可见 增强型与基本型的几点不同 片内ROM 从4K增加到8K片内RAM 从128增加到256定时 计数器 从2个增加到3个中断源 从5个增加到6个 2020 2 2 7 无ROM型 要在片外扩展程序存储器 掩膜ROM型 程序由芯片生产厂写入 EPROM型 程序通过写入装置写入 FlashROM型 程序可电写入 常用 片内ROM的配置形式 还有型 具有较高的可靠性 2020 2 2 8 1 1 280C51系列 各厂商以8051为基核开发出的CMOS单片机统称为80C51系列 常用产品有 Intel 80C31 80C51 87C51 80C32 80C52 87C52等 ATMEL 89C51 89C52 89C2051等 Philips 华邦 Dallas Siemens等公司的许多产品 2020 2 2 9 1 280C51的基本结构与应用模式 1 2 180C51的基本结构 80C51单片机主要由以下功能部件组成 1 8位微处理器 CPU 2 128B数据存储器 RAM 片外可扩展到64KB 3 4KB程序存储器 ROM FLASH 片外可扩展到64KB 4 21个特殊功能寄存器 SFR 5 4个8位并行I O口 P0口 P1口 P2口 P3口 6 1个全双工异步串行口 UART 7 2个16位定时器 计数器 T0 T1 8 5个中断源的中断系统 X0 T0 X1 T1 S 2020 2 2 10 2020 2 2 11 1 2 280C51的应用模式 带总线扩展引脚的产品 扩展总线的应用模式不扩展总线的应用模式 2020 2 2 12 没有总线扩展引脚的产品 引脚数减少 体积减小 对于不需进行并行外围扩展 装置的体积要求苛刻且程序量不大的系统极其适合 典型产品 如 AT89S2051 AT89S4051 2020 2 2 13 QFP封装 1 380C51典型产品资源配置与引脚封装 2020 2 2 14 LCC封装 2020 2 2 15 80C51的引脚 电源引脚 Vcc Vss时钟引脚 XTAL1 XTAL2控制引脚 PSEN EA ALE RSTI O引脚 P0 P1 P2 P3 2020 2 2 17 1 480C51的CPU 2020 2 2 18 1 4 1CPU的功能单元 运算器累加器ACC寄存器BPSW 控制器指令寄存器IR译码与控制逻辑 其他寄存器程序计数器PC数据指针DPTR堆栈指针SP工作寄存器R0 R7 1 运算器 运算器由算术逻辑单元ALU 累加器ACC 寄存器B 程序状态字寄存器PSW BCD码运算调整电路等组成 1 累加器ACCACC是一个8位的寄存器 简称为A 它通过暂存器与ALU相连 它是CPU执行指令时使用最频繁的寄存器 用来存一个操作数或中间结果 2020 2 2 20 2 算术逻辑单元ALUALU是由加法器和其它逻辑电路等组成的 它用于对数据进行算术四则运算和逻辑运算 移位操作 位操作等功能 ALU的两个操作数 一个由A通过暂存器2输入 另一个由暂存器1输入 运算结果的状态送PSW 3 寄存器B乘除运算时候存放一个操作数 4 程序状态字寄存器PSWPSW是一个8位的专用寄存器 用于存程序运行中的各种状态信息 它可以进行位寻址 PSW各位的定义如下 PSW位地址字节地址D0H CY PSW 7 进位标志 在进行加或减运算时 如果操作结果最高位有进位或借时 CY由硬件置 1 否则清 0 在进行位操作时 AC PSW 6 辅助进位标志 又称半进位 在进行加或减运算时 低四位数向高四位产生的进位或借位 将由硬件置 1 否则为0 F0 PSW 5 用户标志位 由用户置位或复位 它可作为用户自行定义的一个状态标记 RS1RS0 PSW 4PSW 3 工作寄存器组指针 用以选择CPU当前工作的寄存器组 2020 2 2 22 RS1RS0与工作寄存器组的对应关系 OV PSW 2 溢出标志 当进行算术运算时 如果产生溢出 则由硬件将OV位置1 否则清 0 P PSW 0 奇偶标志位 该位始终跟踪累加器A内容中 1 的奇偶性 当累加器A内容中有奇数个 1 时 P置1 否则 P置 0 改变累加器A中内容的指令均会影响P标志位 2020 2 2 24 2 控制器 1 指令寄存器 IR 8位 保存当前正在执行的一条指令 内容包含操作码和地址码 2 译码与控制逻辑是微处理器的核心部件 它的任务是完成读指令 执行指令 存取操作数运算结果 向其他部件发出各种微控制信号 协调各部件工作 26 3 其他寄存器 堆栈指针SP 指示栈顶在内部RAM中的位置 复位后 SP中的内容为07H 堆栈从08H开始向上生长 数据指针DPTR 由DPH和DPL两个8位寄存器构成 可对片外64KB范围内的RAM或ROM进行间接寻址或变址寻址操作 程序计数器PC 16位计数器 它总是存放着下一个要取指令的16位存储单元地址 复位时PC装入0000H 2020 2 2 27 工作寄存器R0 R7 2020 2 2 28 1 4 280C51的时钟与时序 时钟产生方式 时序 内部时钟方式外部时钟方式 2020 2 2 29 80C51的时钟信号 1个机器周期 12个晶振周期 或6个时钟周期 指令的执行时间称作指令周期 单 双 四周期 1 若外接晶振fOSC 12MHz时 振荡周期 1 6MHz 1 6 s 0 167 sS状态周期 2 1 6 s 0 334 s机器周期 12 1 6 s 2 s指令周期 2 8 s 振荡周期 1 12MHz 1 12 s 0 0833 sS状态周期 2 1 12 s 1 6 s 0 167 s机器周期 12 1 12 s 1 s指令周期 1 4 s 2 若外接晶振fOSC 6MHz时 时钟参数 2020 2 2 31 80C51的典型时序 单字节指令双字节指令 单周期指令 2020 2 2 32 程序存储器中的指令代码及其观察 2020 2 2 33 双周期指令 2个机器周期中ALE有效4次 后3次读操作无效 2020 2 2 34 访问外部RAM的双周期指令时序 第二机器周期无读操作码的操作 而是进行外部数据存储器的寻址和数据选通 ALE信号会出现非周期现象 2020 2 2 35 1 4 380C51单片机的复位 复位可使单片机或系统部件处于确定的初始状态 复位电路 上电复位电路按键与上电复位 2020 2 2 36 单片机复位后的状态 PC 0000HRAM 随机值 运行中复位不改变RAM内容 SFR P0 P3 FFHSP 07HIP IE和PCON 有效位为0PSW 00H 作业 MCS 51单片机的时针周期 机器周期 指令周期是什么 当主频为12MHZ时 一个机器周期为多少微秒 执行一条最长的指令需要多少秒 单片机复位以后的状态 2020 2 2 38 1 580C51的存储器组织 80C51存储器可以分成两大类 RAM CPU在运行时能随时进行数据的写入和读出 但在关闭电源时 其所存储的信息将丢失 用来存放暂时性的输入输出数据 运算的中间结果或用作堆栈 ROM 写入信息后不易改写的存储器 断电后 其中的信息保留不变 用来存放固定的程序或数据 如系统监控程序 常数表格等 2020 2 2 39 1 5 180C51单片机的程序存储器配置 片内与片外程序存储器的选择 2020 2 2 40 2020 2 2 41 程序存储器低端的几个特殊单元 2020 2 2 42 程序存储器中的指令代码及其观察 2020 2 2 43 1 5 280C51单片机数据存储器配置 片内 片外数据存储器概况 片内RAM及SFR片外RAM 44 51存储器结构总结 45 1 00H 7FH 0 127 单元组成低128字节的片内RAM区 对其访问可采用直接寻址或间接寻址的方式 2 80H FFH 128 256 单元组成高128字节的专用寄存器 SFR 区 只能采用直接寻址方式来访问 3 MCS 52子系列中的片内RAM增大了128字节 其地址范围也是从80H FFH 为了与SFR区分 对此段的范围只能采用间接寻址方式来访问 2020 2 2 46 工作寄存器区 含寄存器组0 3 寄存器组0 地址00H 07H寄存器组1 地址08H 0FH寄存器组2 地址10H 17H寄存器组3 地址18H 1FH 当前工作寄存器组选择 PSW寄存器中 2020 2 2 47 片内RAM详图 2020 2 2 48 位寻址区 2020 2 2 49 通用RAM区 30H 7FH 共80字节 数据缓冲堆栈SP指示栈顶复位时SP 07H系统初始化通常重新设置 2020 2 2 50 RAM内容查看 2020 2 2 51 1 5 380C51单片机的特殊功能寄存器 SFR 基本型单片机有21个SFR离散地分布在80H FFH空间 与运算器相关3个ACCBPSW 与定时 计数器相关6个TH0 TL0TH1 TL1TMODTCON 指针类3个SPDPH DPL 与口相关7个P0 P1 P2 P3SBUFSCONPCON 与中断相关2个IEIP 2020 2 2 52 80C51的逻辑结构 IO 2020 2 2 53 1 680C51的并行口结构与操作 P0口结构 输出时 1 6 1P0 P2口的结构 2020 2 2 54 输入时 读锁存器 读 修改 写 类指令 如ANLP0 A 读引脚 MOV 类指令 如MOVA P0 要先写 1 1 0 P0作通用I O时为 准双向口 2020 2 2 55 输出时 地址 数据信息分时出现在输出引脚 输入时 先输出地址 然后自动向锁存器写1 再读引脚 此时为真正双向口 2020 2 2 56 P2口结构 P2作通用I O口 未扩片外存储器 或虽扩RAM但采用 MOVX Ri 传送时C 0 P2作通用I O时为 准双向口 P2作地址总线高8位 C 1 2020 2 2 57 P1口结构 P1仅能为通用的准双向口 1 6 2P1 P3口的结构 2020 2 2 58 P3口结构 第一功能 通用I O口 对口寻址时 2020 2 2 59 第二功能 不对口寻址时 2020 2 2 60 1 6 3并行口驱动简单外设 并行口的负载能力 AT89S52 每根口线最大可吸收10mA的 灌 电流P0口吸收电流的总和不能超过26mAP1 P2和P3每个口吸收电流的总和限制在15mA4个口所有口线的吸收电流总和限制在71mA 2020 2 2 61 驱动简单的输出设备 驱动LED 发光二极管 LED典型工作点 1 75V 10mA 单个LED驱动特性如下图 2020 2 2 62 多个LED驱动如下图 并口直接驱动经缓冲器驱动 亮度不理