第2章80C51的结构和原理

2020 4 21 1 第2章80C51的结构和原理 80C51系列概述 2 1 80C51的基本结构与应用模式 2 2 80C51典型资源配置与引脚封装 2 3 80C51单片机的CPU 2 4 80C51的存储器组织 2 5 80C51的并行口结构与操作 2 6 2020 4 21 2 2 180C51系列概述 2 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 4 21 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 4 21 4 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 4 21 5 在片内程序存储器配置上 有3种形式 即掩膜ROM EPROM和ROMLess 如 80C51有4K字节的掩膜ROM87C51有4K字节的EPROM80C31在芯片内无程序存储器 2020 4 21 6 2 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 4 21 7 2 280C51的基本结构与应用模式 2 2 180C51的基本结构 2020 4 21 8 2 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 4 21 9 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 4 21 10 2 380C51典型产品资源配置与引脚封装 2 3 180C51典型产品资源配置 2020 4 21 11 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 4 21 12 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OTPROM型 具有较高的可靠性 2020 4 21 13 2 3 280C51的引脚封装 2020 4 21 14 2 480C51的CPU 2020 4 21 15 四 单片机的工作过程 取指过程 例 MOVA 09H74H09H 把09H送到累加器A中 执行过程 PC 0000H 01110100 00001001 PC PC 0001H 0002H 0000H 外部控制总线CB 取指过程 PC 执行过程 你知道PC的作用吗 2020 4 21 16 2 4 1CPU的功能单元 运算器累加器ACC寄存器BPSW 控制器程序计数器PC指令寄存器IR定时与控制逻辑 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 2020 4 21 17 寄存器及其存储器映射如下图 2020 4 21 18 2 4 280C51的时钟与时序 时钟产生方式 内部时钟方式外部时钟方式 2020 4 21 19 80C51的时钟信号 1个机器周期 12个晶荡周期 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 2020 4 21 20 80C51的典型时序 单字节指令双字节指令 单周期指令 2020 4 21 21 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 4 21 22 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 4 21 23 2 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 4 21 24 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 2020 4 21 25 2 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 4 21 26 2 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 4 21 27 2020 4 21 28 1 程序存储器 程序存储器 内部 外部 PC 程序存储器资源分布 中断入口地址 2020 4 21 29 程序存储器中的指令代码及其观察 2020 4 21 30 内部 外部 2 数据存储器 数据存储器 RAM 专用寄存器 内部RAM存储器 工作寄存器区选择位RS0 RS1 2020 4 21 31 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 4 21 32 片内RAM详图 2020 4 21 33 位寻址区 2020 4 21 34 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 4 21 35 RAM内容查看 2020 4 21 36 2 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 4 21 37 例 MOVA 79HADDA 91H D7D6D5D4D3D2D1D001111001 10010001 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 2020 4 21 38 1 P0口的输出 0 0 0 1 1 输出1时 1 2 680C51的并行口结构与操作 2 6 1P0 P2口的结构 P0口结构 2020 4 21 39 1 P0口的输出 0 1 0 0 0 0 输出0时 P0口结构 2020 4 21 40 P0口做地址 数据分时复用口 1 1 输入 1 0 1 0 1 0 X 2020 4 21 41 P0口做地址 数据分时复用口 1 1 输出 1 0 1 2020 4 21 42 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 4 21 43 P1口结构 P1仅能为通用的准双向口 2 6 2P1 P3口的结构 2020 4 21 44 P3口结构 第一功能 通用I O口 对口寻址时 2020 4 21 45 二 P2口的结构 2020 4 21 46 第二功能 不对口寻址时 2020 4 21 47 2 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 4 21 48 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 4 21 49 多个LED驱动如下图 并口直接驱动经缓冲器驱动 亮度不理想 245 单根线 25mA 总和 75mA 2020 4 21 50 驱动LED数码管 公共电阻限流各路分别限流 2020 4 21 51 共阴极字形