第3章80C51的结构和原理.ppt

3.680C51并行端口结构和操作，第3章80C51结构和原理，3.180C51系列概述，3.280C51典型产品资源分配和引脚，3.380C51系列单片机结构原理，3.480C51内部结构，3.580C51存储组织，3.180C51系列概述，3.1.1MCS-51系列(1)MCS-51是英特尔公司生产的单片机系列名称。属于这一系列的单片机有很多种，例如：8051/8751/8031；8052/8752/8032；-80C 51/87C 51/80C 31-80C 52/87C 52/80C 32等。(2)该系列有两种生产工艺：CHMOS是互补金属氧化物半导体和HMOS的结合体，既保持了HMOS的高速、高密度的特点，又具有互补金属氧化物半导体的低功耗特点。在产品模型中，任何字母为“C”的人都是一个CHMOS芯片。该芯片的水平是兼容的两个TTL级和CMOS级。一种是HMOS工艺(高密度短沟道金属氧化物半导体工艺)。第二种是CHMOS工艺(互补金属氧化物HMOS工艺)。(3)在功能上，系列单片机有两种类型：基本型和增强型：增强型：8052/8752/803280 C52/87C 52/80C 32，基本型：8051/8751/803180 C51/87C 51/80C 31，(4)在片上程序存储器的配置上，系列单片机有三种形式，即屏蔽只读存储器、可编程只读存储器和无片上程序例如，80C51有一个面具rom4K字节。87C51有4K字节的eprom；80C31芯片中没有程序存储器。3.1.280C51系列，65121；Intels: 80C31、80C51、87C51、80C32、80C52等。ATMELs: 89C51、89C52、89C2051等。Philips、华邦、达拉斯和西门子等的许多产品。80C51是MCS-51系列中典型的多种CHMOS技术；其他厂商基于8051开发的CMOS工艺单片机产品统称为80C51系列。目前，80C51系列单片机的主要产品有：3.1.380C51的基本结构和应用模式，第一个和80C51的基本结构，第二个和80C51的应用模式，根据总线结构可分为总线型和非总线型。正如我们经常看到的，89C51微控制器是一种总线结构。89C51微控制器有一个数据总线，一个地址总线和一个控制总线(WR，研发，环境影响评估，高级工程师等)。)。20针89S2051微控制器是非总线型的。外部引脚很少，这可以降低成本。在总线型单片机的总线应用模式中，使用除了单片机的电源引脚、晶振输入引脚和P1端口引脚之外的其它引脚，可以方便地将单片机配置成典型的三总线结构，当总线型应用长期用于扩展外围设备时，布线会更加复杂，系统的可靠性会降低。因此，在设计系统时，应尽量减少扩展设备的数量。2。总线单片机的非总线应用模式总线单片机也可以采用非总线应用的“多输入多输出”模式，非常适合具有大量输入输出端口的应用系统。非总线单片机的应用模式非总线单片机去掉了用于外部总线扩展的输入输出端口线和控制功能线，从而减少了单片机的管脚数量和体积。对于不需要并行外设扩展的系统来说，设备的尺寸要求很高，程序量也不大，因此非常适合。非总线微控制器的典型产品有：AT89S2051/AT89S4051。基于总线的应用程序的“三总线”模式非基于总线的应用程序的“多输入/输出”模式，3.280C51典型产品资源分配和引脚，3.2.180C51典型产品资源分配(1)增强和基本类型在以下几点不同：65121；片内只读存储器字节：从4K增加到8K；*片上内存的字节数：从128增加到256；*将计时/计数器从2增加到3；*将中断源的数量从5增加到6。(2)片上只读存储器的配置形式：无只读存储器(即无只读存储器)类型，应用时程序存储器应在片外扩展；用户程序是由芯片制造商编写的。EPROM式，用户程序由书写装置书写，紫外线照射擦除；FlashROM类型，用户程序可以用电子方式写入或擦除(目前常用的方法)。和OTPROM(一次写入只读存储器)产品，具有很高的环境适应性和可靠性。3.2.2引脚信号，1。电源引脚Vcc和VSSVCC: 5V。Vss:接地。通常，0.1高频滤波电容连接在Vcc和Vss引脚之间。2.时钟电路引脚XTAL1和XTAL2XTAL1:连接到外部晶振和微调电容的一端，它是片上振荡器反相放大器的输入。如果使用外部TTL时钟，该引脚必须接地。XTAL2:连接外部晶体振荡器和微调电容器的另一端。它是片上振荡器反相放大器的输出。如果使用外部TTL时钟，此引脚是外部时钟的输入。当系统扩展时，数据锁存器允许ALE控制地址锁存器锁存从端口P0输出的低8位地址，从而实现数据和低位地址的复用。当微控制器上电并正常工作时，ALE端子以时钟频率的1/6的固定频率周期性地输出正脉冲信号。ALE的负载能力为8个LSTTL设备。4.外部程序存储器读取选通信号PSENPSEN是用于读取外部程序存储器的选通信号，并且低电平有效。当中央处理器从外部存储器获取指令时，它在每个机器周期内有效两次。当处理器在输入处理器/VPP处于高电平时，程序存储器地址允许中央处理器执行片上程序存储器指令，但是当个人计算机中的值超过0FFFH时，将自动切换到执行片外程序存储器指令。当环境影响较低时，中央处理器只执行片外程序存储器指令。对于8031，EA必须连接到低电平。6.复位信号RST该信号的高电平有效，在输入端保持高电平两个机器周期后，复位操作可以完成。此外，该引脚还具有掉电保护功能。如果5V备用电源连接到此终端，如果Vcc在使用过程中断电，片内随机存取存储器中的信息就不会丢失。输入/输出端口引脚P0、P1、P2和P3P0 (P0.0P0.7):该端口为8位准双向开放漏极端口，负载能力为8高LSTTL负载，是8位地址线和8位数据线的复用端口。P1端口(1.0 1.7):它是一个8级双向输入/输出端口，内置上拉电阻。P1港的驱动能力为4个LSTTL负载。P2端口(P 2.0 P 2.7):8级双向输入输出端口，内置上拉电阻，P2端口驱动能力也为4个LSTTL负载。当访问外部程序存储器时，它充当存储器的高8位地址线。P3端口(p3.0 p3.7): P3端口也是一个带有内部上拉电阻的8级双向输入/输出端口。P3港除了用作一般的输入输出端口外，还有一些特殊的功能。3.380C51系列单片机的结构3.3.180C51单片机的逻辑结构单片机主要包括以下部件：一个8位的中央处理器；时钟电路；4 KB程序内存；128B数据存储；两个16位定时/计数器；64KB扩展总线控制电路；四个8位并行输入/输出端口；可编程串行接口；五个中断源，包括两个优先级嵌套中断。380C51单片机内部结构，1。中央处理器由电路、运算单元和控制器两部分组成，完成各种操作和控制操作。(1)算术单元电路包括算术逻辑单元、累加器、寄存器、状态寄存器、寄存器1和寄存器2。功能：完成算术运算和逻辑运算。操作结果的状态由状态寄存器保存。控制器电路包括程序计数器PC、PC+1寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器、定时和控制电路等。功能：完成指挥控制工作，协调单片机各部分的正常工作。程序计数器PC(16位)用于存储要执行的指令的地址。它可以完成64K外部存储器寻址。执行指令时，电脑内容的高8位通过P2端口输出，低8位通过P0端口输出。数据指针DPTR是一个16位数据指针，可以寻址64K外部数据存储器和输入/输出端口。它的低8位是DPL(地址82H)，高8位是DPH(地址83H)。堆栈指针SP(8位)在片内RAM(128字节)中打开一个堆栈区域，并随时跟踪堆栈的顶部地址。它根据先进先出的原则访问数据。通电复位后，SP指向07H。定时器/计数器用于定时控制、延迟、计数和检测外部事件等。3.存储器包括数据存储器和程序存储器，它们的寻址空间彼此独立。对于80C51系列(8031除外)，有四个物理独立的内存空间：内部和外部程序内存以及内部和外部数据内存。对于80C51，其芯片中有256个随机存取存储器单元，其中最后128个单元被特殊寄存器占用，只有前128个单元被用户使用。并行输入/输出端口有4个8位输入/输出端口，每条输入/输出线可以单独作为输入或输出。P0端口为带8个TTL门的三态双向端口，P1、P2和P3端口为准双向端口，负载容量为4个TTL门。串行输入输出端口具有全双工串行通信接口，通用异步工作模式，可同时发送和接收数据。它有两个独立的接收和发送数据缓冲器，两个缓冲器共享一个地址(99H)。中断控制系统有5个中断源，即2个外部中断、2个定时/计数中断、1个串行中断和2个中断优先级。7.时钟电路内部有一个时钟电路，但晶振和微调电容必须外部连接。振荡器的频率范围为1.2兆赫至12兆赫，典型值为6兆赫。8.总线上的所有元件都通过总线连接，从而形成一个完整的单片机。系统的地址信号、数据信号和控制信号都通过总线传输。总线结构减少了单片机的导线和引脚，提高了集成度和可靠性。3.480C51内部数据存储器(内部随机存取存储器)，这是一种存储二进制信息的数字电路设备。微型计算机的存储器包括主存储器和外部存储器。外部存储(External storage)主要指各种大容量磁盘存储、光盘存储等。主存储器(memory)是指可以直接与中央处理器交换数据的半导体存储器。半导体存储器具有存取速度快、集成度高、体积小、可靠性高、成本低等优点。微控制器是一种微型计算机，它的主存储器也使用半导体存储器。半导体存储器的一些基本概念位：信息的基本单位是位(位或b)，表示二进制信息“1”或“0”。在存储器中，位信息由具有存储功能的半导体电路实现，例如，触发器用于存储一位信息。字节：在微型计算机中，信息大多以字节(字节或b)的形式存储。一个字节由8位信息组成(1字节=8位)，通常称为存储单元。存储容量：存储芯片的存储容量是指一个芯片(例如8K8位芯片)中可存储的信息位数，而存储体的存储容量是指由多个存储芯片组成的存储体中可存储的信息量，通常以字节表示。地址：地址表示存储单元所在的物理空间的位置，由一组二进制代码表示。该地址相当于存储单元的“单元号”。中央处理器可以通过地址码访问某个存储单元，一个存储单元对应一个地址码。访问周期：指内存存储或检索数据一次所需的时间。存储容量和访问周期是内存的两个重要性能指标。3.4.2、80C51内部数据存储，内部内存有256个单元，通常在空间上分为两个区域；一个内部数据随机存取存储器块，低128个单元(00H7FH)，一个特殊寄存器SFR块，高128个单元(80H0FFH)。1.低内部随机存取存储器128单元和低内部随机存取存储器128单元是真实的内部数据随机存取存储器区域。它们是一个多功能的可重用数据存储器，根据用途可以分为三个区域。内部数据随机存取存储器区，工作寄存器区(00H1FH):也称为通用寄存器，有4组寄存器，每组由8个寄存器单元组成，每个单元为8位，每组用R0R7作为寄存器编号，总共有32个单元。在任何时候，中央处理器只能使用一组通用寄存器，称为当前通用寄存器组，它可以由PSW中RS1和RS0位的状态组合决定。位寻址区(20H2FH):内部随机存取存储器的20H2FH，有16个单元，168=128位，位地址为00H7FH。位寻址区域可用作字节操作的通用随机存取存储器区域，也可用作单元每个位的位操作，因此称为位寻址区域。内部数据随机存取存储器映射、位地址区的位地址、用户随机存取存储器区(30H7FH):其余80个单元是用户随机存取存储器区，单元地址为30H7FH。128单元低内部随机存取存储器的使用说明如下：(1)80C51内部随机存取存储器00H7FH单元可以使用直接寻址或间接寻址来实现数据传输。(2)内部随机存取存储器20h 2fh单元的位地址空间可以实现位操作。(3)当前工作寄存器组可以通过软件设置PSW中RS1和RS0位的状态来选择。(4)4)80C 51堆栈是自由堆栈。单片机复位后，堆栈底部为07H，在程序运行过程中可以任意设置堆栈。堆栈设置是通过对SP的操作来实现的。在一般程序开始时，总是有这样一条指令来设置堆栈指针，因为在启动时，SP的初始值是07H，这使得堆栈从08H单元开始，而08H到1FH区域是8031的第二、第三和第四工作寄存器区域，这是经常使用的，因此造成数据混乱。例如，服务点可以设置为30H、2。内部随机存取存储器对于特殊寄存器来说是128单元高，所以它被称为特殊寄存器区(也称为特殊功能寄存器区，SFR区)，单元地址是80H0FFH。80C51有22个特殊寄存器，其中的程序计数器是物理独立的，没有地址，所以它是不可寻址的，不属于内部随机存取存储器的SFR区。剩余的21个特殊寄存器属于内部随机存取存储器的随机存取存储器区域，并且是可寻址的。它们的单元地址在80h和0ffh之间离散分布。专用寄存器程序计数器PC: PC是一个16位计数器，其内容是由单片机执行的指令机器码所在的存储单元的地址。电脑具有自动加1的功能。电脑不可寻址，用户不能直接读写。但是，用户可以通过转移、调用和返回等指令来改变其内容，以实现程序的转移。累加器ACC: 8位寄存器，不仅能存储操作数，还能存储运算的中间结果，限制了单片机工作效率的提高。现在一些单片机已经用寄存器阵列代替了累加器ACC。寄存器B: 8位寄存器，主要用于乘法和除运算。存储乘数或乘积的较高8位；存储除数或余数。寄存器B也可以用作通用寄存器。程序状态字PSW:是一个8位寄存器，用于指示程序运行状态信息。其中一些位由硬件根据程序执行结果自动设置，而一些位可由用户通过指令方法设置。输入(借用)位标志位