第2章80C51的结构和原理

1、单片机原理及应用单片机原理及应用( ( 第第 2 2 版版 ) )高等学校信息技术规划教材高等学校信息技术规划教材 主讲人：吴俊国主讲人：吴俊国2014年9月1日电话：183155989972022-3-12第第2 2章章 80C5180C51的结构和原理的结构和原理80C5180C51内部结构与引脚功能内部结构与引脚功能 2.180C51单片机的单片机的CPU2.280C51的的存储器存储器组织组织2.32.480C5180C51单片机并行口单片机并行口 80C5180C51单片机最小系统单片机最小系统 2.5n 功能上分为：功能上分为： 基本型基本型； 增强型。增强型。n 存储器配置上分为

2、：存储器配置上分为： ROM ROM； EPROM EPROM； ROMLessROMLess； FLASHFLASH。v 8051是是IntelIntel公司公司MCS-51MCS-51系列的典型品种。系列的典型品种。以以80518051为基核的为基核的CMOSCMOS产品统称为产品统称为80C5180C51系列。系列。 2022-3-142.1.1 80C512.1.1 80C51的内部结构与引脚功能的内部结构与引脚功能 n CPUCPU8 8位，含布尔处理位，含布尔处理时钟电路时钟电路总线控制总线控制n 存储器存储器ROM,4KBROM,4KBRAM,128BRAM,128BSFR,21

3、SFR,21n I/OI/O接口接口并口并口,4,4个个8 8位位UART,1UART,1个个定时计数器，定时计数器，2 2个个中断源，中断源，5 5个个2022-3-152.1.2 80C512.1.2 80C51典型产品资源配置典型产品资源配置应注意：应注意：STCSTC系列单片机与系列单片机与80C5180C51兼容，采用串口编程，品种发展迅速。兼容，采用串口编程，品种发展迅速。2.1.3 80C512.1.3 80C51典型产品封装和引脚典型产品封装和引脚DIP40 DIP20DIP40 DIP202.1.3 80C512.1.3 80C51典型产品封装和引脚典型产品封装和引脚DIP4

4、0 DIP40 封装封装 ProteusProteus逻辑逻辑* *80C5180C51的应用模式的应用模式 一、一、总线型单片机应用模式总线型单片机应用模式总线型应用的“三总线”模式 非总线型应用的“多I/O”模式 二、非总线型单片机应用模式 非总线型单片机已经将用于外部总线扩展用的I/O口线和控制功能线去掉，从而使单片机的引脚数减少、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。非总线型单片机典型产品如： AT89C2051/AT89C4051。2022-3-1102.2 80C51的的CPU2.2.1 80C512.2.1 80C51的功能单元的功能单

5、元n 运算器运算器ACC,ACC,累加器累加器B B，寄存器，寄存器PSW,PSW,程序状态字程序状态字n 控制器控制器PCPC，程序计数器，程序计数器IR,IR,指令寄存器指令寄存器译码逻辑及时钟译码逻辑及时钟n 其他寄存器其他寄存器DPTR,DPTR,数据指针数据指针SP,SP,堆栈指针堆栈指针2022-3-111寄存器及其存储器映射寄存器及其存储器映射2022-3-1122.2.2 80C512.2.2 80C51的的CPUCPU时钟时钟v 时钟产生方式时钟产生方式内部时钟方式内部时钟方式 外部时钟方式外部时钟方式 2022-3-113v 80C5180C51的时钟信号的时钟信号2022

6、-3-1142.2.3 80C512.2.3 80C51单片机的复位单片机的复位复位复位可使单片机可使单片机或或系统部件处于确定的系统部件处于确定的初始状态初始状态。 v 复位电路复位电路 上电复位电路上电复位电路 按键与上电复位按键与上电复位 2022-3-115v 单片机复位后的状态单片机复位后的状态v PC PC = = 00000000H Hv RAMRAM：随机值随机值（运行中复位不改变（运行中复位不改变RAMRAM内容内容 ）v SFRSFR： P0P0P3=P3=FFFFH H SP=SP=0707H H IPIP、IEIE和和PCONPCON：有效位为：有效位为0 0 PSW=

7、PSW=0000H H2022-3-1162.3 80C51的存储器组织的存储器组织80C5180C51存储器可以分成两大类：存储器可以分成两大类：v RAMRAM，CPUCPU在运行时能随时进行数据的写入和读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。出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。用用来存放暂时性的输入输出数据、运算的来存放暂时性的输入输出数据、运算的中间结果中间结果或或用作用作堆栈堆栈。v ROMROM，写入信息后不易改写的存储器。断电后，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。其中的信息保留不变。用来存放用来存放固定的程序或数据固

8、定的程序或数据，如系统监控程序、常数表格等。如系统监控程序、常数表格等。 2022-3-1172.3.1 80C512.3.1 80C51单片机的程序存储器配置单片机的程序存储器配置v片片内内与片与片外外程序存储器的选择程序存储器的选择 v EAEA接高电平接高电平v 片内片内2022-3-118v EAEA引脚接地引脚接地-片外片外2022-3-119v 程序存储器低端的几个特殊单元程序存储器低端的几个特殊单元 2022-3-120v 程序存储器中的指令代码及其观察程序存储器中的指令代码及其观察 2022-3-1212.3.2 80C512.3.2 80C51单片机数据存储器配置单片机数据存

9、储器配置v片片内、内、片片外外数据存储器概况数据存储器概况 片内片内RAMRAM及及SFR SFR 片外片外RAM RAM 2022-3-122v工作寄存器区（含寄存器组工作寄存器区（含寄存器组0 0 3 3） v 寄存器组寄存器组0 0：地址：地址00H00H07H07H v 寄存器组寄存器组1 1：地址：地址08H08H0FH0FHv 寄存器组寄存器组2 2：地址：地址10H10H17H17Hv 寄存器组寄存器组3 3：地址：地址18H18H1FH1FH当前工作寄存器组当前工作寄存器组选择选择 v PSWPSW寄存器中：寄存器中： 2022-3-123片内片内RAMRAM详图详图 2022

10、-3-124v位寻址区位寻址区 字节地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H07H06H05H04H03H02H01H00H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H22H17H16H15H14H13H12H11H10H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H24H27H26H25H24H23H22H21H20H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H26H37H36H35H34H33H32H31H30H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H28H47H46H45H44H43H42H41H40H29H4FH4EH4DH4CH4BH

11、4AH49H48H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2022-3-125v通用通用RAMRAM区区 n 30H30H7FH7FH，共，共8080字节字节 n 数据缓冲数据缓冲 n 堆栈堆栈 SPSP指示栈顶指示栈顶 复位时复位时SPSP= =0707H H 系统初始化通常系统初始化通常重新设置重新设置2022

12、-3-126RAMRAM内容查看内容查看 2022-3-1272.3.3 80C512.3.3 80C51单片机的特殊功能寄存器（单片机的特殊功能寄存器（SFRSFR）基本型单片机有基本型单片机有2121个个SFRSFR离散地分布在离散地分布在80H80HFFHFFH空间。空间。 v与运算器相关与运算器相关3 3个个 v ACCACCv B Bv PSWPSWv与定时与定时/ /计数器相关计数器相关6 6个个 v TH0,TL0TH0,TL0v TH1,TL1TH1,TL1v TMODTMODv TCON TCONv指针类指针类3 3个个 v SPSPv DPH,DPLDPH,DPLv与口相关

13、与口相关7 7个个 v P0,P1,P2,P3P0,P1,P2,P3v SBUFSBUFv SCON SCONv PCONPCONv与中断相关与中断相关2 2个个 v IEIEv IPIP2022-3-1282.4 80C51的并行口的并行口P0P0口结构口结构 v P0P0作通用作通用I/OI/O口口（当（当EA=1EA=1或或“MOVMOV”传送时传送时C=0C=0）输输出出时时2.4.1 P02.4.1 P0、P2P2口的结构口的结构2022-3-129输输入入时时v 读锁存器（读锁存器（“读读- -修改修改- -写写”类指令，如类指令，如ANL P0,AANL P0,A） v 读引脚（

14、读引脚（“MOVMOV”类指令，如类指令，如MOV A, P0MOV A, P0）, ,要先写要先写“1 1” 1 10 0P0P0作通用作通用I/OI/O时为：时为：准双向口准双向口！2022-3-130v P0P0作地址数据总线（作地址数据总线（当当EA=0EA=0或或“MOVXMOVX”类传送时类传送时C=1C=1） v 输输出出时，时，地址地址/ /数据数据信信息分时出现在息分时出现在输出引脚输出引脚。v 输输入入时，时，先输出地址，先输出地址，然后然后自动向锁自动向锁存器写存器写1 1，再，再读引脚。此时读引脚。此时为为真正双向口真正双向口。2022-3-131P2P2口结构口结构

15、v P2P2作通用作通用I/OI/O口口（未扩片外存储器，或虽扩（未扩片外存储器，或虽扩RAMRAM但采用但采用“MOVX RiMOVX Ri”传送时传送时C=0C=0）P2P2作通用作通用I/OI/O时为：时为：准双向口准双向口！v P2P2作地址作地址总线高总线高8 8位位（C=1C=1）2022-3-132P1P1口结构口结构 P1P1仅能为通用的仅能为通用的准双向口准双向口！2.4.2 P12.4.2 P1、P3P3口的结构口的结构2022-3-133P3P3口结构口结构 v 第一功能：第一功能：通用通用I/OI/O口（对口寻址时）口（对口寻址时）2022-3-134v 第二功能第二功

16、能（不对口寻址时）（不对口寻址时）v P3.0 P3.0 ：RXDRXD（串行口输入）（串行口输入）v P3.1 P3.1 ：TXDTXD（串行口输出）（串行口输出）v P3.2 P3.2 ：INT0INT0（外部中断（外部中断0 0输入）输入）v P3.3 P3.3 ：INT1INT1（外部中断（外部中断1 1输入）输入） v P3.4 P3.4 ：T0T0（定时器（定时器0 0的外部输入）的外部输入） v P3.5 P3.5 ：T1T1（定时器（定时器1 1的外部输入）的外部输入）v P3.6 P3.6 ：WRWR（片外数据存储器（片外数据存储器“写写”选通控制输出）选通控制输出）v P3

17、.7 P3.7 ：RDRD（片外数据存储器（片外数据存储器“读读”选通控制输出）选通控制输出） 2.5 80C51单片机最小系统单片机最小系统2.5.1 2.5.1 最小系统的硬件构成最小系统的硬件构成2.5.2 2.5.2 最小系统增加简单最小系统增加简单I/OI/O设备设备 v应该注意：单片机应该注意：单片机P0P0口接有口接有1K1K的上拉电阻排，作为的上拉电阻排，作为20032003和和P0P0口的公共上拉电阻（图中未画出，口的公共上拉电阻（图中未画出，P1P1、P2P2和和P3P3口均接口均接有有4.7K4.7K上拉电阻排）。上拉电阻排）。n 功能上分为：功能上分为： 基本型基本型；

18、 增强型。增强型。n 存储器配置上分为：存储器配置上分为： ROM ROM； EPROM EPROM； ROMLessROMLess； FLASHFLASH。v 8051是是IntelIntel公司公司MCS-51MCS-51系列的典型品种。系列的典型品种。以以80518051为基核的为基核的CMOSCMOS产品统称为产品统称为80C5180C51系列。系列。 2022-3-1392.1.1 80C512.1.1 80C51的内部结构与引脚功能的内部结构与引脚功能 n CPUCPU8 8位，含布尔处理位，含布尔处理时钟电路时钟电路总线控制总线控制n 存储器存储器ROM,4KBROM,4KBRA

19、M,128BRAM,128BSFR,21SFR,21n I/OI/O接口接口并口并口,4,4个个8 8位位UART,1UART,1个个定时计数器，定时计数器，2 2个个中断源，中断源，5 5个个2022-3-1402.1.2 80C512.1.2 80C51典型产品资源配置典型产品资源配置应注意：应注意：STCSTC系列单片机与系列单片机与80C5180C51兼容，采用串口编程，品种发展迅速。兼容，采用串口编程，品种发展迅速。2.1.3 80C512.1.3 80C51典型产品封装和引脚典型产品封装和引脚DIP40 DIP20DIP40 DIP202022-3-1422.2 80C51的的CP

20、U2.2.1 80C512.2.1 80C51的功能单元的功能单元n 运算器运算器ACC,ACC,累加器累加器B B，寄存器，寄存器PSW,PSW,程序状态字程序状态字n 控制器控制器PCPC，程序计数器，程序计数器IR,IR,指令寄存器指令寄存器译码逻辑及时钟译码逻辑及时钟n 其他寄存器其他寄存器DPTR,DPTR,数据指针数据指针SP,SP,堆栈指针堆栈指针2022-3-143寄存器及其存储器映射寄存器及其存储器映射2022-3-1442.2.2 80C512.2.2 80C51的的CPUCPU时钟时钟v 时钟产生方式时钟产生方式内部时钟方式内部时钟方式 外部时钟方式外部时钟方式 2022

21、-3-145v 80C5180C51的时钟信号的时钟信号2022-3-1462.2.3 80C512.2.3 80C51单片机的复位单片机的复位复位复位可使单片机可使单片机或或系统部件处于确定的系统部件处于确定的初始状态初始状态。 v 复位电路复位电路 上电复位电路上电复位电路 按键与上电复位按键与上电复位 2022-3-147v 单片机复位后的状态单片机复位后的状态v PC PC = = 00000000H Hv RAMRAM：随机值随机值（运行中复位不改变（运行中复位不改变RAMRAM内容内容 ）v SFRSFR： P0P0P3=P3=FFFFH H SP=SP=0707H H IPIP、

22、IEIE和和PCONPCON：有效位为：有效位为0 0 PSW=PSW=0000H H2022-3-1482.3 80C51的存储器组织的存储器组织80C5180C51存储器可以分成两大类：存储器可以分成两大类：v RAMRAM，CPUCPU在运行时能随时进行数据的写入和读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。出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。用用来存放暂时性的输入输出数据、运算的来存放暂时性的输入输出数据、运算的中间结果中间结果或或用作用作堆栈堆栈。v ROMROM，写入信息后不易改写的存储器。断电后，写入信息后不易改写的存储器。断电后，其中的信息

23、保留不变。其中的信息保留不变。用来存放用来存放固定的程序或数据固定的程序或数据，如系统监控程序、常数表格等。如系统监控程序、常数表格等。 2022-3-1492.3.1 80C512.3.1 80C51单片机的程序存储器配置单片机的程序存储器配置v片片内内与片与片外外程序存储器的选择程序存储器的选择 v EAEA接高电平接高电平v 片内片内2022-3-150v EAEA引脚接地引脚接地-片外片外2022-3-151v 程序存储器低端的几个特殊单元程序存储器低端的几个特殊单元 2022-3-152v 程序存储器中的指令代码及其观察程序存储器中的指令代码及其观察 2022-3-1532.3.2

24、80C512.3.2 80C51单片机数据存储器配置单片机数据存储器配置v片片内、内、片片外外数据存储器概况数据存储器概况 片内片内RAMRAM及及SFR SFR 片外片外RAM RAM 2022-3-154v工作寄存器区（含寄存器组工作寄存器区（含寄存器组0 0 3 3） v 寄存器组寄存器组0 0：地址：地址00H00H07H07H v 寄存器组寄存器组1 1：地址：地址08H08H0FH0FHv 寄存器组寄存器组2 2：地址：地址10H10H17H17Hv 寄存器组寄存器组3 3：地址：地址18H18H1FH1FH当前工作寄存器组当前工作寄存器组选择选择 v PSWPSW寄存器中：寄存器

25、中： 2022-3-155片内片内RAMRAM详图详图 2022-3-156v位寻址区位寻址区 字节地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H07H06H05H04H03H02H01H00H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H22H17H16H15H14H13H12H11H10H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H24H27H26H25H24H23H22H21H20H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H26H37H36H35H34H33H32H31H30H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H28H47H46H45H4

26、4H43H42H41H40H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2022-3-157v通用通用RAMRAM区区 n 30H30H7FH7FH，共，共8080字节字节 n 数据缓冲数据缓冲 n 堆栈堆栈 SPSP指示栈顶指示栈顶 复位时复位时SPSP= =07

27、07H H 系统初始化通常系统初始化通常重新设置重新设置2022-3-158RAMRAM内容查看内容查看 2022-3-1592.3.3 80C512.3.3 80C51单片机的特殊功能寄存器（单片机的特殊功能寄存器（SFRSFR）基本型单片机有基本型单片机有2121个个SFRSFR离散地分布在离散地分布在80H80HFFHFFH空间。空间。 v与运算器相关与运算器相关3 3个个 v ACCACCv B Bv PSWPSWv与定时与定时/ /计数器相关计数器相关6 6个个 v TH0,TL0TH0,TL0v TH1,TL1TH1,TL1v TMODTMODv TCON TCONv指针类指针类3

28、 3个个 v SPSPv DPH,DPLDPH,DPLv与口相关与口相关7 7个个 v P0,P1,P2,P3P0,P1,P2,P3v SBUFSBUFv SCON SCONv PCONPCONv与中断相关与中断相关2 2个个 v IEIEv IPIP2022-3-1602.4 80C51的并行口的并行口P0P0口结构口结构 v P0P0作通用作通用I/OI/O口口（当（当EA=1EA=1或或“MOVMOV”传送时传送时C=0C=0）输输出出时时2.4.1 P02.4.1 P0、P2P2口的结构口的结构2022-3-161输输入入时时v 读锁存器（读锁存器（“读读- -修改修改- -写写”类指令，如类指令，如ANL P0,AANL P0,A） v 读引脚（读引脚（“MOVMOV”类指令，如类指令，如MOV A, P0MOV A, P0）, ,要先写要先写“1 1” 1 10 0P0P0作通用作通用I/OI/O时为：时为：准双向口准双向口！2022-3-162v P0P0作地址数据总线（作地址数据总线（当当EA=0EA=0或或“MOVXMOVX”类传送时类传送时C=1C=1） v 输输出出时，时，地址地址/ /数据数据信信息分时出现在息分时出现在输出引脚输出引脚。v 输输入入时，时，