51单片机原理介绍

1、51单片机原理介绍单片机是一种控制芯片，一个微型的计算机，而加上晶振，存储器，地址锁存器，逻辑门，七段译码器（显示器），按钮（类似键盘），扩展芯片，接口等那是单片机系统，以下是8051系列单片机原理和内部结构基础介绍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1/0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&#

2、61558;低功耗工作方式的作用和进入退出的方法§2-1单片机原理简介和引脚功能一、内部结构外匚神源殊部爭件计数程序存惱器4KBBOMC4KB总线扩展控制器数据存储皐25&BRAU/SFR2：X16位走时/计数黑7X莎程全孜工串行口宙行通信j2-l80C51单片机功能结构框匿、引脚功能-fl.O140¥環VccFl.12.39FO.OVss一Fl.2338F0.1Fl.3:4F0.2KTAL1Fl.45.36F0.3_rF1.5635F0.4F1.6734P0.5iVTATQF1.783jPOEALAlliEST/Vm980C51窣P07RST/Vem80C51EX

3、E/P3.01031EA/VptEA/Yn-r-TKD/P3.11130一山7PRDWFSEtTrIBTC/P3.212也一宠班IALE/FROG-flTSTF/P3.3'：13P2.7T0/P3.414P2.6T1/P3.E15一吃5WR/P3/6IBW/P3.717'24M.3Pli：:!-jHAL1IS一吃总HTAL21日FZ.1Vs52QFZ.0口口口F0陀P3地址数®总线地址总线双功能口40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。1电源：VCC-芯片电源，接+5V；VSS-接地端；2.时钟:XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。

4、3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。(2)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。4I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、Pl、P2、P3口，共

5、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）。§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；64KB外部数据存储器（外RAM）；256B内部数据存储器（内RAM）（包括特殊功能寄存器）。8051单片机存储空间配置原理|0JFFH内部OFFFH勺卜部ROMROM(4KB)C4IS)ODOOHEA=100OOHEA=b.匸FFHI外剖ROMlacoH(Bu冊Owe指食操作域）RDM応址空迥FPFFHFFH外韶寄存器HAMSQH(&4EB)7FH内部

6、RAMOOHoonoH指燒操化域（Mm指令按作域）._、程序存储器（ROM）地址范围：0000HFFFFH，共64KB。其中：低段4KB：0000H0FFFH80C51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+1-PC，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

7、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ROM16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。读外RAM的过程：外RAM16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

8、址信号同时加到外RAM16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。三、单片机内部数据存储器原理（内RAM）从广义上讲，8051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。8051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：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。工作寄存器区分为4个区：0区、1区、

9、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。2.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3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

10、、特殊功能寄存器（SFR）特殊功能寄存器地址映象表（一）名称蒔号住地址方位定収:名:吨恆镰昌字节地址Dt恥0511Cs1>2DiDoB寄存辭B肥HF5HF4HF3KF2HF1KFOH(FOH)星加器AAacITUE6HE5HE4HE3KE2HE1KEOH(EOH)Acc.7A-cc.6kcc.5Acc.4Ace.3Ace.2Acc.1Acc.0程序状态字一寄存器FSWD7HD6HDSHD4HD3HD2HD1HDGH(DOH)CyACFORSIRjOOVriFF5W.TFSW.6F汕5FSW.4FSW.3-FSW.2FSW.1FSW.O中斷忧先级控制寄存器IPJFHBEHEIHBCHJJB

11、HBAHESH®8H)PSPT1PX1proPKOI/O端口3F3STHB6HB5HB4H弱H醐SIHEDK(BOH)F317F3'；6F3：5F3：4F壷jFSV'ZF3l1F$.U中斷允许控制寄存器IE址HAEHAJJHALHABHMHA9HASH(ASH)EAESET1EXIETOEKOI/O端口zF2A7HAfiHAEHMHASHASHA1HACK(ADH)F2.7FZ.GFZ.5F2：4F2.3F2：£F巴1FA0特殊功能寄存器地址映象表（二）剥了丈据缓冲器SBUF99H串行控制寄存爵SCON9FK9EKQBHQAH98H<98H）5H05H

12、1T£WTE8nElI/O端口1Fl9TK96K勺4H93H92H91H90H（90H）Pl.7Pl.EPl.5Pl.4Pl.3Pl.2PL.1Pl.0走时/计数黑1TH1SBHC爲孚节）定时/计数器D（高字节）IHDSCH定时/计数器1C低字节IL1SEH走时/计歡器DC低字节）TLO醐定时/计数誥方式选择TMOD'gatec/fMlMOGkTEC/THlMO89H走时丿计数器TCON8FK8EHSDHSCH8EH8AH8H88H耘H）控制寄存器TF1TRITFOTEOIELIT1noITO电源控制及波特率选择FCQNSMODGFLGFOfDIDLSTH特殊功能寄存器地址映

13、象表（三）.数据址针（高字节）DPH.S3H数据扌詐十（低字节）銚堆栈指针対FSLKI/O端口0TD8TK86K85K84K83K82K61H80H、:'（8GK）?0.T?0,&?0.5?0.4F0/3F0.2F0.1FQ.0程序状态字寄存器PSWPSW也称为标志寄存器，了解这个对于了解单片机原理非常的重要，存放各有关标志。其结构和定义如下应编号PSW.7PSW.6P酣.5PSW.4PS1V.3PSW.2TS.lPSWJ位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HDIHDOH位定盘名CyACFORSIRSO创FFlP Cy进位标志。用于表示Acc.7有否向更高位进位。 AC辅助

14、进位标志。用于表示Acc.3有否向Acc.4进位。 RSI、RS0工作寄存器区选择控制位。RSI、RS0=000区（00H07H）RSI、RS0=011区（08H0FH）RSI、RS0=102区（10H17H）RSI、RS0=113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DPTR16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。堆栈指针SP专用于指出堆栈顶部数据的地址。§2-3I/O端口结构及工作原理探有4

15、个8位并行I/O口，共32条端线：P0、Pl、P2和P3口。每一个I/O口都能用作输入或输出。探用作输入时，均须先写入“1”；用作输出时，P0口应外接上拉电阻。探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。探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Pl口和未用作第二功能的部分P3口端线。§2-4时钟和时序原理111I130pF119(X：51=30pFfT産FAL:XTAL2(aj女卜接右英晶体C11C2一、时钟电路爲矽卜:無荡输入

16、图2TS旳诙1单片机时钟电路、时钟周期和机器周期时钟周期。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。80C51单片机工作的基本定时单位，简称机周。§2-5复位和低功耗工作方式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。-、复位方式1复位条件RST引脚保持2个机器周期以上的高电平。2.复位电路ca）上电复位电路b）肉按键复位电路图2-坨80C51复位电路3.复位后CPU状态PC：0000HTMOD：00HAcc：00HTCON：00HB：00HTH0：00HPSW：00HTL0：00HSP：0

17、7HTH1：00HDPTR：0000HTL1：00HP0P3：FFHSCON：00HIP：XXX00000BSBUF：不定IE：0XX00000BPCON：0XXX0000B二、低功耗工作方式待机（休闲）方式（Idle）掉电保护方式（PowerDown）。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。（1）待机（休闲）方式（2）待机（休闲）状态进入只要使PCON中IDL位置1。待机（休闲）状态退出 产生中断； 复位。2.掉电保护方式掉电保护方式状态片内振荡器停振，所有功能部件停止工作；片内RAM数据信息保存不变； AL