C单片机片内结构和工作原理实用

会计学1C单片机片内结构和工作原理实用2.1片内结构和引脚功能

2.1.1片内结构

第1页/共32页2.1.2引脚功能

第2页/共32页⒈电源:⑴VCC-芯片电源，接+5V；⑵VSS-接地端；⒉时钟:XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。⒊控制线:控制线共有4根，其中3根是复用线。所谓复用线是指具有二种功能，正常使用时是一种功能，在某种条件下是另一种功能。⑴ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

①

ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址

②PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。⑵PSEN:外ROM读选通信号。⑶RST/VPD:复位/备用电源。①RST（Reset）功能：复位信号输入端。②VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。⑷EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。①EA功能：内外ROM选择端。②Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。第3页/共32页⒋

I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共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）。P3.0——RXD：串行口输入端；P3.1——TXD：串行口输出端；P3.2——INT0：外部中断0请求输入端；P3.3——INT1：外部中断1请求输入端；P3.4——T0：定时/计数器0外部信号输入端；P3.5——T1：定时/计数器1外部信号输入端；P3.6——WR：外RAM写选通信号输出端；P3.7——RD：外RAM读选通信号输出端。第4页/共32页2.2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：⑴64KB程序存储器(ROM),包括片内ROM和片外ROM；⑶256B内部数据存储器(内RAM)

(包括特殊功能寄存器）

。⑵64KB外部数据存储器（外RAM）；第5页/共32页80C51存储空间配置图

第6页/共32页2.2.1程序存储器（ROM）

地址范围：0000H～FFFFH，共64KB。其中:

低段4KB：0000H～0FFFH

80C51和87C51在片内，80C31在片外。

高段60KB：1000H～FFFFH。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。第7页/共32页2.2.2外部数据存储器（外RAM）

地址范围：0000H～FFFFH 共64KB。

读写外RAM用MOVX指令，控制信号是P3口中的RD和WR。第8页/共32页2.2.3内部数据存储器（内RAM）

从广义上讲，80C51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00H～7FH的低128B空间。第9页/共32页

80C51内RAM结构图，它又可以分成三个物理空间：工作寄存器区、位寻址区和数据缓冲区。地址区域功能名称00H～1FH00H～07H工作寄存器0区08H～0FH工作寄存器1区10H～17H工作寄存器2区18H～1FH工作寄存器3区20H～2FH

位寻址区30H～7FH数据缓冲区第10页/共32页作用：⒈工作寄存器区

工作寄存器区分为4个区：0区、1区、2区、3区。每区有8个寄存器：R0～R7，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。

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。第11页/共32页⒉

位寻址区

⑴地址:

从20H～2FH共16字节（Byte，缩写为英文大写字母B）属位寻址区。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。所谓位寻址位操作是指按位地址对该位进行置1、清0、求反或判转。

⑵用途：

存放各种标志位信息和位数据。

⑶注意事项:

位地址与字节地址两者编址相同，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。

第12页/共32页位寻址区的位地址映象表

字节地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D02FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H28H47H46H45H44H43H42H41H40H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H26H37H36H35H34H33H32H31H30H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H24H27H26H25H24H23H22H21H20H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H22H17H16H15H14H13H12H11H10H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H20H07H06H05H04H03H02H01H00H第13页/共32页⒊

数据缓冲区

内RAM中30H～7FH为数据缓冲区，属内RAM，用于存放各种数据和中间结果，起到数据缓冲的作用。第14页/共32页2.2.4特殊功能寄存器（SFR）

特殊功能寄存器地址映象表（一）

第15页/共32页特殊功能寄存器地址映象表（二）

第16页/共32页特殊功能寄存器地址映象表（三）

注：带括号的字节地址表示每位有位地址可位操作。⑴累加器Acc⑵寄存器B第17页/共32页⑶程序状态字寄存器PSW

PSW也称为标志寄存器，存放各有关标志。其结构和定义如下：①Cy—进位标志。 用于表示Acc.7有否向更高位进位。②AC—辅助进位标志。用于表示Acc.3有否向Acc.4进位。第18页/共32页③RS1、RS0—工作寄存器区选择控制位。

RS1、RS0=00——0区（00H～07H）

RS1、RS0=01——1区（08H～0FH）

RS1、RS0=10——2区（10H～17H）

RS1、RS0=11——3区（18H～1FH）④OV—溢出标志。表示Acc在有符号数算术运算中的溢出。⑤P—奇偶标志。 表示Acc中“1”的个数的奇偶性。⑥F0、F1—用户标志。第19页/共32页⑷数据指针DPTR⑸堆栈指针SP专用于指出堆栈顶部数据的地址。

16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。第20页/共32页⑶执行调用子程序或发生中断时，CPU会自动将当前PC值压入堆栈，将子程序入口地址或中断入口地址装入PC；子程序返回或中断返回时，恢复原有被压入堆栈的PC值，继续执行原顺序程序指令。五、程序计数器PC※

PC不属于特殊功能寄存器，不可访问，在物理结构上是独立的。※PC是一个16位的地址寄存器，用于存放将要从ROM中读出的下一字节指令码的地址，因此也称为地址指针。※PC的基本工作方式有：⑴自动加1。CPU从ROM中每读一个字节，自动执行

PC+1→PC；⑵执行转移指令时，PC会根据该指令要求修改下一次读ROM新的地址；第21页/共32页2.3I/O端口结构及工作原理

※

有4个8位并行I/O口,共32条端线：

P0、P1、P2和P3口。每一个I/O口都能用作输入或输出。

※

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。

※

P0口的负载能力为8个LSTTL门电路；

P1～P3口的负载能力为4个LSTTL门电路。

※

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P1口和未用作第二功能的部分P3口端线。第22页/共32页2.4时钟和时序

⒈时钟电路

2.4.1时钟电路和机器周期

第23页/共32页⒉时钟周期和机器周期

80C51单片机工作的基本定时单位，简称机周。⑴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。⑵机器周期。

机器周期是时钟周期的12倍。当时钟频率为12MHz时，机器周期为1s；当时钟频率为6MHz时，机器周期为2s。第24页/共32页

80C51单片机的工作方式共有四种：

⑴复位方式；

⑵程序执行方式；

⑶低功耗方式；

⑷片内ROM编程（包括校验）方式。2.5

复位和低功耗工作方式第25页/共32页

⒉

复位电路

2.5.1复位方式

⒈复位条件

RST引脚保持2个机器周期以上的高电平。第26页/共32页⒊复位后CPU状态第27页/共32页2.5.2低功耗工作方式

⑴待机(休闲)方式（Idle）

⑵掉电保护方式（PowerDown）。在Vcc=5V，fosc=12MHz条件下，正常工作时电流约20mA；待机(休闲)方式时电流约5mA；掉电保护方式时电流仅75A。

第28页/共32页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，