《单片机原理及应用》辅导资料三

/单片机原理及应用辅导资料三主题：课件第二章80C5１的结构和原理第4—6节——80C5１的内部结构、80C5１的存储器组织、８0C５１的并行口结构与操作学习时间:２013年１0月14日-１0月２0日内容:我们这周主要学习课件第二章80Ｃ５１的结构和原理第４－6节的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对80C５1相关知识的理解。一、学习要求１．掌握80C５１单片机存储器及SFR配置。2。掌握80C51单片机的内部资源，特别是存储器配置。３。理解单片机的工作原理和基本时序。二、主要内容1．80C５1的内部结构(1)80C51单片机的内部结构8０C５１单片机由微处理器、存储器、Ｉ/Ｏ口以及特殊功能寄存器ＳFR等构成，内部结构如图1所示：图1８0C51内部逻辑结构①８0C５1的微处理器微处理器:8位的高性能中央处理器（CPU)。主要由以下两部分构成:运算器运算器由算术/逻辑运算单元ALU、累加器ＡCC、寄存器B、暂存寄存器、程序状态字寄存器PSW组成。它完成的任务是实现算术和逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作。ALU功能极强，可实现8位数据的加、减、乘、除算术运算；与、或、异或、循环、求补等逻辑运算以及位处理。累加器ACＣ用于向ALU提供操作数和存放运算结果.寄存器B在乘、除运算时用来存放一个操作数，也用来存放运算后的一部分结果。暂存寄存器用来暂时存放数据总线或其他寄存器送来的操作数。程序状态字寄存器PSW是状态标志寄存器，用来保存AＬU运算结果的特征（如结果是否为0,是否有溢出等)和处理器状态。控制器80C５１的控制器由指令寄存器IＲ、指令译码器ID、定时及控制逻辑电路和程序计数器PC等组成.程序计数器PC是一个1６位的计数器（注：PC不属于特殊功能寄存器SFＲ的范畴）。它总是存放下一个要读取指令的16位存储单元地址.指令寄存器IＲ保存当前正在执行的一条指令。②80C51的片内存储器８0C５1单片机的存储器在物理上设计成程序存储器（ROM)和数据存储器(RＡM）两个独立的空间(称为哈佛结构)。基本型单片机片内RＯＭ容量为４KB，地址范围是000Ｈ~0ＦFＦH。基本型单片机片内RＡM容量为1２8字节,地址范围是0０H~7ＦH.③8０C５1的I/O口及功能单元80C5１单片机有4个8位的并行口，即P０~Ｐ3。它们均为双向口，既可作为输入,又可作为输出。每个口各有8条Ｉ/Ｏ线。有一个全双工的串行口（利用P3口的两个引脚Ｐ３．0和P３．1）.有2个16位的定时/计数器。有一套完善的中断系统.④８０Ｃ51的特殊功能寄存器(SＦR)内部有SＰ，DPTR（可分成DPＨ、DPL两个８位寄存器），ＰCON，…,IＥ，IＰ等2１个特殊功能寄存器单元，它们同内部RAM的128个字节统一编址，地址范围是8０H～FFH.这些ＳＦR只用到了80H～FFH中的２１个字节单元,且这些单元是离散分布的。（２）8０C51的时钟与时序各指令的微操作在时间上有严格的次序，这种微操作的时间次序我们称作时序。①80C５１的时钟产生方式８０C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式；二是外部时钟方式。如图2所示.（a）内部时钟方式（b）外部时钟方式图28０Ｃ51单片机时钟信号②80C51的时钟信号晶振周期（外部时钟信号周期）是最小的时序单位,如下图所示：图380C５1单片机的时钟信号晶振信号12分频后形成机器周期。即一个机器周期包含1２个晶振周期或6个时钟周期.如晶振频率为12ＭHz,则机器周期为：。指令的执行时间称为指令周期.８０C５1单片机的指令按执行时间可以分为3类：单周期指令,双周期指令，四周期指令。机器周期常用于计算其他时间(如指令周期）的基本单位。③80C５１的典型时序单周期指令时序（a）单字节指令（b）双字节指令图4单周期指令时序双周期指令图5单字节双周期指令时序2个机器周期中ALE信号有效4次，后３次读操作无效.图６访问外部RAM的双周期指令时序在第2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。（3）80Ｃ５1单片机的复位①复位电路复位是使单片机或系统中的其它部件处于某种确定的初始状态。(ａ)上电复位电路(b）按键与上电复位图7单片机复位电路②单片机复位后的状态PＣ＝0000Ｈ，所以程序从000０H地址单元开始执行.单片机启动后，片内ＲAＭ为随机值，运行中的复位操作不改变片内ＲAM的内容。特殊功能寄存器（SＦＲ)复位后的状态是确定的：P０~Ｐ3=ＦFH,各口可用于输出,也可用于输入;ＳP=07Ｈ，第一个入栈内容将写入08H单元;ＩP、IE和PCＯN的有效位为0，各中断源处于低优先级且均被关断、串行通讯的波特率不加倍；PＳW=００H，当前工作寄存器为０组。2。80C５１的存储器组织８0Ｃ５1存储器可以分成两大类：数据存储器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.它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。程序存储器RＯM，是一种写入信息后不易改写的存储器。断电后,ＲOM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.（1)80C５１的程序存储器配置(a）ROM配置（b）ROM低端的特殊单元图88０C51程序存储器配置①PＣ是16位的计数器,所以能寻址６4KB(）的ROM。②8０C５１内部有4KB的掩膜ROM，８7C51在内部有4KB的EPRＯM，而８0C31在内部没有程序存储器。③80C51的引脚为访问内部或外部程序存储器的选择端。程序存储器低端的一些地址被固定地用作特定的入口地址:00０Ｈ：单片机复位后的入口地址；003H：外部中断0的中断服务程序入口地址;00BH:定时/计数器0溢出中断服务程序入口地址;013Ｈ：外部中断1的中断服务程序入口地址;01BＨ:定时/计数器1溢出中断服务程序入口地址；02３H：串行口的中断服务程序入口地址；(2)80Ｃ５1的数据存储器配置（a)内部RＡM及SFR（b）外部RAM图98０Ｃ５1单片机ＲAM配置①工作寄存器区低端32个字节分成4个工作寄存器组，每组8个单元。当前工作寄存器组的机制便于快速现场保护。表1８0C51单片机工作寄存器地址表ＰSW的RS1、RS0决定当前工作寄存器组号寄存器０组:地址00H～０7H;寄存器1组:地址08H～0FH；寄存器2组：地址1０H～１7Ｈ;寄存器3组：地址１8H～1FH。②位寻址区内部RAＭ的２０H-2ＦＨ共1６个字节是位寻址区。其１28位的地址范围是０0H～7FH。表280C５1单片机位地址表③通用ＲＡＭ区位寻址区之后的30H至7ＦH共80个字节为通用RAＭ区。这些单元可以作为数据缓冲器使用。这一区域的操作指令非常丰富，数据处理方便灵活。在实际应用中，常需在RAM区设置堆栈.8０C5１的堆栈一般设在３０H～7FH的范围内.栈顶的位置由SP寄存器指示。复位时SP的初值为07Ｈ,在系统初始化时可以重新设置。(3）80C91单片机的特殊功能寄存器在80Ｃ91中设置了与片内RAM统一编址的21个特殊功能寄存器(ＳFR）,它们离散地分布在80H～ＦFH的地址空间中。字节地址能被8整除的单元是具有位地址的寄存器。访问ＳFＲ只允许使用直接寻址方式。ﻬ表38０C51特殊功能寄存器位地址及字节地址表①与运算器相关的寄存器(３个)累加器AＣC寄存器B程序状态字寄存器PSW②指针类寄存器（3个)堆栈指针ＳP：8位。它总是指向栈顶。堆栈操作遵循“后进先出”的原则，入栈操作时，SP先加１,数据再压入SP指向的单元。出栈操作时，先将SP指向的单元的数据弹出，然后，SP再减1，这时ＳP指向的单元是新的栈顶。可见,８0C５１单片机的堆栈区是向地址增大的方向生成的.数据指针DPTＲ:16位。用来存放16位的地址。它由两个8位的寄存器DPH和DPL组成。间接寻址或变址寻址可访问片外的64KB范围的RAＭ或ROＭ数据。③与口相关的寄存器（7个）并行I/O口Ｐ０、P1、P2、P3,均为8位；串行口数据缓冲器SBＵF;串行口控制寄存器ＳCON；串行通讯波特率倍增寄存器PCON（一些位还与电源控制相关，所以又称为电源控制寄存器）④与中断相关的寄存器（2个)中断允许控制寄存器IＥ；中断优先级控制寄存器IP。⑤与定时器／计数器相关的寄存器(6个）定时/计数器T0的两个８位计数初值寄存器ＴH0、TＬ０,它们可以构成１6位的计数器，TH0存放高8位，TL0存放低8位;定时/计数器Ｔ1的两个8位计数初值寄存器TH１、TL1，它们可以构成１６位的计数器，TH1存放高8位，TＬ1存放低８位；定时/计数器的工作方式寄存器TMOD;定时/计数器的控制寄存器TCＯＮ。３。8０C５1的并行口结构与操作8０C51单片机有４个8位的并行Ｉ/O口P0、P1、P2和P3。各口均由口锁存器、输出驱动器和输入缓冲器组成。（1）P０口的结构①Ｐ０用做通用Ｉ/O口当系统不进行片外的ＲOM扩展,也不进行片外RＡＭ扩展时,Ｐ0用作通用Ｉ/O口，属于准双向口。②Ｐ0用作地址/数据总线P0口作为地址/数据总线使用时是一个真正的双向口。（2）P2口的结构①P2用做通用I/O口当不在单片机芯片外部扩展程序存储器,只扩展２５6Ｂ的片外RＡＭ时,仅用到了地址线的低8位,P2口仍可以作为通用I/O口使用，属于准双向口。②P2用作地址总线（３）P1口的结构Ｐ1口是通用的准双向I/O口。（4）P3口的结构①P3用做第一功能的通用I／O口P３口在作为通用I／O口时,也属于准双向口.②P３用做第二功能使用P3．0：RXD(串行口输入）；P３.１:TXＤ（串行口输出);P３。2：（外部中断0输入)；P3．3：(外部中断1输入)；P3。４：Ｔ0（定时器0的外部输入);P３.5:T1（定时器1的外部输出);Ｐ3．6:（片外数据存储器“写”选通控制输出);Ｐ３.7：（片外数据存储器“读”选通控制输出）.（5)并行口的负载能力Ｐ０、P１、Ｐ２、P3口的电平与CMＯＳ和TTL电平兼容。Ｐ0口的每一位口线可以驱动8个ＬSＴTL负载。P１、P2、P3口的每一位能驱动４个LSTTL负载。三、习题(一)单选题１。以下各项不属于特殊功能寄存器SＦR的是()。A。程序计数器PCC．堆栈指针ＳＰＢ．累加器ACCD.程序状态字寄存器PSW答案：A2．８0Ｃ５1中最小的时序单位是().A．机器周期B。晶振周期C。时钟周期D．指令周期答案：Ｂ3．８0C51单片机的机器周期包括(）个时钟周期.A.2B．６C．１2D.10答案：Ｂ4.8０C５1单片机复位后的入口地址是（）。A.0000HB．０003HC.00０BHＤ.0013Ｈ答案：A5．80Ｃ51单片机的片内程序存储器容量为（)。A．１２8BB．2KBＣ．4KＢＤ．8KB答案：C6.80Ｃ51单片机P３.1口的作用是（).A．串行输入Ｃ．外部中断