单片机课件 教案 80C51的结构和原理

1、第2章 80C51的结构和原理,80C51系列概述,2.1,80C51的基本结构与应用模式,2.2,80C51典型资源配置与引脚封装,2.3,80C51单片机的CPU,2.4,80C51的存储器组织,2.5,80C51的并行口结构与操作,2.6,2.1 80C51系列概述,2.1.1 MCS-51系列,8051/8751/8031 8052/8752/8032 80C51/87C51/80C31 80C52/87C52/80C32等,MCS-51是Intel公司生产的一个单片机系列名称。这一系列的单片机有多种，如：,生产工艺有两种：,在产品型号中凡带有字母“C”的即为CHMOS芯片，CHMOS

2、芯片的电平既与TTL电平兼容，又与CMOS电平兼容。如87C51。,一是HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺）。,二是CHMOS工艺（互补金属氧化物的HMOS工艺）。,2020/6/29,4,80C51典型产品资源配置,功能上，有基本型和增强型2大类：,增强型： 8052/8752/8032 80C52/87C52/80C32,基本型： 8051/8751/8031 80C51/87C51/80C31,2020/6/29,6,由表可见： 增强型与基本型的几点不同：,片内ROM：从4K增加到8K 片内RAM：从128增加到256 定时/计数器：从2个增加到3个 中断源：从5个增加到6个。,202

3、0/6/29,7,无ROM型，要在片外扩展程序存储器；,掩膜ROM型，程序由芯片生产厂写入；,EPROM型，程序通过写入装置写入；,FlashROM型，程序可电写入（常用）。,片内ROM的配置形式：,还有OTPROM型，具有较高的可靠性。,2.1.2 80C51系列,各厂商以8051为基核开发出的CMOS单片机统称为80C51系列。常用产品有：,Intel：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等； ATMEL：89C51、89C52、89C2051等； Philips、华邦、Dallas、Siemens等公司的许多产品 。,2.2 80C51的基本结构与应用模

4、式,2.2.1 80C51的基本结构,2020/6/29,10,80C51单片机主要由以下功能部件组成：,（1）8位微处理器（CPU）； （2）128B数据存储器（RAM），片外可扩展到64KB； （3）4KB程序存储器（ROM/FLASH），片外可扩展到64KB （4）21个特殊功能寄存器（SFR） （5）4个8位并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口） （6）1个全双工异步串行口（UART）； （7）2个16位定时器/计数器（T0，T1）； （8）5个中断源的中断系统（X0，T0，X1，T1，S）。,2.2.2 80C51的应用模式,带总线扩展引脚的产品,扩展总线的应用模式 不扩展总

5、线的应用模式,没有总线扩展引脚的产品,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。,典型产品,如： AT89S2051/AT89S4051。,2020/6/29,13,QFP封装,2.3 80C51典型产品资源配置与引脚封装,2020/6/29,14,LCC封装,80C51的引脚,电源引脚: Vcc、Vss 时钟引脚：XTAL1、XTAL2 控制引脚：/PSEN、/EA、ALE、RST I/O引脚:P0、P1、P2、P3,2.4 80C51的CPU,2.4.1 CPU的功能单元,运算器 累加器ACC 寄存器B PSW,控制器 指令寄存器IR 译

6、码与控制逻辑,其他寄存器 程序计数器PC 数据指针DPTR 堆栈指针SP 工作寄存器R0R7,1 运算器,运算器由算术逻辑单元ALU、累加器ACC、寄存器B、程序状态字寄存器PSW、BCD码运算调整电路等组成。 （1） 累加器ACC ACC是一个8位的寄存器，简称为A，它通过暂存器与ALU相连。它是CPU执行指令时使用最频繁的寄存器，用来存一个操作数或中间结果。,2020/6/29,20,（2）算术逻辑单元ALU ALU是由加法器和其它逻辑电路等组成的，它用于对数据进行算术四则运算和逻辑运算、移位操作、位操作等功能。ALU的两个操作数，一个由A通过暂存器2输入，另一个由暂存器1输入，运算结果的

7、状态送PSW。 （3）寄存器B 乘除运算时候存放一个操作数,（4） 程序状态字寄存器PSW PSW是一个8位的专用寄存器，用于存程序运行中的各种状态信息。它可以进行位寻址。PSW各位的定义如下:,PSW位地址 字节地址D0H,2020/6/29,22,CY(PSW. 7)： 进位标志，在进行加或减运算时，如果操作结果最高位有进位或借时，CY由硬件置“1”，否则清“0”。在进行位操作时。 AC(PSW.6)： 辅助进位标志（又称半进位），在进行加或减运算时，低四位数向高四位产生的进位或借位，将由硬件置“1”，否则为0 。 F0(PSW.5)： 用户标志位，由用户置位或复位。它可作为用户自行定义的

8、一个状态标记。 RS1 RS0(PSW.4 PSW.3)： 工作寄存器组指针，用以选择CPU当前工作的寄存器组。,RS1 RS0与工作寄存器组的对应关系,2020/6/29,24,OV(PSW.2) :溢出标志，当进行算术运算时，如果产生溢出，则由硬件将OV位置1，否则清“0”。 P(PSW.0):奇偶标志位，该位始终跟踪累加器A内容中“1”的奇偶性。当累加器A内容中有奇数个“1”时，P置1；否则，P置“0”。改变累加器A中内容的指令均会影响P标志位。,2 控制器,（1）指令寄存器（IR，8位）保存当前正在执行的一条指令，内容包含操作码和地址码。 （2）译码与控制逻辑是微处理器的核心部件。它的

9、任务是完成读指令、执行指令、存取操作数运算结果，向其他部件发出各种微控制信号，协调各部件工作。,26,3. 其他寄存器,堆栈指针SP:指示栈顶在内部RAM中的位置，复位后 ，SP中的内容为07H，堆栈从08H开始向上生长。,数据指针DPTR:由DPH和DPL两个8位寄存器构成，可对片外64KB范围内的RAM或ROM进行间接寻址或变址寻址操作。,程序计数器PC:16位计数器，它总是存放着下一个要取指令的16位存储单元地址，复位时PC装入0000H。,工作寄存器R0-R7：,2.4.2 80C51的时钟与时序,时钟产生方式（时序）,内部时钟方式 外部时钟方式,80C51的时钟信号,1个机器周期：1

10、2个晶振周期（或6个时钟周期）,指令的执行时间称作指令周期 （单、双、四周期）,1、若外接晶振 fOSC=12MHz时：,振荡周期1/6MHz1/6s 0.167s S状态周期 2(1/6s)=0.334s 机器周期 12(1/6s)= 2s 指令周期28s,振荡周期1/12MHz1/12s0.0833s S状态周期2(1/12s)=1/6s0.167s 机器周期12(1/12s)=1s 指令周期14s,2、若外接晶振 fOSC=6MHz时：,时钟参数,80C51的典型时序,单字节指令 双字节指令,单周期指令,2020/6/29,32,程序存储器中的指令代码及其观察,双周期指令,2个机器周期中

11、ALE有效4次，后3次读操作无效。,访问外部RAM的双周期指令时序,第二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。,2.4.3 80C51单片机的复位,复位可使单片机或系统部件处于确定的初始状态。,复位电路,上电复位电路 按键与上电复位,单片机复位后的状态,PC = 0000H RAM：随机值（运行中复位不改变RAM内容 ）,SFR： P0P3=FFH SP=07H IP、IE和PCON：有效位为0 PSW=00H,作 业：,MCS-51单片机的时针周期、机器周期、指令周期是什么？当主频为12MHZ时，一个机器周期为多少微秒？执行一条最长的

12、指令需要多少秒？ 单片机复位以后的状态。,2.5 80C51的存储器组织,80C51存储器可以分成两大类：,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。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。,ROM，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。用来存放固定的程序或数据，如系统监控程序、常数表格等。,2.5.1 80C51单片机的程序存储器配置,片内与片外程序存储器的选择,程序存储器低端的几个特殊单元,程序存储器中的指令代码及其观察,2.5.2 80C51单片机数据存储器配置,片内、片外数据存储器概况,片内RAM及SFR

13、片外RAM,44,51存储器结构总结,45,（1）00H7FH(0127)单元组成低128字节的片内RAM区，对其访问可采用直接寻址或间接寻址的方式 。 （2）80HFFH(128256)单元组成高128字节的专用寄存器(SFR)区，只能采用直接寻址方式来访问。 （3）MCS-52子系列中的片内RAM增大了128字节，其地址范围也是从80HFFH ；为了与SFR区分，对此段的范围只能采用间接寻址方式来访问。,工作寄存器区（含寄存器组0 3）,寄存器组0：地址00H07H 寄存器组1：地址08H0FH 寄存器组2：地址10H17H 寄存器组3：地址18H1FH,当前工作寄存器组选择,PSW寄存器

14、中：,片内RAM详图,位寻址区,通用RAM区,30H7FH，共80字节,数据缓冲 堆栈 SP指示栈顶 复位时SP=07H 系统初始化通常重新设置,RAM内容查看,2.5.3 80C51单片机的特殊功能寄存器（SFR）,基本型单片机有21个SFR离散地分布在80HFFH空间。,与运算器相关3个 ACC B PSW,与定时/计数器相关6个 TH0,TL0 TH1,TL1 TMOD TCON,指针类3个 SP DPH,DPL,与口相关7个 P0,P1,P2,P3 SBUF SCON PCON,与中断相关2个 IE IP,2020/6/29,52,80C51的逻辑结构（IO）,2.6 80C51的并行

15、口结构与操作,P0口结构,输出时,2.6.1 P0、P2口的结构,输入时,读锁存器（“读-修改-写”类指令，如ANL P0,A）,读引脚（“MOV”类指令，如MOV A, P0）,要先写“1”,1,0,P0作通用I/O时为： 准双向口！,输出时，地址/数据信息分时出现在输出引脚。,输入时，先输出地址，然后自动向锁存器写1，再读引脚。此时为真正双向口。,P2口结构,P2作通用I/O口（未扩片外存储器，或虽扩RAM但采用“MOVX Ri”传送时C=0）,P2作通用I/O时为： 准双向口！,P2作地址总线高8位（C=1）,P1口结构,P1仅能为通用的准双向口！,2.6.2 P1、P3口的结构,P3口结构,第一功能：通用I/O口（对口寻址时）,第二功能（不对口寻址时）,2.6.3 并行口驱动简单外设,并行口的负载能力（AT89S52),每根口线最大可吸收10mA的（灌）电流 P0口吸收电流的总和不能超过26mA P1、P2和P3每个口吸收电流的总和限制在15mA 4个口所有口线的吸收电流总和限制在71mA,驱动简单的输出设备,驱动LED(发光二极管）,LED典型工作点：1.75V,10mA。单个LED驱动