单片机课件 教案 80C51的结构和原理

2020/1/241第2章80C51的结构和原理80C51系列概述2.180C51的基本结构与应用模式2.280C51典型资源配置与引脚封装2.380C51单片机的CPU2.480C51的存储器组织2.580C51的并行口结构与操作2.62020/1/2422.180C51系列概述2.1.1MCS-51系列8051/8751/80318052/8752/803280C51/87C51/80C3180C52/87C52/80C32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：2020/1/243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）。2020/1/24480C51典型产品资源配置2020/1/245功能上，有基本型和增强型2大类：增强型：8052/8752/803280C52/87C52/80C32基本型：8051/8751/803180C51/87C51/80C312020/1/246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。2020/1/247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。2020/1/2482.1.280C51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。2020/1/2492.280C51的基本结构与应用模式2.2.180C51的基本结构时钟电路总线控制CPUROM/EPROM/FLASH4K字节RAM128字节SFR21个定时/计数器2个中断系统5中断源、2优先级串行口全双工1个并行口4个RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1P0P1P2P3VCCVSS80C51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）。2020/1/24102020/1/24112.2.280C51的应用模式带总线扩展引脚的产品74LS373OEGALE80C31D7::D0Q7::Q0PSENEAP2P0ABDBCBWRRD89S51P2P0P3P18+5V888P3.0～P3.5含第二功能扩展总线的应用模式不扩展总线的应用模式2020/1/2412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。1234567891020191817161514131211RSTP3.0/RXDP3.1/TXDXTAL2XTAL1P3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1GNDVCCP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1/AIN1P1.0/AIN0P3.789S20512020/1/2413QFP封装2.380C51典型产品资源配置与引脚封装2020/1/2414LCC封装2020/1/241580C51的引脚123456789101112131415161718192040393837363534333231302928272625242322211234567891020191817161514131211P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0RSTP3.0/RXDP3.1/TXDXTAL2XTAL1P3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1GNDVCCP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1/AIN1P1.0/AIN0P3.7注：类似的还有Philips公司的87LPC64，20引脚8XC748/750/（751），24引脚8X749（752），28引脚8XC754，28引脚等等80C51/89S5189S2051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、P32020/1/24172.480C51的CPUP3口驱动器P0口驱动器RAM地址寄存器RAM128/256字节P2口锁存器P0口锁存器P3口锁存器栈指针SPROM4K/8K字节暂存器2ACCBPSWALU暂存器1指令寄存器IRDPHDPL程序计数器PCROM地址寄存器缓冲器振荡器RSTEAALEPSENXTAL1XTAL2VSSVCCP2口驱动器P0.0~P0.7P2.7~P2.0串口、中断及定时/计数器P1口驱动器P1口锁存器P1.0~P1.7P3.0~P3.740201891017181921282930313239译码及控制逻辑TCONIEIPSCONSBUFTL2TL1TL0TH2TH1TH0RCAP2LRCAP2HT2CONPCONTMODT2MOD2020/1/24182.4.1CPU的功能单元运算器累加器ACC寄存器BPSW控制器指令寄存器IR译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R0~R71．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。2020/1/2420（2）算术逻辑单元ALUALU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:D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HCYACF0RS1RS0OV-------PPSW位地址字节地址D0H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一个状态标记。RS1RS0(PSW.4PSW.3)：工作寄存器组指针，用以选择CPU当前工作的寄存器组。2020/1/2422RS1RS0与工作寄存器组的对应关系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。2020/1/24242．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。263.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。2020/1/2427工作寄存器R0-R7：R7R6R5R4R3R2R1R0DPLABSPPCDPTR系统寄存器工作寄存器0组R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0DPHPSW1组2组3组工作寄存器区位寻址区通用RAM区00H1FH30H7FH80HFFHSFR区直接寻址访问间接寻址访问增强型附加空间注：PC不属于SFR空间BAPSWSPDPLDPH81H82H83HD0HE0HF0H1FH18H00H07H17H2020/1/24282.4.280C51的时钟与时序时钟产生方式（时序）80C51振荡器C1C2CYS80C51悬空外部时钟信号XTAL1XTAL2XTAL2XTAL118191819内部时钟方式外部时钟方式2020/1/242980C51的时钟信号S1S2S3S4S5S6机器周期TCY分频器振荡器晶振周期S状态80C51P1P21个机器周期：12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＝1/6MHz＝1/6μs＝0.167μsS状态周期＝2×(1/6μs)=0.334μs机器周期＝12×(1/6μs)=2μs指令周期＝2～8μs振荡周期＝1/12MHz＝1/12μs＝0.0833μsS状态周期＝2×(1/12μs)=1/6μs＝0.167μs机器周期＝12×(1/12μs)=1μs指令周期＝1～4μs2、若外接晶振fOSC=6MHz时：时钟参数2020/1/243180C51的典型时序S1S2S3S4S5S61个机器周期P1P2ALE读操作码空读S1S2S3S4S5S61个机器周期P1P2ALE读操作码读第二字节单字节指令双字节指令单周期指令2020/1/2432程序存储器中的指令代码及其观察0000H74HFEHF5HA0H23H01H02H0001H0002H0003H0004H0005H0006HROMMOVA,#0FEHMOVP2,ARLAAJMPLOOPC:表示ROM2020/1/2433双周期指令S1S2S3S4S5S6第1机器周期P1P2ALE读操作码空读3次S1S2S3S4S5S6第2机器周期2个机器周期中ALE有效4次，后3次读操作无效。2020/1/2434访问外部RAM的双周期指令时序S1S2S3S4S5S6第1机器周期P1P2ALE读操作码空读S1S2S3S4S5S6第2机器周期数据地址及选通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。2020/1/24352.4.380C51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。80C51C1R1＋5V80C51C1R1＋5VR2KRS