单片机课件第2章80C51的结构和原理

2020/5/131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2.62020/5/1322.180C51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：2020/5/133该系列单片机的生产工艺有两种：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）。2020/5/134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：8051/8751/803180C51/87C51/80C312020/5/135在片内程序存储器配置上，有3种形式，即掩膜ROM、EPROM和ROMLess。如：80C51有4K字节的掩膜ROM87C51有4K字节的EPROM80C31在芯片内无程序存储器。2020/5/1362.1.280C51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。2020/5/1372.280C51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RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1P0P1P2P3VCCVSS2020/5/1382.2.280C51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2020/5/139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/AIN0P3.789S20512020/5/13102.380C51典型产品资源配置与引脚封装2.3.180C51典型产品资源配置2020/5/1311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。2020/5/1312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。2020/5/13132.3.280C51的引脚封装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80C51/89S5189S20512020/5/13142.480C51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TCONIEIPSCONSBUFTL2TL1TL0TH2TH1TH0RCAP2LRCAP2HT2CONPCONTMODT2MOD2020/5/13152.4.1CPU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指令译码器定时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~R72020/5/1316寄存器及其存储器映射如下图：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BAPSWSPDPLDPH81H82H83HD0HE0HF0H1FH18H00H07H17H2020/5/13172.4.280C51的时钟与时序时钟产生方式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2020/5/131880C51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个晶荡周期（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）2020/5/131980C51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2020/5/1320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。2020/5/1321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。2020/5/13222.4.380C51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＋5VR2KRSTRST99D复位电路上电复位电路按键与上电复位2020/5/1323单片机复位后的状态PC=0000HRAM：随机值（运行中复位不改变RAM内容）SFR：P0~P3=FFHSP=07HIP、IE和PCON：有效位为0PSW=00H2020/5/13242.580C51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。2020/5/13252.5.180C51单片机的程序存储器配置片内与片外程序存储器的选择EA引脚接高电平---片内0000H0FFFH1000HFFFFH片内ROM，4K片外ROM空间60KPSEN21200140312809EA①PC内容小于FFFH时②PC内容大于FFFH时+5V2020/5/1326EA引脚接高地---片外0000HFFFFH片外ROM空间64KPSEN21200140312809EA2020/5/1327程序存储器低端的几个特殊单元0000H0003H000BH0013H001BH0023H复位入口INT0中断入口T0中断入口INT1中断入口T1中断入口串口中断入口002BHT2中断入口3字节8字节8字节8字节8字节8字节0000H0003H0100H主程序中断服务程序2000HLJMP0100HLJMP2000HRETI2020/5/1328程序存储器中的指令代码及其观察0000H74HFEHF5HA0H23H01H02H0001H0002H0003H0004H0005H0006HROMMOVA,#0FEHMOVP2,ARLAAJMPLOOPC:表示ROM2020/5/13292.5.280C51单片机数据存储器配置片内、片外数据存储器概况工作寄存器区位寻址区通用RAM区00H1FH30H7FH32个字节16个字节80个字节80HFFHSFR区直接寻址访问间接寻址访问增强型附加空间外部RAM（或I/O）64K0000HFFFFHRDWR片内RAM及SFR片外RAM2020/5/1330工作寄存器区（含寄存器组0~3）寄存器组0：地址00H~07H寄存器组1：地址08H~0FH寄存器组2：地址10H~17H寄存器组3：地址18H~1FH当前工作寄存器组选择PSW寄存器中：CYACF0RS1RS0OV-P2020/5/1331片内RAM详图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PSWCYACF0RS1RS0=OV-P11，3组10，2组01，1组00，0组00H07H01H02H03H04H05H06H1FH07060502010003040F0E0D0A09080B0C17161512111013141F1E1D1A19181B1C67666562616063646F6E6D6A69686B6C77767572717073747F7E7D7A79787B7C20H2FH位地址R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R01FH18H17H2020/5/1332位寻址区字节地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H07H06H05H04H03H02H01H00H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H22H17H16H15H14H13H12H11H10H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H24H27H26H25H24H23H22H21H20H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H26H37H36H35H34H33H