第02章 80C51单片机硬件结构

1、1 12 2n 1. CPU1. CPU结构结构 n 2. I/O2. I/O口的功能口的功能 n 3. 3. 存储器结构存储器结构 n 了解了解: : n 5151单片机堆栈的特点及使用方式概念。单片机堆栈的特点及使用方式概念。 3 34 45 56 6 80C5180C51单片机外接晶振为单片机外接晶振为12MHz12MHz时，则时，则 振荡周期振荡周期1/12MHz1/12MHz1/12s1/12s 时钟周期时钟周期1/6s1/6s 机器周期机器周期1s1s 指令周期指令周期1 14s4s MOV A,#0FFH 1MOV A,#0FFH 1个机器周期，个机器周期，1s1s PUSH A

2、CC 2PUSH ACC 2个机器周期，个机器周期，2s2s MUL AB 4MUL AB 4个机器周期，个机器周期，4s4s7 7RSTRST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续效时间应持续2424个振荡脉冲周期个振荡脉冲周期（即（即2 2个机器周期个机器周期）以上）以上8 8 单片机硬件初始化操作单片机硬件初始化操作 程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键以重新启动。脱困境，也需按复位键以重新启动。复位复位把把PCPC初始化为初始化为00

3、00H0000H，使单片机从，使单片机从0000H0000H开始执行程序。开始执行程序。另外，对于一些专用另外，对于一些专用寄存器寄存器SPSP和引脚信号和引脚信号有影响。有影响。9 9101011111212171718182121CPUCPU内部发出内部发出控制信号低电平控制信号低电平封锁封锁与门，将输出驱动电路上方的场效与门，将输出驱动电路上方的场效应管（应管（FETFET）截止；同时又使多路）截止；同时又使多路开关（开关（MUXMUX）把）把Q Q端与驱动电路下方端与驱动电路下方的场效应晶体管的栅极接通。的场效应晶体管的栅极接通。P0P0口用于输出时，执行口用于输出时，执行MOV P0

4、MOV P0，A A，写脉冲加到锁存器的写脉冲加到锁存器的CPCP端上，内部端上，内部总线的信息就会经锁存器、多路开总线的信息就会经锁存器、多路开关、输出驱动电路送到关、输出驱动电路送到P0P0口的引脚。口的引脚。由于由于P0P0口用于输出时，输出驱动器口用于输出时，输出驱动器上方的场效应管被关断，下方的场上方的场效应管被关断，下方的场效应管是漏极开路状态，需要外接效应管是漏极开路状态，需要外接上拉电阻。上拉电阻。2222P0P0口有两个三态门输入口有两个三态门输入缓冲器进行读操作。缓冲器进行读操作。第一种方法读引脚，第一种方法读引脚，第二种方法读输出锁存第二种方法读输出锁存器，器， 两类指令

5、分别产生读引两类指令分别产生读引脚和读锁存器的脉冲。脚和读锁存器的脉冲。2323读引脚：读引脚：当执行当执行MOV AMOV A，P0P0时，读引脚时，读引脚脉冲把三态缓冲器打开，这时引脉冲把三态缓冲器打开，这时引脚上的数据经过下方缓冲器读入脚上的数据经过下方缓冲器读入到内部总线。到内部总线。锁存器：锁存器：当执行当执行ANL P0ANL P0，A A指令时，读指令时，读锁存器脉冲打开三态缓冲器，锁存器脉冲打开三态缓冲器，CPUCPU先读取先读取P0P0口（锁存器）的内口（锁存器）的内容，然后和累加器容，然后和累加器A A中的内容进中的内容进行逻辑与运算，结构在送回的行逻辑与运算，结构在送回的

6、P0P0口的锁存器中。口的锁存器中。8051的的4个端口个端口P0-P3都可以采用两套输入缓冲器的电路机都可以采用两套输入缓冲器的电路机构，因此，对构，因此，对P0-P3可以进行读引脚操作和读可以进行读引脚操作和读-改改-写操作。写操作。2424 读引脚内容，由数据传送指令实现：读引脚内容，由数据传送指令实现： MOV AMOV A，P0P0 读锁存器内容，这类指令由读读锁存器内容，这类指令由读- -改改- -写指令实现。如写指令实现。如 ANLANL（逻辑与，（逻辑与，ANL P1,AANL P1,A） ORLORL（逻辑或，（逻辑或，ORL P2,AORL P2,A） XRLXRL（逻辑异

7、或，（逻辑异或，XRL P3,AXRL P3,A） JBCJBC（测试、清零、跳转，（测试、清零、跳转，JBC P1.1,NEXTJBC P1.1,NEXT） CPLCPL（位取反，（位取反，CPL P3.0CPL P3.0） INCINC（加（加1 1，INC P2INC P2） DECDEC（减（减1 1，DEC P2DEC P2）25252626读引脚时，必须读引脚时，必须首先向端口锁存首先向端口锁存器写入器写入“1”1”MOV P1,#0FFHMOV P1,#0FFHMOV A,P1MOV A,P1MUXMUX与与地址地址/ /数据数据2727P1P1口的字节地址为口的字节地址为90H

8、90H，位地址为，位地址为90H-97H90H-97H。P1P1口只能作为口只能作为通用通用I/OI/O口口使用，所以在电路结构上与使用，所以在电路结构上与P0P0口上有一些不同。口上有一些不同。不需要多路转接开关不需要多路转接开关MUXMUX。 输出驱动电路中有上拉电阻，使用时外电路输出驱动电路中有上拉电阻，使用时外电路无须再接上接电阻无须再接上接电阻。P1口口P0口口2828 P2P2口的地址为口的地址为A0HA0H，位地址为，位地址为A0H-A7HA0H-A7H。 P2P2既可作为既可作为通用通用I/OI/O口口使用，也可作为系统使用，也可作为系统高位地址线高位地址线A17-A8A17-

9、A8使用。使用。 所以，所以，P2P2口的电路逻辑与口的电路逻辑与P0P0口类似，也有一个多路转接开关口类似，也有一个多路转接开关MUXMUX，但但MUXMUX的输入端不再是的输入端不再是“地址地址/ /数据数据”，而是单一的，而是单一的“地址地址”。P2口口P0口口29293030控制端输出高电平控制端输出高电平, ,多路开关接到多路开关接到A A端端, ,地址信号经反相地址信号经反相器、场效应管器、场效应管V V从引脚输出。从引脚输出。3131P3P3口地址为口地址为B0HB0H，位地址为，位地址为B0H-B7HB0H-B7H。虽然虽然P3P3口可以作为口可以作为通通I/OI/O口口使用，

10、但在实际应用中它的使用，但在实际应用中它的第二功能第二功能信号信号更为重要。为适应口线第二功能的转换需要，在口线电路中更为重要。为适应口线第二功能的转换需要，在口线电路中增加了第二功能控制逻辑。增加了第二功能控制逻辑。3232第二功能输出第二功能输出锁存器应预先置锁存器应预先置“1”，使与非门对于，使与非门对于第二功能信号的输出是流畅的，从而第二功能信号的输出是流畅的，从而实现第二功能信号的输出。实现第二功能信号的输出。数据输出数据输出电路中的电路中的“第二输出功能第二输出功能”信号线应保持信号线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出端数据输出通路的

11、畅通。输出端数据输出通路的畅通。3333数据输入数据输入数据输入仍取自三态缓冲器数据输入仍取自三态缓冲器的输出端。的输出端。第二功能输入第二功能输入在口线的输入通路上增加了一个在口线的输入通路上增加了一个缓冲器，输入的信号就从这个缓缓冲器，输入的信号就从这个缓冲器的输出端取得。冲器的输出端取得。3434 P0P0口：口： 通用通用I/OI/O、地址总线低、地址总线低8 8位、数据总线。位、数据总线。 P1P1口：口： 通用通用I/OI/O使用。使用。 P2P2口：通用口：通用I/OI/O、地址总线高、地址总线高8 8位。位。 P3P3口：双功能口口：双功能口, ,若不用第二功能若不用第二功能,

12、 ,可作为一般的可作为一般的I/OI/O口。口。 P1P1、P2P2、P3P3无需外加上拉电阻，无需外加上拉电阻，P0P0口需外加上拉电阻。口需外加上拉电阻。 作为通用作为通用I/OI/O读引脚前，需先写读引脚前，需先写1 1。3535ALEALE以以1/61/6晶振频率的固定频率输出正脉冲，可作为时钟源使用。晶振频率的固定频率输出正脉冲，可作为时钟源使用。在系统扩展时，用于控制把在系统扩展时，用于控制把P0P0口输出的低口输出的低8 8位地址送入锁存器锁存起位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送来，以实现低位地址和数据的分时传送。36363737383880C5180C51

13、单片机的数据存储器单片机的数据存储器3939内部数据存储器内部数据存储器4040寄存器区寄存器区(00H-1FH)(00H-1FH) 寄存器常用于存放寄存器常用于存放操作数操作数及及中间结果中间结果 通用寄存器通用寄存器、工作寄存器工作寄存器。 R7-R0R7-R0。 当前寄存器组由当前寄存器组由PSWPSW中中RS1RS1、RS0RS0决定决定RS1RS1RS0RS0寄存器组寄存器组R0-R7R0-R7地址地址0 00 0组组0 000-07H00-07H0 01 1组组1 108-0FH08-0FH1 10 0组组2 210-17H10-17H1 11 1组组3 318-1FH18-1FH

14、寄存器区寄存器区(00H-1FH)(00H-1FH)通用寄存器有两种使用方法。通用寄存器有两种使用方法。 寄存器形式，用寄存器符号表示：寄存器形式，用寄存器符号表示：MOV MOV R0R0,#0FFH,#0FFH 存储单元的形式，以单元地址表示：存储单元的形式，以单元地址表示： MOV MOV 00H00H,#0FFH ,#0FFH 注注: :假设假设RS1=0,RS0=0RS1=0,RS0=0。4141位寻址区位寻址区(20H-2FH)(20H-2FH) 字节操作，位操作字节操作，位操作 1616个个RAMRAM单元、单元、128128个可直接寻址位，位地址个可直接寻址位，位地址为为00H

15、-7FH00H-7FH。 “位位”有两种表示方式，有两种表示方式， 位地址形式：位地址形式：SETB 00HSETB 00H 存储单元加位的形式表示：存储单元加位的形式表示： SETB 20H.0SETB 20H.042424343内部数据存储器内部数据存储器4444用户用户RAMRAM区区(30H-7FH)(30H-7FH) 用户可自由存放数据的区用户可自由存放数据的区域，堆栈通常开在该区域。域，堆栈通常开在该区域。专用寄存器区专用寄存器区SFRSFR特殊功能寄存器特殊功能寄存器存放相应功能部件存放相应功能部件的控制命令、状态的控制命令、状态或数据或数据454546464747累加器存放运算

16、的中间结果累加器存放运算的中间结果 加法指令加法指令 ADD A，#01H 减法指令减法指令 SUBB A，#01H 乘法指令乘法指令 MUL AB 除法指令除法指令 DIV AB4848单片机中的大部分数据传送都通过累加器进行单片机中的大部分数据传送都通过累加器进行累加器是数据传送的中转站。累加器是数据传送的中转站。没有这样的指令没有这样的指令 MOV R6MOV R6，R7R7通过累加器来完成数据传送通过累加器来完成数据传送MOV AMOV A，R7R7MOV R6MOV R6，A A4949在变址寻址方式中把累加器作为变址寄存器使用在变址寻址方式中把累加器作为变址寄存器使用 变址寻址是为

17、了访问程序存储器的数据表格，以变址寻址是为了访问程序存储器的数据表格，以DPTR或或PC作为基址寄存器，作为基址寄存器，以累加器以累加器A作变址寄存器，并以两者内容相加形成的作变址寄存器，并以两者内容相加形成的16位地址作为操作数地位地址作为操作数地址，以达到访问数据表格的目的。址，以达到访问数据表格的目的。 MOVC A，A+DPTR MOVC A，A+PC JMP A+DPTR50505151程序状态字程序状态字PSWPSWProgram Status WordProgram Status Word指令执行的状态信息。指令执行的状态信息。位序位序PSW.7PSW.7PSW.6PSW.6PS

18、W.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位标志位标志CYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOV/ /P P52525353545455555656RS1RS1和和RS0(PSW.4RS0(PSW.4和和PSW.3)PSW.3)寄存器组选择位寄存器组选择位用于设定当前通用寄存器的组号用于设定当前通用寄存器的组号这两个选择位的状态由软件设置，被选中的寄存器组这两个选择位的状态由软件设置，被选中的寄存器组即为当前寄存器组即为当前寄存器组 MOV PSWMOV PSW，#10H#10H 或或 SETB RS1SE

19、TB RS1 CLR RS0CLR RS0RS1RS1RS0RS0寄存器组寄存器组R0-R7R0-R7地址地址0 00 0组组0 000-07H00-07H0 01 1组组1 108-0FH08-0FH1 10 0组组2 210-17H10-17H1 11 1组组3 318-1FH18-1FH57575858 表明表明累加器累加器A A中中1 1的个数的奇偶性，在每个指令周的个数的奇偶性，在每个指令周期由硬件根据期由硬件根据A A的内容对的内容对P P位进行置位或复位位进行置位或复位 若若1 1的个数为偶数，则的个数为偶数，则P=0P=0；若；若1 1的个数为奇数，的个数为奇数，则则P=1P=

20、1。5959 1616位寄存器，是位寄存器，是80C5180C51中唯一的供用户使用的中唯一的供用户使用的1616位寄存器。位寄存器。 DPTRDPTR的使用比较灵活，既可以按的使用比较灵活，既可以按1616位寄存器使用，也可以位寄存器使用，也可以分作两个分作两个8 8位寄存器位寄存器(DPH(DPH、DPL)DPL)使用。使用。6161程序计数器程序计数器PCPC（Program CounterProgram Counter）不属于内部不属于内部RAMRAM。PCPC是一个是一个1616位计数器。其内容为将要执行的指令地址，寻址范围为位计数器。其内容为将要执行的指令地址，寻址范围为64KB6

21、4KB。PCPC有自动加有自动加1 1功能，以实现程序的顺序执行。功能，以实现程序的顺序执行。PCPC没有地址没有地址，是不可寻址的，因此用户无法对它，是不可寻址的，因此用户无法对它进行读写进行读写。但在执行转。但在执行转移、调用、返回等指令时能移、调用、返回等指令时能自动改变自动改变其内容，以改变程序的执行顺序。其内容，以改变程序的执行顺序。 2121个可寻址的专用寄存器个可寻址的专用寄存器不连续不连续地分散在内部地分散在内部RAMRAM高高128128单单元中，尽管还剩余许多空闲单元，但用户并不能使用。如元中，尽管还剩余许多空闲单元，但用户并不能使用。如果访问了这些没有定义的单元，果访问了

22、这些没有定义的单元，读出为不定数，而写入的读出为不定数，而写入的数被舍弃数被舍弃。 对专用寄存器只能使用对专用寄存器只能使用直接寻址直接寻址方式，在指令中既可使用方式，在指令中既可使用寄存器寄存器符号符号表示，也可使用寄存器表示，也可使用寄存器地址地址表示。表示。 在在P3-P0P3-P0口中，作为专用寄存器的是它们的锁存器，由各口中，作为专用寄存器的是它们的锁存器，由各位口线的锁存位组成位口线的锁存位组成6363 (MSB) (LSB) F0H F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 B E0H E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 A D0H D7 D6 D5 D4 D3

23、 D2 D1 D0 PSW PS PT1 PX1 PTPX0 B8H BC BB BA B9 B8 IP B0H B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 P3 EA ES ET1 EX1 ETEX0 A8H AF AC AB AA A9 A8 IE A0H A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 P2 SMSMSMRETB8 RB8 TI RI 98H 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 SCON 90H 97 96 95 94 93 92 91 90 P1 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 88H 8F 8E 8D 8C 8B 8A

24、89 88 TCON 80H 87 86 85 84 83 82 81 80 P0 SFR 块中具有位寻址功能寄存器的位地址块中具有位寻址功能寄存器的位地址 6464SETB RS1CLR RS0=SETB D4HCLR D3H6565程序存储器程序存储器存放编好的用户程序和表存放编好的用户程序和表格常数，格常数， 1616位的程序计数器位的程序计数器PCPC作为作为地址指针地址指针6666内外程序存储器的选择信号内外程序存储器的选择信号EAEA 当当EAEA信号为低电平时，对信号为低电平时，对ROMROM的读操作限定在外的读操作限定在外部程序存储器。部程序存储器。 对于对于80C3180C3

25、1芯片，由于没有片内程序存储器，所以芯片，由于没有片内程序存储器，所以EAEA接地，接地，程序执行时从外部扩展程序存储器开始。程序执行时从外部扩展程序存储器开始。 当当EAEA信号为高电平时，则对信号为高电平时，则对ROMROM的读操作是从内的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。 对于对于80C5180C51芯片，芯片，EAEA信号接高电平。程序执行时从内部程信号接高电平。程序执行时从内部程序存储器开始，再延续到外部扩展程序存储器。即，当序存储器开始，再延续到外部扩展程序存储器。即，当PCPC在在0000H-0FFFH0000H-

26、0FFFH时，访问的是片内程序存储器；当时，访问的是片内程序存储器；当PCPC值大值大于于0FFFH0FFFH时，接着访问片外扩展程序存储器。时，接着访问片外扩展程序存储器。676768686969内部程序存储器保留单元内部程序存储器保留单元 在程序存储器中有一组特殊的保留单元在程序存储器中有一组特殊的保留单元0000H-002A0000H-002AH H，使，使用时应特别注意。用时应特别注意。 0000H0000H是系统的启动地址是系统的启动地址, , 一般在该单元中存放一条绝对跳一般在该单元中存放一条绝对跳转指令。转指令。 0003H0003H、000BH000BH、 000BH000BH

27、、001BH001BH和和 0023H0023H对应对应 5 5 种中断源种中断源的中断服务入口地址的中断服务入口地址. . 7070 1、程序存储器的那些单元被保留用于特定场合？ 2、8051单片机的4个I/O口在使用上有哪些分工和特点？ 3、 8051单片机的4个I/O口做通用I/O口时，要注意什么？ 4、 8051单片机片内RAM低128个存储单元划分为哪三个主要部分？各个部分主要功能是什么？作 业 1、80C51的CPU可以处理的数据宽度是 8 位，它的内部程序存储器空间有 4字节，数据存储器空间有 128字节，其内部集成了 2个 16 位的定时器/计数器，有 1 个全双工的异步串行口

28、。它的中断系统包括 5 个中断源，有 2 个中断优先级。 2、总线包括有 控制 总线、 数据 总线、 地址总线。 3、当 EA 为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；如果将该引脚接至高电平，则对ROM的读取操作 从内至外 开始。72724、当输入的 复位 信号延续 2个机器周期以上的 高 电平时即为有效，用以完成单片机的复位操作。5、 和 为外部晶体引线端，当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接 和 ；当使用外部时钟时，用于接外部 。6、80C51具有 4 个 8 位的并行I/O口，分别为 p0，p1，p2，p3 ，其中 p3 具有第二功能的是 。73737、80C51单片机进行外部扩展时的数据总线由 p0 提供。 8、80C51单片机为外部扩展准备了16条地址线，其中低位地址线由 p0 提供，高位地址线由 p2 提供。9、当80C51引脚 信号有效