第1章 80C51的结构和原理

第1章80C51的结构和原理80C51系列概述1.180C51的基本结构与应用模式1.280C51典型资源配置与引脚封装1.380C51单片机的CPU1.480C51的存储器组织1.580C51的并行口结构与操作1.61.180C51系列概述1.1.1MCS-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：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）。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：8051/8751/803180C51/87C51/80C31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EPROM

80C31在芯片内无程序存储器。1.1.280C51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。宏晶公司（STC系列单片机）1.280C51的基本结构与应用模式1.2.180C51的基本结构1.2.280C51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。1.380C51典型产品资源配置与引脚封装1.3.180C51典型产品资源配置由表可见：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。

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。1.180C51的CPU1.1.1CPU的功能单元

运算器累加器ACC

寄存器BPSW

控制器程序计数器PC

指令寄存器IR

定时与控制逻辑

其他寄存器数据指针DPTR

堆栈指针SP

工作寄存器R0~R71.280C51的引脚封装及外总线结构寄存器及其存储器映射如下图：

1、程序存储器低端的几个特殊单元1.3MCS-51单片机的存储器配置1.580C51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。

程序存储器中的指令代码及其观察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

EA引脚接高电平---片内

EA引脚接高地---片外2、片内、片外数据存储器概况片内RAM及SFR片外RAM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：

片内RAM详图位寻址区字节地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H07H06H05H04H03H02H01H00H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H22H17H16H15H14H13H12H11H10H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H24H27H26H25H24H23H22H21H20H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H26H37H36H35H34H33H32H31H30H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H28H47H46H45H44H43H42H41H40H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H通用RAM区

30H~7FH，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80H~FFH空间。与运算器相关3个

ACCBPSW与定时/计数器相关6个

TH0,TL0TH1,TL1TMODTCON指针类3个

SPDPH,DPL与口相关7个

P0,P1,P2,P3SBUFSCONPCON与中断相关2个

IEIP1.480C51的I/O口内部结构P0口结构

P0作通用I/O口

(C=0）输出时1.4.1P0、P2口的结构输入时

读锁存器（“读-修改-写”类指令，如ANLP0,A）

读引脚（“MOV”类指令，如MOVA,P0）,要先写“1”

10P0作通用I/O时为：准双向口！

P0作地址数据总线（当EA=1或“MOVX”类传送时C=1）

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”）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！1.4.2P1、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）

P3.0：RXD（串行口输入）

P3.1：TXD（串行口输出）

P3.2：INT0（外部中断0输入）

P3.3：INT1（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的外部输入）

P3.6：WR（片外数据存储器“写”选通控制输出）

P3.7：RD（片外数据存储器“读”选通控制输出）1.4.3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驱动特性如下图：多个LED驱动如下图：并口直接驱动经缓冲器驱动

（亮度不理想）(245：单根线<25mA,总和<75mA)

驱动蜂鸣器有源蜂鸣器：接额定电压就可连续发声

无源蜂鸣器：接入变频方波，可得到不同音调的声音

两种蜂鸣器驱动电路相同，仅程序不同1.580C51的时钟与时序时钟产生方式内部时钟方式外部时钟方式

单片机执行的指令的各种时序均与时钟周期有关一、振荡周期（时钟周期）单片机的基本时间单位。若时钟的晶体的振荡频率为fosc，则时钟周期Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。二、状态周期振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供给CPU的时钟周期三、机器周期（Tcy）CPU完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。执行一条指令分为几个机器周期。每个机器周期完成一个基本操作。MCS-51单片机每12个时钟周期为一个机器周期，一个机器周期又分为6个状态：S1～S6。每个状态又分为两拍：P1和P2。因此，一个机器周期中的12个时钟周期表示为：S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P2。

三、指令周期

执行一条指令所需要的时间。

80C51的时钟信号1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）