单片机课件第2章80C51的结构和原理

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2.62023/8/51第2章80C51的结构和原理80C51系列概述2.1802.1

80C51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：2023/8/522.180C51系列概述2.1.1MCS-51系列8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）。2023/8/53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：8051/8751/803180C51/87C51/80C312023/8/54功能上，有基本型和增强型2大类：增强型：基本型：2023/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。2023/8/55在片内程序存储器配置上，有3种形式，即掩膜ROM、EP2.1.280C51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。2023/8/562.1.280C51系列各厂商以8051为基核开发出的2.2

80C51的基本结构与应用模式2.2.180C51的基本结构2023/8/572.280C51的基本结构与应用模式2.2.180C52.2.280C51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

2023/8/582.2.280C51的应用模式带总线扩展引脚的产品扩展总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。2023/8/59没有总线扩展引脚的产品引脚数减少、体积减小。对2.3

80C51典型产品资源配置与引脚封装2.3.180C51典型产品资源配置2023/8/5102.380C51典型产品资源配置与引脚封装2.3.1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。

2023/8/511由表可见：片内ROM：从4K增加到8K2023/7/31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。2023/8/512无ROM型，要在片外扩展程序存储器；掩膜ROM型，程序由芯片2.3.280C51的引脚封装2023/8/5132.3.280C51的引脚封装2023/7/31132.480C51的CPU2023/8/5142.480C51的CPU2023/7/31142.4.1CPU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~R72023/8/5152.4.1CPU的功能单元运算器控制器其他寄存器20寄存器及其存储器映射如下图：2023/8/516寄存器及其存储器映射如下图：2023/7/31162.4.280C51的时钟与时序时钟产生方式内部时钟方式外部时钟方式

2023/8/5172.4.280C51的时钟与时序时钟产生方式内部时钟方

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）2023/8/51880C51的时钟信号1个机器周期：12个晶荡周期（或6个时80C51的典型时序单字节指令双字节指令

单周期指令2023/8/51980C51的典型时序单字节指令双周期指令

2个机器周期中ALE有效4次，后3次读操作无效。

2023/8/520双周期指令2个机器周期中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。

2023/8/521访问外部RAM的双周期指令时序第二机器周期无读操作码2.4.380C51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。

复位电路上电复位电路按键与上电复位2023/8/5222.4.380C51单片机的复位复位可使单片机或系统部件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：

P0~P3=FFHSP=07HIP、IE和PCON：有效位为0PSW=00H2023/8/523单片机复位后的状态PC=0000HSFR：202.580C51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。

2023/8/5242.580C51的存储器组织80C51存储器可以分成两大2.5.180C51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2023/8/5252.5.180C51单片机的程序存储器配置片内与片外程序

EA引脚接高地---片外2023/8/526EA引脚接高地---片外2023/7/3126程序存储器低端的几个特殊单元2023/8/527程序存储器低端的几个特殊单元2023/7/3127程序存储器中的指令代码及其观察2023/8/528程序存储器中的指令代码及其观察2023/7/31282.5.280C51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片外RAM2023/8/5292.5.280C51单片机数据存储器配置片内、片外数据存工作寄存器区（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：

2023/8/530工作寄存器区（含寄存器组0~3）寄存器组0：地址00片内RAM详图2023/8/531片内RAM详图2023/7/3131位寻址区字节地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H07H06H05H04H03H02H01H00H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H22H17H16H15H14H13H12H11H10H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H24H27H26H25H24H23H22H21H20H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H26H37H36H35H34H33H32H31H30H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H28H47H46H45H44H43H42H41H40H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2023/8/532位寻址区字节位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H0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2023/8/533通用RAM区30H~7FH，共80字节数据缓冲20RAM内容查看2023/8/534RAM内容查看2023/7/31342.5.380C51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

ACC

B

PSW与定时/计数器相关6个

TH0,TL0

TH1,TL1

TMODTCON指针类3个

SP

DPH,DPL与口相关7个

P0,P1,P2,P3

SBUFSCON

PCON与中断相关2个

IE

IP2023/8/5352.5.380C51单片机的特殊功能寄存器（SFR）基本2.680C51的并行口结构与操作P0口结构

P0作通用I/O口（当EA=1或“MOV”传送时C=0）输出时2.6.1P0、P2口的结构2023/8/5362.680C51的并行口结构与操作P0口结构P0作通输入时

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！2023/8/537输入时读锁存器（“读-修改-写”类指令，如ANLP0,A

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。2023/8/538P0作地址数据总线（当EA=1或“MOVX”类传送时C=1P2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）2023/8/539P2口结构P2作通用I/O口（未扩片外存储器，或虽扩RAP1口结构

P1仅能为通用的准双向口！2.6.2P1、P3口的结构2023/8/540P1口结构P1仅能为通用的准双向口！2.6.2P1、PP3口结构

第一功能：通用I/O口（对口寻址时）2023/8/541P3口结构第一功能：通用I/O口（对口寻址时）2023/

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）2023/8/542第二功能（不对口寻址时）P3.0：RXD（串行口输入）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

2023/8/5432.6.3并行口驱动简单外设并行口的负载能力（AT89

驱动简单的输出设备

驱动LED(发光二极管）LED典型工