51单片机的结构与功能

51单片机的结构与功能单片机内部结构单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统分类：1、通用型按单片机(Microcontrollers)适用范围来区分。例如，80C51式通用型单片机，它不是为某种专门用途设计的;专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。2、总线型按单片机(Microcontrollers)是否提供并行总线来区分的。总线型单片机普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。3、控制型按照单片机(Microcontrollers)大致应用的领域进行区分的。一般而言，工控型寻址范围大，运算能力强;用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格，外围器件和外设接口集成度高。显然，上述分类并不是惟一的和严格的。例如，80C51类单片机既是通用型又是总线型，还可以作工控用。51单片机的结构与功能基本功能：1.8位数据总线，16位地址总线的CPU;2.具有布尔处理能力和位处理能力;3.采用哈佛结构，程序存储器与数据存储器地址空间各自独立，便于程序设计;4.相同地址的64KB程序存储器和64KB数据存储器;5.0-8KB片内程序存储器(8031无，8051有4KB，8052有8KB，89C55有20KB);6.128字节片内数据存储器(8051有256字节);7.32根双向并可以按位寻址的I/O线;8.两个16位定时/计数器(8052有3个);9.一个全双工的串行I/O接口;10.多个中断源的中断结构，具有两个中断优先级;11.片内时钟振荡器。特点：1.以微处理器(CPU)为核心;2.CPU与其他部件间通过三总线连接。总线:指能为多个部件服务的信息传送线。内部结构单片机外部结构一共40根外部引脚如图：引脚功能介绍1、P0口的结构P0口字节地址为80H，位地址80H～87H。如图，一个端口由锁存器、输入缓冲器、多路开关、一个非门、一个与门及场效应管驱动电路构成。P0位结构：输入缓冲器在P0口中，有两个三态的缓冲器，三态门有3个状态，即在其输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种高阻状态(或称为禁止状态)，要读取D锁存器输出端Q的数据，需要使读锁存器中这个缓冲器的三态控制端有效，下面一个是读引脚的缓冲器，要读取P0.X引脚上的数据，也要使标号为“读引脚”的三态缓冲器的控制端有效，引脚上的数据才会传输到单片机的内部数据总线上。D锁存器构成一个锁存器，通常要用一个时序电路，一个触发器可以保存一位二进制数(即具有保持功能)，在51单片机的32根I/O口线中，都是用一个D触发器来构成锁存器的。图1-4中的D锁存器，D端是数据输入端，CP是控制端(即时序控制信号输入端)，Q是输出端，Q非是反向输出端。对于D锁存器来讲，当D输入端有一个输入信号，如果这时控制端CP没有信号(即时序脉冲没有到来)，这时输入端D的数据是无法传输到输出端Q及反向输出端的。如果时序控制端CP的时序脉冲到达，这时D端输入的数据就会传输到Q及Q非端。数据传送过来后，当CP时序控制端的时序信号消失时，输出端还会保持着上次输入端D的数据(即把上次的数据锁存起来)。如果下一个时序控制脉冲信号到来，这时D端的数据才再次传送到Q端，从而改变Q端的状态。多路开关在51单片机中，当内部的存储器够用时(即不需要外扩展存储器时，这里讲的存储器包括数据存储器及程序存储器)，P0口可以作为通用的输入/输出端口(即I/O)使用，对于8031(内部没有ROM)的单片机，或者编写的程序超过了单片机内部的存储器容量需要外扩存储器时，P0口就作为地址/数据总线使用。那么这个多路选择开关就是用于选择是作为普通I/O口使用还是作为地址/数据总线使用的选择开关了。从图1-4可知，当多路开关与下端接通时，P0口作为普通的I/O口使用;当多路开关是与上端接通时，P0口作为地址/数据总线使用。利用P0口进行扩展外部存储器和I/O时，P0口将作为地址和数据分时复用，CPU发控制信号，打开与门，使MUX打向上边，形成推拉式结构，数据信号可直接读入或输出到内部总线。利用P0作为通用I/O时，此时P0口是一个准双向口，CPU发控制信号，封锁与门，使上拉管截止，MUX打向下边，与D触发器Q连接。2、P1口的结构P1口字节地址为90H，位地址为90H～97H。P1位结构：与P0不同，P1口只能作为I/O口使用，无MUX，但其内部有一个上拉电阻，所以连接外围负载时不需要外接上拉电阻，这一点P1、P2、P3都一样。3、P2口的结构P2口字节地址为A0H，位地址为A0H～A7HP2位结构：P2口作为I/O口线时用法与P0口一样，当内部开关拨向另一个方向，即作地址输出时，可以输出程序存储器或外部数据存储器的高8位地址，并与P0口输出的低地址一起构成16位的地址线。4、P3口的结构P3口字节地址为B0H，位地址为B0H～B7H。P3口作为I/O口线用时同其他的端口相同，也是准双向口，不同的是，P3口的每一位都有另一种功能，也叫第二功能，具体作用在用到时将详细解释。当P3口作为通用I/O口时，准双向口第二功能端保持高电平。当P3口作为第二功能时，锁存器输出Q=1，如图为P3口第二功能列表：5、注意(1)在无片外扩展存储器的系统中，这4个端口的每一位都可以作为准双向通用I/O端口使用。在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，P0口作为双向总线，分时作为低8位地址和数据的输入/输出线。(2)P0口作为通用双向I/O口使用时，必须外接上拉电阻。(3)P3口除了作通用I/O口使用外，各位还具有第二功能。当P3口某一位用于第二功能作输出时，则不能再作通用I/O口使用。(4)当P0～P4端口用作输入时，为了避免误读，都必须先向对应的输出锁存器写入1，使FET截止，然后再读端口引脚，例如以下程序：MOVP1,#0FFHMOVA,P151的程序存储器和数据存储器是独立分开的，数据寄存器除内部数据寄存器外，还可以扩展数据寄存器，并存但访问指令不同。程序寄存器当EA引脚接高电平，CPU将使用内部程序寄存器，若程序超过内部程序存储器空间时，则CPU会自动从外部程序存储器重读取超过部分的程序代码。数据寄存器0000H~007FH1、寄存器组区0000H~001FH共有32个地址位寄存器组区每组寄存器组都包括R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7等8个寄存器，任何一个时间，都只能使用其中一个寄存器组。寄存器组的切换，可由程序状态字(PSW)中的RS1、RS0来决定。RS0RS1寄存器组位址00RB00000H~0007H01RB10008H~000FH10RB20010H~0017H11RB30018H~001FH2、可位寻址区0020H~002FH共16字节的存储区为可位寻址区设置20H存储器地址的位5设置为1：SETB20H.5设置20H存储器地址的位5设置为0：CLR20H.53、一般数据与堆栈区0030H~007FH的80字节为一般数据访问及堆栈区0080H~00FFH之间的128B位特殊功能寄存器(SFR)特殊功能寄存器P0、P1、P2、P3它们是51的4个输入/输出端口，其地址分别为80H、90H、A0H及B0H。P0口：该8位都为漏级开路输出，每个引脚可以驱动8个LS型TTL负载;且内部没有上拉电阻，执行输出功能时，外部必须接上拉电阻(10千欧即可);若要执行输入功能，必须先输出高电平，方能读取该端口所连接的外部数据;若系统连接外部存储器，则P0可作为地址总线(A0A7)及数据总线(D0D7)的多功能引脚。P1口：内部有30千欧上拉电阻，执行输出功能时，不必连接外部上拉电阻;该8位都为漏级开路输出，每个引脚可以驱动4个LS型TTL负载;若要执行输入功能，必须先输出高电平，方能读取该端口所连接的外部数据;P2口：内部有30千欧上拉电阻，执行输出功能时，不必连接外部上拉电阻;该8位都为漏级开路输出，每个引脚可以驱动4个LS型TTL负载;若要执行输入功能，必须先输出高电平，方能读取该端口所连接的外部数据;若系统连接外部存储器，而外部存储器的地址线超过8条时，则P0口可作为地址总线(A8~A15)引脚。P3口：内部有30千欧上拉电阻，执行输出功能时，不必连接外部上拉电阻;该8位都为漏级开路输出，每个引脚可以驱动4个LS型TTL负载;若要执行输入功能，必须先输出高电平，方能读取该端口所连接的外部数据;P3口其他功能：P3其它功能说明P3.0RXD串行口的接收引脚P3.1RTD串行口的传送引脚P3.2INT0INT0中断输入P3.3INT1INT1中断输入P3.4T0timer0输入P3.5T1Timer1输入P3.6WR写入外部存储器控制引脚P3.7RD读取外部存储器控制引脚SPSP为堆栈指针寄存器，其地址为81H。DPL、DPHDPL与DPH均为8位的数据指针寄存器，其地址分别为82H、83H。若以DPL为低8位、DPH为高8位，即可组成一个16位的数据指针寄存器，简称DPTR，如此将可寻址到64KB的数据地址。PCONPCON作为电源控制寄存器，其地址位87H，其功能是设定CPU的电源方式。它是一个不可位寻址的寄存器。如图所示：SMOD―――GF1GF0PDIDLBit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0其中各位说明如下：SMOD位为比特率倍增位。当串行端口工作于模式1、模式2、模式3，且使用定时器1为其比特率产生器时，若其为1，这比特率加倍，若为0，这比特率正常。GF1、GF0位为一般用途标志位，用户可自行设定或清除这两个标志。通常使用这个两个标志作为有中断唤醒闲置模式中的8051系统。PD位为功率下降模式位。为1时，进入功率下降模式;为0时，结束功率下降模式。IDL位为闲置模式位。为1时，进入闲置模式;为0时，结束闲置模式。TCONTCON为定时器/计数器控制寄存器，其地址为88HTMODTMOD为计数器/计数方式控制寄存器，其地址为89H，其功能是设置它的方式TL0、TL1、TH0、TH1TL0、TH0为第一组定时器、计数器的计量寄存器，其地址为8AH、8CH，将TL0与TH0组合即可进行16位的定时/计数。TL1、TH1为第二组定时器、计数器的计量寄存器，其地址为8BH、8DH，将TL1与TH1组合即可进行16位的定时/计数。SCONSCON为串行端口控制寄存器，其地址为98H，其功能是设定串行端口工作方式与标志。SBUFSBUF为串行端口缓冲器，其地址为99H，这是由使用同一个地址的两个寄存器所构成，其中一个寄存器作为传送数据用的缓冲器，另一个寄存器作为接收数据用的缓冲器。至于如何分辨同一个地址的两个寄存器，则视指令而定，若是数据传送指令，则自动定位到传送数据用的缓冲器;若是接受数据指令，则自动定位到接收数据用的缓冲器。详细以后再讲咯。

IEIE为中断使能寄存器，其地址为A8H。IPIP为中断优先级寄存器。T2CONT2CON为Timer2的定时器/计数器控制寄存器，其地址为C8H，其功能死设定Timer2的启动、记录定时/计数溢出，以及外部中断触发方式等。RCAP、RCAP2HRCAP、RCAP2H为捕捉寄存器，其地址为CAH、CBH。当Timer2在捕捉方式时，若T2EX(P1.1)引脚上的输入信号有高电平转为低电平时，TL2与TH2的内容将被载入RCAP与RCAP2H，就像是把Timer2的内容捉进RCAP寄存器一样。TL2、TH2TL2、TH2为第三组定时器、计数器的计量寄存器，其地址为CCH、CDH，将TL2与TH2组合即可进行16位的定时/计数。PSWPSW为CPU的程序状态字寄存器，其地址为D0H，其内容如下：76543210PSWCYACF0RS1RS0OVPPSW.7：本位为进位位(CY)，加减法时产生进位或错位，将自行设定为1，否则为0。PSW.6：本位为辅助进位位(AC)，进行加减法运算产生进位或错位，将自行设定为1，否则为0。PSW.5：本位为用户标志位，用户自行设定。PSW.4与PSW.3：这两个位为寄存器组选择位(RS1、RS0)，其功能如下表所示。RS1RS0寄存器组00RB001RB110RB211RB3PSW.2：本位为溢出标志位(OV)，运行时，若发生溢出，为1，否则为0。PSW.1：本位为保留位，没有提供服务。PSW.0：本位位奇偶位(P)，8051采用偶同位，若ACC中奇数个1，则为1，偶数个1，则为0。ACCACC累加器又称为A寄存器，其地址为E0H。BB寄存器的地址为F0