信息与通信C的结构和原理

2023/12/612.1

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：2023/12/62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）。2023/12/63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：8051/8751/803180C51/87C51/80C312023/12/64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。2023/12/652.1.280C51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。2023/12/662.2

80C51的基本结构与应用模式2.2.180C51的基本结构2023/12/672.2.280C51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

2023/12/68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。2023/12/692.3

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2023/12/610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。

2023/12/611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(OneTimeProgrammableRead-OnlyMemory

)型，具有较高的可靠性。2023/12/6122.3.280C51的引脚封装2023/12/61340只引脚按功能分为3类：（1）电源及时钟引脚:Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2。（2）控制引脚：

PSEN、EA、ALE、RESET（即RST）。（3）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口的引脚。

1．电源及时钟引脚

（1）Vcc（40脚）：+5V电源；（2）Vss（20脚）：接地。2023/12/614（3）XTAL1（19脚）：接外部晶体，如果采用外接振荡器时，振荡器的输出应接到此引脚上。（4）XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端或悬空。2.控制引脚

提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。

(1)RST/VPD(9脚)：复位与备用电源。

(2)ALE/PROG（30脚）：第一功能:ALE(AddressLatchEnable)为地址锁存允许，可驱动8个LS型TTL负载。第二功能:PROG(ProgrammingPulse)为编程脉冲输入端。2023/12/615

(3)PSEN（ProgramStoreEnable，29脚）：外部程序存储器的读选通信号。可驱动8个LS型TTL负载。

(4)EA/VPP(ExternalAccessEnable/VoltagePulseofProgramming，31脚)

EA为内外程序存储器选择控制端。

EA=1，访问片内程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对于8051、8751）时，即超出片内程序存储器的4K字节地址范围时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。

EA=0，单片机则只访问外部程序存储器。2023/12/616

VPP为本引脚的第二功能。用于施加编程电压（例如+21V或+12V）。对89C51，加在VPP脚的编程电压为+12V或+5V。3.I/O口引脚

(1)P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。

(2)P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。

(3)P2口：8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可驱动4个LS型TTL负载。2023/12/617

(4)P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载。注意:准双向口与双向三态口的差别。当3个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写“1”。准双向I/O口无高阻“浮空”状态。2023/12/6182.480C51的CPU2023/12/6192.4.1CPU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

定时与控制逻辑

其他寄存器程序计数器PC(ProgramCounter)

数据指针DPTR(DataPointer)

堆栈指针SP(StackPointer),

工作寄存器R0~R72023/12/620运算器:

对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。1．算术逻辑运算单元ALU（ArithmeticLogicUnit

）2．累加器A（Accumulator）

使用最频繁的寄存器，可写为Acc。

A的作用：（1）是ALU的输入之一，又是运算结果的存放单元。（2）数据传送大多都通过累加器A。MCS-51增加了一部分可以不经过累加器的传送指令，即可加快数据的传送速度，又减少A的“瓶颈堵塞”现象。

A的进位标志Cy同时又是位处理机的位累加器。2023/12/6213．程序状态字寄存器PSW(ProgramStatusWord)

（1）Cy（PSW.7）进位标志位（Carry）（2）Ac(PSW.6)辅助进位标志位（Accessorial

Carry）（3）F0（PSW.5）用户使用的状态标志位。（4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：4组工作寄存器区选择控制位1和位0。2023/12/6222023/12/623

RS1RS0所选的4组寄存器

000区（内部RAM地址00H～07H）

011区（内部RAM地址08H～0FH）

102区（内部RAM地址10H～17H）

113区（内部RAM地址18H～1FH）（5）OV（PSW.2）溢出标志位（Overflow）指示运算是否产生溢出。各种算术运算指令对该位的影响情况较复杂，将在第3章介绍。（6）PSW.1位:保留位，未用（7）P(PSW.0)奇偶标志位（Parity）

P=1，A中“1”的个数为奇数

P=0，A中“1”的个数为偶数2023/12/624控制器

1．程序计数器PC（ProgramCounter）存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。

基本工作方式有以下几种：

（1）程序计数器自动加1

（2）执行有条件转移或无条件转移指令时，PC将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。（3）执行子程序调用或中断调用，完成下列操作： ①PC的现行值保护 ②将子程序入口地址或中断向量的地址送入PC。2．指令寄存器IR(InstructionRegister)、指令译码器及控制逻辑电路2023/12/625寄存器及其存储器映射如下图：2023/12/6262.4.280C51的时钟与时序时钟产生方式内部时钟方式外部时钟方式

2023/12/627

80C51的时钟信号1个机器周期：12个晶荡周期（或6个状态周期）指令的执行时间称作指令周期（单、双、四周期）2023/12/62880C51的典型时序单字节指令双字节指令

单周期指令2023/12/629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。

2023/12/630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。

2023/12/6312.4.380C51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2023/12/632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(SpecialFunctionRegister

)：

P0~P3=FFHSP=07HIP、IE和PCON：有效位为0PSW=00HSP(StackPointer),IP(InterruptPriority),IE(InterruptEnable),PCON(PowerControl)2023/12/6332.580C51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。

2023/12/6342.5.180C51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2023/12/635

EA引脚接高地---片外2023/12/636程序存储器低端的几个特殊单元2023/12/637程序存储器中的指令代码及其观察2023/12/6382.5.280C51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RAM2023/12/639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：

2023/12/640片内RAM详图2023/12/641位寻址区字节地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H07H06H05H04H03H02H01H00H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H22H17H16H15H14H13H12H11H10H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H24H27H26H25H24H23H22H21H20H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H26H37H36H35H34H33H32H31H30H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H28H47H46H45H44H43H42H41H40H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2023/12/642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2023/12/643RAM内容查看2023/12/6442.5.380C51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

IP2023/12/645DPH(DataPointerHigh)DPL(DataPointerLow)SBUF(SerialDataBuffer)SCON(SerialControl)TH0(TimerHigh0)TL0(TimerLow0)TH1(TimerLow1)TL1(TimerLow2)TMOD(TimerMode)TCON(TimerControl)2023/12/646小结80C51的程序计数器PC是16位的，对于程序存储器的寻址范围是64KB，片内片外统一编址，即0000H~FFFFH，由EA的状态决定内外；80C51的数据存储器分为片内RAM和片外RAM两大部分，片内共128B（00H~FFH），片外可达64KB（0000H~FFFFH）；基本型单片机片内RAM地址范围是00H~7FH，与片外RAM的地址空间重叠，用不同的寻址方式（指令）加以区分；增强型单片机片内RAM地址范围是00H~FFH，其中高128B的内部RAM地址与SFR重叠，需采用间接寻址的方式访问。2023/12/6472.680C51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2023/12/648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！2023/12/649

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。2023/12/650P2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）2023/12/651P1口结构

P1仅能为通用的准双向口！2.6.2P1、P3口的结构2023/12/652P3口结构

第一功能：通用I/O口（对口寻址时）2023/12/653

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）