《微处理器与接口技术》课件第7章 80C51的架构

微处理器+存储器+I/O接口=微型计算机

微型计算机

7.1

单片机概述2024/3/19

微型计算机的应用形态

分为3种：

多板机（即系统机）

工业PC机也属于多板机。存储器I/O接口CPUI/O接口

单板机

早期的单板机当代的单板机CPU存储器I/O接口CPU存储器I/O接口I/O接口4单片机单片机单片机内含：CPU存储器I/O接口

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：5MCS-51系列

8051/8751/80318052/8752/803280C51/87C51/80C3180C52/87C52/80C32等

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

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。7.2

80C51的基本结构与信号引脚7.2.180C51的基本结构7.2.280C51的封装与引脚1180C51单片机引脚电源引脚Vcc和Vss

外接晶振引脚XTAL1,XTAL2I/O引脚P0、P1、P2和P3控制和复位引脚ALE、RST、

121．I/O口线功能4个8位并行I/O接口引脚:

P0.0～P0.7（低8位地址、数据、I/O口）P1.0～P1.7（准双向口）P2.0～P2.7（高8位地址、I/O）P3.0～P3.7（I/O口、第二功能）为多功能引脚，可自动切换用作数据总线、地址总线、控制总线和或I/O接口外部引脚。132．控制线ALE：地址锁存允许信号端PSEN：外部程序存储器读选通信号端EA/VPP：程序存储器选择信号端和编程电源输入端RST/VPD：复位信号端和后备电源输入端。输入10ms以上高电平脉冲，单片机复位。VPD使用后备电源，可实现掉电保护。

7.380C51的CPUCPU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

其他寄存器程序计数器PC

数据指针DPTR

堆栈指针SP

工作寄存器R0~R7161.算术逻辑运算单元ALU(8位)+、–、×、÷算术运算，与、或、非、异或逻辑运算、循环移位、位处理。2.寄存器阵列

(1)工作寄存器R0～R7

（8位）

暂存运算数据和中间结果。

4个工作寄存器区，工作寄存器0区～3区。

每个区均含8个寄存器R0～R7。

用PSW中的两位PSW.4和PSW.3来切换工作寄存器区，选用一个工作寄存器区进行读写操作。

17(2)累加器ACC(8位)

需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过A累加器。(3)寄存器B(8位)

与A累加器配合执行乘、除运算。亦可作通用寄存器。(4)程序状态字PSW(8位)

存放ALU运算过程的标志状态

CyACF0RS1RS0OV—P进位/辅助进位/用户定/选工作寄/溢出标志/奇偶标志18(5)数据指针DPTR(16位)

存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。可分成两个8位寄存器DPH、DPL使用。(6)堆栈指针SP(8位)按“先进后出、后进先出”的原则存取数据的存储区。80C51堆栈设在片内RAM区。数据入栈/出栈时，SP自动加1/减1，其内容始终为栈顶地址。80C51的堆栈区是向地址增大的方向生成的。复位时：

SP=07H。19(7)程序计数器PC(16位)CPU总是按PC的指示读取程序。PC可自动加1。因此CPU执行程序一般是顺序方式。当发生转移、子程序调用、中断和复位等操作，PC被强制改写，程序执行顺序也发生改变。复位时：PC=0000H。7.480C51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。

哈佛结构哈佛结构与冯·诺依曼结构处理器相比，处理器有两个明显的特点：使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存；使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，而这两条总线之间毫无关联。7.4.180C51的数据存储器（RAM)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详图字节地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H07H06H05H04H03H02H01H00H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H22H17H16H15H14H13H12H11H10H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H24H27H26H25H24H23H22H21H20H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H26H37H36H35H34H33H32H31H30H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H28H47H46H45H44H43H42H41H40H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H位寻址区通用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

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

IP7.4.280C51的程序存储器(ROM)片内与片外程序存储器的选择

EA引脚接高电平---片内

EA引脚接地---片外程序存储器低端的几个特殊单元7.580C51的时钟与时序时钟产生方式内部时钟方式外部时钟方式

80C51的时钟信号1个机器周期：12个晶振周期（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）80C51的典型时序单字节指令(如：INCA)双字节指令(如：ADDA,#data）

单周期指令双周期指令

单字节双周期（如：INCDPTR）

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(MOVX类指令)

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。

7.680C