單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)第2章80C51的結(jié)構(gòu)與原理課件

1、第2章 80C51的結(jié)構(gòu)和原理80C51系列概述2.180C51的基本結(jié)構(gòu)與應(yīng)用模式2.280C51典型資源配置與引腳封裝2.380C51單片機(jī)的CPU2.480C51的存儲(chǔ)器組織2.580C51的并行口結(jié)構(gòu)與操作2.62022/10/111第2章 80C51的結(jié)構(gòu)和原理80C51系列概述2.1802.1 80C51系列概述2.1.1 MCS-51系列 8051/8751/8031 8052/8752/8032 80C51/87C51/80C31 80C52/87C52/80C32等 MCS-51是Intel公司生產(chǎn)的一個(gè)單片機(jī)系列名稱。這一系列的單片機(jī)有多種，如：2022/10/1122.1

2、 80C51系列概述2.1.1 MCS-51系列 8 生產(chǎn)工藝有兩種： 在產(chǎn)品型號(hào)中凡帶有字母“C”的即為CHMOS芯片，CHMOS芯片的電平既與TTL電平兼容，又與CMOS電平兼容。如87C51。一是HMOS工藝（高密度短溝道MOS工藝）。二是CHMOS工藝（互補(bǔ)金屬氧化物的HMOS工藝）。2022/10/113 生產(chǎn)工藝有兩種： 在產(chǎn)品型號(hào)中凡帶有字母“C”的即為CHM 功能上，有基本型和增強(qiáng)型2大類：增強(qiáng)型：8052/8752/803280C52/87C52/80C32基本型：8051/8751/803180C51/87C51/80C312022/10/114 功能上，有基本型和增強(qiáng)型2

3、大類：增強(qiáng)型：基本型：2022/ 在片內(nèi)程序存儲(chǔ)器配置上，有3種形式， 即掩膜ROM、EPROM和ROMLess。如：80C51有4K字節(jié)的掩膜ROM87C51有4K字節(jié)的EPROM 80C31在芯片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器。2022/10/115 在片內(nèi)程序存儲(chǔ)器配置上，有3種形式， 即掩膜ROM、EP2.1.2 80C51系列 各廠商以8051為基核開(kāi)發(fā)出的CMOS單片機(jī)統(tǒng)稱為80C51系列。常用產(chǎn)品有：Intel：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；ATMEL：89C51、89C52、89C2051等；Philips、華邦、Dallas、Siemens等公司的

4、許多產(chǎn)品 。2022/10/1162.1.2 80C51系列 各廠商以8051為基核開(kāi)發(fā)出的2.2 80C51的基本結(jié)構(gòu)與應(yīng)用模式2.2.1 80C51的基本結(jié)構(gòu)2022/10/1172.2 80C51的基本結(jié)構(gòu)與應(yīng)用模式2.2.1 80C52.2.2 80C51的應(yīng)用模式 帶總線擴(kuò)展引腳的產(chǎn)品擴(kuò)展總線的應(yīng)用模式 不擴(kuò)展總線的應(yīng)用模式 2022/10/1182.2.2 80C51的應(yīng)用模式 帶總線擴(kuò)展引腳的產(chǎn)品擴(kuò)展總 沒(méi)有總線擴(kuò)展引腳的產(chǎn)品 引腳數(shù)減少、體積減小。對(duì)于不需進(jìn)行并行外圍擴(kuò)展，裝置的體積要求苛刻且程序量不大的系統(tǒng)極其適合。典型產(chǎn)品,如：AT89S2051/AT89S4051。202

5、2/10/119 沒(méi)有總線擴(kuò)展引腳的產(chǎn)品 引腳數(shù)減少、體積減小。對(duì)2.3 80C51典型產(chǎn)品資源配置與引腳封裝2.3.1 80C51典型產(chǎn)品資源配置2022/10/11102.3 80C51典型產(chǎn)品資源配置與引腳封裝2.3.1 由表可見(jiàn)： 增強(qiáng)型與基本型的幾點(diǎn)不同： 片內(nèi)ROM：從4K增加到8K 片內(nèi)RAM：從128增加到256 定時(shí)/計(jì)數(shù)器：從2個(gè)增加到3個(gè) 中斷源：從5個(gè)增加到6個(gè)。 2022/10/1111 由表可見(jiàn)： 片內(nèi)ROM：從4K增加到8K2022/10/1無(wú)ROM型，要在片外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器；掩膜ROM型，程序由芯片生產(chǎn)廠寫入；EPROM型，程序通過(guò)寫入裝置寫入；FlashROM

6、型，程序可電寫入（常用）。 片內(nèi)ROM的配置形式：還有OTPROM型，具有較高的可靠性。2022/10/1112無(wú)ROM型，要在片外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器；掩膜ROM型，程序由芯片2.3.2 80C51的引腳封裝2022/10/11132.3.2 80C51的引腳封裝2022/10/10132.4 80C51的CPU2022/10/11142.4 80C51的CPU2022/10/10142.4.1 CPU的功能單元 運(yùn)算器 累加器ACC 寄存器B PSW 控制器 程序計(jì)數(shù)器PC 指令寄存器IR 定時(shí)與控制邏輯 其他寄存器 程序計(jì)數(shù)器PC 數(shù)據(jù)指針DPTR 堆棧指針SP 工作寄存器R0R72022/1

7、0/11152.4.1 CPU的功能單元 運(yùn)算器 控制器 其他寄存器20寄存器及其存儲(chǔ)器映射如下圖：2022/10/1116寄存器及其存儲(chǔ)器映射如下圖：2022/10/10162.4.2 80C51的時(shí)鐘與時(shí)序 時(shí)鐘產(chǎn)生方式內(nèi)部時(shí)鐘方式 外部時(shí)鐘方式 2022/10/11172.4.2 80C51的時(shí)鐘與時(shí)序 時(shí)鐘產(chǎn)生方式內(nèi)部時(shí)鐘方 80C51的時(shí)鐘信號(hào)1個(gè)機(jī)器周期：12個(gè)晶蕩周期（或6個(gè)時(shí)鐘周期） 指令的執(zhí)行時(shí)間稱作指令周期 （單、雙、四周期）2022/10/1118 80C51的時(shí)鐘信號(hào)1個(gè)機(jī)器周期：12個(gè)晶蕩周期（或6個(gè)時(shí) 80C51的典型時(shí)序 單字節(jié)指令 雙字節(jié)指令 單周期指令2022

8、/10/1119 80C51的典型時(shí)序 單字節(jié)指令 雙周期指令 2個(gè)機(jī)器周期中ALE有效4次，后3次讀操作無(wú)效。 2022/10/1120雙周期指令 2個(gè)機(jī)器周期中ALE有效4次，后3次讀操作無(wú)效。訪問(wèn)外部RAM的雙周期指令時(shí)序 第二機(jī)器周期無(wú)讀操作碼的操作，而是進(jìn)行外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址和數(shù)據(jù)選通 。ALE信號(hào)會(huì)出現(xiàn)非周期現(xiàn)象。 2022/10/1121訪問(wèn)外部RAM的雙周期指令時(shí)序 第二機(jī)器周期無(wú)讀操作碼2.4.3 80C51單片機(jī)的復(fù)位復(fù)位可使單片機(jī)或系統(tǒng)部件處于確定的初始狀態(tài)。 復(fù)位電路 上電復(fù)位電路 按鍵與上電復(fù)位 2022/10/11222.4.3 80C51單片機(jī)的復(fù)位復(fù)位可使單片

9、機(jī)或系統(tǒng)部件 單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài) PC = 0000H RAM：隨機(jī)值（運(yùn)行中復(fù)位不改變RAM內(nèi)容 ） SFR： P0P3=FFH SP=07H IP、IE和PCON：有效位為0 PSW=00H2022/10/1123 單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài) PC = 0000H SFR：202.5 80C51的存儲(chǔ)器組織80C51存儲(chǔ)器可以分成兩大類： RAM，CPU在運(yùn)行時(shí)能隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀出，但在關(guān)閉電源時(shí)，其所存儲(chǔ)的信息將丟失。用來(lái)存放暫時(shí)性的輸入輸出數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間結(jié)果或用作堆棧。 ROM，寫入信息后不易改寫的存儲(chǔ)器。斷電后，其中的信息保留不變。用來(lái)存放固定的程序或數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)監(jiān)控程序、常數(shù)表格等

10、。 2022/10/11242.5 80C51的存儲(chǔ)器組織80C51存儲(chǔ)器可以分成兩大2.5.1 80C51單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器配置片內(nèi)與片外程序存儲(chǔ)器的選擇 EA引腳接高電平-片內(nèi)2022/10/11252.5.1 80C51單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器配置片內(nèi)與片外程序 EA引腳接高地-片外2022/10/1126 EA引腳接高地-片外2022/10/1026 程序存儲(chǔ)器低端的幾個(gè)特殊單元 2022/10/1127 程序存儲(chǔ)器低端的幾個(gè)特殊單元 2022/10/1027 程序存儲(chǔ)器中的指令代碼及其觀察 2022/10/1128 程序存儲(chǔ)器中的指令代碼及其觀察 2022/10/10282.5.2 80C

11、51單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器配置片內(nèi)、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器概況 片內(nèi)RAM及SFR 片外RAM 2022/10/11292.5.2 80C51單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器配置片內(nèi)、片外數(shù)據(jù)存工作寄存器區(qū)（含寄存器組0 3） 寄存器組0：地址00H07H 寄存器組1：地址08H0FH 寄存器組2：地址10H17H 寄存器組3：地址18H1FH當(dāng)前工作寄存器組選擇 PSW寄存器中： 2022/10/1130工作寄存器區(qū)（含寄存器組0 3） 寄存器組0：地址00片內(nèi)RAM詳圖 2022/10/1131片內(nèi)RAM詳圖 2022/10/1031位尋址區(qū) 字節(jié)地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H07H06H05H04H

12、03H02H01H00H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H22H17H16H15H14H13H12H11H10H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H24H27H26H25H24H23H22H21H20H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H26H37H36H35H34H33H32H31H30H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H28H47H46H45H44H43H42H41H40H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H2BH5FH5EH5DH5CH5BH

13、5AH59H58H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2022/10/1132位尋址區(qū) 字節(jié)位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H0通用RAM區(qū) 30H7FH，共80字節(jié) 數(shù)據(jù)緩沖 堆棧 SP指示棧頂 復(fù)位時(shí)SP=07H 系統(tǒng)初始化通常重新設(shè)置2022/10/1133通用RAM區(qū) 30H7FH，共80字節(jié) 數(shù)據(jù)緩沖 20RAM內(nèi)容查看 2022/10/1134RAM內(nèi)容查看 2022/10/10342.5.3

14、80C51單片機(jī)的特殊功能寄存器（SFR）基本型單片機(jī)有21個(gè)SFR離散地分布在80HFFH空間。 與運(yùn)算器相關(guān)3個(gè) ACC B PSW與定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)6個(gè) TH0,TL0 TH1,TL1 TMOD TCON指針類3個(gè) SP DPH,DPL與口相關(guān)7個(gè) P0,P1,P2,P3 SBUF SCON PCON與中斷相關(guān)2個(gè) IE IP2022/10/11352.5.3 80C51單片機(jī)的特殊功能寄存器（SFR）基本2.6 80C51的并行口結(jié)構(gòu)與操作P0口結(jié)構(gòu) P0作通用I/O口（當(dāng)EA=1或“MOV”傳送時(shí)C=0）輸出時(shí)2.6.1 P0、P2口的結(jié)構(gòu)2022/10/11362.6 80C51的

15、并行口結(jié)構(gòu)與操作P0口結(jié)構(gòu) P0作通輸入時(shí) 讀鎖存器（“讀-修改-寫”類指令，如ANL P0,A） 讀引腳（“MOV”類指令，如MOV A, P0）,要先寫“1” 10P0作通用I/O時(shí)為：準(zhǔn)雙向口！2022/10/1137輸入時(shí) 讀鎖存器（“讀-修改-寫”類指令，如ANL P0,A P0作地址數(shù)據(jù)總線（當(dāng)EA=1或“MOVX”類傳送時(shí)C=1） 輸出時(shí)，地址/數(shù)據(jù)信息分時(shí)出現(xiàn)在輸出引腳。 輸入時(shí)，先輸出地址，然后自動(dòng)向鎖存器寫1，再讀引腳。此時(shí)為真正雙向口。2022/10/1138 P0作地址數(shù)據(jù)總線（當(dāng)EA=1或“MOVX”類傳送時(shí)C=1P2口結(jié)構(gòu) P2作通用I/O口（未擴(kuò)片外存儲(chǔ)器，或雖擴(kuò)

16、RAM但采用“MOVX Ri”傳送時(shí)C=0）P2作通用I/O時(shí)為：準(zhǔn)雙向口！ P2作地址總線高8位（C=1）2022/10/1139P2口結(jié)構(gòu) P2作通用I/O口（未擴(kuò)片外存儲(chǔ)器，或雖擴(kuò)RAP1口結(jié)構(gòu) P1僅能為通用的準(zhǔn)雙向口！2.6.2 P1、P3口的結(jié)構(gòu)2022/10/1140P1口結(jié)構(gòu) P1僅能為通用的準(zhǔn)雙向口！2.6.2 P1、PP3口結(jié)構(gòu) 第一功能：通用I/O口（對(duì)口尋址時(shí)）2022/10/1141P3口結(jié)構(gòu) 第一功能：通用I/O口（對(duì)口尋址時(shí)）2022/ 第二功能（不對(duì)口尋址時(shí)） P3.0 ：RXD（串行口輸入） P3.1 ：TXD（串行口輸出） P3.2 ：INT0（外部中斷0輸

17、入） P3.3 ：INT1（外部中斷1輸入） P3.4 ：T0（定時(shí)器0的外部輸入） P3.5 ：T1（定時(shí)器1的外部輸入） P3.6 ：WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫”選通控制輸出） P3.7 ：RD（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“讀”選通控制輸出） 2022/10/1142 第二功能（不對(duì)口尋址時(shí)） P3.0 ：RXD（串行口輸入）2.6.3 并行口驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單外設(shè) 并行口的負(fù)載能力（AT89S52) 每根口線最大可吸收10mA的（灌）電流 P0口吸收電流的總和不能超過(guò)26mA P1、P2和P3每個(gè)口吸收電流的總和限制在15mA 4個(gè)口所有口線的吸收電流總和限制在71mA 2022/10/11432.6.3 并行

18、口驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單外設(shè) 并行口的負(fù)載能力（AT89 驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單的輸出設(shè)備 驅(qū)動(dòng)LED(發(fā)光二極管）LED典型工作點(diǎn)：1.75V,10mA。單個(gè)LED驅(qū)動(dòng)特性如下圖：2022/10/1144 驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單的輸出設(shè)備 驅(qū)動(dòng)LED(發(fā)光二極管）LED典型工作多個(gè)LED驅(qū)動(dòng)如下圖：并口直接驅(qū)動(dòng) 經(jīng)緩沖器驅(qū)動(dòng) （亮度不理想）(245：?jiǎn)胃€25mA,總和75mA)2022/10/1145多個(gè)LED驅(qū)動(dòng)如下圖：并口直接驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管公共電阻限流 各路分別限流2022/10/1146 驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管公共電阻限流 各路分別dpgfedcba00000110共陰極字形“1”編碼示例：06H2022/10/1147dpgfedcba00000110共陰極字形“1”編碼示例： 驅(qū)動(dòng)蜂鳴器有源蜂鳴器：接額定電壓就可