第1章 80C51的結(jié)構(gòu)和原理

第1章80C51的結(jié)構(gòu)和原理80C51系列概述1.180C51的基本結(jié)構(gòu)與應(yīng)用模式1.280C51典型資源配置與引腳封裝1.380C51單片機(jī)的CPU1.480C51的存儲器組織1.580C51的并行口結(jié)構(gòu)與操作1.61.180C51系列概述1.1.1MCS-51系列

8051/8751/80318052/8752/803280C51/87C51/80C3180C52/87C52/80C32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：生產(chǎn)工藝有兩種：在產(chǎn)品型號中凡帶有字母“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）。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：8051/8751/803180C51/87C51/80C31在片內(nèi)程序存儲器配置上，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)無程序存儲器。1.1.280C51系列各廠商以8051為基核開發(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等公司的許多產(chǎn)品。宏晶公司（STC系列單片機(jī)）1.280C51的基本結(jié)構(gòu)與應(yīng)用模式1.2.180C51的基本結(jié)構(gòu)1.2.280C51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

沒有總線擴(kuò)展引腳的產(chǎn)品引腳數(shù)減少、體積減小。對于不需進(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。1.380C51典型產(chǎn)品資源配置與引腳封裝1.3.180C51典型產(chǎn)品資源配置由表可見：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)。

無ROM型，要在片外擴(kuò)展程序存儲器；掩膜ROM型，程序由芯片生產(chǎn)廠寫入；EPROM型，程序通過寫入裝置寫入；FlashROM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。1.180C51的CPU1.1.1CPU的功能單元

運(yùn)算器累加器ACC

寄存器BPSW

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

其他寄存器數(shù)據(jù)指針DPTR

堆棧指針SP

工作寄存器R0~R71.280C51的引腳封裝及外總線結(jié)構(gòu)寄存器及其存儲器映射如下圖：

1、程序存儲器低端的幾個(gè)特殊單元1.3MCS-51單片機(jī)的存儲器配置1.580C51的存儲器組織80C51存儲器可以分成兩大類：

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)，其所存儲的信息將丟失。用來存放暫時(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器。斷電后，其中的信息保留不變。用來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。

程序存儲器中的指令代碼及其觀察80C51單片機(jī)的程序存儲器配置片內(nèi)與片外程序存儲器的選擇

EA引腳接高電平---片內(nèi)

EA引腳接高地---片外2、片內(nèi)、片外數(shù)據(jù)存儲器概況片內(nèi)RAM及SFR片外RAM工作寄存器區(qū)（含寄存器組0~3）

寄存器組0：地址00H~07H

寄存器組1：地址08H~0FH

寄存器組2：地址10H~17H

寄存器組3：地址18H~1FH當(dāng)前工作寄存器組選擇

PSW寄存器中：

片內(nèi)RAM詳圖位尋址區(qū)字節(jié)地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H07H06H05H04H03H02H01H00H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H22H17H16H15H14H13H12H11H10H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H24H27H26H25H24H23H22H21H20H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H26H37H36H35H34H33H32H31H30H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H28H47H46H45H44H43H42H41H40H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H通用RAM區(qū)

30H~7FH，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RAM內(nèi)容查看3、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80H~FFH空間。與運(yùn)算器相關(guān)3個(gè)

ACCBPSW與定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)6個(gè)

TH0,TL0TH1,TL1TMODTCON指針類3個(gè)

SPDPH,DPL與口相關(guān)7個(gè)

P0,P1,P2,P3SBUFSCONPCON與中斷相關(guān)2個(gè)

IEIP1.480C51的I/O口內(nèi)部結(jié)構(gòu)P0口結(jié)構(gòu)

P0作通用I/O口

(C=0）輸出時(shí)1.4.1P0、P2口的結(jié)構(gòu)輸入時(shí)

讀鎖存器（“讀-修改-寫”類指令，如ANLP0,A）

讀引腳（“MOV”類指令，如MOVA,P0）,要先寫“1”

10P0作通用I/O時(shí)為：準(zhǔn)雙向口！

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。P2口結(jié)構(gòu)

P2作通用I/O口（未擴(kuò)片外存儲器，或雖擴(kuò)RAM但采用“MOVX@Ri”）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）P1口結(jié)構(gòu)

P1僅能為通用的準(zhǔn)雙向口！1.4.2P1、P3口的結(jié)構(gòu)P3口結(jié)構(gòu)

第一功能：通用I/O口（對口尋址時(shí)）

第二功能（不對口尋址時(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)存儲器“寫”選通控制輸出）

P3.7：RD（片外數(shù)據(jù)存儲器“讀”選通控制輸出）1.4.3并行口驅(qū)動(dòng)簡單外設(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

驅(qū)動(dòng)簡單的輸出設(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：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：單根線<25mA,總和<75mA)

驅(qū)動(dòng)蜂鳴器有源蜂鳴器：接額定電壓就可連續(xù)發(fā)聲

無源蜂鳴器：接入變頻方波，可得到不同音調(diào)的聲音

兩種蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路相同，僅程序不同1.580C51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

單片機(jī)執(zhí)行的指令的各種時(shí)序均與時(shí)鐘周期有關(guān)一、振蕩周期（時(shí)鐘周期）單片機(jī)的基本時(shí)間單位。若時(shí)鐘的晶體的振蕩頻率為fosc，則時(shí)鐘周期Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。二、狀態(tài)周期振蕩頻率經(jīng)單片機(jī)內(nèi)的二分頻器分頻后提供給CPU的時(shí)鐘周期三、機(jī)器周期（Tcy）CPU完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為機(jī)器周期。執(zhí)行一條指令分為幾個(gè)機(jī)器周期。每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作。MCS-51單片機(jī)每12個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期又分為6個(gè)狀態(tài)：S1～S6。每個(gè)狀態(tài)又分為兩拍：P1和P2。因此，一個(gè)機(jī)器周期中的12個(gè)時(shí)鐘周期表示為：S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P2。

三、指令周期

執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。

80C51的時(shí)鐘信號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）