《微處理器與接口技術(shù)》課件第7章 80C51的架構(gòu)

微處理器+存儲(chǔ)器+I/O接口=微型計(jì)算機(jī)

微型計(jì)算機(jī)

7.1

單片機(jī)概述2024/3/19

微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用形態(tài)

分為3種：

多板機(jī)（即系統(tǒng)機(jī)）

工業(yè)PC機(jī)也屬于多板機(jī)。存儲(chǔ)器I/O接口CPUI/O接口

單板機(jī)

早期的單板機(jī)當(dāng)代的單板機(jī)CPU存儲(chǔ)器I/O接口CPU存儲(chǔ)器I/O接口I/O接口4單片機(jī)單片機(jī)單片機(jī)內(nèi)含：CPU存儲(chǔ)器I/O接口

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：5MCS-51系列

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

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）。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

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等公司的許多產(chǎn)品。7.2

80C51的基本結(jié)構(gòu)與信號(hào)引腳7.2.180C51的基本結(jié)構(gòu)7.2.280C51的封裝與引腳1180C51單片機(jī)引腳電源引腳Vcc和Vss

外接晶振引腳XTAL1,XTAL2I/O引腳P0、P1、P2和P3控制和復(fù)位引腳ALE、RST、

121．I/O口線功能4個(gè)8位并行I/O接口引腳:

P0.0～P0.7（低8位地址、數(shù)據(jù)、I/O口）P1.0～P1.7（準(zhǔn)雙向口）P2.0～P2.7（高8位地址、I/O）P3.0～P3.7（I/O口、第二功能）為多功能引腳，可自動(dòng)切換用作數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和或I/O接口外部引腳。132．控制線ALE：地址鎖存允許信號(hào)端PSEN：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)端EA/VPP：程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)端和編程電源輸入端RST/VPD：復(fù)位信號(hào)端和后備電源輸入端。輸入10ms以上高電平脈沖，單片機(jī)復(fù)位。VPD使用后備電源，可實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)。

7.380C51的CPUCPU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R0~R7161.算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU(8位)+、–、×、÷算術(shù)運(yùn)算，與、或、非、異或邏輯運(yùn)算、循環(huán)移位、位處理。2.寄存器陣列

(1)工作寄存器R0～R7

（8位）

暫存運(yùn)算數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。

4個(gè)工作寄存器區(qū)，工作寄存器0區(qū)～3區(qū)。

每個(gè)區(qū)均含8個(gè)寄存器R0～R7。

用PSW中的兩位PSW.4和PSW.3來(lái)切換工作寄存器區(qū)，選用一個(gè)工作寄存器區(qū)進(jìn)行讀寫操作。

17(2)累加器ACC(8位)

需要ALU處理的數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果多數(shù)要經(jīng)過(guò)A累加器。(3)寄存器B(8位)

與A累加器配合執(zhí)行乘、除運(yùn)算。亦可作通用寄存器。(4)程序狀態(tài)字PSW(8位)

存放ALU運(yùn)算過(guò)程的標(biāo)志狀態(tài)

CyACF0RS1RS0OV—P進(jìn)位/輔助進(jìn)位/用戶定/選工作寄/溢出標(biāo)志/奇偶標(biāo)志18(5)數(shù)據(jù)指針DPTR(16位)

存放片外存儲(chǔ)器地址，作為片外存儲(chǔ)器的指針?？煞殖蓛蓚€(gè)8位寄存器DPH、DPL使用。(6)堆棧指針SP(8位)按“先進(jìn)后出、后進(jìn)先出”的原則存取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)。80C51堆棧設(shè)在片內(nèi)RAM區(qū)。數(shù)據(jù)入棧/出棧時(shí)，SP自動(dòng)加1/減1，其內(nèi)容始終為棧頂?shù)刂贰?0C51的堆棧區(qū)是向地址增大的方向生成的。復(fù)位時(shí)：

SP=07H。19(7)程序計(jì)數(shù)器PC(16位)CPU總是按PC的指示讀取程序。PC可自動(dòng)加1。因此CPU執(zhí)行程序一般是順序方式。當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)移、子程序調(diào)用、中斷和復(fù)位等操作，PC被強(qiáng)制改寫，程序執(zhí)行順序也發(fā)生改變。復(fù)位時(shí)：PC=0000H。7.480C51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。

哈佛結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)與馮·諾依曼結(jié)構(gòu)處理器相比，處理器有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：使用兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器模塊，分別存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)，每個(gè)存儲(chǔ)模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存；使用獨(dú)立的兩條總線，分別作為CPU與每個(gè)存儲(chǔ)器之間的專用通信路徑，而這兩條總線之間毫無(wú)關(guān)聯(lián)。7.4.180C51的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM)片內(nèi)、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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詳圖字節(jié)地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H07H06H05H04H03H02H01H00H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H22H17H16H15H14H13H12H11H10H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H24H27H26H25H24H23H22H21H20H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H26H37H36H35H34H33H32H31H30H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H28H47H46H45H44H43H42H41H40H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H位尋址區(qū)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)

ACC

B

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

TH0,TL0

TH1,TL1

TMODTCON指針類3個(gè)

SP

DPH,DPL與口相關(guān)7個(gè)

P0,P1,P2,P3

SBUFSCON

PCON與中斷相關(guān)2個(gè)

IE

IP7.4.280C51的程序存儲(chǔ)器(ROM)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)

EA引腳接地---片外程序存儲(chǔ)器低端的幾個(gè)特殊單元7.580C51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

80C51的時(shí)鐘信號(hào)1個(gè)機(jī)器周期：12個(gè)晶振周期（或6個(gè)狀態(tài)周期）指令的執(zhí)行時(shí)間稱作指令周期（單、雙、四周期）80C51的典型時(shí)序單字節(jié)指令(如：INCA)雙字節(jié)指令(如：ADDA,#data）

單周期指令雙周期指令

單字節(jié)雙周期（如：INCDPTR）

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(MOVX類指令)

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。

7.680C