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1、单片机基础（第3版）,李广弟等编著 北京航空航天大学出版社 2007年6 月,第2章 80C51 单片机的硬件结构,2.1 单片机的概念 2.2 80C51单片机的逻辑结构及信号引脚 2.3 80C51单片机的存储器 2.4 80C51 单片机的并行I/O口 2.5 80C51 单片机的时钟与定时 2.6 80C51 单片机的系统复位 2.7 单片机低功耗工作模式,2.1 单片机的概念,单片微型计算机SCMC(Single Chip Micro-Computer)，是计算机、自动控制和大规模集成电路相结合的产物。 还有其他的称呼，如：微控制器（MCU），嵌入式微控制器（EMCU），嵌入式微处理
2、器（EMP）等。 目前使用最多的仍是8位单片机。在8位单片机中80c51的使用更为广泛。本教材也是以80c51为基础。,2.2 80C51单片机的逻辑结构 及信号引脚,2.2.1 80C51单片机的内部逻辑结构 1. 中央处理器CPU（1）运算电路（2）控制电路2. 内部数据存储器3. 内部程序存储器4. 定时器/计数器5. 并行I/O口6. 串行口7. 中断控制电路8. 时钟电路9. 位处理器10. 内部总线,80C51芯片逻辑结构图,P0驱动器,RAM 地址 寄存器,RAM,EPROM或ROM,P2驱动器,P0锁存器,P2锁存器,B寄存器,A,暂存器2,暂存器1,SP,16位地址寄存器,缓
3、冲器,PSW,ALU,P1锁存器,P1驱动器,振荡器,P3锁存器,P3驱动器,PC加1,PC,DPTR,中断系统 串行口 定时/计数器,定时 及 控制,指 令 寄 存 器,PSEN,ALE,EA,RST,Vcc,Vss,P0.0P0.7,P2.0P2.7,P1.0P1.7,P3.0P3.7,MCS-51系列单片机性能表,一、MCS-51系列单片机的基本组成和内部结构,MCS51单片机的结构,图2.1 单片机组成框图,1.适于控制应用的8位CPU2.具有布尔处理（位处理）能力3.64KB程序存储器空间4.64KB数据存储器空间5.128个字节片内数据存储器,二、51系列单片机硬件电路特征,6.
4、4K字节片内程序存储器 7. 32根双向并可按位寻址的并行I/O接口线 8. 两个16位定时/计数器 9. 一个全双工的串行I/O接口 10. 6源5向量中断结构，每个中断源都具有两级 11. 片内时钟振荡器,中断系统,T0 T1,运算和控制功能,三、组成单片机的各部分功能：,存放用户程序、原始数据或表格,存放可读写的数据或运算结果,中断系统,T0 T1,用于内外数据并行传输,实现定时或计数并产生中断,串行数据传输,产生系统运行脉冲,中断系统,T0 T1,中断系统六源五向量,外部中断, , ,中断系统,T0 T1,三总线数据总线、地址总线、控制总线,内部总线有三种,数据总线：专门用来传送数据信
5、息 。,地址总线：专门用来传送地址信息，选中各操作单元。,控制总线：专门用来传送CPU各种控制命令，以便CPU统一指挥协调工作。完成程序所要执行的各种功能。,51系列三总线结构的特点：,16条地址总线: 寻址 64KB ROM和64KB RAM， 用控制线区分,无独立的地址总线、数据总线，与P0、P2口复用,P0口分时作低8位地址总线/8位数据总线 P2口分时作高8位地址总线,2.2.2 80C51单片机的封装与信号引脚1. 芯片封装形式,2. MCS-51系列单片机引脚功能a、电源引脚 VCC和VSS: VCC=+5V VSS=地 b、时钟引脚XTAL1（19）和XTAL2（18）: 接石英
6、晶体 c、控制信号引脚RST, ALE,PSEN和EARST（9）: 复位ALE/PROG（30）:地址锁存允许/8751片内EPROM固化程序时加入编程脉冲.,d、输入/输出口 P0,P1,P2和P3 P0口是8位双向I/O口。在CPU访问片外存储器时,P0口分时提供低8位地址和8位数据的复用总线。P1口是8位双向I/O口P2口是8位双向I/O口。在访问片外存储器时, 它输出高8位地址。P3口是8位双向I/O口。P3口的的每一位还有第二功能。 第一功能与第二功能是不同工作方式下的信号，不会发生使用上的矛盾。,2.3 MCS-51系列单片机存储器,2.3.1 程序存储器 2.3.2 数据存储器
7、,MCS-51存储器空间分布图,2.3.1 程序存储器,功能：用于存放编好的程序、表格和常数 。 特点：为只读存储器。,通过MOVC指令进行访问,。,0000H,0FFFH,0000H,0FFFH,1000H,FFFFH,片内ROM /EA=1,片外ROM /EA=0,片外ROM,程序存储器,存储空间：64KB的寻址空间，片内片外由EA控制,，寻址内部ROM；,，寻址外部ROM。,程序存储器中6个具有特殊含义的单元,0000H 系统复位，PC指向此处；0003H 外部中断0入口000BH T0溢出中断入口 0013H 外中断1入口001BH T1溢出中断入口0023H 串口中断入口,片内程序存
8、储器,0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H 002BH,例如,主程序实际从2000H开始存放，复位后，通过 跳转指令LJMP转移至2000H开始执行。,ORG 0000HLJMP 2000H.ORG 2000H START：-,2.3.2 数据存储器,用途：存放程序执行的中间结果和过程数据的 。 特点：CPU工作时可以随时进行数据的读写。,物理上、逻辑上分为两大区域： 内部数据存储器00H FFH 。外部数据存储器0000H FFFFH。,51系列单片机片内含有256个字节RAM。其中低 128B地址(00H7FH)为用户数据RAM。,1、片内数据存储器,高1
9、28B地址(80HFFH)为特殊寄存器（SFR） 单元。,8051系列单片机内部数据存储器分布如图所示：,1、片内数据RAM,工作寄存器区： 地址：00H 1FH四组R0 R7,例,已知：程序状态字PSW中的RS0 = 1， RS1 = 1，求R0R7对应内部RAM地址。,解：因RS0=1，RS1=1 根据前表可知：R0R7对应内部RAM地址为18H 1FH,1、已知：程序状态字PSW中的RS0 = 0， RS1 = 1，求R5的地址。 2、已知：程序状态字PSW中的RS0 = 1， RS1 = 0，求R0R7对应内部RAM地址，其中R2的地址又是多少？,答：R5的地址为15H。,答：R0R7
10、对应内部RAM地址为08H 0FH， R2的地址为0AH。,位寻址区：位寻址区（20H2FH）16个字节。 16*8=128位，每一位都有一个位地址，范围为：00H7FH，位地址区也可作为一般的用户RAM使用。,用户RAM区：,地址：30H 7FH，80个单元 特点：用户可随意使用,实际RAM区：007FH,（2）特殊功能寄存器（SFR）,占用片内RAM 80FFH中部分单元。80 FFH未被SFR占用的单元保留，用户不能使 用。SFR也称专用寄存器，专用于控制、 管理片内ALU部件、并行I/O口、串行I/O 口、定时/计数器、中断系统，如下表所 示。其中有些专用寄存器有位地址或位名 称，可以
11、进行位操作。,特殊功能寄存器,特殊功能寄存器SFR区,21个特殊功能寄存器SFR：, CPU：ACC，B，PSW，SP，DPTR, 并行口：P0，P1，P2，P3,定时/计数器 (T0，T1) ： TMOD ，TCONTH0，TL0，TH1，TL1, 中断系统：IE，IP, 串行口：SBUF，SCON，PCON,1）寄存器B,2）程序状态字(Program Status Word),RS1、RS0 寄存器组选择位选择指令当前工作的工作寄存器组。OV 溢出标志带符号加减运算中，超过累加器A所能表示的符号数有效范围（-128+127）则OV1。乘法指令，乘积超过255时，OV=1。除法指令，OV=
12、1，表示除数为0。P 奇偶标志A中1的个数若为奇数P=1,否则P=0,例：已知累加器A=3DH，请问PSW中的奇偶校验位P=？ 解：A=3DH=00111101B P=1,1、已知累加器A=34H，请问PSW中的奇偶校验位P=？ 2、已知累加器A=C6H，请问PSW中的奇偶校验位P=？,答案：A=00110100 ，P=1,答案：A=11000110 ，P=0,3）数据指针(DPTR),数据指针为16位寄存器，编程时，既可以按16位寄存器来使用，也可以按两个8位寄存器来使用，即高位字节寄存器DPH和低位字节DPL。,DPTR主要是用来保存16位地址，当对64kB外部数据存储器寻址时，可作为间址
13、寄存器使用，此时，使用如下两条指令：MOVX A, DPTRMOVX DPTR, A,在访问程序存储器时，DPTR可用来作基址寄存器，采用基址+变址寻址方式访问程序存储器，这条指令常用于读取程序存储器内的表格数据。MOVC A, A+DPTR,4）堆栈指针SP(Stack Pointer),指明栈顶元素的地址，8位，可软件设置初值，复位时SP = 07H。,5）I/O口专用寄存器(P0、P1、P2、P3),I/O口寄存器P0、P1、P2和P3分别是MCS-51单片机的四组I/O口锁存器。,6）定时/计数器(TL0、TH0、TL1和TH1),MCS-51单片机中有两个16位的定时/计数器T0和T
14、1，它们由四个8位寄存器组成的，两个16位定时/计数器却是完全独立的。我们可以单独对这四个寄存器进行寻址，但不能把T0和T1当作16位寄存来使用。,7）定时/计数器方式选择寄存器(TMOD),TMOD寄存器是一个专用寄存器，用于控制两个定时计数器的工作方式，TMOD可以用字节传送指令设置其内容，但不能位寻址 。,MCS-51系列单片机有一个数据指针DPTR可用于寻址片外程序存储器或片外数据存储器单元。它为16位，可寻址范围为64KB（0000HFFFFH）。,通过MOVX指令进行访问。,2、片外数据存储器,2.3.3 堆栈操作,1. 堆栈的功用 堆栈主要是为子程序调用和中断操作而设立的，对应有
15、两项功能：保护断点和保护现场。 2. 堆栈的开辟 只能开辟在芯片的内部数据存储中。 3. 堆栈指针 堆栈的两种操作：进栈和出栈。都是对栈顶单元进行的。堆栈指针SP用来指示栈顶。SP的内容就是堆栈栈顶的存储单元地址。,4. 堆栈类型两种不同类型的堆栈结构两种类型：向上生长型和向下生长型。80c51使用向上生长型堆栈，操作规则如下：进栈操作：先SP加1，后写入数据。出栈操作：先读出数据v，后SP减1。,5. 堆栈使用方式 两种：自动方式和指令方式。自动方式：在调用子程序或中断时，返回地址自动进栈。程序返回时，断点再自动弹回PC。指令方式：使用专用的堆栈操作指令，进行进出栈操作。进栈指令为PUSH，出栈指令为POP。,2.4 80C51 单片机的并行I/O口80C51共有4个8位的并行双向I/O口：P0，P1，P2，P3。可以按字节寻址外，还可以按位寻址。,2.4.1 P0口逻辑结构 P0口地址为80H，位地址为80H-87H。既可做一般I/O口，又可作地址/数据总线，某一位的内部结构如下图,2.4.2 P1口逻辑结构P1口地址为90H，位地址为90H-97H。只能作为通用数据I/O口使用，电路逻辑如下图：,
