C單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)和工作原理實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1C單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)和工作原理實(shí)用2.1片內(nèi)結(jié)構(gòu)和引腳功能

2.1.1片內(nèi)結(jié)構(gòu)

第1頁(yè)/共32頁(yè)2.1.2引腳功能

第2頁(yè)/共32頁(yè)⒈電源:⑴VCC-芯片電源，接+5V；⑵VSS-接地端；⒉時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2-晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。⒊控制線(xiàn):控制線(xiàn)共有4根，其中3根是復(fù)用線(xiàn)。所謂復(fù)用線(xiàn)是指具有二種功能，正常使用時(shí)是一種功能，在某種條件下是另一種功能。⑴ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖

①

ALE功能：用來(lái)鎖存P0口送出的低8位地址

②PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。⑵PSEN:外ROM讀選通信號(hào)。⑶RST/VPD:復(fù)位/備用電源。①RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。②VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。⑷EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。①EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。②Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。第3頁(yè)/共32頁(yè)⒋

I/O線(xiàn)80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線(xiàn)）。P3.0——RXD：串行口輸入端；P3.1——TXD：串行口輸出端；P3.2——INT0：外部中斷0請(qǐng)求輸入端；P3.3——INT1：外部中斷1請(qǐng)求輸入端；P3.4——T0：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部信號(hào)輸入端；P3.5——T1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部信號(hào)輸入端；P3.6——WR：外RAM寫(xiě)選通信號(hào)輸出端；P3.7——RD：外RAM讀選通信號(hào)輸出端。第4頁(yè)/共32頁(yè)2.2存儲(chǔ)空間配置和功能

80C51的存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)可以分為三個(gè)不同的存儲(chǔ)空間，分別是：⑴64KB程序存儲(chǔ)器(ROM),包括片內(nèi)ROM和片外ROM；⑶256B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(內(nèi)RAM)

(包括特殊功能寄存器）

。⑵64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（外RAM）；第5頁(yè)/共32頁(yè)80C51存儲(chǔ)空間配置圖

第6頁(yè)/共32頁(yè)2.2.1程序存儲(chǔ)器（ROM）

地址范圍：0000H～FFFFH，共64KB。其中:

低段4KB：0000H～0FFFH

80C51和87C51在片內(nèi)，80C31在片外。

高段60KB：1000H～FFFFH。在片外。

讀寫(xiě)ROM用MOVC指令，控制信號(hào)是PSEN和EA。

讀ROM是以程序計(jì)數(shù)器PC作為16位地址指針，依次讀相應(yīng)地址ROM中的指令和數(shù)據(jù)，每讀一個(gè)字節(jié)，PC+1→PC，這是CPU自動(dòng)形成的。但是有些指令有修改PC的功能，例如轉(zhuǎn)移類(lèi)指令和MOVC指令，CPU將按修改后PC的16位地址讀ROM。第7頁(yè)/共32頁(yè)2.2.2外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（外RAM）

地址范圍：0000H～FFFFH 共64KB。

讀寫(xiě)外RAM用MOVX指令，控制信號(hào)是P3口中的RD和WR。第8頁(yè)/共32頁(yè)2.2.3內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)RAM）

從廣義上講，80C51內(nèi)RAM（128B）和特殊功能寄存器（128B）均屬于片內(nèi)RAM空間，讀寫(xiě)指令均用MOV指令。但為加以區(qū)別，內(nèi)RAM通常指00H～7FH的低128B空間。第9頁(yè)/共32頁(yè)

80C51內(nèi)RAM結(jié)構(gòu)圖，它又可以分成三個(gè)物理空間：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。地址區(qū)域功能名稱(chēng)00H～1FH00H～07H工作寄存器0區(qū)08H～0FH工作寄存器1區(qū)10H～17H工作寄存器2區(qū)18H～1FH工作寄存器3區(qū)20H～2FH

位尋址區(qū)30H～7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)第10頁(yè)/共32頁(yè)作用：⒈工作寄存器區(qū)

工作寄存器區(qū)分為4個(gè)區(qū)：0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)。每區(qū)有8個(gè)寄存器：R0～R7，寄存器名稱(chēng)相同。但是，當(dāng)前工作的寄存器區(qū)只能有一個(gè)，由PSW中的D4、D3位決定。

有專(zhuān)用于工作寄存器操作的指令，讀寫(xiě)速度比一般內(nèi)RAM要快，指令字節(jié)比一般直接尋址指令要短，還具有間址功能，能給編程和應(yīng)用帶來(lái)方便。第11頁(yè)/共32頁(yè)⒉

位尋址區(qū)

⑴地址:

從20H～2FH共16字節(jié)（Byte，縮寫(xiě)為英文大寫(xiě)字母B）屬位尋址區(qū)。每B有8位（bit，縮寫(xiě)為小寫(xiě)b），共128位，每一位均有一個(gè)位地址，可位尋址、位操作。所謂位尋址位操作是指按位地址對(duì)該位進(jìn)行置1、清0、求反或判轉(zhuǎn)。

⑵用途：

存放各種標(biāo)志位信息和位數(shù)據(jù)。

⑶注意事項(xiàng):

位地址與字節(jié)地址兩者編址相同，容易混淆。區(qū)分方法:位操作指令中的地址是位地址;字節(jié)操作指令中的地址是字節(jié)地址。

第12頁(yè)/共32頁(yè)位尋址區(qū)的位地址映象表

字節(jié)地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D02FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H28H47H46H45H44H43H42H41H40H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H26H37H36H35H34H33H32H31H30H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H24H27H26H25H24H23H22H21H20H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H22H17H16H15H14H13H12H11H10H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H20H07H06H05H04H03H02H01H00H第13頁(yè)/共32頁(yè)⒊

數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

內(nèi)RAM中30H～7FH為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，屬內(nèi)RAM，用于存放各種數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，起到數(shù)據(jù)緩沖的作用。第14頁(yè)/共32頁(yè)2.2.4特殊功能寄存器（SFR）

特殊功能寄存器地址映象表（一）

第15頁(yè)/共32頁(yè)特殊功能寄存器地址映象表（二）

第16頁(yè)/共32頁(yè)特殊功能寄存器地址映象表（三）

注：帶括號(hào)的字節(jié)地址表示每位有位地址可位操作。⑴累加器Acc⑵寄存器B第17頁(yè)/共32頁(yè)⑶程序狀態(tài)字寄存器PSW

PSW也稱(chēng)為標(biāo)志寄存器，存放各有關(guān)標(biāo)志。其結(jié)構(gòu)和定義如下：①Cy—進(jìn)位標(biāo)志。 用于表示Acc.7有否向更高位進(jìn)位。②AC—輔助進(jìn)位標(biāo)志。用于表示Acc.3有否向Acc.4進(jìn)位。第18頁(yè)/共32頁(yè)③RS1、RS0—工作寄存器區(qū)選擇控制位。

RS1、RS0=00——0區(qū)（00H～07H）

RS1、RS0=01——1區(qū)（08H～0FH）

RS1、RS0=10——2區(qū)（10H～17H）

RS1、RS0=11——3區(qū)（18H～1FH）④OV—溢出標(biāo)志。表示Acc在有符號(hào)數(shù)算術(shù)運(yùn)算中的溢出。⑤P—奇偶標(biāo)志。 表示Acc中“1”的個(gè)數(shù)的奇偶性。⑥F0、F1—用戶(hù)標(biāo)志。第19頁(yè)/共32頁(yè)⑷數(shù)據(jù)指針DPTR⑸堆棧指針SP專(zhuān)用于指出堆棧頂部數(shù)據(jù)的地址。

16位，由兩個(gè)8位寄存器DPH、DPL組成。主要用于存放一個(gè)16位地址，作為訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器（外RAM和ROM）的地址指針。第20頁(yè)/共32頁(yè)⑶執(zhí)行調(diào)用子程序或發(fā)生中斷時(shí)，CPU會(huì)自動(dòng)將當(dāng)前PC值壓入堆棧，將子程序入口地址或中斷入口地址裝入PC；子程序返回或中斷返回時(shí)，恢復(fù)原有被壓入堆棧的PC值，繼續(xù)執(zhí)行原順序程序指令。五、程序計(jì)數(shù)器PC※

PC不屬于特殊功能寄存器，不可訪(fǎng)問(wèn)，在物理結(jié)構(gòu)上是獨(dú)立的?！鵓C是一個(gè)16位的地址寄存器，用于存放將要從ROM中讀出的下一字節(jié)指令碼的地址，因此也稱(chēng)為地址指針?！鵓C的基本工作方式有：⑴自動(dòng)加1。CPU從ROM中每讀一個(gè)字節(jié)，自動(dòng)執(zhí)行

PC+1→PC；⑵執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時(shí)，PC會(huì)根據(jù)該指令要求修改下一次讀ROM新的地址；第21頁(yè)/共32頁(yè)2.3I/O端口結(jié)構(gòu)及工作原理

※

有4個(gè)8位并行I/O口,共32條端線(xiàn)：

P0、P1、P2和P3口。每一個(gè)I/O口都能用作輸入或輸出。

※

用作輸入時(shí)，均須先寫(xiě)入“1”；用作輸出時(shí)，P0口應(yīng)外接上拉電阻。

※

P0口的負(fù)載能力為8個(gè)LSTTL門(mén)電路；

P1～P3口的負(fù)載能力為4個(gè)LSTTL門(mén)電路。

※

在并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器或I/O口情況下，

P0口用于低8位地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)(分時(shí)傳送)

P2口用于高8位地址總線(xiàn)，

P3口常用于第二功能，用戶(hù)能使用的I/O口只有P1口和未用作第二功能的部分P3口端線(xiàn)。第22頁(yè)/共32頁(yè)2.4時(shí)鐘和時(shí)序

⒈時(shí)鐘電路

2.4.1時(shí)鐘電路和機(jī)器周期

第23頁(yè)/共32頁(yè)⒉時(shí)鐘周期和機(jī)器周期

80C51單片機(jī)工作的基本定時(shí)單位，簡(jiǎn)稱(chēng)機(jī)周。⑴時(shí)鐘周期。

80C51振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖頻率的倒數(shù)，是最基本最小的定時(shí)信號(hào)。⑵機(jī)器周期。

機(jī)器周期是時(shí)鐘周期的12倍。當(dāng)時(shí)鐘頻率為12MHz時(shí)，機(jī)器周期為1s；當(dāng)時(shí)鐘頻率為6MHz時(shí)，機(jī)器周期為2s。第24頁(yè)/共32頁(yè)

80C51單片機(jī)的工作方式共有四種：

⑴復(fù)位方式；

⑵程序執(zhí)行方式；

⑶低功耗方式；

⑷片內(nèi)ROM編程（包括校驗(yàn)）方式。2.5

復(fù)位和低功耗工作方式第25頁(yè)/共32頁(yè)

⒉

復(fù)位電路

2.5.1復(fù)位方式

⒈復(fù)位條件

RST引腳保持2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平。第26頁(yè)/共32頁(yè)⒊復(fù)位后CPU狀態(tài)第27頁(yè)/共32頁(yè)2.5.2低功耗工作方式

⑴待機(jī)(休閑)方式（Idle）

⑵掉電保護(hù)方式（PowerDown）。在Vcc=5V，fosc=12MHz條件下，正常工作時(shí)電流約20mA；待機(jī)(休閑)方式時(shí)電流約5mA；掉電保護(hù)方式時(shí)電流僅75A。

第28頁(yè)/共32頁(yè)兩種低功耗工作方式由電源控制寄存器PCON確定。

其中：

SMOD：波特率倍增位（在串行通信中使用）

GF1、GF0：通用標(biāo)志位

PD：掉電方式控制位，