第02章 80C51单片机硬件结构

第2章80C51单片机硬件结构第2章80C51单片机硬件结构任务一单灯闪烁2.180C51单片机内部结构及原理2.2时钟及复位电路习题任务一单灯闪烁【任务目的】认识89C51单片机芯片，学习Keil软件的使用方法、学习单片机I/O接口的控制方法。【任务描述】用单片机的P1.0控制1只LED灯，使其闪烁，变化时间间隔为0.2s。1．电路原理图单灯闪烁电路原理图如图2-1所示。任务一单灯闪烁图2-1单灯闪烁电路原理图2．参考程序ORG0000HLJMP1000HORG1000HSTART:CLRP1.0;从P1.0引脚输出低电平LED亮ACALLDELAY;延时0.2sSETBP1.0;从P1.0引脚输出高电平LED灭ACALLDELAY;延时0.2sAJMPSTART;重新开始DELAY:MOVR5,#4;延时子程序,延时时间为0.2S任务一单灯闪烁D1:MOVR6,#20D2:MOVR7,123NOPDJNZR7,$DJNZR6,D2DJNZR5,D1RETEND任务一单灯闪烁2.180C51单片机内部结构及原理2.1.180C51的内部结构及引脚功能2.1.280C51单片机的存储器结构2.1.3并行I/O接口结构2.180C51单片机内部结构及原理2.1.180C51的内部结构及引脚功能2.1.1.180C51的内部结构80C51单片机的基本结构如图2-2所示。2.180C51单片机内部结构及原理图2-280C51单片机基本结构由图2-2可知，80C51单片机由以下部分组成。(1)CPU系统。1)8位CPU，能够进行布尔处理。2)内部时钟电路。3)总线控制逻辑。(2)内部存储器系统。1)4KB程序存储器(ROM/EPROM/Flash)，可外扩至64KB。2)128B的数据存储器(RAM，可外扩至64KB)。3)21个特殊功能寄存器(SFR)。2.180C51单片机内部结构及原理(3)I/O接口及中断、定时部件。1)4个8位并行I/O接口。2)5个中断源的中断系统，2级优先。3)2个16位定时/计数器。4)1个全双工的串行I/O口。2.1.1.280C51单片机引脚功能51系列单片机有DIP、QFP、LCC封装形式，这里仅介绍总线型DIP40封装，其引脚排列和逻辑符号如图2-3所示。2.180C51单片机内部结构及原理图2-380C51单片机DIP40封装引脚结构2.180C51单片机内部结构及原理DIP40封装引脚功能如下。(1)电源及时钟引脚。1)Vcc：接5V电源。2)Vss：接地。3)XTAL1：外接晶振输入端(采用外部时钟时，此引脚接地)。4)XTAL2：外接晶振输入端(采用外部时钟时，此引脚作为外部时钟信号输入端)。2.180C51单片机内部结构及原理(2)并行I/O接口引脚(32个，分成4个8位并行口)。1)P0.0～P0.7：通用I/O口引脚或数据/低8位地址总线复用引脚。2)P1.0～P1.7：通用I/O口引脚。3)P2.0～P2.7：通用I/O口引脚或高8位地址总线引脚。4)P3.0～P3.7：一般I/O口引脚或第二功能引脚。2.180C51单片机内部结构及原理(3)控制信号引脚。1)RST/Vpd：复位信号引脚/备用电源输入引脚。2)ALE/PROG：地址锁存信号引脚/编程脉冲输入引脚。3)/Vpp：内外程序存储器选择信号引脚/编程电压输入引脚。4)：外部程序存储器选通信号输出引脚。2.180C51单片机内部结构及原理2.1.280C51单片机的存储器结构80C51系列单片机存储器分为两种类型，一种是程序存储器(ROM)，另一种是数据存储器(RAM)。RAM用来存放暂时性的输入、输出数据和运算中间结果，ROM用来存放程序或常数。2.1.2.1程序存储器ROMMCS-51系列的80C51在芯片内部有4KB的掩膜ROM，87C51在芯片内部有4KBEPROM，89C51在芯片内部有4KBFlashROM，而80C31无ROM，应用时一定要扩展程序存储器。80C51单片机的程序存储器配置如图2-4所示。2.180C51单片机内部结构及原理图2-480C51程序存储器配置2.180C51单片机内部结构及原理从图2-4(a)可以看出，内部ROM与外部ROM低4KB的地址重叠，单片机主要通过内部程序存储器选择信号来控制。当引脚信号为低电平时，单片机只访问外部ROM，8031系列单片机的引脚必须接地。当为高电平时，先访问片内低4KBROM，再访问外部高60KBROM。程序存储器低端的一些地址被固定作为特定的入口地址。(1)0000H：单片机复位后的入口地址。(2)0003H：外部中断0中断服务程序的入口地址。(3)000BH：定时/计数器0溢出中断服务程序的入口地址。2.180C51单片机内部结构及原理(4)0013H：外部中断1中断服务程序的入口地址。(5)001BH：定时/计数器1溢出中断服务程序的入口地址。(6)0023H：串行口的中断服务程序的入口地址。编程序时一般在这些入口地址开始的单元中存放一条转移指令，转移到相应的中断服务程序处。如果中断服务程序少于8B，可以将中断服务程序直接存放到相应的入口地址开始的几个单元中。2.180C51单片机内部结构及原理2.1.2.280C51单片机的数据存储器配置80C51单片机数据存储器分为片外RAM和片内RAM。片外RAM最大可扩展64KB，地址范围为0000～FFFFH。片内RAM可分为两个不同的存储空间，即低128B单元的数据存储器空间和分布21个特殊功能寄存器SFR的高128B存储器空间，对于增强型单片机，数据存储器容量为256B。其结构如图2-5所示。2.180C51单片机内部结构及原理图2-580C51数据存储器结构2.180C51单片机内部结构及原理(1)片内低128BRAM。片内RAM低128B单元分为工作寄存器区、位寻址区、通用RAM区3部分。1)工作寄存器区。80C51单片机内部低32B单元分成4个工作寄存器组，每组占8个单元，分别用R0～R7来表示。单片机运行时只能允许一个工作寄存器组作为当前工作寄存器组。当前工作寄存器组的选择由特殊功能寄存器中的程序状态字寄存器PSW的RS1，RS0位来决定，选择方法见表2-1。2.180C51单片机内部结构及原理RS1RS0工作寄存器组R0～R7的地址000组00H～07H011组08H～0FH102组10H～17H113组18H～1FH表2-1当前工作寄存器组的选择方法2.180C51单片机内部结构及原理2)位寻址区。80C51单片机具有位处理功能，因此存储空间有一个位寻址区，位于片内RAM的20H～2FH单元中，16个单元共128位，其地址范围为00H～7FH。该区也可以作为普通的RAM单元使用，进行字节操作。3)通用RAM区。位寻址区之后的30H～7FH共80B单元作为通用RAM区。这些单元作为数据缓冲区，在实际应用中80C51的堆栈一般设在30H～7FH范围内。(2)片内高128BRAM。80C51单片机片内高128BRAM分布了21个特殊功能寄存器，它们分散在80H～FFH地址中，字节地址能被8整除的单元可以进行位寻址。21个特殊功能寄存器地址分配见表2-2。2.180C51单片机内部结构及原理SFR位地址/位符号(有效位83个)字节地址P087H86H85H84H83H82H81H80H80HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0SP81HDPL82HDPH83H表2-280C51特殊功能寄存器位地址及字节地址表2.180C51单片机内部结构及原理SFR位地址/位符号(有效位83个)字节地址PCON按字节访问，但相应位有特定含义(见第6章)87HTCON8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TMOD89HTL08AHTL18BHTH08CHTH18DHP197H96H95H94H93H92H91H90H90HP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H98HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI2.180C51单片机内部结构及原理SBUF99HP2A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HA0HA0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0IEAFHAEHADHACHABHAAHA9HA8HA8HEA——ESET1EX1ET0EX0P3B7HB6HB5HB4HB3HB2HB1HB0HB0HP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0IPBFHBEHBDHBCHBBHBAHB9HB8HB8H———PSPT1PX1PT0PX0PSWD7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HD0HCyACF0RS1RS0OV—PACCE7HE6HE5HE4HE3HE2HE1HE0HE0HACC.7ACC.6ACC.5ACC.4ACC.3ACC.2ACC.1ACC.0BF7HF6HF5HF4HF3HF2HF1HFOHF0HB.7B.6B.5B.4B.3.B.2B.1B.02.180C51单片机内部结构及原理首先介绍几个特殊功能寄存器，其他的SFR在以后的章节再进行说明。1)累加器ACC：地址为E0H，存放操作数和运算结果，是单片机中使用最频繁的寄存器。2)B寄存器：地址为F0H，在乘法或除法时存放乘数或除数，运算后，B寄存器存放乘积的高8位或余数。B寄存器也可以作为一般的寄存器使用。3)堆栈指针SP：存放堆栈栈顶地址。数据入栈时，SP自动加1；数据出栈时，SP自动减1。2.180C51单片机内部结构及原理4)数据指针DPTR：用来存放16位的地址，是唯一的一个16位SFR。DPTR可以分为高8位和低8位单独使用，即DPH和DPL。5)程序状态字PSW：程序状态字用于存放程序运行状态信息，各标志位见表2-3。位序D7D6D5D4D3D2D1D0位标志CyACF0RS1RS0OV—P表2-3程序状态字2.180C51单片机内部结构及原理Cy：进位标志位。在加法或减法，D6向D7有进位或借位时，Cy为1，否则为0。AC：辅助进位标志位。在加法或减法时，D3向D4有进位或借位，AC为1，否则为0。F0：用户标志位，用户可以自行定义。RS1、RS0：当前寄存器组的选择位。OV：溢出标志位。D6、D7进位或借位不同时则发生溢出，即OV为1，否则为0。P：奇偶标志位。当累加器ACC中1的个数为奇数时，P为1，否则为0。2.180C51单片机内部结构及原理6)程序计数器PC：16位的PC不属于特殊功能寄存器。其存放的内容是下一个要取的指令的16位存储单元地址。也就是说，CPU总是把PC的内容作为地址，从ROM中取出指令，然后执行。每取出一条指令后，PC的值自动加1。2.1.3并行I/O接口结构80C51单片机有4个并行I/O口P0、P1、P2和P3。每个并行接口均由数据输入缓冲器区、数据输出驱动及锁存器构成。4个并行接口在结构上基本相同，但也存在差异，所以各接口功能有所不同。下面分别介绍各I/O口接口及功能。2.180C51单片机内部结构及原理2.1.3.1P0口结构及工作原理P0口由8位I/O口构成，每位包括1个输出锁存器、2个三态输入缓冲器、由1对场效应管组成的输出驱动电路，以及1个与门、1个反相器和1个电子开关MUX。其位结构如图2-6所示。2.180C51单片机内部结构及原理图2-6P0口的位结构2.180C51单片机内部结构及原理P0口特点如下：P0口地址为80H，可以进行位操作。P0口既可以作为数据/低8位地址总线，也可以作为通用I/O口使用。P0口采用漏极开路输出作通用I/O口时，要接上拉电阻，可推动8个TTL电路。P0口作为输入时必须将P0口置1。(1)当P0口作为数据/低8位地址总线使用时，单片机内部硬件自动使控制信号C为1，使电子开关MUX接上反相器的输出端。2.180C51单片机