单片机及应用_第二章_80C51单片机的硬件结构

第二章80C51单片机的硬件结构•主要内容：2.180C51单片机的逻辑结构及信号引脚2.280C51单片机的内部存储器2.380C51单片机的并行I/O口2.480C51单片机的时钟与定时2.580C51单片机的系统复位2.680C51单片机的工作模式第二章80C51单片机的硬件结构第二章80C51单片机的硬件结构2.180C51单片机的逻辑结构及信号引脚•目标要求：掌握80C51单片机的内部组成和结构；掌握80C51的引脚信号。•重点：80C51单片机的内部组成。•难点：引脚信号复用。第二章80C51单片机的硬件结构2.180C51单片机的逻辑结构及信号引脚第二章80C51单片机的硬件结构2.1.180C51单片机的内部逻辑结构第二章80C51单片机的硬件结构1、运算器如何工作？例ACC+=RAMRAM+=#data第二章80C51单片机的硬件结构2、控制器第二章80C51单片机的硬件结构3、内部数据存储器通用寄存器地址空间：256；专用寄存器，占用RAM地址第二章80C51单片机的硬件结构4、内部程序存储器第二章80C51单片机的硬件结构5、定时器/计数器（2个）属于那一部分？第二章80C51单片机的硬件结构6、并行I/O口（4个）属于那一部分？第二章80C51单片机的硬件结构7、串行I/O口属于那一部分？第二章80C51单片机的硬件结构8、中断控制电路属于那一部分？第二章80C51单片机的硬件结构9、内部总线8、内部总线：第二章80C51单片机的硬件结构10、位处理器在那里？第二章80C51单片机的硬件结构11、小节80C51单片机由–运算器、–控制器、–中断控制电路、–内部程序存储器（4KB）、–内部数据存储器（128B）、–定时器/计时器（2个）、–全双工串行口（1个）和–并行I/O口（4个）等组成，各部件通过内部总线相连，实现数据传送。第二章80C51单片机的硬件结构2.1.280C51单片机的封装与信号引脚•集成电路的光片、尺寸、封装和引脚•集成电路的封装形式１、双列直插式DIP（DualInLinePackege）２、方型扁平式QFP（QuadFlatPackege）３、BGA（BallGridArrayPackage）•80C51封装形式１、40引脚的双列直插式２、44引脚的方型扁平式第二章80C51单片机的硬件结构2.1.280C51单片机的封装与信号引脚第二章80C51单片机的硬件结构2.1.280C51单片机的封装与信号引脚•80C51的信号介绍（第一功能）•引脚复用（第二功能、第三功能：系统总线/外部总线，包括数据总线（D7-D0）、地址总线（A15-A0）和控制总线（在P3上））•能否混乱？不会。第二章80C51单片机的硬件结构2.1.280C51单片机的封装与信号引脚•使用注意事项：–不扩充时，用第一功能，简单，可靠；–扩充时，不要使用复用引脚的第一功能。第二章80C51单片机的硬件结构•主要内容：2.180C51单片机的逻辑结构及信号引脚2.280C51单片机的内部存储器2.380C51单片机的并行I/O口2.480C51单片机的时钟与定时2.580C51单片机的系统复位2.680C51单片机的工作模式第二章80C51单片机的硬件结构第二章80C51单片机的硬件结构2.280C51单片机的内部存储器重点：80C51内部数据存储器的功用和使用。第二章80C51单片机的硬件结构2.280C51单片机的内部存储器内部存储器80C51内部存储器数据存储器4K*8程序存储器高128单元区低128单元区第二章80C51单片机的硬件结构2.2.1内部数据存储器低128单元区1通用寄存器区2位寻址区3用户RAM区第二章80C51单片机的硬件结构1、通用寄存器区00H~1FH单元为通用寄存器区。通用寄存器也称工作寄存器，用于操作数、中间结果和保护现场等。通用寄存器分成4组，每组都有8个寄存器，用R0~R7来表示。程序中每次只用1组，其它各组不工作。使用哪组寄存器由程序状态字PSW中的PSW.4(RS1)和PSW.3(RS0)两位来确定，其对应关系如下表。2.2.1内部数据存储器低128单元区表2.1工作寄存器组的选择表PSW.4(RS1)PSW.3(RS0)当前使用的工作寄存器组R0~R7000组(00H~07H)011组(08H~0FH)102组(10H~17H)113组(18H~1FH)访问地址：000-RS1-RS0-i第二章80C51单片机的硬件结构2、位寻址区20H~2FH单元是位寻址区。这16个单元(共计16×8=128位)的每一位都赋予了一个位地址，位地址范围为00H~7FH。位寻址区的每一位都可当作一位触发器，由程序直接进行位处理。通常可以把各种程序状态标志、位控制变量等存于位寻址区，以便进行设置和测量。2.2.1内部数据存储器低128单元区—位地址：8位，高5位为RAM单元的低5位，低3位为位号。例：22H单元第6位的位地址是16H(0-0010-110B)第二章80C51单片机的硬件结构第一章作业情况（一）3.带符号二进制数11001101转换成十进制数是（-77）。带符号二进制数是原码。6.640KB=（640×1024×8/字长）个存储单元。（5120000，好几个）9.机器数10001101的真值是（-13）。（157，）机器数11001110的真值是（-78）。（206，）机器数是原码。（二）1.8位二进制补码数所能表示的十进制数的范围是（D-128~+127）。7.ASCII码最小的是（BA）8.ASCII码最大的是（Cx）1班，6+5；2班，15；3班，18。第二章80C51单片机的硬件结构3、用户RAM区30H~7FH是数据缓冲区，也即用户RAM区，共80个单元。2.2.1内部数据存储器低128单元区由于寄存器区、位寻址区、用户RAM区统一编址，使用同样的指令访问，这三个区的单元既有自己独特的功能，又可统一调度使用。因此，前两个区未使用的单元也可作为用户RAM单元使用，使容量较小的片内RAM得以充分利用。第二章80C51单片机的硬件结构2.2.2内部数据存储器高128单元区•专用寄存器（SFR:SpecialFunctionRegister）区2.280C51单片机的内部存储器1、累加器A（或ACC-Accumulator）：•专用寄存器简介是单片机中最常用的寄存器--存放源操作数--存放ALU的运算结果--与外部数据存储器或I/O设备交换数据的中转站--变址寻址方式中的变址寄存器•“瓶颈”问题，解决办法。•通用寄存器与ACC的异同？第二章80C51单片机的硬件结构2、B寄存器（Bregister）•专用寄存器简介--主要用在乘除指令中乘：乘数，乘积的高8位除：除数，余数--还可以当一般的寄存器（RAM单元）使用2.2.2内部数据存储器高128单元区试结合运算器逻辑电路框图，分析乘除法是怎么实现的。第二章80C51单片机的硬件结构•专用寄存器简介3、程序状态字（PSW）--用于存放指令执行的状态信息，如：PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.0PSW.1CYACF0RS1RS0OVP/位标志位序2.2.2内部数据存储器高128单元区第二章80C51单片机的硬件结构•专用寄存器简介4、数据指针DPTR（DPH-DPL）5、其它专用寄存器--16位寄存器；--用来访问外部存储器，给出存储单元地址；--在变址寻址方式中，用作基址寄存器。2.2.2内部数据存储器高128单元区第二章80C51单片机的硬件结构2.2.2内部数据存储器高128单元区•专用寄存器的单元寻址–都能按单元寻址，其地址就是寄存器对应的RAM单元的地址；–可以按寄存器名称进行寻址；–ACC使用很多，可以隐含寻址（A）；–B寄存器在乘除指令中，是隐含寻址；•专用寄存器的位寻址–地址能被8整除的专用寄存器可按位寻址。这样的专用寄存器有11个：B，ACC，PSW，IP，P3，IE，P2，SCON，P1，TCON，P0。–位地址：8位，高5位为寄存器的高5位，低3位为位号。（后128位）第二章80C51单片机的硬件结构2.2.2内部数据存储器高128单元区•专用寄存器的位寻址–位名称：很多位因为有特殊的意义，还有专门的名称，如PSW:CY,AC,F0,RS1,RS0,OV,,PP0：P0.7，P0.6，P0.5，P0.4，P0.3，P0.2，P0.1，P0.0...（教科书29表）–可以按位名称进行操作。第二章80C51单片机的硬件结构2.2.3堆栈1.堆栈是一种数据结构，是一种只能在一端(称为栈顶(top))压入和弹出数据的线性表。堆栈一般放在（数据）存储器中。2.280C51单片机的内部存储器2.堆栈的特点是后进先出（LIFO-LastInFirstOut）。3.堆栈的功用•保护断点：子程序调用和中断处理（自动操作）•保护现场：子程序和中断处理程序中用到的寄存器（指令操作）•数据的临时存放（指令操作）第二章80C51单片机的硬件结构2.2.3堆栈4、堆栈指针SP（StackPointer）：存放栈顶地址5、堆栈类型：向上生长型和向下生长型2种第二章80C51单片机的硬件结构2.2.3堆栈6、堆栈操作模式：2种•先存数•进栈操作：先写入数据，后SP加1。•出栈操作：先SP减1，后读出数据。•先操作指针•进栈操作：先SP加1，后写入数据。•出栈操作：先读出数据，后SP减1。第二章80C51单片机的硬件结构2.2.3堆栈7、80C51堆栈形式•向上生长•先操作指针•初始值（栈底）=？最好第二章80C51单片机的硬件结构2.2.4内部程序存储器2.280C51单片机的内部存储器1.ROM的功用：存放程序代码和表格常数。2.内部ROM容量：4KB。3.最大ROM容量：64KB。内部ROMEA=1外部ROMEA=0外部ROM0000H0FFFH1000HFFFFH第二章80C51单片机的硬件结构4.初始化地址：0000H5.中断入口地址•外部中断00003H•定时器/计数器0000BH•外部中断10013H•定时器/计数器1001BH•串行口0023H2.2.4内部程序存储器第二章80C51单片机的硬件结构1、片内RAM低128字节（00H—7FH）：前32个单元是工作寄存器区(00H—1FH)；接下来16个单元（020H-02FH）的128位可按位寻址；其余80个单元只能按字寻址。堆栈在该区域。2、片内RAM高128字节（80H—FFH）：有21个专用寄存器。能被8整除的寄存器可按位寻址。3、片内ROM4K，前43个单元有特殊意义。2.2.5小节2.280C51单片机的内部存储器第二章80C51单片机的硬件结构•主要内容：2.180C51单片机的逻辑结构及信号引脚2.280C51单片机的内部存储器2.380C51单片机的并行I/O口2.480C51单片机的时钟与定时2.580C51单片机的系统复位2.680C51单片机的工作模式第二章80C51单片机的硬件结构第二章80C51单片机的硬件结构2.380C51单片机的并行I/O口重点：各并行口的功用、电路和工作原理第二章80C51单片机的硬件结构2.380C51单片机的并行I/O口2.3.1P0口逻辑结构P0口电路逻辑P0口由锁存器、输出驱动电路、读缓冲器和多路选择开关等组成，是一个三态双向口，既要作为I/O并行口用，还要作为地址/数据口用，所以电路相当复杂。第二章80C51单片机的硬件结构2.3.1P0口逻辑结构1、用作输入口•控制=0•锁存器为1•读引脚得到输入数据=00截止10截止第二章80C51单片机的硬件结构2.3.1P0口逻辑结构2、用作输出口，输出0•控制=0•写入0（锁存器为0）•输出0=00截止001饱和0第二章80C51单片机的硬件结构=00截止110截止浮空？3、用作输出口，输出1•控制=0•写入1（锁存器为1）•输出=？（外接上拉电阻）2.3.1P0口逻辑结构第二章80C51单片机的硬件结构=1导通10截止=00