02-1 80C51单片机硬件结构 110223

§2-3CPU时序§2-4并行I/O端口第二章80C51单片机硬件结构§2-2单片机存储器配置内容提要:§2-1单片机内部结构及引脚§2-1MCS-51单片机内部结构及引脚MCS-51系列单片机是因特公司1980推出的高档8位机分为二个子系列，、三个版本：/8KB8052//803252子系列4KB/8751/4KB8051//803151子系列MCS-51EPROM掩膜MOS存储器类型单片机系列一、MCS-51单片机内部结构内部结构框图如下：单片机结构框图频率基准源计数器内部总线中断中断控制并行I/O口串行输入/输出8051振荡器及定时电路4K/8K字节程序存储器ROM128/256字节数据存储器RAM2个16位定时器/计数器8051CPU64K字节总线扩展控制可编程I/O口4×8位可编程串行口1、中央处理单元CPU（8位）用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位）2、只读存储器ROM（4KB或8KB）用于永久性存储应用程序，掩膜ROM、EPROM、EEPROM3、随机存取存取器RAM（256B）用于程序运行中存储工作变量和数据4、并行输入/输出口I/O（32线）用作系统总线、扩展外存、I/O接口芯片5、串行输入/输出口UART（二线）串行通信、扩展I/O接口芯片6、定时/计数器T（16位增量可编程）它与CPU之间各自独立工作，当它计数满时向CPU中断7、时钟电路fosc分为内部振荡器、外接振荡电路8、中断系统五源中断、两级优先，可编程进行控制。二、MCS-51单片机外部引脚封装形式，见右图：01p.71p.SSV1XTAL2XTALRD73p/.WR63p/.1T53p/.0T43p/.1INT33p/.0INT23p/.TXD13p/.RXD03p/.RST02p.72p.CCV00p.70p.PSENPROGALE/EAVpp/182018191716151413121110921284039322930318051引脚分类：1、主电源引脚Vss、Vcc2、外接晶振引脚XTAL1、XTAL23、控制或复位引脚RST/VPD——当出现两个机器周期高电平时，单片机复位。复位后，P0~P3输出高电平；SP寄存器为07H；其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。参考复位电路如下：1.时钟电路引脚：XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在单片机内部，它是构成片内振荡器的反向放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部振荡器的输入端。XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在单片机内部，它是构成片内振荡器的反向放大器的输出端。当采用外部振荡器时，此引脚应悬空。=0时，只访问外部程序存储器,即外ROM=1时，访问内部程序存储器,即内ROM/Vpp——内\外ROM选择端对于8751单片机编程时，该端施加编程电压4、输入/输出引脚P0.0~P0.7；P1.0~P1.7；P2.0~P2.7；P3.0~P3.7四个I/O口，每口八条线；还兼作地址/数据线。EAEAEAALE/PROG——地址锁存控制端提供1/6fosc振荡频率；为其内的EPROM输入编程脉冲PSEN——外部程序存储器的读选通信号端•ALE/PROG:(AddressLatchEnable/Programming)当单片机上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正弦脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。CPU访问外部存储器时，ALE作为锁存低8位地址的控制信号。此引脚的第二功能PROG作为8751编程脉冲输入端使用。•PSEN：(ProgramStoreEnable)在访问片外存储器时，此端定时输出负脉冲作为片外存储器的选通信号。•EA/VPP：(EnableAddress/VoltagePulseOfProgramming)当EA接高电平时，CPU访问片内ROM，并执行内部程序存储器中的指令，但当PC（程序计数器）的值超过4K时，将自动转去执行片外存储器内的程序。当EA脚接低电平时，CPU只访问片外ROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。VPP是对8751片内ROM固化程序时，作为施加较高编程电压（12V~21V）的输入端。•3.输入输出引脚：•P0~P3：4个8位双向输入输出端口，每个端口都有锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。4个端口都可以做输入输出口使用，其中，P0和P2通常用于对外部存储器的访问。在这种方式下，把P0口作为地址/数据总线使用，分时输出外部存储器的地址和传送8位数据。当扩充外部存储器的地址为16位时，P2口作为地址总线的高8位地址使用。§2-2MCS-51单片机内存配置一、MCS-51单片机的内存结构H00000080HRAM内部00FFH能寄存器特殊功0FFFFH）（外部K64RAM数据存储器H0000007FH0FFFFH0FFFH1EAROM外部0EAROM内部H0000程序存储器1000H物理上分为：4个空间，即片内ROM、片外ROM（/PSEN读选通)PSEN_外部程序存储器的读选通信号端片内RAM、片外RAM(/WR、/RD端)逻辑上分为:3个空间，即程序内存（片内、外）统一编址MOVC数据存储器（片内）MOV数据存储器（片外）MOVX二、程序存储器寻址范围：0000H~FFFFH容量64KB，即地址长度：16位1EA，寻址内部ROM；0EA，寻址外部ROM。当PC值超过片内ROM容量时会自动转向外部存储器空间。EA8031单片机接低电平。作用：存放程序及程序运行时所需的常数。七个具有特殊含义的单元是：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002BH——T2溢出中断入口三、内部数据存储器物理上分为两大区域：00H~7FH即128B内RAM区80H~FFH即SFR区。组通用寄存器区第0组通用寄存器区第1组通用寄存器区第2组通用寄存器区第3）（位地址位寻址区FH7~H00区用户RAMH00H08/H07H10/FH0H18/H17H20/FH1H30/FH2FH7R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7即可位寻址，又可字节寻址数据缓冲区、堆栈区、工作单元位寻址区（20H—2FH）16个字节。16*8=128位，每一位都有一个位地址，范围为：00H—7FH，位地址区也可作为一般RAM使用。位寻址区单元地址位地址EH2FH2H20H21H77FH7H76EH7H75DH7H74CH7H73BH7H72AH7H71H79H70H78H07FH0H06EH0H05DH0H04CH0H03BH0H02AH0H01H09H00H08四、特殊功能寄存器MCS-51单片机内共有22个特殊功能寄存器，包括PC及SFR。PC为程序计数器。它是一个双字节寄存器,寻址范围为:0000H~FFFFH，即0~64KB。SFR为特殊功能寄存器。其寻址空间：80H~FFH其中，51子系列有18个寄存器，占有21个字节；52子系列有21个寄存器，占有26个字节。51子系列SFR的地址分配及位地址见下页表：寄存器位地址/位定义地址F7F6F5F4F3F2F1F0BF0HE7E6E5E4E3E2E1E0ACCE0D7D6D5D4D3D2D1D0PSWCYACF0RS1RS0OV/PD0HBFBEBDBCBBBAB9B8IPB8HB7B6B5B4B3B2B1B0P3P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0B0HIEA8HA7A6A5A4A3A2A1A0P2P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0A0HSBUF99H++SCON98H9796959493929190P1P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.090HTH18DHTH08CHTL18BHTL08AHTMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M089H8F8E8D8C8B8A8988TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT088HPCONSMOD///GF1GF0PDIDL87HDPH83HDPL82HSP81H8786858483828180P0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.080H注意：1、表中共有5个双字节寄存器。2、PC也为双字节寄存器，但是不在80H~FFH范围内。3、表中，凡地址能被8整除的寄存器都是可位寻址的寄存器。各寄存器的名称：1、算术运算寄存器（1）A——累加器。（2）B——B寄存器，乘、除法运算用。（3）PSW——程序状态字寄存器：包含程序运行状态、信息。CY——进位/借位标志；位累加器。AC——辅助进/借位标志；用于十进制调整。F0——用户定义标志位；软件置位/清零。OV——溢出标志；硬件置位/清零。P——奇偶标志；A中1的个数为奇数P=1；否则P=0。RS1、RS0——寄存器区选择控制位。00：0区R0~R701：1区R0~R710：2区R0~R711：3区R0~R7P—RS0RS1OVF0ACCYPSW2、指针寄存器（1）程序计数器PC指明即将执行的下一条指令的地址(程序存储器地址)，在物理上独立，复位时PC=0000H。（2）堆栈指针SP指明栈顶元素的地址，8位，可软件设置初值，复位时SP=07H。（3）数据指针DPTR@DPTR；指明访问的数据存储器的单元地址，16位，寻址范围64KB。DPTR=DPH+DPL，也可单独使用。3、并行输入/输出端口寄存器P0、P1、P2、P3实为相应端口锁存器。4、串行输入/输出端口（1）串行数据缓冲器SBUF是物理上独立的两个寄存器，共同使用一个地址（99H）。（2）串行控制/状态寄存器SCON控制监视串行口的工作状态（3）电源控制寄存器PCON控制单片机的低功耗工作方式及波特率选择。5、中断系统（1）中断优先级寄存器IP：2级优先，可软件设定（2）中断允许寄存器IE6、定时/计数器（1）定时器方式寄存器：TMOD（2）定时器控制寄存器：TCON（3）计数寄存器：TH0、TL0；TH1、TL1。可用于设定计数初值。五、址空间（1）内部RAM20H~2FH共16个单元可按位寻址128位。（2）SFR80H~FFH51子系列，有11个寄存器，83位；52子系列，有12个寄存器，93位。六、外部数据存储器（1）容量最大扩展到64KB（2）寻址范围：0000H~FFFFH（3）寻址方式：间接寻址可用R0，R1DPTR时钟的基本概念启动单片机后，指令执行顺序：取指令分析执行§2-3CPU时序ALE2S6S2S6S3S4S5S3S4S5S1S1S一个机器周期P1P2P1P22S1S6S1S单字节单周期指令例：INCA读操作码）读下一个操作码（丢弃3S4S5S以上是单周期单字节指令在执行过程中ALE脉冲、取指操作、执行操作等在时间上的先后关系。时序的定义：单片机内的各种操作都是在一系列脉冲控制下进行的，而各脉冲在时间上是有先后顺序的，这种顺序就称为时序。执令周期：即从取指到执行完，所需时间。不同机器指令周期不一样；即使相同机器，不同的指令其指令周期也不一样。机器周期：机器的基本操作周期。个指令周期含若干机器周期（单、双、四周期）每个状态周期含两个振荡周期，即相位P1、P2。振荡周期：由振荡时钟产生。振荡周期Tosc=1/fosc一个机器周期=12个振荡周期=12×1/fosc。例如，若fosc=12MHz，则一个机器周期=1μs。状态周期：一个机器周期分6个状态周期SiALE2S1S6S1S单字节单周期指令例：INCA读操作码）读下一个操作码（丢弃3S4S5S2S1S6S1S3S4S5S读操作码读第二个字节双字节单周期指令例：ADDA，DATA2S1S6S3S4S5S2S1S6S3S4S5S读操作码读操作码（丢弃）单字节双周期指令例：INCDPTR2P1P1S2S6S2P1P1S2S6S3S4S5S3S4S5S当ALE（AL