51单片机原理介绍

51单片机原理介绍单片机是一种控制芯片，一个微型的计算机，而加上晶振，存储器，地址锁存器，逻辑门，七段译码器（显示器），按钮（类似键盘），扩展芯片，接口等那是单片机系统，以下是8051系列单片机原理和内部结构基础介绍外部引脚功能存储空间配置和功能片内RAM结构和功能特殊功能寄存器的用途和功能程序计数器PC的作用和基本工作方式I/O端口结构、工作原理及功能时钟和时序复位电路、复位条件和复位后状态低功耗工作方式的作用和进入退出的方法§2-1单片机原理简介和引脚功能一、内部结构二、引脚功能40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。⒈电源:⑴VCC-芯片电源，接+5V；⑵VSS-接地端；⒉时钟:XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。⒊控制线:控制线共有4根，⑴ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲①ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址②PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。⑵PSEN:外ROM读选通信号。⑶RST/VPD:复位/备用电源。①RST（Reset）功能：复位信号输入端。②VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。⑷EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。①EA功能：内外ROM选择端。②Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。⒋I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。§2-1存储空间配置和功能80C51的存储器组织结构可以分为三个不同的存储空间，分别是：⑴64KB程序存储器(ROM),包括片内ROM和片外ROM；⑵64KB外部数据存储器（外RAM）；⑶256B内部数据存储器(内RAM)(包括特殊功能寄存器）。8051单片机存储空间配置原理一、程序存储器（ROM）地址范围：0000H～FFFFH，共64KB。其中:低段4KB：0000H～0FFFH80C51和87C51在片内，80C31在片外。高段60KB：1000H～FFFFH。在片外。读写ROM用MOVC指令，控制信号是PSEN和EA。读ROM是以程序计数器PC作为16位地址指针，依次读相应地址ROM中的指令和数据，每读一个字节，PC+1→PC，这是CPU自动形成的。但是有些指令有修改PC的功能，例如转移类指令和MOVC指令，CPU将按修改后PC的16位地址读ROM。读外ROM的过程：CPU从PC中取出当前ROM的16位地址，分别由P0口（低8位）和P2口（高8位）同时输出，ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号，地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到外ROM16位地址输入端，当PSEN信号有效时，外ROM将相应地址存储单元中的数据送至数据总线（P0口），CPU读入后存入指定单元。二、外部数据存储器（外RAM）地址范围：0000H～FFFFH共64KB。读外RAM的过程：外RAM16位地址分别由P0口（低8位）和P2口（高8位）同时输出，ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号，地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到外RAM16位地址输入端，当RD信号有效时，外RAM将相应地址存储单元中的数据送至数据总线（P0口），CPU读入后存入指定单元。三、单片机内部数据存储器原理（内RAM）从广义上讲，8051内RAM（128B）和特殊功能寄存器（128B）均属于片内RAM空间，读写指令均用MOV指令。但为加以区别，内RAM通常指00H～7FH的低128B空间。8051内RAM又可分成三个物理空间：工作寄存器区、位寻址区和数据缓冲区。作用：有专用于工作寄存器操作的指令，读写速度比一般内RAM要快，指令字节比一般直接寻址指令要短，还具有间址功能，能给编程和应用带来方便。工作寄存器区分为4个区：0区、1区、2区、3区。每区有8个寄存器：R0～R7，寄存器名称相同。但是，当前工作的寄存器区只能有一个，由PSW中的D4、D3位决定。⒉位寻址区⑴地址:从20H～2FH共16字节（Byte，缩写为英文大写字母B）。每B有8位（bit，缩写为小写b），共128位，每一位均有一个位地址，可位寻址、位操作。即按位地址对该位进行置1、清0、求反或判转。⑵用途：存放各种标志位信息和位数据。⑶注意事项:位地址与字节地址编址相同，容易混淆。区分方法:位操作指令中的地址是位地址;字节操作指令中的地址是字节地址。位寻址区的位地址映象表⒊数据缓冲区内RAM中30H～7FH为数据缓冲区，用于存放各种数据和中间结果，起到数据缓冲的作用。四、特殊功能寄存器（SFR）特殊功能寄存器地址映象表（一）特殊功能寄存器地址映象表（二）特殊功能寄存器地址映象表（三）⑶程序状态字寄存器PSWPSW也称为标志寄存器，了解这个对于了解单片机原理非常的重要，存放各有关标志。其结构和定义如下：①Cy—进位标志。用于表示Acc.7有否向更高位进位。②AC—辅助进位标志。用于表示Acc.3有否向Acc.4进位。③RS1、RS0—工作寄存器区选择控制位。RS1、RS0=00——0区（00H～07H）RS1、RS0=01——1区（08H～0FH）RS1、RS0=10——2区（10H～17H）RS1、RS0=11——3区（18H～1FH）④OV—溢出标志。表示Acc在有符号数算术运算中的溢出。⑤P—奇偶标志。表示Acc中“1”的个数的奇偶性。⑥F0、F1—用户标志。⑷数据指针DPTR16位，由两个8位寄存器DPH、DPL组成。主要用于存放一个16位地址，作为访问外部存储器（外RAM和ROM）的地址指针。⑸堆栈指针SP专用于指出堆栈顶部数据的地址。§2-3I/O端口结构及工作原理※有4个8位并行I/O口,共32条端线：P0、P1、P2和P3口。每一个I/O口都能用作输入或输出。※用作输入时，均须先写入“1”；用作输出时，P0口应外接上拉电阻。※P0口的负载能力为8个LSTTL门电路；P1～P3口的负载能力为4个LSTTL门电路。※在并行扩展外存储器或I/O口情况下，P0口用于低8位地址总线和数据总线(分时传送)P2口用于高8位地址总线，P3口常用于第二功能，用户能使用的I/O口只有P1口和未用作第二功能的部分P3口端线。§2-4时钟和时序原理一、时钟电路二、时钟周期和机器周期⑴时钟周期。80C51振荡器产生的时钟脉冲频率的倒数，是最基本最小的定时信号。⑵机器周期。80C51单片机工作的基本定时单位，简称机周。§2-5复位和低功耗工作方式80C51单片机的工作方式共有四种：⑴复位方式；⑵程序执行方式；⑶低功耗方式；⑷片内ROM编程（包括校验）方式。一、复位方式⒈复位条件RST引脚保持2个机器周期以上的高电平。⒉复位电路⒊复位后CPU状态PC：0000HTMOD：00HAcc：00HTCON：00HB：00HTH0：00HPSW：00HTL0：00HSP：07HTH1：00HDPTR：0000HTL1：00HP0～P3：FFHSCON：00HIP：×××00000BSBUF：不定IE：0××00000BPCON：0×××0000B二、低功耗工作方式⑴待机(休闲)方式（Idle）⑵掉电保护方式（PowerDown）。两种低功耗工作方式由电源控制寄存器PCON确定。其中：SMOD：波特率倍增位（在串行通信中使用）GF1、GF0：通用标志位PD：掉电方式控制位，PD=1，进入掉电工作方式；IDL：待机(休闲)方式控制位,IDL=1,进入待机工作方式。(1)待机（休闲）方式(2)待机（休闲）状态进入只要使PCON中IDL位置1。⑶待机（休闲）状态退出①产生中断；②复位。⒉掉电保护方式⑴掉电保护方式状态●片内振荡器停振，所有功能部件停止工作；●片内RAM数据信息保存不变；●ALE、PSEN为低电平；●Vcc可降至2V，但不能真正掉电。⑵掉电保护状态进入只要使PCON中PD位置1。⑶掉电保护状态退出唯一方法是硬件复位，复位后片内RAM数据不变，特殊功能寄存器内容按复位状态初始化。工业种常用的PLC实际就是单片机系统，一般在家用电器（比如微波炉洗衣机彩电等），手机等，都是单片机系统，当然有8，16，和32位之分了。单片机叫“中介机”吗？这种说法准确吗？单片因为资源有限，自身没有开发能力，必须借助开发工具来开发应用它，以上是单片机原理的基础介绍，这个东西还是需要进行大量的试验才能真正的理解，学好，建议您到电子论坛去学习