第2章80C51的结构和原理m

第2章80C51的结构和原理80C51系列概述2.180C51的基本结构与应用模式2.280C51典型资源配置与引脚封装2.380C51单片机的CPU2.480C51的存储器组织2.580C51的并行口结构与操作2.62.280C51的基本结构与应用模式2.2.180C51的基本结构������������������CPU�ROM�/�EPROM�/�FLASH�4K/8K������RAM�128/256������SFR�21/27���������/��������2���/3������������5/6�����������2����������������������1�����������4����RST�EA�ALE�PSEN�XTAL�2�XTAL�1�P�0�P�1�P�2�P�3�V�CC�V�SS�2.2.280C51的应用模式 带总线扩展引脚的产品不扩展总线的应用模式扩展总线的应用模式7�4�L�S�3�7�3�OE�G�ALE�80�C�31�D�7�:�:�D�0�Q�7�:�:�Q�0�PSEN�EA�P�2�P�0�AB�DB�CB�WR�RD�89�S�51�P�2�P�0�P�3�P�1�8�+�5�V�8�8�8�扩展：内部没有ROM或者内部ROM容量不够时需要扩展；系统需要扩展并行接口器件时需要扩展。这种总线型应用在扩展外围器件较多时接线复杂、系统可靠性会降低，所以尽量减少扩展器件的数量。不扩展总线适用于有大量I/O口线需求的应用系统。 没有总线扩展引脚的产品引脚数减少、体积减小。对于不需进行并行外围扩展，装置的体积要求苛刻且程序量不大的系统极其适合。典型产品,如：AT89S2051/AT89S4051。1234567891020191817161514131211RSTP3.0/RXDP3.1/TXDXTAL2XTAL1P3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1GNDVCCP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1/AIN1P1.0/AIN0P3.789S20512.380C51典型产品资源配置与引脚封装2.3.180C51典型产品资源配置基本型的单片机ROM均为4k，但是ROM的配置形式不同；目前FlashROM为常用 由 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 可见：增强型与基本型的几点不同：片内ROM：从4K增加到8K片内RAM：从128增加到256定时/计数器：从2个增加到3个中断源：从5个增加到6个。 片内ROM的配置形式：无ROM型，要在片外扩展程序存储器；掩膜ROM型，程序由芯片生产厂写入；EPROM型，程序通过编程器写入，利用紫外线擦除器擦除；FlashROM型，程序可电写入（常用）。还有OTPROM型，具有较高的可靠性。OTPROM不可擦除，也就是说只能编程一次，不能实现重复编程，不利于大量普及使用，但是可靠性高，在环境条件较差的时候应优先选用。2.3.280C51的引脚封装123456789102019181716151413121112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0RSTP3.0/RXDP3.1/TXDXTAL2XTAL1P3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1GNDVCCP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1/AIN1P1.0/AIN0P3.7注：类似的还有Philips公司的87LPC64，20引脚8XC748/750/（751），24引脚8X749（752），28引脚8XC754，28引脚等等80C51/89S5189S20512.480C51的CPUP3口驱动器P0口驱动器RAM地址寄存器RAM128/256字节P2口锁存器P0口锁存器P3口锁存器栈指针SPSCONSBUFPCONT2MODTCONTL0TL1TH0TH1IEIPROM4K/8K字节暂存器2ACCBPSWALU暂存器1指令寄存器IR译码及控制逻辑DPHDPL程序计数器PCROM地址寄存器缓冲器振荡器RSTEAALEPSENXTAL1XTAL2VSSVCCP2口驱动器T2CONRCAP2HRCAP2LTL2TH2P0.0~P0.7P2.7~P2.0串口、中断及定时/计数器P1口驱动器P1口锁存器P1.0~P1.7P3.0~P3.740201891017181921282930313239TMOD以累加器ACC为主；2.4.1CPU的功能单元运算器ALU*累加器ACC寄存器B暂存寄存器PSW（CY、AC、RS0、RS1、OV、P）控制器指令寄存器IR指令译码及控制逻辑电路*其他寄存器程序计数器PC数据指针DPTR堆栈指针SP工作寄存器R0~R7寄存器及其存储器映射如下图：R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0DPHPSW1组2组DPL3组ABSPPCDPTR系统寄存器工作寄存器工作寄存器区位寻址区通用RAM区00H1FH30H7FH0组80HR7R6R5FFHSFR区直接寻址访问81H间接寻址访问R4R3R2R1R0增强型附加空间注：PC不属于SFR空间BAPSWSPDPLDPH82H83HD0HE0HF0H1FH18H00H07H17H到2.5借再讲述2.4.280C51的时钟与时序 时钟产生方式内部时钟方式(常用)外部时钟方式80C51振荡器C1C2CYS80C51悬空外部时钟信号XTAL1XTAL2XTAL2XTAL118191819C1’C2作用是稳定频率和快速起振，电容值在5~30pF，典型值30pF 80C51的时钟信号1个机器周期：12个晶荡周期（或6个时钟周期）指令的执行时间称作指令周期（单、双、四周期）分频器振荡器S1S2S3S4S5S6晶振周期S状态80C51P1P2机器周期TCY晶振频率被二分频为两相错开的P1P2，P1P2的周期也称为S状态，在每个S状态的前半周期，P1有效，后半周期，P2有效；晶振频率十二分频后形成机器周期，每个机器周期的12个振荡脉冲可以表示为S1P1,S1P2。。。。。S6P2 80C51的典型时序单字节指令双字节指令单周期指令S1S2S3S4S5S61个机器周期P1P2ALE读操作码空读S1S2S3S4S5S61个机器周期P1P2ALE读操作码读第二字节单字节单周期，一次读操作，读取一个字节的指令，如INCA双字节单周期，读取两次第一次读操作码，第二次读操作数，如MOVA，#03H双周期指令单字节双周期：2个机器周期中ALE有效4次，后3次读操作无效。S1S2S3S4S5S6第1机器周期P1P2ALE读操作码空读3次S1S2S3S4S5S6第2机器周期如INCDPTR访问外部RAM的双周期指令时序单字节双周期：第二机器周期无读操作码的操作，而是进行外部数据存储器的寻址和数据选通。ALE信号会出现非周期现象。S1S2S3S4S5S6第1机器周期P1P2ALE读操作码空读S1S2S3S4S5S6第2机器周期数据地址及选通如MOVXA，@DPTR2.4.380C51单片机的复位复位可使单片机或系统中其它部件处于确定的初始状态。单片机的工作就是从复位开始的。 复位电路上电复位电路按键与上电复位80C51C1R1＋5V80C51C1R1＋5VR2KRSTRST99D上电复位典型参数：晶振12MHz时，C1为10uF，R1为8.2k；晶振6MHz时，C1为22uF，R1为1k；按键复位典型参数：晶振6MHz时，R2为200，可在R1上并联一个放电二极管，有效提高此种情况下复位的可靠性； 单片机复位后的状态PC=0000HRAM：随机值（运行中复位不改变RAM内容）SFR：P0~P3=FFHSP=07HIP、IE和PCON：有效位为0PSW=00H2.580C51的存储器组织80C51存储器可以分成两大类：RAM，CPU在运行时能随时进行数据的写入和读出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。用来存放暂时性的输入输出数据、运算的中间结果或用作堆栈。ROM，写入信息后不易改写的存储器。断电后，其中的信息保留不变。用来存放固定的程序或数据，如系统监控程序、常数表格等。2.5.180C51单片机的程序存储器配置 片内与片外程序存储器的选择一般对于片内有ROM的单片机采用此种接法。 提示 春节期间物业温馨提示小区春节期间温馨提示物业小区春节温馨提示春节物业温馨提示物业春节期间温馨提示 框标注。选取形状然后开始键入。按照实际需要，调整框的大小。移动控制手柄可将指针对准要标注的对象。�0000H0FFFH1000HFFFFH一般对于片内无ROM的单片机，可直接对EA接地，使得单片机自动转到片外程序存储器中取指令。0000HFFFFH 程序存储器低端的几个特殊单元ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPINT0。。。MAIN：。。。。。。INT0：。。。RETI0000�H�0003�H�000�BH�0013�H�001�BH�0023�H����������INT�0����������T�0����������INT�1����������T�1�����������������������002�BH�T�2����������3������8������8������8������8������8������0000�H�0003�H�0100�H����������������������2000�H�LJMP�0100�H�LJMP�2000�H�RETI� 程序存储器中的指令代码及其观察文本74HMOVA,#0FEHMOVP2,A0000HFEH0001H0002H0003HF5HA0H23H01H0004H02H0005H0006HROMRLAAJMPLOOPC:表示ROM2.5.280C51单片机数据存储器配置 片内、片外数据存储器概况片内RAM及SFR片外RAM文本工作寄存器区位寻址区通用RAM区00H1FH30H7FH32个字节16个字节80个字节80HFFHSFR区直接寻址访问间接寻址访问增强型附加空间 工作寄存器区（含寄存器组0~3）寄存器组0：地址00H~07H寄存器组1：地址08H~0FH寄存器组2：地址10H~17H寄存器组3：地址18H~1FH当前工作寄存器组选择PSW寄存器中：CYACF0RS1RS0OV-P片内RAM详图00H07H01H02H03H04H05H06H1FHPSWCY工作寄存器区位寻址区通用RAM区00H1FHAC30H7FHF080HFFHRS1RS0=SFR区直接寻址访问间接寻址访问增强型附加空间OV-P11，3组10，2组01，1组00，0组07060502010003040F0E0D0A09080B0C17161512111013141F1E1D1A19181B1C67666562616063646F6E6D6A69686B6C77767572717073747F7E7D7A79787B7C 位寻址区 通用RAM区30H~7FH，共80字节数据缓冲器堆栈SP指示栈顶复位时SP=07H系统初始化通常重新设置工作寄存器区位寻址区通用RAM区00H1FH30H7FHRAM内容查看01H00H00H0FH30H3FHRAM31HR0D:表示内部RAM2.5.380C51单片机的特殊功能寄存器（SFR）基本型单片机有21个SFR离散地分布在80H~FFH空间。与运算器相关3个ACCBPSW与定时/计数器相关6个TH0,TL0TH1,TL1TMODTCON指针类3个SPDPH,DPL（DPTR）与口相关7个P0,P1,P2,P3SBUFSCONPCON与中断相关2个IEIP工作寄存器区位寻址区通用RAM区00H1FH30H7FH80HFFHSFR区直接寻址访问间接寻址访问增强型附加空间2.680C51的并行口结构与操作P0口结构P0作通用I/O口（不进行片外ROM或RAM扩展时C=0）输出时2.6.1P0、P2口的结构P0.X锁存器DQQCL01MUXVCC1&P0.X引脚控制C地址/数据读锁存器读引脚写锁存器内部总线T1T2P0.X锁存器DQQCL01MUXVCC1&P0.X引脚控制C地址/数据读锁存器读引脚写锁存器内部总线T1T2输入时读锁存器（“读-修改-写”类指令，如ANLP0,A）读引脚（“MOV”类指令，如MOVA,P0）,要先写“1”10P0作通用I/O时为：准双向口！P0.X锁存器DQQCL01MUXVCC1&P0.X引脚控制C地址/数据读锁存器读引脚写锁存器内部总线T1T2P0.X锁存器DQQCL01MUXVCC1&P0.X引脚控制C地址/数据读锁存器读引脚写锁存器内部总线T1T2 P0作地址数据总线（进行片外ROM或RAM扩展时C=1）输出时，地址/数据信息分时出现在输出引脚。输入时，先输出地址，然后自动使MUX拨向锁存器并向锁存器写1，同时，再读引脚。此时为真正双向口。P0.X锁存器DQQCL01MUXVCC1&P0.X引脚控制C地址/数据读锁存器读引脚写锁存器内部总线T1T2P2口结构P2作通用I/O口（C=0）P2作通用I/O时为：准双向口！P2作地址总线高8位（C=1）P2.X锁存器DQCL01MUXVCCP2.X引脚控制C地址读锁存器读引脚写锁存器内部总线RT1P2.X锁存器DQCL01MUXVCCP2.X引脚控制C地址读锁存器读引脚写锁存器内部总线RT1P1口结构P1为单功能口，仅能为通用的准双向口！2.6.2P1、P3口的结构P1.X锁存器DQCLVCCP1.X引脚读锁存器读引脚写锁存器内部总线RTQP3口结构第一功能：通用I/O口（对口寻址时，W=1）P3作通用I/O时也为准双向口！第二功能（不对口寻址时，自动使Q端置“1”）P3.X锁存器DQCLVCCP3.X引脚第二输出功能W（TXD、WR、RD)读锁存器读引脚写锁存器内部总线RT&第二输入功能（RXD、INT0、INT1、T0、T1）第二功能引脚名称四个口结构与功能小结P0、P1、P2、P3作通用I/O时均为准双向口，进行读入操作时，需要先向口写入高电平“1”P0、P2在扩展ROM或RAM时传送地址，P2传送高八位，P0低八位P0作地址数据总线时是真正的双向口（数据双向）P3不进行I/O操作时可以作为第二功能使用。P0在使用时必须外加上拉电阻，其他口不用。2.6.3并行口驱动简单外设并行口的负载能力（AT89S52)每根口线最大可吸收10mA的（灌）电流P0口吸收电流的总和不能超过26mAP1、P2和P3每个口吸收电流的总和限制在15mA4个口所有口线的吸收电流总和限制在71mA驱动简单的输出设备驱动LED(发光二极管）LED典型工作点：1.75V,10mA。单个LED驱动特性如下图：RL����10�mA�1�.�85�V�Vd�Id�+�-�Vd�Id�V�CC�RL=(5-1.75-0.45)V/10mA�R�T�10�K�V�CC�P�0���������������������P�1����P�2����P�3�������������������30�K����P�0�����������270����0�30�mA�3�mA�1�.�75�V�1�.�65�V�1�V�2�V�多个LED驱动如下图：并口直接驱动经缓冲器驱动（亮度不理想）(74LS245：单根线<25mA,总和<75mA)VCC1.5K×8排电阻P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.789S5174HC245VCCDIRVCC330Ω×8P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.789S51GA1B1A2B2A7B7A8B8A3B3A4B4A5B5A6B6对于单个LED，限流电阻为270欧时，LED可以达到较好的亮度，但是单根口线的负载能力达到了极限，如果同时接几个LED时将超过并口的负载，解决办法之一是加大限流电阻的电阻值，亮度变暗变暗，但可以减小并口的负担，第二就是增加驱动器。驱动LED数码管公共电阻限流各路分别限流abcdefgdpcomabfgcomcdpdecomabfgcdpdecomabfgcdpdeP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.789S51abcdefgdp＋5V100ΩcomLED压降约1.75V27mA低电平约0.5VP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.789S51abcdefgdpcom＋5V680Ω×8共阴极字形“1”编码示例：06H dp g f e d c b a 0 0 0 0 0 1 1 0abcdefgdpcomabfgcomcdpde驱动蜂鸣器有源蜂鸣器：接额定电压就可连续发声无源蜂鸣器：接入变频方波，可得到不同音调的声音直接驱动经晶体管驱动蜂鸣器是常用的电声转换器件，分压电式和电磁式，常用电磁式。P1.7VCC10µF80C51P1.7VCC1K80C519012+-+-驱动简单的输入设备简单开关及输入接口按键开关按键开关符号12345678ON拨动开关拨动开关符号P1.780C51P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0开关闭合与断开时的抖动及去抖电路按键较少时：去抖电路按键较多时：软件延时,通常为10ms拖动侧边手柄更改文本块的宽度。按下抖动释放抖动理想波形实际波形稳定闭合＋5V＋5VAB无抖动有抖动按下时未按时扩展：内部没有ROM或者内部ROM容量不够时需要扩展；系统需要扩展并行接口器件时需要扩展。这种总线型应用在扩展外围器件较多时接线复杂、系统可靠性会降低，所以尽量减少扩展器件的数量。不扩展总线适用于有大量I/O口线需求的应用系统。基本型的单片机ROM均为4k，但是ROM的配置形式不同；目前FlashROM为常用OTPROM不可擦除，也就是说只能编程一次，不能实现重复编程，不利于大量普及使用，但是可靠性高，在环境条件较差的时候应优先选用。以累加器ACC为主；到2.5借再讲述C1’C2作用是稳定频率和快速起振，电容值在5~30pF，典型值30pF晶振频率被二分频为两相错开的P1P2，P1P2的周期也称为S状态，在每个S状态的前半周期，P1有效，后半周期，P2有效；晶振频率十二分频后形成机器周期，每个机器周期的12个振荡脉冲可以表示为S1P1,S1P2。。。。。S6P2单字节单周期，一次读操作，读取一个字节的指令，如INCA双字节单周期，读取两次第一次读操作码，第二次读操作数，如MOVA，#03H如INCDPTR如MOVXA，@DPTR上电复位典型参数：晶振12MHz时，C1为10uF，R1为8.2k；晶振6MHz时，C1为22uF，R1为1k；按键复位典型参数：晶振6MHz时，R2为200，可在R1上并联一个放电二极管，有效提高此种情况下复位的可靠性；对于单个LED，限流电阻为270欧时，LED可以达到较好的亮度，但是单根口线的负载能力达到了极限，如果同时接几个LED时将超过并口的负载，解决办法之一是加大限流电阻的电阻值，亮度变暗变暗，但可以减小并口的负担，第二就是增加驱动器。