1、單片機(jī)原理及應(yīng)用輔導(dǎo)資料三主 題：課件第二章 80C51的結(jié)構(gòu)和原理第4-6節(jié)80C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、80C51的存儲(chǔ)器組織、80C51的并行口結(jié)構(gòu)與操作學(xué)習(xí)時(shí)間：2013年10月14日10月20日內(nèi) 容：我們這周主要學(xué)習(xí)課件第二章80C51的結(jié)構(gòu)和原理第4-6節(jié)的相關(guān)內(nèi)容。希望通過(guò)下面的內(nèi)容能使同學(xué)們加深對(duì)80C51相關(guān)知識(shí)的理解。一、學(xué)習(xí)要求1掌握80C51單片機(jī)存儲(chǔ)器及SFR配置。2掌握80C51單片機(jī)的內(nèi)部資源，特別是存儲(chǔ)器配置。3理解單片機(jī)的工作原理和基本時(shí)序。二、主要內(nèi)容180C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）80C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)80C51單片機(jī)由微處理器、存儲(chǔ)器、I/O口以及特殊功能寄存

2、器SFR等構(gòu)成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示：圖1 80C51內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)80C51的微處理器微處理器：8位的高性能中央處理器（CPU）。主要由以下兩部分構(gòu)成：l 運(yùn)算器運(yùn)算器由算術(shù)/邏輯運(yùn)算單元ALU、累加器ACC、寄存器B、暫存寄存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW組成。它完成的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳送等操作。ALU功能極強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的加、減、乘、除算術(shù)運(yùn)算；與、或、異或、循環(huán)、求補(bǔ)等邏輯運(yùn)算以及位處理。累加器ACC用于向ALU提供操作數(shù)和存放運(yùn)算結(jié)果。寄存器B在乘、除運(yùn)算時(shí)用來(lái)存放一個(gè)操作數(shù)，也用來(lái)存放運(yùn)算后的一部分結(jié)果。暫存寄存器用來(lái)暫時(shí)存放數(shù)據(jù)總線(xiàn)或其他寄存器送來(lái)的操作數(shù)。

3、程序狀態(tài)字寄存器PSW是狀態(tài)標(biāo)志寄存器，用來(lái)保存ALU運(yùn)算結(jié)果的特征（如結(jié)果是否為0，是否有溢出等）和處理器狀態(tài)。l 控制器80C51的控制器由指令寄存器IR、指令譯碼器ID、定時(shí)及控制邏輯電路和程序計(jì)數(shù)器PC等組成。程序計(jì)數(shù)器PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器（注：PC不屬于特殊功能寄存器SFR的范疇）。它總是存放下一個(gè)要讀取指令的16位存儲(chǔ)單元地址。指令寄存器IR保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。80C51的片內(nèi)存儲(chǔ)器 80C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器在物理上設(shè)計(jì)成程序存儲(chǔ)器（ROM）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）兩個(gè)獨(dú)立的空間（稱(chēng)為哈佛結(jié)構(gòu)）。l 基本型單片機(jī)片內(nèi)ROM容量為4KB，地址范圍是000H0FFFH。l 基

4、本型單片機(jī)片內(nèi)RAM容量為128字節(jié)，地址范圍是00H7FH。80C51的I/O口及功能單元 l 80C51單片機(jī)有4個(gè)8位的并行口，即P0P3。它們均為雙向口，既可作為輸入，又可作為輸出。每個(gè)口各有8條I/O線(xiàn)。 l 有一個(gè)全雙工的串行口（利用P3口的兩個(gè)引腳P3.0和P3.1）。 l 有2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。l 有一套完善的中斷系統(tǒng)。80C51的特殊功能寄存器（SFR） 內(nèi)部有SP，DPTR（可分成DPH、DPL兩個(gè)8位寄存器），PCON，IE，IP等21個(gè)特殊功能寄存器單元，它們同內(nèi)部RAM的128個(gè)字節(jié)統(tǒng)一編址，地址范圍是80HFFH。這些SFR只用到了80HFFH中的21個(gè)字節(jié)單

5、元，且這些單元是離散分布的。 （2）80C51的時(shí)鐘與時(shí)序各指令的微操作在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時(shí)間次序我們稱(chēng)作時(shí)序。80C51的時(shí)鐘產(chǎn)生方式80C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式；二是外部時(shí)鐘方式。如圖2所示。 （a）內(nèi)部時(shí)鐘方式 （b）外部時(shí)鐘方式圖2 80C51單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)80C51的時(shí)鐘信號(hào)l 晶振周期（外部時(shí)鐘信號(hào)周期）是最小的時(shí)序單位，如下圖所示：圖3 80C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)l 晶振信號(hào)12分頻后形成機(jī)器周期。即一個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)晶振周期或6個(gè)時(shí)鐘周期。l 如晶振頻率為12MHz，則機(jī)器周期為：。l 指令的執(zhí)行時(shí)間稱(chēng)為指令周期。80C51

6、單片機(jī)的指令按執(zhí)行時(shí)間可以分為3類(lèi)：?jiǎn)沃芷谥噶睿p周期指令，四周期指令。l 機(jī)器周期常用于計(jì)算其他時(shí)間（如指令周期）的基本單位。80C51的典型時(shí)序l 單周期指令時(shí)序（a）單字節(jié)指令 （b）雙字節(jié)指令圖4 單周期指令時(shí)序l 雙周期指令圖5 單字節(jié)雙周期指令時(shí)序2個(gè)機(jī)器周期中ALE信號(hào)有效4次，后3次讀操作無(wú)效。圖6 訪(fǎng)問(wèn)外部RAM的雙周期指令時(shí)序在第2機(jī)器周期無(wú)讀操作碼的操作，而是進(jìn)行外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址和數(shù)據(jù)選通。ALE信號(hào)會(huì)出現(xiàn)非周期現(xiàn)象。（3）80C51單片機(jī)的復(fù)位復(fù)位電路 復(fù)位是使單片機(jī)或系統(tǒng)中的其它部件處于某種確定的初始狀態(tài)。 （a）上電復(fù)位電路 （b）按鍵與上電復(fù)位圖7 單片機(jī)復(fù)位

7、電路單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)l PC=0000H，所以程序從0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行。l 單片機(jī)啟動(dòng)后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM的內(nèi)容。l 特殊功能寄存器（SFR）復(fù)位后的狀態(tài)是確定的： P0P3=FFH，各口可用于輸出，也可用于輸入； SP=07H，第一個(gè)入棧內(nèi)容將寫(xiě)入08H單元； IP、IE和PCON的有效位為0，各中斷源處于低優(yōu)先級(jí)且均被關(guān)斷、串行通訊的波特率不加倍；PSW=00H，當(dāng)前工作寄存器為0組。280C51的存儲(chǔ)器組織80C51存儲(chǔ)器可以分成兩大類(lèi)： l 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，CPU在運(yùn)行時(shí)能隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫(xiě)入和讀出，但在關(guān)閉電源時(shí)，其所存儲(chǔ)的信息將丟失。它

8、用來(lái)存放暫時(shí)性的輸入輸出數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間結(jié)果或用作堆棧。l 程序存儲(chǔ)器ROM，是一種寫(xiě)入信息后不易改寫(xiě)的存儲(chǔ)器。斷電后，ROM中的信息保留不變。用來(lái)存放固定的程序或數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)監(jiān)控程序、常數(shù)表格等。（1）80C51的程序存儲(chǔ)器配置 （a）ROM配置 （b）ROM低端的特殊單元圖8 80C51程序存儲(chǔ)器配置PC是16位的計(jì)數(shù)器，所以能尋址64KB（）的ROM。 80C51內(nèi)部有4KB的掩膜ROM，87C51在內(nèi)部有4KB的EPROM，而80C31在內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)器。 80C51的引腳為訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器的選擇端。程序存儲(chǔ)器低端的一些地址被固定地用作特定的入口地址：l 000H：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位

9、后的入口地址；l 003H：外部中斷0的中斷服務(wù)程序入口地址；l 00BH：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0溢出中斷服務(wù)程序入口地址；l 013H：外部中斷1的中斷服務(wù)程序入口地址；l 01BH：定時(shí)/計(jì)數(shù)器1溢出中斷服務(wù)程序入口地址；l 023H：串行口的中斷服務(wù)程序入口地址；（2）80C51的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器配置 （a）內(nèi)部RAM及SFR （b）外部RAM圖9 80C51單片機(jī)RAM配置工作寄存器區(qū) 低端32個(gè)字節(jié)分成4個(gè)工作寄存器組，每組8個(gè)單元。當(dāng)前工作寄存器組的機(jī)制便于快速現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)。表1 80C51單片機(jī)工作寄存器地址表PSW的RS1、RS0 決定當(dāng)前工作寄存器組號(hào) l 寄存器0組 ：地址00H07H；l

10、寄存器1組 ：地址08H0FH；l 寄存器2組 ：地址10H17H；l 寄存器3組 ：地址18H1FH。位尋址區(qū)內(nèi)部RAM的20H-2FH共16個(gè)字節(jié)是位尋址區(qū)。其128位的地址范圍是00H7FH。表2 80C51單片機(jī)位地址表通用RAM區(qū) 位尋址區(qū)之后的30H至7FH共80個(gè)字節(jié)為通用RAM區(qū)。這些單元可以作為數(shù)據(jù)緩沖器使用。這一區(qū)域的操作指令非常豐富，數(shù)據(jù)處理方便靈活。 在實(shí)際應(yīng)用中，常需在RAM區(qū)設(shè)置堆棧。80C51的堆棧一般設(shè)在30H7FH的范圍內(nèi)。棧頂?shù)奈恢糜蒘P寄存器指示。復(fù)位時(shí)SP的初值為07H，在系統(tǒng)初始化時(shí)可以重新設(shè)置。（3）80C91單片機(jī)的特殊功能寄存器在80C91中設(shè)置

11、了與片內(nèi)RAM統(tǒng)一編址的21個(gè)特殊功能寄存器（SFR），它們離散地分布在80HFFH的地址空間中。字節(jié)地址能被8整除的單元是具有位地址的寄存器。訪(fǎng)問(wèn)SFR只允許使用直接尋址方式。表3 80C51特殊功能寄存器位地址及字節(jié)地址表與運(yùn)算器相關(guān)的寄存器（3個(gè)） l 累加器ACC l 寄存器Bl 程序狀態(tài)字寄存器PSW 指針類(lèi)寄存器（3個(gè)） l 堆棧指針SP：8位。它總是指向棧頂。 l 堆棧操作遵循“后進(jìn)先出”的原則，入棧操作時(shí)，SP先加1，數(shù)據(jù)再壓入SP指向的單元。出棧操作時(shí)， 先將SP指向的單元的數(shù)據(jù)彈出，然后，SP再減1，這時(shí)SP指向的單元是新的棧頂?？梢?jiàn)，80C51單片機(jī)的堆棧區(qū)是向地址增大的

12、方向生成的。l 數(shù)據(jù)指針DPTR：16位。用來(lái)存放16位的地址。 l 它由兩個(gè)8位的寄存器DPH和DPL組成。間接尋址或變址尋址可訪(fǎng)問(wèn)片外的64KB范圍的RAM或ROM數(shù)據(jù)。 與口相關(guān)的寄存器（7個(gè)） l 并行I/O口P0、P1、P2、P3，均為8位；l 串行口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF； l 串行口控制寄存器SCON； l 串行通訊波特率倍增寄存器PCON（一些位還與電源控制相關(guān)，所以又稱(chēng)為電源控制寄存器） 與中斷相關(guān)的寄存器（2個(gè)） l 中斷允許控制寄存器IE； l 中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP。 與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器相關(guān)的寄存器（6個(gè)） l 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的兩個(gè)8位計(jì)數(shù)初值寄存器TH0、TL0，它們可

13、以構(gòu)成16位的計(jì)數(shù)器，TH0存放高8位，TL0存放低8位； l 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的兩個(gè)8位計(jì)數(shù)初值寄存器TH1、TL1，它們可以構(gòu)成16位的計(jì)數(shù)器，TH1存放高8位，TL1存放低8位； l 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器TMOD； l 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制寄存器TCON。380C51的并行口結(jié)構(gòu)與操作80C51單片機(jī)有4個(gè)8位的并行I/O口P0、P1、P2和P3。各口均由口鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器組成。（1）P0口的結(jié)構(gòu)P0用做通用I/O口當(dāng)系統(tǒng)不進(jìn)行片外的ROM擴(kuò)展，也不進(jìn)行片外RAM擴(kuò)展時(shí)，P0用作通用I/O口，屬于準(zhǔn)雙向口。P0用作地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn) P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)使用時(shí)是一個(gè)真

14、正的雙向口。（2）P2口的結(jié)構(gòu)P2用做通用I/O口當(dāng)不在單片機(jī)芯片外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，只擴(kuò)展256B的片外RAM時(shí)，僅用到了地址線(xiàn)的低8位，P2口仍可以作為通用I/O口使用，屬于準(zhǔn)雙向口。P2用作地址總線(xiàn)（3）P1口的結(jié)構(gòu)P1口是通用的準(zhǔn)雙向I/O口。（4）P3口的結(jié)構(gòu)P3用做第一功能的通用I/O口P3口在作為通用I/O口時(shí)，也屬于準(zhǔn)雙向口。P3用做第二功能使用l P3.0：RXD（串行口輸入）； l P3.1：TXD（串行口輸出）； l P3.2：（外部中斷0輸入）； l P3.3：（外部中斷1輸入）； l P3.4：T0（定時(shí)器0的外部輸入）； l P3.5：T1（定時(shí)器1的外部輸出）；

15、l P3.6：（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫(xiě)”選通控制輸出）； l P3.7：（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“讀”選通控制輸出）。（5）并行口的負(fù)載能力 l P0、P1、P2、P3口的電平與CMOS和TTL電平兼容。 l P0口的每一位口線(xiàn)可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。l P1、P2、P3口的每一位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。三、習(xí)題（一）單選題1以下各項(xiàng)不屬于特殊功能寄存器SFR的是（ ）。A程序計(jì)數(shù)器PCC堆棧指針SPB累加器ACCD程序狀態(tài)字寄存器PSW答案：A280C51中最小的時(shí)序單位是（ ）。A機(jī)器周期B晶振周期C時(shí)鐘周期D指令周期答案：B380C51單片機(jī)的機(jī)器周期包括（ ）個(gè)時(shí)鐘周期。A2B6C12D10答案：B480C51單片機(jī)復(fù)位后的入口地址是（ ）。A0000HB0003HC000BHD0013H答案：A580C51單片機(jī)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量為（ ）。A128BB2KBC4KBD8KB答案：C680C51單片機(jī)P3.1口的作用是（ ）。A串行輸入C外部中斷輸入B串行輸出D外部定時(shí)器輸入答案：B（二）簡(jiǎn)答題180C51單片機(jī)片內(nèi)R