1、本章小結,4.1 MCS-51系列及80C51系列單片機簡介,4.2 80C51系列單片機外引腳功能,4.3 80C51單片機內部結構,4.4 低功耗運行方式,4.5 80C51單片機最小系統(tǒng),4.1 MCS-51系列及80C51系列單片機簡介,4.1.1 MCS-51系列和80C51系列單片機,MCS是Intel公司單片機系列的符號。Intel公司推出有MCS-48、MCS-51、MCS-96系列單片機。其中MCS-51系列單片機典型機型包括51和52兩個子系列，其內部組成如圖所示。,MCS-51系列單片機內部組成,在51子系列中，主要有8031、8051、875l三種機型，基于HMOS工藝

2、，它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容，只是片內程序存儲器（ROM, Read Only Memory）有所不同。三種機型對應的低功耗CHMOS產品分別為80C31、80C51和87C51。,51子系列的主要功能為：,8位CPU。 片內帶振蕩器及時鐘電路。 128B片內數據存儲器。 4KB片內程序存儲器（8031/80C31無）。 程序存儲器的尋址范圍為64KB。 片外數據存儲器的尋址范圍為64KB。 21B特殊功能寄存器。 48根I/O線。 1個全雙工串行I/O接口，可多機通信。,51子系列的主要功能為： （續(xù)） 2個16位定時器/計數器。 中斷系統(tǒng)有5個中斷源，可編程為兩個優(yōu)先級。 111條指

3、令，含乘法指令和除法指令。 布爾處理器。 使用單5V電源。,52子系列的產品主要有8032、8052、8752三種機型。與51子系列的不同之處在于：片內數據存儲器增至256B，片內程序存儲器增至8KB（8032/80C32無），有26B的特殊功能寄存器，有3個16位定時器/計數器，有6個中斷源。其他性能均與5l子系列相同。其對應的低功耗CHMOS工藝器件分別為80C32、80C52和87C52。,本書所述的80C51系列單片機包括Intel公司和其他公司的51和52子系列。內部資源超出52子系列的單片機則稱為新一代80C51系列單片機。,4.1.2 80C51系列單片機的命名規(guī)則,由于Inte

4、l公司對8051/52（80C51/52）內核采取了擴散政策，使得80C51和新一代80C51系列單片機發(fā)展為數十種系列、上百種產品，功能有強有弱。但內部程序存儲器大多為OTP ROM和Flash ROM。了解它們的命名規(guī)則，對正確選擇和使用80C51系列產品是十分重要的。 80C51系列單片機源于MCS-51系列，其他公司80C51系列單片機命名基本上是以Intel公司的80C51為參考，增加了公司標記。,新一代高性能80C51系列單片機。其主要發(fā)展技術如下： （1）提供不同類型的存儲器。除掩模ROM、EPROM以外，還能提供EEPROM和Flash EEPROM。 （2）擴展存儲器容量。目

5、前ROM已擴至64KB，RAM擴至2KB。 （3）提高運行速度，時鐘頻率已達40MHz。 （4）發(fā)展低電壓專用芯片，工作電壓可低于1.8V。 （5）擴大接口功能，如設置高速I/O口，擴展I/O數量，增加外部中斷源以及將ADC、PWM嵌入到片內。,4.1.3 80C51系列單片機的選擇特性,程序存儲器 單片機程序存儲器用于存放單片機應用系統(tǒng)的目標程序，目標程序通過稱之為商用編程器的工具寫入單片機，該過程稱為編程。單片機程序存儲器目前供應的類型有EPROM、OTP ROM、Mask ROM和Flash EEPROM。容量有1KB、2KB、4KB、8KB、16KB、32KB和64KB等。由于EPRO

6、M型單片機使用不方便，現在已很少使用，普遍采用Flash EEPROM型單片機代替。,2. 數據存儲器 單片機片內數據存儲器目前供應的類型有SRAM靜態(tài)數據存儲器，少數單片機片內有EEPROM非易失性數據存儲器。51子系列片內RAM有128B，52子系列片內RAM有256B，52子系列向下兼容51子系列，兩者價格目前基本持平，選擇52子系列在使用上更為方便靈活。,3. 功耗 許多公司都供應低電壓的80C51系列單片機，具有低功耗的特點。如Atmel公司的AT89LV51和AT89LV52，它的工作電壓范圍為2.7V6V，可直接替換相應的5V工作電壓芯片。,4. 體積 在應用系統(tǒng)的空間有限時，可

7、選擇相應型號的PLCC和QFP封裝的單片機，外圍芯片當然也要選擇小型封裝。在無外圍擴展時也可選擇非總線型的單片機。如Atmel公司的AT89C4051、AT89C2051和AT89C1051，Philips公司的P87LPCXXX系列。,4.2 80C51系列單片機外引腳功能,常用兩種封裝為雙列直插式DIP40和LCC44,圖中，引腳1和引腳2的第二功能（方形封裝為引腳2和引腳3）僅用于52子系列，NIC為空引腳。44腳方形封裝有4個空引腳。有效引腳個數為40。但有的公司生產的44腳方形封裝的單片機把4個空引腳用作P4口。,80C51的40條引腳，可分為端口線、電源線和控制線三類。在繪制電路原

8、理圖時，經常采用元器件的邏輯符號，80C51邏輯符號如圖所示。,1. 端口線（4 8 = 32條）,8051有4個并行I/O端口，每個端口都有8條端口線，用于傳送數據或地址。由于每個端口的結構各不相同，因此它們在功能和用途上的差別也較大，對它們的具體描述見主教材82頁。,2. 電源線（2條） VCC為5V電源線，VSS接地。,3. 控制線（6條） ALE、#EA、#PSEN、RST、XTAL1和XTAL2。,4. 地址、數據和控制：三總線結構,80C51三總線具有以下特點：,（1）P0口的地址/數據復用。 （2）兩個獨立的并行擴展空間。 （3）外圍數據存儲器擴展的統(tǒng)一編址。,4.3 80C51

9、單片機內部結構框圖,單片機最核心的部分是CPU，可以說CPU是單片機的大腦和心臟。CPU的功能是產生控制信號，把數據從存儲器或輸入口傳送到CPU或反向傳送，還可對輸入數據進行算術邏輯運算以及位操作處理，它由運算器、控制器和布爾（位）處理器組成。,4.3.1 中央處理器CPU,而80C51在物理結構上有4個存儲空間：片內程序存儲器、片外程序存儲器、片內數據存儲器和片外數據存儲器。但在邏輯上，即從用戶使用的角度上，80C51有三個存儲空間。,4.3.2 存儲器組織(哈佛結構),片內外統(tǒng)一編址的64 KB程序存儲器地址空間 256 B片內數據存儲器的地址空間 64KB片外數據存儲器地址空間,下面分別

10、敘述程序存儲器和數據存儲器的配置特點。,在訪問三個不同的邏輯空間時，應采用不同形式的指令（見指令系統(tǒng)），以產生不同的存儲空間的選通信號。,用戶角度看80C51存儲器配置,1. 程序存儲器（51子序列）,程序存儲器用于存放編好的程序或表格常數,在程序存儲器中，以下單元具有特殊功能： 0000H：80C51復位后，PC = 0000H，即程序從 0000H開始執(zhí)行指令。 0003H：外部中斷0入口。 000BH：定時器0溢出中斷入口。 0013H：外部中斷1入口。 001BH：定時器1溢出中斷入口。 0023H：串行口中斷入口。 002BH：定時器2入口（僅52子系列有）。,使用時，通常在這些中斷

11、入口地址處存放一條跳轉指令，使程序跳轉到用戶安排的中斷程序起始地址。其他程序要避開上述中斷入口地址。從0000H起始地址則跳轉到用戶設計的主程序入口地址。采用匯編語言編程的程序員需要精心安排這些地址，而C51編譯器自動產生中斷程序起始地址。,2. 數據存儲器,數據存儲器用于存放中間運算結果、數據暫存和緩沖、標志位等。,80C51系列單片機數據存儲器有片內和片外之分。片內又有RAM和SFR之分，這幾個部分的訪問指令不同的，從這一點看，數據存儲器的使用比程序存儲器略微復雜點。采用C51語言編程則要簡單許多。,51子系列數據存儲器配置,52子系列數據存儲器配置,這樣可把數據存儲器分為片外數據存儲器、

12、片內數據存儲器、特殊功能存儲器，以下分別加以介紹。,1）片內數據存儲器,片內數據存儲器分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、數據緩沖器區(qū)等三個區(qū)域。如主教材90頁表4.4所示。,（1）工作寄存器區(qū) 00H1FH單元為工作寄存器區(qū)。工作寄存器也稱通用寄存器，供用戶編程時使用，臨時寄存8位信息。,（2）位尋址區(qū) 20H2FH單元是位尋址區(qū)，該區(qū)的每一位都賦予了一個位地址，,低128字節(jié)RAM區(qū),高128字節(jié)SFR區(qū),（3）數據緩沖區(qū) 30H7FH是數據緩沖區(qū)，即用戶RAM區(qū)，共80個單元。,（4）堆棧與堆棧指針 片內RAM的部分單元還可以用作堆棧。,2）特殊功能寄存器,所有單片機片內外設是依靠對內部特殊功能

13、寄存器的操作實現其功能的，80C51也不例外，特殊功能寄存器（SFR, Special Function Register）也稱專用寄存器，專用于控制、管理單片機內部算術邏輯部件、并行I/O口、串行I/O口、定時器/計數器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作，用戶在編程時可以置數設定，不能移作他用。,通過特殊功能寄存器可實現對單片機內部資源的操作和管理，,下面介紹常用特殊功能寄存器，其余將在后面的相關章節(jié)中介紹。,特殊功能寄存器SFR的位置,（1）程序狀態(tài)字寄存器PSW PSW是8位寄存器，用作程序運行狀態(tài)的標志，字節(jié)地址D0H，位地址格式如主教材93頁表4.7所示。,（2）累加器ACC ACC是8位寄

14、存器，通過暫存器與ALU相連。它是CPU中工作最繁忙的寄存器，因為在進行算術、邏輯類操作時，運算器的一個輸入多為ACC，而運算器的輸出即運算結果也大多要送到ACC中。在指令系統(tǒng)中累加器的助記符為A，作為直接地址時助記符為ACC。,（3）數據指針寄存器DPTR 由于80C51可以外接64 KB的數據存儲器和I/O接口電路，因此在控制器中設置了一個16位的專用地址指針。它主要用以存放16位地址，作為間址寄存器使用。,（4）B寄存器 在乘、除法運算中用B寄存器暫存數據。 在其他指令中，B寄存器可作為RAM中的一個單元使用。B寄存器的地址為B0H。,（5）堆棧指針SP 堆棧是個特殊的存儲區(qū)，主要功能是

15、暫時存放數據和地址，通常用來保護斷點和現場。它的特點是按照先進后出的原則存取數據，這里的進與出是指進棧與出棧操作。,假若有8個RAM單元，每個單元都在其右面編有地址，棧頂由堆棧指針SP自動管理。每次進行壓入或彈出操作以后，堆棧指針便自動調整以保持指示堆棧頂部的位置。這些操作可用圖說明。,注意：堆棧棧頂超出內部RAM單元時，會引起程序運行出錯。對51子系列不要超出7FH，對52子系列不要超出FFH。這常常是單片機初學者和使用高級語言編程者易犯的錯誤之一。,（6）端口P0P3 特殊功能寄存器P0P3分別是I/O端口P0P3的鎖存器。80C51單片機是把I/O當作一般的特殊功能寄存器使用，不專設端口

16、操作指令，使用方便。,4.3.3 并行輸入/輸出端口結構,1. P1口,P1口內部有上拉電阻，因此在輸入時，即使由集電極開路電路或漏極開路電路驅動，也無需外接上拉電阻。,Pl口只有一種功能：通用輸入/輸出接口。通用I/O接口有輸出、輸入和端口操作三種工作方式。,2. P2口,P2口有兩種用途：通用I/O接口或高8位地址總線。圖4.17是P2口1位的結構原理圖，圖中的模擬開關受內部控制信號控制，用于選擇P2口的工作狀態(tài)。,3. P3口 P3口1位的結構原理如圖4.18所示，P3口除了作為準雙向通用I/O接口使用外，每一根線還具有第二種功能，詳見下表。,4. P0口,P0口有兩種功能；地址/數據分

17、時復用總線和通用I/O接口。,P0口作為準雙向通用I/O接口使用時應外加上拉電阻。,5. 并行輸入/輸出口編程舉例 【例4.1】 用89C52單片機的P1口驅動一位8段LED顯示器。在8段LED顯示器輪流顯示字符0F。,匯編調試請參看CAI演示,C51調試請參看CAI演示,4.3.4 時鐘電路,2. CPU時序,為了便于對CPU時序進行分析，人們按指令的執(zhí)行過程規(guī)定了幾種周期，即時鐘周期、機器周期和指令周期。,80C51系列單片機的一個機器周期由6個S周期組成，也就是由12個時鐘周期組成，所以80C51的機器周期為時鐘頻率的12分頻。,4.3.5 復位電路,1）上電復位,2）上電+按鍵復位,3

18、）同步復位電路,4）微處理器復位監(jiān)控電路,復位后各特殊功能寄存器的狀態(tài),4.4 低功耗運行方式,80C51單片機具有兩種低功耗運行方式： 待機（或稱空閑）方式，電流一般為1.7mA5mA； 掉電（或稱停機）方式，電流一般為5uA50uA 待機方式和掉電方式的硬件結構電路如下圖所示。待機方式和掉電方式通過電源控制寄存器PCON操作。,待機（或稱空閑）方式和掉電（或稱停機）方式都是由專用寄存器PCON（電源控制寄存器）中的有關位控制的。,4.5 80C51單片機最小系統(tǒng),單片機最小系統(tǒng)就是能使單片機工作的最少的器件構成的系統(tǒng)，是大多數控制系統(tǒng)所必不可少的關鍵部分。,圖4.27是由89C52構成的單片機最小系統(tǒng)。89C52單片機只需外接時鐘電路和復位電路即可，P0P3口為32個通用I/O口。使用P0口需要通過10k20k電阻上拉到Vcc，圖中未畫出。,單片機通過三總線擴展外部接口電路。圖4.28為80C32單片機的外部擴展總線。,將80C32單片機的外部擴展總線接到外部程序存儲器