信息與通信C的結構和原理PPT課件

1、2021-10-281 生產工藝有兩種：87C51。一是HMOS工藝（高密度短溝道MOS工藝）。二是CHMOS工藝（互補金屬氧化物的HMOS工藝）。第1頁/共62頁2021-10-282 功能上，有基本型和增強型2大類：增強型：8052/8752/803280C52/87C52/80C32基本型：8051/8751/803180C51/87C51/80C31第2頁/共62頁2021-10-283 在片內程序存儲器配置上，有3種形式， 即掩膜ROM、EPROM和ROMLess。如：80C51有4K字節(jié)的掩膜ROM87C51有4K字節(jié)的EPROM 80C31在芯片內無程序存儲器。第3頁/共62頁2

2、021-10-2842.1.2 80C51系列 各廠商以8051為基核開發(fā)出的CMOS單片機統(tǒng)稱為80C51系列。常用產品有：Intel：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；ATMEL：89C51、89C52、89C2051等；Philips、華邦、Dallas、Siemens等公司的許多產品 。第4頁/共62頁2021-10-2852.2 80C51的的基本結構與應用模式基本結構與應用模式2.2.1 80C51的基本結構第5頁/共62頁2021-10-2862.2.2 80C51的應用模式 帶總線擴展引腳的產品擴展總線的應用模式 不擴展總線的應用模式 第

3、6頁/共62頁2021-10-287 沒有總線擴展引腳的產品 引腳數減少、體積減小。對于不需進行并行外圍擴展，裝置的體積要求苛刻且程序量不大的系統(tǒng)極其適合。第7頁/共62頁2021-10-2882.3 80C51典型產品資源配置與引腳封裝典型產品資源配置與引腳封裝2.3.1 80C51典型產品資源配置第8頁/共62頁2021-10-289 由表可見： 增強型與基本型的幾點不同： 片內ROM：從4K增加到8K 片內RAM：從128增加到256 定時/計數器：從2個增加到3個 中斷源：從5個增加到6個。 第9頁/共62頁2021-10-2810無ROM型，要在片外擴展程序存儲器；掩膜ROM型，程序

4、由芯片生產廠寫入；EPROM型，程序通過寫入裝置寫入；FlashROM型，程序可電寫入（常用）。 片內片內ROMROM的配置形式：的配置形式： 。第10頁/共62頁2021-10-28112.3.2 80C51的引腳封裝第11頁/共62頁2021-10-2812 40只引腳按功能分為3類： （1）電源及時鐘引腳: Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2。 （2）控制引腳： PSEN、EA 、ALE、RESET （即RST）。 （3）I/O口引腳：P0、P1、P2、P3，為4個8位I/O口的引腳。 1電源及時鐘引腳 （1）Vcc（40腳）：+5V電源； （2）Vss（20腳）：接地。第12頁/共

5、62頁2021-10-2813（3）XTAL1（19腳）：接外部晶體，如果采用外接振蕩器時，振蕩器的輸出應接到此引腳上。（4）XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端或懸空。2. 控制引腳 提供控制信號，有的引腳還具有復用功能。 (1) RST/VPD(9腳)：復位與備用電源。 (2) ALE/PROG（30腳）： 第一功能:ALE(Address Latch Enable)為地址鎖存允許，可驅動8個LS型TTL負載。 第二功能:PROG(Programming Pulse)為編程脈沖輸入端。第13頁/共62頁2021-10-2814 (3) PSEN （ Program Store Enab

6、le，29腳）：外部程序存儲器的讀選通信號?？沈寗?個LS型TTL負載。 (4) EA/VPP (External Access Enable/Voltage Pulse of Programming，31腳) EA為內外程序存儲器選擇控制端。 EA=1，訪問片內程序存儲器，但在PC（程序計數器）值超過0FFFH（對于8051、8751）時，即超出片內程序存儲器的4K字節(jié)地址范圍時，將自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器內的程序。 EA=0，單片機則只訪問外部程序存儲器。第14頁/共62頁2021-10-2815 VPP為本引腳的第二功能。用于施加編程電壓（例如+21V或+12V）。對89C51，加在V

7、PP腳的編程電壓為+12V或+5V。3.I/O口引腳 (1) P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數據總線分時復用口，可驅動8個LS型TTL負載。 (2) P1口：8位準雙向I/O口，可驅動4個LS型TTL負載。 (3) P2口：8位準雙向I/O口，與地址總線（高8位）復用，可驅動4個LS型TTL負載。第15頁/共62頁2021-10-2816 (4) P3口：8位準雙向I/O口，雙功能復用口，可驅動4個LS型TTL負載。注意:準雙向口與雙向三態(tài)口的差別。 當3個準雙向I/O口作輸入口使用時，要向該口先寫“1”。 準雙向I/O口無高阻 “浮空”狀態(tài)。第16頁/共62頁202

8、1-10-28172.4 80C51的的CPU第17頁/共62頁2021-10-28182.4.1 CPU的功能單元 運算器 累加器ACC 寄存器B PSW 控制器 指令寄存器IR 定時與控制邏輯 其他寄存器 程序計數器PC(Program Counter) 數據指針DPTR(Data Pointer) 堆棧指針SP(Stack Pointer), 工作寄存器R0R7第18頁/共62頁2021-10-2819運算器: 對操作數進行算術、邏輯運算和位操作。1算術邏輯運算單元ALU（Arithmetic Logic Unit ）2累加器A（Accumulator） 使用最頻繁的寄存器，可寫為Acc

9、。 A的作用：（1）是ALU的輸入之一，又是運算結果的存放單元。（2）數據傳送大多都通過累加器A。MCS-51增加了一部分可以不經過累加器的傳送指令，即可加快數據的傳送速度，又減少A的“瓶頸堵塞”現象。 A的進位標志Cy同時又是位處理機的位累加器。第19頁/共62頁2021-10-28203程序狀態(tài)字寄存器PSW(Program Status Word) （1）Cy（PSW.7）進位標志位（Carry）（2）Ac(PSW.6) 輔助進位標志位（Accessorial Carry）（3）F0（PSW.5）用戶使用的狀態(tài)標志位。 （4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：4組工作寄存器區(qū)選擇

10、控制位1和位0。第20頁/共62頁2021-10-2821第21頁/共62頁2021-10-2822 RS1 RS0 所選的4組寄存器 0 0 0區(qū)（內部RAM地址00H07H） 0 1 1區(qū)（內部RAM地址08H0FH） 1 0 2區(qū)（內部RAM地址10H17H） 1 1 3區(qū)（內部RAM地址18H1FH）（5）OV（PSW.2）溢出標志位（Overflow） 指示運算是否產生溢出。各種算術運算指令對該位的影響情況較復雜，將在第3章介紹。 （6）PSW.1位: 保留位，未用 （7）P(PSW.0)奇偶標志位（Parity） P=1，A中“1”的個數為奇數P=0，A中“1”的個數為偶數第22頁

11、/共62頁2021-10-2823控制器 1程序計數器PC（Program Counter） 存放下一條要執(zhí)行的指令在程序存儲器中的地址。 基本工作方式有以下幾種： （1）程序計數器自動加1 （2）執(zhí)行有條件轉移或無條件轉移指令時， PC將被置入新的數值，從而使程序的流向發(fā)生變化。 （3）執(zhí)行子程序調用或中斷調用，完成下列操作： PC的現行值保護 將子程序入口地址或中斷向量的地址送入PC。 2指令寄存器IR(Instruction Register)、指令譯碼器及控制邏輯電路第23頁/共62頁2021-10-2824寄存器及其存儲器映射如下圖：第24頁/共62頁2021-10-28252.4.

12、2 80C51的時鐘與時序 時鐘產生方式內部時鐘方式 外部時鐘方式 第25頁/共62頁2021-10-2826 80C51的時鐘信號第26頁/共62頁2021-10-2827 80C51的典型時序 單字節(jié)指令 雙字節(jié)指令 單周期指令第27頁/共62頁2021-10-2828雙周期指令第28頁/共62頁2021-10-2829訪問外部RAM的雙周期指令時序 第29頁/共62頁2021-10-28302.4.3 80C51單片機的復位復位可使單片機或系統(tǒng)部件處于確定的初始狀態(tài)。 復位電路 上電復位電路 按鍵與上電復位 第30頁/共62頁2021-10-2831 單片機復位后的狀態(tài) PC = 000

13、0H RAM：隨機值（運行中復位不改變RAM內容 ） SFR (Special Function Register )： P0P3=FFH SP=07H IP、IE和PCON：有效位為0 PSW=00HSP(Stack Pointer),IP(Interrupt Priority),IE(Interrupt Enable), PCON(Power Control)第31頁/共62頁2021-10-28322.5 80C51的存儲器組織的存儲器組織80C51存儲器可以分成兩大類： RAM，CPU在運行時能隨時進行數據的寫入和讀出，但在關閉電源時，其所存儲的信息將丟失。用來存放暫時性的輸入輸出數據

14、、運算的中間結果或用作堆棧。 ROM，寫入信息后不易改寫的存儲器。斷電后，其中的信息保留不變。用來存放固定的程序或數據，如系統(tǒng)監(jiān)控程序、常數表格等。 第32頁/共62頁2021-10-28332.5.1 80C51單片機的程序存儲器配置片內與片外程序存儲器的選擇 EA引腳接高電平-片內第33頁/共62頁2021-10-2834 EA引腳接高地-片外第34頁/共62頁2021-10-2835 程序存儲器低端的幾個特殊單元 第35頁/共62頁2021-10-2836 程序存儲器中的指令代碼及其觀察 第36頁/共62頁2021-10-28372.5.2 80C51單片機數據存儲器配置片內、片外數據存

15、儲器概況 片內RAM及SFR 片外RAM 第37頁/共62頁2021-10-2838工作寄存器區(qū)（含寄存器組0 3） 寄存器組0：地址00H07H 寄存器組1：地址08H0FH 寄存器組2：地址10H17H 寄存器組3：地址18H1FH當前工作寄存器組選擇 PSW寄存器中： 第38頁/共62頁2021-10-2839片內RAM詳圖 第39頁/共62頁2021-10-2840位尋址區(qū) 字節(jié)字節(jié)地址地址位地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H07H06H05H04H03H02H01H00H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H22H17H16H15H14H13H12H11

16、H10H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H24H27H26H25H24H23H22H21H20H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H26H37H36H35H34H33H32H31H30H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H28H47H46H45H44H43H42H41H40H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68

17、H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H第40頁/共62頁2021-10-2841通用RAM區(qū) 30H7FH，共80字節(jié) 數據緩沖 堆棧 SP指示棧頂 復位時SP=07H 系統(tǒng)初始化通常重新設置第41頁/共62頁2021-10-2842RAM內容查看 第42頁/共62頁2021-10-28432.5.3 80C51單片機的特殊功能寄存器（SFR）基本型單片機有21個SFR離散地分布在80HFFH空間。 與運算器相關3個 ACC B PSW與定時/計數器相關6個 TH0,TL0 TH1,TL1 TMOD TCON指針類3個 S

18、P DPH,DPL與口相關7個 P0,P1,P2,P3 SBUF SCON PCON與中斷相關2個 IE IP第43頁/共62頁2021-10-2844DPH(Data Pointer High)DPL(Data Pointer Low)SBUF(Serial Data Buffer)SCON(Serial Control)TH0(Timer High 0)TL0(Timer Low 0)TH1(Timer Low 1)TL1(Timer Low 2)TMOD(Timer Mode)TCON(Timer Control)第44頁/共62頁2021-10-2845小小 結結 80C51的程序計數

19、器PC是16位的，對于程序存儲器的尋址范圍是64KB，片內片外統(tǒng)一編址，即0000HFFFFH，由EA的狀態(tài)決定內外； 80C51的數據存儲器分為片內RAM和片外RAM兩大部分，片內共128B（00HFFH），片外可達64KB（0000HFFFFH）； 基本型單片機片內RAM地址范圍是00H7FH，與片外RAM的地址空間重疊，用不同的尋址方式（指令）加以區(qū)分； 增強型單片機片內RAM地址范圍是00HFFH，其中高128B的內部RAM地址與SFR重疊，需采用間接尋址的方式訪問。第45頁/共62頁2021-10-28462.6 80C51的并行口結構與操作的并行口結構與操作P0口結構 P0作通用I

20、/O口（當EA=1或“MOV”傳送時C=0）輸出時2.6.1 P0、P2口的結構第46頁/共62頁2021-10-2847輸入時 讀鎖存器（“讀-修改-寫”類指令，如ANL P0,A） 讀引腳（“MOV”類指令，如MOV A, P0）,要先寫“1” 10P0作通用I/O時為：準雙向口！第47頁/共62頁2021-10-2848 P0作地址數據總線（當EA=1或“MOVX”類傳送時C=1） 輸出時，地址/數據信息分時出現在輸出引腳。 輸入時，先輸出地址，然后自動向鎖存器寫1，再讀引腳。此時為真正雙向口。第48頁/共62頁2021-10-2849P2口結構 P2作通用I/O口（未擴片外存儲器，或雖

21、擴RAM但采用“MOVX Ri”傳送時C=0）P2作通用I/O時為：準雙向口！ P2作地址總線高8位（C=1）第49頁/共62頁2021-10-2850P1口結構 P1僅能為通用的準雙向口！2.6.2 P1、P3口的結構第50頁/共62頁2021-10-2851P3口結構 第一功能：通用I/O口（對口尋址時）第51頁/共62頁2021-10-2852 第二功能（不對口尋址時） P3.0 ：RXD（串行口輸入） P3.1 ：TXD（串行口輸出） P3.2 ：INT0（外部中斷0輸入） P3.3 ：INT1（外部中斷1輸入） P3.4 ：T0（定時器0的外部輸入） P3.5 ：T1（定時器1的外部輸入） P3.6 ：WR（片外數據存儲器“寫”選通控制輸出） P3.7