單片機及應用-第二章-80C51單片機的硬件結構

主要內容：2.180C51單片機的邏輯結構及信號引腳2.280C51單片機的內部存儲器2.380C51單片機的并行I/O口2.480C51單片機的時鐘與定時2.580C51單片機的系統(tǒng)復位2.680C51單片機的工作模式第二章80C51單片機的硬件結構2.180C51單片機的邏輯結構及信號引腳目標要求：掌握80C51單片機的內部組成和結構；掌握80C51的引腳信號。重點：80C51單片機的內部組成。難點：引腳信號復用。2.180C51單片機的邏輯結構及信號引腳2.1.180C51單片機的內部邏輯結構1、運算器如何工作？例ACC+=RAMRAM+=#data2、控制器3、內部數(shù)據(jù)存儲器通用寄存器地址空間：256；專用寄存器，占用RAM地址4、內部程序存儲器5、定時器/計數(shù)器（2個）屬于那一部分？6、并行I/O口（4個）屬于那一部分？7、串行I/O口屬于那一部分？8、中斷控制電路屬于那一部分？9、內部總線8、內部總線：10、位處理器在那里？11、小節(jié)

80C51單片機由運算器、控制器、中斷控制電路、內部程序存儲器（4KB）、內部數(shù)據(jù)存儲器（128B）、定時器/計時器（2個）、全雙工串行口（1個）和并行I/O口（4個）等組成，各部件通過內部總線相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。2.1.280C51單片機的封裝與信號引腳集成電路的光片、尺寸、封裝和引腳集成電路的封裝形式１、雙列直插式DIP（DualInLinePackege）２、方型扁平式QFP（QuadFlatPackege）３、BGA（BallGridArrayPackage）80C51封裝形式１、40引腳的雙列直插式２、44引腳的方型扁平式2.1.280C51單片機的封裝與信號引腳2.1.280C51單片機的封裝與信號引腳80C51的信號介紹（第一功能）引腳復用（第二功能、第三功能：系統(tǒng)總線/外部總線，包括數(shù)據(jù)總線（D7-D0）、地址總線（A15-A0）和控制總線（在P3上））能否混亂？不會。2.1.280C51單片機的封裝與信號引腳使用注意事項：不擴充時，用第一功能，簡單，可靠；擴充時，不要使用復用引腳的第一功能。主要內容：2.180C51單片機的邏輯結構及信號引腳2.280C51單片機的內部存儲器2.380C51單片機的并行I/O口2.480C51單片機的時鐘與定時2.580C51單片機的系統(tǒng)復位2.680C51單片機的工作模式第二章80C51單片機的硬件結構2.280C51單片機的內部存儲器重點：80C51內部數(shù)據(jù)存儲器的功用和使用。2.280C51單片機的內部存儲器內部存儲器80C51內部存儲器數(shù)據(jù)存儲器4K*8程序存儲器高128單元區(qū)低128單元區(qū)2.2.1內部數(shù)據(jù)存儲器低128單元區(qū)1通用寄存器區(qū)2位尋址區(qū)3用戶RAM區(qū)

1、通用寄存器區(qū)

00H~1FH單元為通用寄存器區(qū)。通用寄存器也稱工作寄存器，用于操作數(shù)、中間結果和保護現(xiàn)場等。通用寄存器分成4組，每組都有8個寄存器，用R0~R7來表示。程序中每次只用1組，其它各組不工作。使用哪組寄存器由程序狀態(tài)字PSW中的PSW.4(RS1)和PSW.3(RS0)兩位來確定，其對應關系如下表。2.2.1內部數(shù)據(jù)存儲器低128單元區(qū)表2.1工作寄存器組的選擇表PSW.4(RS1)PSW.3(RS0)當前使用的工作寄存器組R0~R7000組(00H~07H)011組(08H~0FH)102組(10H~17H)113組(18H~1FH)訪問地址：000-RS1-RS0-i

2、位尋址區(qū)

20H~2FH單元是位尋址區(qū)。這16個單元(共計16×8=128位)的每一位都賦予了一個位地址，位地址范圍為00H~7FH。位尋址區(qū)的每一位都可當作一位觸發(fā)器，由程序直接進行位處理。通?？梢园迅鞣N程序狀態(tài)標志、位控制變量等存于位尋址區(qū)，以便進行設置和測量。2.2.1內部數(shù)據(jù)存儲器低128單元區(qū)

—位地址：8位，高5位為RAM單元的低5位，低3位 為位號。 例：22H單元第6位的位地址是16H(0-0010-110B)第一章作業(yè)情況（一）

3.帶符號二進制數(shù)11001101轉換成十進制數(shù)是（-77）。

帶符號二進制數(shù)是原碼。

6.640KB=（640×1024×8

/字長）個存儲單元。（5120000，好幾個）

9.機器數(shù)10001101的真值是（-13）。（157，） 機器數(shù)11001110的真值是（-78）。（206，）

機器數(shù)是原碼。（二）

1.8位二進制補碼數(shù)所能表示的十進制數(shù)的范圍是（D-128~+127）。7.ASCII碼最小的是（BA）8.ASCII碼最大的是（Cx）

1班，6+5；2班，15；3班，18。

3、用戶RAM區(qū)

30H~7FH是數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，也即用戶RAM區(qū)，共80個單元。2.2.1內部數(shù)據(jù)存儲器低128單元區(qū)

由于寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、用戶RAM區(qū)統(tǒng)一編址，使用同樣的指令訪問，這三個區(qū)的單元既有自己獨特的功能，又可統(tǒng)一調度使用。因此，前兩個區(qū)未使用的單元也可作為用戶RAM單元使用，使容量較小的片內RAM得以充分利用。2.2.2內部數(shù)據(jù)存儲器高128單元區(qū)專用寄存器（SFR:SpecialFunctionRegister）區(qū)2.280C51單片機的內部存儲器1、累加器A（或ACC-Accumulator）：專用寄存器簡介

是單片機中最常用的寄存器

--存放源操作數(shù)

--存放ALU的運算結果

--與外部數(shù)據(jù)存儲器或I/O設備交換數(shù)據(jù)的中轉站

--變址尋址方式中的變址寄存器“瓶頸”問題，解決辦法。通用寄存器與ACC的異同？ 2、B寄存器（Bregister）專用寄存器簡介 --主要用在乘除指令中 乘：乘數(shù)，乘積的高8位 除：除數(shù)，余數(shù)

--還可以當一般的寄存器（RAM單元）使用2.2.2內部數(shù)據(jù)存儲器高128單元區(qū)試結合運算器邏輯電路框圖，分析乘除法是怎么實現(xiàn)的。專用寄存器簡介

3、程序狀態(tài)字（PSW）

--用于存放指令執(zhí)行的狀態(tài)信息，如：PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.0PSW.1CYACF0RS1RS0OVP/位標志位序2.2.2內部數(shù)據(jù)存儲器高128單元區(qū)專用寄存器簡介4、數(shù)據(jù)指針DPTR（DPH-DPL）

5、其它專用寄存器

--16位寄存器； --用來訪問外部存儲器，給出存儲單元地址；

--在變址尋址方式中，用作基址寄存器。2.2.2內部數(shù)據(jù)存儲器高128單元區(qū)2.2.2內部數(shù)據(jù)存儲器高128單元區(qū)專用寄存器的單元尋址都能按單元尋址，其地址就是寄存器對應的RAM單元的地址；可以按寄存器名稱進行尋址；ACC使用很多，可以隱含尋址（A）；B寄存器在乘除指令中，是隱含尋址；專用寄存器的位尋址地址能被8整除的專用寄存器可按位尋址。這樣的專用寄存器有11個：B，ACC，PSW，IP，P3，IE，P2，SCON，P1，TCON，P0。位地址：8位，高5位為寄存器的高5位，低3位為位號。（后128位）2.2.2內部數(shù)據(jù)存儲器高128單元區(qū)專用寄存器的位尋址位名稱：很多位因為有特殊的意義，還有專門的名稱，如PSW:CY,AC,F0,RS1,RS0,OV,,PP0：

P0.7，P0.6，P0.5，P0.4，P0.3，P0.2，P0.1，P0.0

.

.

.（教科書29表）可以按位名稱進行操作。2.2.3堆棧堆棧是一種數(shù)據(jù)結構，是一種只能在一端(稱為棧頂(top))壓入和彈出數(shù)據(jù)的線性表。堆棧一般放在（數(shù)據(jù)）存儲器中。

2.280C51單片機的內部存儲器2. 堆棧的特點是后進先出（LIFO-LastInFirstOut）。3. 堆棧的功用保護斷點：子程序調用和中斷處理（自動操作）保護現(xiàn)場：子程序和中斷處理程序中用到的寄存器（指令操作）數(shù)據(jù)的臨時存放（指令操作）2.2.3堆棧4、堆棧指針SP（StackPointer）：存放棧頂?shù)刂?、堆棧類型：向上生長型和向下生長型2種2.2.3堆棧6、堆棧操作模式：2種先存數(shù)進棧操作：先寫入數(shù)據(jù)，后SP加1。出棧操作：先SP減1，后讀出數(shù)據(jù)。先操作指針進棧操作：先SP加1，后寫入數(shù)據(jù)。出棧操作：先讀出數(shù)據(jù)，后SP減1。2.2.3堆棧7、80C51堆棧形式向上生長先操作指針初始值（棧底）=？最好2.2.4內部程序存儲器2.280C51單片機的內部存儲器ROM的功用：存放程序代碼和表格常數(shù)。內部ROM容量：4KB。3. 最大ROM容量：64KB。內部ROMEA=1外部ROMEA=0外部ROM0000H0FFFH1000HFFFFH4.初始化地址：0000H5.中斷入口地址外部中斷0 0003H定時器/計數(shù)器0 000BH外部中斷1 0013H定時器/計數(shù)器1 001BH串行口 0023H2.2.4內部程序存儲器1、片內RAM低128字節(jié)（00H—7FH）：前32個單元是工作寄存器區(qū)(00H—1FH)；接下來16個單元（020H-02FH）的128位可按位尋址；其余80個單元只能按字尋址。堆棧在該區(qū)域。2、片內RAM高128字節(jié)（80H—FFH）：有21個專用寄存器。能被8整除的寄存器可按位尋址。3、片內ROM4K，前43個單元有特殊意義。2.2.5小節(jié)2.280C51單片機的內部存儲器主要內容：2.180C51單片機的邏輯結構及信號引腳2.280C51單片機的內部存儲器2.380C51單片機的并行I/O口2.480C51單片機的時鐘與定時2.580C51單片機的系統(tǒng)復位2.680C51單片機的工作模式第二章80C51單片機的硬件結構2.380C51單片機的并行I/O口重點：各并行口的功用、電路和工作原理2.380C51單片機的并行I/O口2.3.1P0口邏輯結構

P0口電路邏輯P0口由鎖存器、輸出驅動電路、讀緩沖器和多路選擇開關等組成，是一個三態(tài)雙向口，既要作為I/O并行口用，還要作為地址/數(shù)據(jù)口用，所以電路相當復雜。2.3.1P0口邏輯結構1、用作輸入口控制=0鎖存器為1讀引腳得到輸入數(shù)據(jù)=00截止10截止2.3.1P0口邏輯結構2、用作輸出口，輸出0控制=0寫入0（鎖存器為0）輸出0=00截止001飽和0=00截止110截止浮空？3、用作輸出口，輸出1控制=0寫入1（鎖存器為1）輸出=？（外接上拉電阻）2.3.1P0口邏輯結構=1導通10截止=004、用作地址/數(shù)據(jù)輸出，輸出0控制=1地址/數(shù)據(jù)=0輸出=02.3.1P0口邏輯結構MUX開關如何實現(xiàn)？=1導通01截止=115、用作地址/數(shù)據(jù)輸出，輸出1控制=1地址/數(shù)據(jù)=1輸出=12.3.1P0口邏輯結構P0口的負載能力？6、用作數(shù)據(jù)輸入控制=0訪問外部存儲器期間，CPU會自動向P0口的鎖存器寫入0FFH讀引腳得到輸入數(shù)據(jù)=00截止110截止2.3.1P0口邏輯結構

何時讀鎖存器？對并行口進行操作時，如

ANLP0,A

ORLP0,A

INCP0

DECP0

2.3.1P0口邏輯結構2.380C51單片機的并行I/O口2.3.2P1口邏輯結構P1口電路邏輯P1是準雙向I/O口內置有上拉電阻沒有復用，最簡單準雙向口和雙向口的區(qū)別：輸出驅動電路10截止2.3.2P1口邏輯結構1、輸入110截止引腳=12、輸出12.3.2P1口邏輯結構3、輸出0001導通引腳=02.3.2P1口邏輯結構2.3.2P1口邏輯結構

例4×4鍵盤接口電路011111012.380C51單片機的并行I/O口2.3.3P2口邏輯結構圖P2口電路邏輯P2是準雙向I/O口內置有上拉電阻還要做高8位地址總線用，比P1加了1級多路選擇器和1級反向器為什么要加反向器？控制=0時，做并行I/O口用，輸入？=012.3.3P2口邏輯結構2.輸出？=002.3.3P2口邏輯結構控制=1時，作高8位地址輸出，

？=102.3.3P2口邏輯結構2.380C51單片機的并行I/O口2.3.4P3口邏輯結構圖P3口電路邏輯P3是準雙向I/O口內置有上拉電阻復用有特殊的第二功能，輸出比P1加了1級與非門，輸入加了1級驅動器。WR、RD、TXD1、作第二功能輸出時，內部D自動給1，輸出第二功能信號。1112.3.4P3口邏輯結構此端自動給12、作第二功能輸入時，內部D自動給1，第二輸出功能自動給1，場效應管截止，輸入第二功能信號。1111截止RXD，T0，T1，INT0，INT12.3.4P3口邏輯結構2.3.4P3口邏輯結構3、用作并行I/O接口時，第二輸出功能=？如何工作？2.380C51單片機的并行I/O口2.3.5小結1、80C51有4個并行輸入輸出接口P0、P1、P2和P3，P0是三態(tài)雙向口，其余為準雙向口。準雙向口內部有上拉電阻。2、P1口最簡單，沒有復用。3、P2口復用有高8位地址，通過多路選擇器控制地址輸出或并行接口數(shù)據(jù)輸出。4、P3口復用有第二功能，通過鎖存器和與非門控制第二功能輸出或并口數(shù)據(jù)輸出。5、P0口最復雜，復用有低8位地址和8位數(shù)據(jù)，通過多路選擇器和與門控制輸出。主要內容：2.180C51單片機的邏輯結構及信號引腳2.280C51單片機的內部存儲器2.380C51單片機的并行I/O口2.480C51單片機的時鐘與定時2.580C51單片機的系統(tǒng)復位2.680C51單片機的工作模式第二章80C51單片機的硬件結構2.480C51單片機的時鐘與定時2.4.1時鐘電路1、振蕩電路：由單片機外部的晶振、電容和單片機內部的放大器組成。由振蕩電路和分頻電路組成。

石英晶體作為感性元件，與電容構成振蕩回路，為片內放大器提供正反饋和振蕩所需的相移條件，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。2.4.1時鐘電路2.分頻電路

振蕩電路產(chǎn)生的振蕩信號并不直接為單片機所用，而要進行分頻，以得到單片機各種相關的時鐘信號。3.晶振頻率80C51：1.2~33MHz2.4.1時鐘電路4.從外部引入脈沖信號驅動時鐘電路 除了由振蕩電路產(chǎn)生高頻振蕩信號外，還可從外部脈沖源直接引入。拍節(jié)（P）：晶振的震蕩周期狀態(tài)（S）：1S=2P機器周期：1個機器周期=6S=12P指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間，可包含1個、2個或4個機器周期。2.480C51單片機的時鐘與定時2.4.2定時單位主要內容：2.180C51單片機的邏輯結構及信號引腳2.280C51單片機的內部存儲器2.380C51單片機的并行I/O口2.480C51單片機的時鐘與定時2.580C51單片機的系統(tǒng)復位2.680C51單片機的工作模式第二章80C51單片機的硬件結構復位方式：加電復位、手動復位2.580C51系統(tǒng)復位2.5.1復位方式與初始狀態(tài)PC 0000HACC 00HB 00HPSW 00HSP 07HDPTR 0000HP0~P3 0FFHIP xxx00000BIE 0x000000BTMOD 00HTCON 00HTH0,TL0,TH1,TL1：00HSCON 00HSBUF 不定PCON 0xxxxxxxB低128字節(jié)RAM：隨機的2.初始狀態(tài)

完成復位操作需24個時鐘周期1.復位電路概述 復位電路類型：積分電路型、微分電路型、比較型和看門狗型。常用前兩種。2.580C51系統(tǒng)復位2.5.2復位電路

（1）積分電路型：用于產(chǎn)生低電平復位信號

1.復位電路概述2.5.2復位電路（2）微分電路型：用于產(chǎn)生高電平復位信號2.80C51基本復位電路2.5.2復位電路3.80C51芯片內復位電路2.5.2復位電路Verilog語句：always@(posedgeclkorposedge