信息與通信C的結(jié)構(gòu)和原理

2023/12/612.1

80C51系列概述2.1.1MCS-51系列

8051/8751/80318052/8752/803280C51/87C51/80C3180C52/87C52/80C32等

MCS-51是Intel公司生產(chǎn)的一個單片機系列名稱。這一系列的單片機有多種，如：2023/12/62生產(chǎn)工藝有兩種：在產(chǎn)品型號中凡帶有字母“C”的即為CHMOS芯片，CHMOS芯片的電平既與TTL電平兼容，又與CMOS電平兼容。如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）。2023/12/63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：8051/8751/803180C51/87C51/80C312023/12/64在片內(nèi)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(nèi)無程序存儲器。2023/12/652.1.280C51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(chǎn)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(chǎn)品。2023/12/662.2

80C51的基本結(jié)構(gòu)與應(yīng)用模式2.2.180C51的基本結(jié)構(gòu)2023/12/672.2.280C51的應(yīng)用模式

帶總線擴展引腳的產(chǎn)品擴展總線的應(yīng)用模式不擴展總線的應(yīng)用模式

2023/12/68沒有總線擴展引腳的產(chǎn)品引腳數(shù)減少、體積減小。對于不需進(jìn)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。典型產(chǎn)品,如：AT89S2051/AT89S4051。2023/12/692.3

80C51典型產(chǎn)品資源配置與引腳封裝2.3.180C51典型產(chǎn)品資源配置2023/12/610由表可見：增強型與基本型的幾點不同：片內(nèi)ROM：從4K增加到8K

片內(nèi)RAM：從128增加到256

定時/計數(shù)器：從2個增加到3個中斷源：從5個增加到6個。

2023/12/611無ROM型，要在片外擴展程序存儲器；掩膜ROM型，程序由芯片生產(chǎn)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(nèi)ROM的配置形式：還有OTPROM(OneTimeProgrammableRead-OnlyMemory

)型，具有較高的可靠性。2023/12/6122.3.280C51的引腳封裝2023/12/61340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。2023/12/614（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(yīng)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(fù)用功能。

(1)RST/VPD(9腳)：復(fù)位與備用電源。

(2)ALE/PROG（30腳）：第一功能:ALE(AddressLatchEnable)為地址鎖存允許，可驅(qū)動8個LS型TTL負(fù)載。第二功能:PROG(ProgrammingPulse)為編程脈沖輸入端。2023/12/615

(3)PSEN（ProgramStoreEnable，29腳）：外部程序存儲器的讀選通信號。可驅(qū)動8個LS型TTL負(fù)載。

(4)EA/VPP(ExternalAccessEnable/VoltagePulseofProgramming，31腳)

EA為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端。

EA=1，訪問片內(nèi)程序存儲器，但在PC（程序計數(shù)器）值超過0FFFH（對于8051、8751）時，即超出片內(nèi)程序存儲器的4K字節(jié)地址范圍時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。

EA=0，單片機則只訪問外部程序存儲器。2023/12/616

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VPP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(shù)據(jù)總線分時復(fù)用口，可驅(qū)動8個LS型TTL負(fù)載。

(2)P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。

(3)P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。2023/12/617

(4)P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。注意:準(zhǔn)雙向口與雙向三態(tài)口的差別。當(dāng)3個準(zhǔn)雙向I/O口作輸入口使用時，要向該口先寫“1”。準(zhǔn)雙向I/O口無高阻“浮空”狀態(tài)。2023/12/6182.480C51的CPU2023/12/6192.4.1CPU的功能單元

運算器累加器ACC

寄存器BPSW

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(shù)器PC(ProgramCounter)

數(shù)據(jù)指針DPTR(DataPointer)

堆棧指針SP(StackPointer),

工作寄存器R0~R72023/12/620運算器:

對操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)、邏輯運算和位操作。1．算術(shù)邏輯運算單元ALU（ArithmeticLogicUnit

）2．累加器A（Accumulator）

使用最頻繁的寄存器，可寫為Acc。

A的作用：（1）是ALU的輸入之一，又是運算結(jié)果的存放單元。（2）數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器A。MCS-51增加了一部分可以不經(jīng)過累加器的傳送指令，即可加快數(shù)據(jù)的傳送速度，又減少A的“瓶頸堵塞”現(xiàn)象。

A的進(jìn)位標(biāo)志Cy同時又是位處理機的位累加器。2023/12/6213．程序狀態(tài)字寄存器PSW(ProgramStatusWord)

（1）Cy（PSW.7）進(jìn)位標(biāo)志位（Carry）（2）Ac(PSW.6)輔助進(jìn)位標(biāo)志位（Accessorial

Carry）（3）F0（PSW.5）用戶使用的狀態(tài)標(biāo)志位。（4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：4組工作寄存器區(qū)選擇控制位1和位0。2023/12/6222023/12/623

RS1RS0所選的4組寄存器

000區(qū)（內(nèi)部RAM地址00H～07H）

011區(qū)（內(nèi)部RAM地址08H～0FH）

102區(qū)（內(nèi)部RAM地址10H～17H）

113區(qū)（內(nèi)部RAM地址18H～1FH）（5）OV（PSW.2）溢出標(biāo)志位（Overflow）指示運算是否產(chǎn)生溢出。各種算術(shù)運算指令對該位的影響情況較復(fù)雜，將在第3章介紹。（6）PSW.1位:保留位，未用（7）P(PSW.0)奇偶標(biāo)志位（Parity）

P=1，A中“1”的個數(shù)為奇數(shù)

P=0，A中“1”的個數(shù)為偶數(shù)2023/12/624控制器

1．程序計數(shù)器PC（ProgramCounter）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(shù)器自動加1

（2）執(zhí)行有條件轉(zhuǎn)移或無條件轉(zhuǎn)移指令時，PC將被置入新的數(shù)值，從而使程序的流向發(fā)生變化。（3）執(zhí)行子程序調(diào)用或中斷調(diào)用，完成下列操作： ①PC的現(xiàn)行值保護(hù) ②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(InstructionRegister)、指令譯碼器及控制邏輯電路2023/12/625寄存器及其存儲器映射如下圖：2023/12/6262.4.280C51的時鐘與時序時鐘產(chǎn)生方式內(nèi)部時鐘方式外部時鐘方式

2023/12/627

80C51的時鐘信號1個機器周期：12個晶蕩周期（或6個狀態(tài)周期）指令的執(zhí)行時間稱作指令周期（單、雙、四周期）2023/12/62880C51的典型時序單字節(jié)指令雙字節(jié)指令

單周期指令2023/12/629雙周期指令

2個機器周期中ALE有效4次，后3次讀操作無效。

2023/12/630訪問外部RAM的雙周期指令時序

第二機器周期無讀操作碼的操作，而是進(jìn)行外部數(shù)據(jù)存儲器的尋址和數(shù)據(jù)選通。ALE信號會出現(xiàn)非周期現(xiàn)象。

2023/12/6312.4.380C51單片機的復(fù)位復(fù)位可使單片機或系統(tǒng)部件處于確定的初始狀態(tài)。

復(fù)位電路上電復(fù)位電路按鍵與上電復(fù)位2023/12/632單片機復(fù)位后的狀態(tài)

PC=0000H

RAM：隨機值（運行中復(fù)位不改變RAM內(nèi)容）

SFR(SpecialFunctionRegister

)：

P0~P3=FFHSP=07HIP、IE和PCON：有效位為0PSW=00HSP(StackPointer),IP(InterruptPriority),IE(InterruptEnable),PCON(PowerControl)2023/12/6332.580C51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(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀出，但在關(guān)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(shù)據(jù)、運算的中間結(jié)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(shù)據(jù)，如系統(tǒng)監(jiān)控程序、常數(shù)表格等。

2023/12/6342.5.180C51單片機的程序存儲器配置片內(nèi)與片外程序存儲器的選擇

EA引腳接高電平---片內(nèi)2023/12/635

EA引腳接高地---片外2023/12/636程序存儲器低端的幾個特殊單元2023/12/637程序存儲器中的指令代碼及其觀察2023/12/6382.5.280C51單片機數(shù)據(jù)存儲器配置片內(nèi)、片外數(shù)據(jù)存儲器概況片內(nèi)RAM及SFR片外RAM2023/12/639工作寄存器區(qū)（含寄存器組0~3）寄存器組0：地址00H~07H

寄存器組1：地址08H~0FH寄存器組2：地址10H~17H寄存器組3：地址18H~1FH當(dāng)前工作寄存器組選擇

PSW寄存器中：

2023/12/640片內(nèi)RAM詳圖2023/12/641位尋址區(qū)字節(jié)地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H07H06H05H04H03H02H01H00H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H22H17H16H15H14H13H12H11H10H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H24H27H26H25H24H23H22H21H20H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H26H37H36H35H34H33H32H31H30H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H28H47H46H45H44H43H42H41H40H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2023/12/642通用RAM區(qū)

30H~7FH，共80字節(jié)

數(shù)據(jù)緩沖

堆棧

SP指示棧頂復(fù)位時SP=07H

系統(tǒng)初始化通常重新設(shè)置2023/12/643RAM內(nèi)容查看2023/12/6442.5.380C51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80H~FFH空間。與運算器相關(guān)3個

ACC

B

PSW與定時/計數(shù)器相關(guān)6個

TH0,TL0

TH1,TL1

TMODTCON指針類3個

SP

DPH,DPL與口相關(guān)7個

P0,P1,P2,P3

SBUFSCON

PCON與中斷相關(guān)2個

IE

IP2023/12/645DPH(DataPointerHigh)DPL(DataPointerLow)SBUF(SerialDataBuffer)SCON(SerialControl)TH0(TimerHigh0)TL0(TimerLow0)TH1(TimerLow1)TL1(TimerLow2)TMOD(TimerMode)TCON(TimerControl)2023/12/646小結(jié)80C51的程序計數(shù)器PC是16位的，對于程序存儲器的尋址范圍是64KB，片內(nèi)片外統(tǒng)一編址，即0000H~FFFFH，由EA的狀態(tài)決定內(nèi)外；80C51的數(shù)據(jù)存儲器分為片內(nèi)RAM和片外RAM兩大部分，片內(nèi)共128B（00H~FFH），片外可達(dá)64KB（0000H~FFFFH）；基本型單片機片內(nèi)RAM地址范圍是00H~7FH，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(nèi)RAM地址范圍是00H~FFH，其中高128B的內(nèi)部RAM地址與SFR重疊，需采用間接尋址的方式訪問。2023/12/6472.680C51的并行口結(jié)構(gòu)與操作P0口結(jié)構(gòu)

P0作通用I/O口（當(dāng)EA=1或“MOV”傳送時C=0）輸出時2.6.1P0、P2口的結(jié)構(gòu)2023/12/648輸入時

讀鎖存器（“讀-修改-寫”類指令，如ANLP0,A）

讀引腳（“MOV”類指令，如MOVA,P0）,要先寫“1”

10P0作通用I/O時為：準(zhǔn)雙向口！2023/12/649

P0作地址數(shù)據(jù)總線（當(dāng)EA=1或“MOVX”類傳送時C=1）輸出時，地址/數(shù)據(jù)信息分時出現(xiàn)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。2023/12/650P2口結(jié)構(gòu)

P2作通用I/O口（未擴片外存儲器，或雖擴RAM但采用“MOVX@Ri”傳送時C=0）P2作通用I/O時為：準(zhǔn)雙向口！

P2作地址總線高8位（C=1）2023/12/651P1口結(jié)構(gòu)

P1僅能為通用的準(zhǔn)雙向口！2.6.2P1、P3口的結(jié)構(gòu)2023/12/652P3口結(jié)構(gòu)

第一功能：通用I/O口（對口尋址時）2023/12/653

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）