2.80C51的结构和原理——2020-03-14

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80C51的结构和原理

2.1 80C51 系列概述

  • 8051是Intel公司 MCS-51系列的典型 品种,采用HMOS工 艺 。
  • 以8051为基核的CMOS 产品统称为80C51系列。 与原来工艺相比,特点是 低功耗。

2.1.1 80C51 的基本结构与应用模式

80C51 单片机基本结构
  • CPU与其他部件间通过三总线连接
    • AB:地址总线
    • DB:数据总线
    • CB:控制总线

80C51单片机基本型包含

80C51单片机由CPU(含运算器、控制器及一些寄存器)、存储器、 I/O口、及基本外设组成。

  • CPU系统


    CPU系统
  • 存储器系统


    存储器系统

RAM被称为随机读 写存储器。 用于存放数据 。 具有易失性:芯片掉 电后,其内的信息消失。

ROM被称为只读存储器。 用于存放程序。 具有非易失性:掉电后其内 的信息依然存在。
注: 它们都可以外扩64K

  • I/O口


    I/O口
  • 其他功能单元(片内外设)


单片机的引脚分部及功能

80C51单片机的CPU

80C51单片机的CPU

中央处理单元(80C51 CPU)

  • 运算器
  • 控制器
1.运算器
  • ➢8位的算数逻辑单元ALU

可对4位、8位、16位数据进行操作

  • ➢8位累加器ACC(A)

  • ➢8位程序状态寄存器PSW

指示指令执行后的状态信息,供查询和判别用

  • ➢8位寄存器B

在乘除运算时,用来存放一个操作数,也用来存放运算 后的一部分结果。

  • ➢布尔处理器

专门用于处理位操作的,以PSW中的C为其累加器

  • ➢2个8位暂存器
2.控制器
  • 程序计数器

    • 由两个8位计数器PCH:高八位;PCL:低八位组成
    • PC是程序的字节地址计数器,PC内容为将要执行的指令地址
    • 改变PC内容,改变执行的流向
    • PC可对64KB的ROM直接寻址,也可对89C51片内ROM寻址
  • 指令寄存器IR及指令译码器ID

    • 由PC中的内容指定ROM地址
    • 取出来的指令经IR送至ID(指令译码器)
    • 由ID对指令译码产生一定序列的控制信号,以执行指令所规定的操作
  • 振荡器和定时电路

    • 89C51单片机片内有振荡电路,只需外接石英晶体和频率微调电容(2个 30pF左右),其频率范围为1.2 MHz-12MHz。该信号作为89C51工作 的基本节拍即时间的最小单位。

2.380C51单片机的小系统

- 电源 :提供能量
- 时钟脉冲 :提供控制节拍
- 复位电路 :指定开始读取指令的地址
- 存储器设置电路 :设置程序存放和读取的位置
电源
时钟脉冲
复位电路
存储器设置电路
最小系统
80C51的时序
  • 1.振荡周期:为单片机提供时钟信号的振荡源的周期
  • 2.状态周期:是振荡源信号经二分频后形成的时钟脉冲信号
  • 3.机器周期:通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器 周期。6个状态周期
  • 4.指令周期:是指CPU执行一条指令所需要的时间。一个指 令周期通常含有1~4个机器周期。


    80C51的时序

80C51单片机的存储器组织

相关概念
存储单元

地址线:是用来传输地址信息用的。 举个简单的例子:cpu在内存或硬盘里面寻找一个数据时,先通过地址线找到地址,然后再通过数据线将数据取出来。

存储器与地址线关系

AT89C51单片机存储器结构

SFR:特殊功能寄存器
EA:其值决定先访问片内还是先访问片外

AT89C51单片机存储器结构
1.程序存储器

作用:存储程序和重要的数据
以下地址为专用,使用时要留出来


程序存储器的入口地址
2.数据存储器
数据存储器
数据存储器
MCS-51 单片机片内RAM的配置图

工作寄存器区:32字节,分4组,每组分为8字节,1个字节对应一个工作寄存器

通过设定PSW寄存器中RS1和RS0来选择不同寄存器组


位寻址区:对应字节地址为20H到2FH的区域,共16个字节,共128个位。


内部RAM中位地址表

普通RAM区:对这部份区域的使用不作任何规定和限制,但应说明的是,堆栈一般开辟在这个区域。

  • 特殊功能寄存器SFR(Special Function Register):功能:管理各功能器件,如定时器、串行口、中断系统、外 围芯片等;用户通过对SFR编程可方便地管理所有功能部件。
    SFR区

    80C51 特殊功能寄存器位地址及字节地址表


80C51单片机的并口

各端口特点
单片机的引脚(P1口)
P1口

进来是什么,
Q出去就是什么
Q非(/Q)相反

输出数据1

输出数据0
输入数据
点亮LED

灭LED
做输入应用
小结
  • 每一个I/O口都可以独立地作输入或输出口使用,但P0和P2在访问 外部存储器时作地址/数据总线,此时它们将不能再作为I/O口使用。
  • 当I/O口作为输入时,必须通过程序输出1使FET截止,这样从“管 脚Px.x”输入的信号才能在“读管脚”信号的帮助下被正确读走。
  • P1、P2、P3因为内部上拉电阻而被称为“准双向口”。在作输入时, 上拉电阻将“管脚Px.x”拉高并在外设输入低电平时向外输出电流。
  • P0口没有内部上拉电阻,是一个真正的双向口。作输入时因开漏结构而浮地。
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