微机原理及单片机应用技术第6章-80C51的结构和原理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,6,.1,6,.2,6,.3,80C51,系列概述,80C51,的基本结构和应用模式,80C51,典型产品资源配置与引脚封装,第六章,80C51,的结构和原理,6,.,4,80C51CPU,6,.,5,80C51,的存储器组织,6,.,6,80C51,的并行口结构,1.MCS-51,系列,MCS-51,是,Itenl,公司生产的一个单片机系列名称，型号有：,8051/8751/8031,，,8052/8752/8032,，,80C51/87C51/80C31,，,80C50/87C52/80C32,等。,生产工艺：一是：,HMOS,（高密度短沟道,MOS,工艺）；,二是：,CHMOS,工艺（互补金属氧化物的,HMOS,工艺）,CHMOS,是,CMOS,和,HMOS,的结合，既保持,HMOS,高速度和高密度的特点，还具备,CMOS,的低功耗的特点。故在单片机应用系统中应尽量采用,CHMOS,工艺芯片。,根据功能分：基本型；增强型,根据配置分：掩模,ROM,，,EPROM,和,ROMLess,（无片内程序存储器）。,6.1 80C51,系列概述,2.80C51,系列,80C51,系列：以,8051,为基核开发的,CHMOS,工艺单片机产品的通称。,常用的,80C51,系列产品有：,ATMEL,公司，,a.89,系列：,89C51,、,89C51,、,89C52,、,89C4051,等。,b.,AVR,系列：,AT90S1200/S2313/S8515,Itenl,公司：,80C31,、,80C51,、,87C51,、,80C32,、,80C52,、,87C52,等。,Philips,公司，,P87LPC,系列：,762/767/768/769,等。,P89C,系列：,51RA/RB/RC/RD,Siemens,公司，,80C,系列：,31/51/21/512/515/517/537,；,SAB,系列：,C501/502/503,；,还有,Dallas,，,LG,等公司产品。,6.2.1 80C51,的基本结构,时钟电路,4KB ROM,程序存储器,128B RAM,SFR(21),数据存储器,2,个,16,位,定时器,/,计数器,CPU,中断系统,5,中断源、,2,优先级,可编程,全双工串行口,并行,I/O,口,RST,外部时钟源,外部事件计数,串行输入,串行输出,并行口,I/O:P0P3,T0,T1,串行通信,TXD,RXD,总线控制,ALE,注：与并行口,P3,复用的引脚：串行口输入和输出引脚,RXD,和,TXD;,外部中断输入引脚 和 ；外部计数输入,T0,和,T1,；,外部数据存储器写和读控制信号,6.2 80C51,的基本结构与应用模式,CPU,系统,一个,8,位,CPU,含布尔处理器,一个时钟电路,总线控制逻辑,存储器系统,4KB,程序存储器（,ROM/EPROM/Flash,，可外扩至,64KB,）,128B,的数据存储器（,RAM,），可外扩,64KB,特殊功能寄存器,SFR,I/O,口和其他功能单元,4,个,8-bit,并行,I/O,端口,2,个,16,位定时,/,计数器,1,个全双工异步串行口,64Kbyte,扩展总线控制电路,中断系统（,5,个中断源、,2,个优先级）,6.2.2 80C51,的应用模式,一 总线型单片机应用模式,总线型应用的“三总线”模式,常用的总线型单片机有,40,个引脚，除电源，晶振输入引脚和仅能作通用的并行,I/O,口,P1,外，其余的引脚基本上是为外扩系统总线设置。这样，便于配置“三总线”结构。如下图：,P2,ALE,P0,80 C31,G,D7,D0,Q7,Q0,AB,DB,CB,74L373,总线型应用的“三总线”模式,系统可在以下情况进行扩展：,芯片内部没有程序存储器（如,80C31,）或芯片内程序存储器容量不够时（如,80C51,）；,系统需要外扩并行总线外围器件（如数模,D/A,或模数,A/D,转换器等）；,但是系统在外扩芯片太多时，会造成接线复杂，耗费资源，同时也会降低系统的可靠性。故在系统设计时，应尽量减少外扩器件的数量。,6.3 80C51,典型产品资源配置与引脚封装,分类,芯片,存储器类型及字节数,片内其他功能单元数量,型号,ROM,RAM,并口,串口,定时,/,计数器,中断源,总,线,型,基,本型,80C31,128B,4,个,1,个,2,个,5,个,80C51,4KB,掩模,128B,4,个,1,个,2,个,5,个,87C51,4KB EPROM,128B,4,个,1,个,2,个,5,个,89C51,4KB Flsh,128B,4,个,1,个,2,个,5,个,增强型,80C32,256B,4,个,1,个,3,个,6,个,80C52,4KB,掩模,256B,4,个,1,个,3,个,6,个,87C52,4KB EPROM,256B,4,个,1,个,3,个,6,个,89C52,4KB Flsh,256B,4,个,1,个,3,个,6,个,非总,线型,89C2051,2KB Flsh,128B,2,个,1,个,2,个,5,个,89C4051,4KB Flsh,128B,2,个,1,个,2,个,5,个,6.3.1 80C51,资源配置,增强型与基本型区别：,1,）片内,ROM,从,4KB,增加到,8KB;,片内,RAM,从,128KB,增加到,256KB;,定时器,/,计数器从,2,个增加到,3,个；,中断源由,5,增加到,6,；,片内,ROM,的配置形式：,1,）无,ROM,型,，应用时要在片外扩展程序存储器；,掩模,ROM,，用户程序由厂家写入；,EPROM,型，用户程序通过写入装置写入，通过紫外线照射擦除；,FlashROM,型，用户程序可电写入或擦除,；,一次性编程写入,ROM,（,OTPROM,）,引脚定义,（,1,）电源及时钟引脚（,4,个）,Vcc,：电源接入引脚；,Vss,：接地引脚；,XTAL1,：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器反相放大器的输入，若使用外部,TTL,时钟时，该引脚必须接地。,XTAL2,：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器反相放大器的输出，若使用外部,TTL,时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。,（,3,）并行,I/O,口（,32,个，分成,4,个,8,位口）,P0.0P0.7,：一般,I/O,口引脚或数据,/,低位地址总线复用引脚；,P1.0P1.7,：一般,I/O,口引脚；,P2.0P2.7,：一般,I/O,口引脚或高位地址总线引脚；,P3.0P3.7,：一般,I/O,口引脚或第二功能引脚。,6.4 80C51,单片机内部结构,2026/10/25,18,寄存器及其存储器映射如下图：,程序计数器,PC,是一个,16,位的地址寄存器，用来存放下一个要执行的指令系统，可对,64KB,的程序存储器直接寻址。具有自动加,1,功能。,指令寄存器,是一个,8,位寄存器，用于暂存待执行的指令代码，等待译码。,定时与控制电路,是将指令寄存器中的指令操作译码成的一种或集中电平信息与外部时钟（系统时钟）进行组合、形成各种按一定时间节拍变化的电平或脉冲即控制信息的部件。,功能：在,CPU,内部协调各寄存器之间的数据传送，完成,ALU,的各种算数或逻辑运算操作，对外部发出地址锁存信号,ALU,、外部,ROM,选通信号 以及读、写等控制信号。,内部数据存储器,内部,RAM,8051,单片机中共有,256,个,RAM,单元，包括低,128,个单元（地址,00H,7FH,）的内部,RAM,区和高,128B,（地址位,80H,FFH,）的特殊功能寄存器区。,内部程序存储器,内部,ROM,8051,单片机共有,4KB,的内部,ROM,，用于存放程序或表格。,I/O,口,80C51,单片机共有,4,个双向的,8,位并行,I/O,口（,P0,、,P1,、,P2,和,P3,），每一条,I/O,线都能独立地用作输入或输出。,P0,口为三态双向口，能带,8,个,TTL,门电路，,P1,、,P2,和,P3,口为准双向口，负载能力为,4,个,TTL,门电路。,其中：,P0,和,P2,口构成,80C51,系列单片机的,16,位地址总线，,P0,口还是,8,位的数据总线；,P3,口多用于第二功能输入或输出；一般只有,P1,口用于一般输入或输出。,串行口,80C51,片内有一个全双工的串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。串行口控制电路主要包括串行控制寄存器,SCON,、串行缓冲寄存器,SBUF,等，用于对串行口工作方式、数据的接收等进行控制。,定时器,/,计数器,80C51,单片机片内有两个,16,位的定时,/,计数器，即定时器,0,和定时器,1,。它们可以用于定时控制、延时以及对外部事件的计数和检测等。,7.,中断控制系统,80C51,单片机有,5,个中断源，即外部中断,2,个，定时器中断,2,个，串行中断,1,个，有,2,个中断优先级。,2026/10/25,22,6.4.2 80C51,的时钟与时序,时钟产生方式,内部时钟方式,(,常用,),外部时钟方式,2026/10/25,24,80C51,的时钟信号,1,个机器周期,：,12,个晶荡周期,（或,6,个时钟周期）,指令的执行时间称作,指令周期,（单、双、四周期）,2026/10/25,25,80C51,的典型时序,单字节指令 双字节指令,单周期指令,2026/10/25,26,双周期指令,单字节双周期：,2,个机器周期中,ALE,有效,4,次，后,3,次读操作无效。,2026/10/25,28,6.4.3 80C51,单片机的复位,复位,可使单片机,或,系统中其它部件处于确定的,初始状态,。单片机的工作就是从复位开始的。,复位电路,上电复位电路 按键与上电复位,2026/10/25,29,单片机复位后的状态,PC,=,0000,H,RAM,：,随机值,（运行中复位不改变,RAM,内容,）,SFR,：,P0,P3=,FF,H,SP=,07,H,IP,、,IE,和,PCON,：有效位为,0,PSW=,00,H,2026/10/25,31,6.5 80C51,的存储器组织,80C51,存储器可以分成两大类：,RAM,，,CPU,在运行时能随时进行数据的写入和读出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。,用来存放暂时性的输入输出数据、运算的,中间结果,或用作,堆栈,。,ROM,，写入信息后不易改写的存储器。断电后，其中的信息保留不变。,用来存放,固定的程序或数据,，如系统监控程序、常数表格等。,2026/10/25,33,6.5.1 80C51,单片机的程序存储器配置,片,内,与片,外,程序存储器的选择,EA,引脚接高电平,-,片内,一般对于片内有,ROM,的单片机采用此种接法。,2026/10/25,34,EA,引脚接地,-,片外,一般对于片内无,ROM,的单片机，可直接对,EA,接地，使得单片机自动转到片外程序存储器中取指令。,ROM,扩展,2026/10/25,36,程序存储器低端的几个特殊单元,ORG 0000H,LJMP MAIN,ORG 0003H,LJMP INT0,。,MAIN,：。,。,INT0,：。,RETI,2026/10/25,37,6.5.2 80C51,单片机数据存储器配置,片,内、,片,外,数据存储器概况,片内,RAM,及,SFR,片外,RAM,2026/10/25,38,工作寄存器区（含寄存器组,0,3,）,寄存器组,0,：地址,00H,07H,寄存器组,1,：地址,08H,0FH,寄存器组,2,：地址,10H,17H,寄存器组,3,：地址,18H,1FH,当前工作寄存器组,选择,PSW,寄存器中：,2026/10/25,39,片内,RAM,详图,2026/10/25,40,位寻址区,字节,地址,位地址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通用,RAM,区,30H,7FH,，共,80,字节,数据缓冲器,堆栈,SP,指示栈顶,复位时,SP,=,07,H,系统初始化通常,重新设置,RAM,扩展,2026/10/25,43,6.5.3 80C51,单片机的特殊功能寄存器（,SFR,）,基本型单片机有,21,个,SFR,离散地分布在,80H,FFH,空间。,与运算器相关,3,个,ACC,B,PSW,与定时,/,计数器相关,6,个,TH0,TL0,TH1,TL1,TMOD,TCON,指针类,3,个,SP,DPH,DPL,（,DPTR,）,与口相关,7,个,P0,P1,P2,P3,SBUF,SCON,PCON,与中断相关,2,个,IE,IP,2026/10/25,44,6.6 80C51,的并行口结构与操作,P0,口结构,P0,作通用,I/O,口,（不进行片外,ROM,或,RAM,扩展时,C=0,）,输,出,时,6.6.1 P0,、,P2,口的结构,2026/10/25,45,输,入,时,读锁存器（,“,读,-,修改,-,写,”,类指令，如,ANL P0,A,）,读引脚（,“,MOV,”,类指令，如,MOV A,P0,）,要先写,“,1,”,1,0,P0,作通用,I/O,时为：,准双向口,！,2026/10/25,46,P0,作地址数据总线（,进行片外,ROM,或,RAM,扩展时,C=1,）,输,出,时，,地址,/,数据,信息分时出现在输出引脚,。,输,入,时，先输出地址，然后自动使,MUX,拨向锁存器,并向锁存器写,1,，同时，再读引脚。此时为,真正双向口,。,2026/10/25,47,P2,口结构,P2,作通用,I/O,口,（,C=0,）,P2,作通用,I/O,时为：,准双向口,！,P2,作地址总线高,8,位,（,C=1,）,2026/10/25,48,P1,口结构,P1,为单功能口，仅能为通用的,准双向口,！,6.6.2 P1,、,P3,口的结构,2026/10/25,49,P3,口结构,第一功能：,通用,I/O,口（对口寻址时，,W=1,）,P3,作通用,I/O,时也为,准双向口,！,第二功能,（不对口寻址时，自动使,Q,端置,“,1,”,）,2026/10/25,50,第二功能引脚名称,P3.0,：,RXD,（串行口输入）,P3.1,：,TXD,（串行口输出）,P3.2,：,INT0,（外部中断,0,输入）,P3.3,：,INT1,（外部中断,1,输入）,P3.4,：,T0,（定时器,0,的外部输入）,P3.5,：,T1,（定时器,1,的外部输入）,P3.6,：,WR,（片外数据存储器,“,写,”,选通控制输出）,P3.7,：,RD,（片外数据存储器,“,读,”,选通控制输出）,2026/10/25,51,四个口结构与功能小结,P0,、,P1,、,P2,、,P3,作通用,I/O,时均为准双向口，进行读入操作时，需要先向口写入高电平,“,1,”,P0,、,P2,在扩展,ROM,或,RAM,时传送地址，,P2,传送高八位，,P0,低八位,P0,作地址数据总线时是真正的双向口（数据双向）,P3,不进行,I/O,操作时可以作为第二功能使用。,P0,在使用时必须外加上拉电阻，其他口不用。,2026/10/25,52,6.6.3,并行口驱动简单外设,并行口的负载能力（,AT89S52,),每根口线最大可吸收,10mA,的（灌）电流,P0,口吸收电流的总和不能超过,26mA,P1,、,P2,和,P3,每个口吸收电流的总和限制在,15mA,4,个口所有口线的吸收电流总和限制在,71mA,2026/10/25,53,驱动简单的输出设备,驱动,LED(,发光二极管）,LED,典型工作点：,1.75V,10mA,。,单个,LED,驱动特性如下图：,2026/10/25,54,多个,LED,驱动如下图：,并口直接驱动 经缓冲器驱动,（亮度不理想）,(74LS245,：单根线,25mA,总和,75mA),2026/10/25,55,驱动,LED,数码管,公共电阻限流 各路分别限流,2026/10/25,56,dp,g,f,e,d,c,b,a,0,0,0,0,0,1,1,0,共阴极,字形,“,1,”,编码示例：,06,H,2026/10/25,57,驱动蜂鸣器,有源,蜂鸣器：接额定电压就可连续发声,无源,蜂鸣器：接入变频方波，可得到不同音调的声音,直接驱动 经晶体管驱动,蜂鸣器是常用的电声转换器件，分压电式和电磁式，常用电磁式。,输出驱动继电器控制接口,驱动大功率接口,驱动大电流负载接口,2026/10/25,60,驱动简单的输入设备,简单开关及输入接口,2026/10/25,61,开关闭合与断开时的抖动及去抖电路,按键较少时：去抖电路,按键较多时：软件延时,通常为,10ms,弱电平信号输入接口（放大）,强开关信号输入接口,