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1、v课程主讲人：vV3V3第第2 2章章80C5180C51的结构和原理的结构和原理2022-5-122022-5-122第第2 2章章 80C5180C51的结构和原理的结构和原理80C5180C51的基本结构与应用模式的基本结构与应用模式2.180C5180C51典型资源配置与引脚封装典型资源配置与引脚封装2.280C5180C51单片机的单片机的CPUCPU2.380C51的存储器组织的存储器组织2.480C51的并行口结构与操作的并行口结构与操作2.5应用案例应用案例AT89S51单片机最小系统单片机最小系统2.62022-5-122022-5-1232.12.1 80C5180C51的
2、的基本结构与应用模式基本结构与应用模式2.1.1 80C512.1.1 80C51的基本结构的基本结构2022-5-122022-5-1242.1.2 80C512.1.2 80C51的应用模式的应用模式v 带总线扩展引脚的产品带总线扩展引脚的产品扩展总线的应用模式扩展总线的应用模式 不扩展总线的应用模式不扩展总线的应用模式 2022-5-122022-5-125 没有总线扩展引脚的产品没有总线扩展引脚的产品 引脚数减少、体积减小。对于不需进行并行外引脚数减少、体积减小。对于不需进行并行外围扩展，装置的体积要求苛刻且程序量不大的系围扩展，装置的体积要求苛刻且程序量不大的系统极其适合。统极其适合
3、。2022-5-122022-5-1262.22.2 80C5180C51典型产品资源配置与引脚封装典型产品资源配置与引脚封装2.2.1 80C512.2.1 80C51典型产品资源配置典型产品资源配置2022-5-122022-5-127 由表可见：由表可见： 增强型与基本型的几点不同：增强型与基本型的几点不同：v 片内片内ROMROM：从：从4K4K增加到增加到8K8Kv 片内片内RAMRAM：从：从128128增加到增加到256256v 定时定时/ /计数器：从计数器：从2 2个增加到个增加到3 3个个v 中断源：从中断源：从5 5个增加到个增加到6 6个。个。 2022-5-12202
4、2-5-128 片内片内ROMROM的配置形式：的配置形式：v 无无ROM型，要在片外扩展程序存储器；型，要在片外扩展程序存储器；v 掩膜掩膜ROM型，程序由芯片生产厂写入；型，程序由芯片生产厂写入；v EPROM型，程序通过写入装置写入；型，程序通过写入装置写入；v FlashROM型，程序可电写入（常用）。型，程序可电写入（常用）。2022-5-122022-5-1292.2.2 80C512.2.2 80C51的引脚封装的引脚封装2022-5-122022-5-1210具有总线扩展引脚具有总线扩展引脚DIP40DIP40封装封装：1 1电源及时钟引脚电源及时钟引脚(4(4个个) )nVc
5、c：电源接入引脚。：电源接入引脚。nVss：接地引脚。：接地引脚。nXTAL1：晶体振荡器接入的一个：晶体振荡器接入的一个引脚。引脚。nXTAL2：晶体振荡器接入的另一：晶体振荡器接入的另一个引脚。个引脚。2 2控制线引脚控制线引脚(4(4个个) )nRST/VPD：复位信号输入引脚：复位信号输入引脚/备用电源输入引脚。备用电源输入引脚。nALE/PROG ：地址锁存允许信号：地址锁存允许信号输出引脚输出引脚/编程脉冲输入引脚。编程脉冲输入引脚。nEA/VPPEA/VPP：内外存储器选择引：内外存储器选择引脚脚/ /片内片内EPROMEPROM（或（或FlashROMFlashROM）编程电压
6、输入引脚。编程电压输入引脚。nPSENPSEN：外部程序存储器选通：外部程序存储器选通信号输出引脚。信号输出引脚。3 3并行并行I/OI/O引脚引脚(32(32个，分成个，分成4 4个个8 8位口位口) )nP0.0P0.0P0.7P0.7：一般：一般I/OI/O口引口引脚或数据脚或数据/ /低位地址总线复低位地址总线复用引脚。用引脚。nP1.0P1.0P1.7P1.7：一般：一般I/OI/O口引口引脚。脚。nP2.0P2.0P2.7P2.7：一般：一般I/OI/O口引口引脚或高位地址总线引脚。脚或高位地址总线引脚。nP3.0P3.0P3.7P3.7：一般：一般I/OI/O口引口引脚或第二功能
7、引脚。脚或第二功能引脚。2022-5-122022-5-12112.3 80C512.3 80C51的的CPUCPU2022-5-122022-5-12122.3.1 CPU2.3.1 CPU的功能单元的功能单元v 运算器运算器v 累加器累加器ACC ACC v 寄存器寄存器B Bv PSWPSW vCYCY：进位、借位标志。有进位、借位时：进位、借位标志。有进位、借位时 CY=1 CY=1，否则，否则CY=0CY=0；vACAC：辅助进位、借位标志。低半字节向上有进位或借位时，：辅助进位、借位标志。低半字节向上有进位或借位时，AC=1AC=1， 否则否则AC=0AC=0；vF0F0：用户标志
8、位，由用户自己定义；：用户标志位，由用户自己定义；vRS1RS1、RS0RS0：当前工作寄存器组选择位。：当前工作寄存器组选择位。0000、0101、1010、1111分别对应分别对应0 0组、组、1 1组、组、2 2组、组、3 3组；组；vOVOV：溢出标志位。有溢出时：溢出标志位。有溢出时OV=1OV=1，否则，否则OV=0OV=0；vP P： 奇偶标志位。存于奇偶标志位。存于ACCACC中的运算结果有奇数个中的运算结果有奇数个“1 1”时时P=1P=1，否则，否则P=0P=0。2022-5-122022-5-1213v 控制器控制器v 程序计数器程序计数器PC PC v 指令寄存器指令寄
9、存器IR IR v 定时与控制逻辑定时与控制逻辑v 其他寄存器其他寄存器v 程序计数器程序计数器PC PC v 数据指针数据指针DPTRDPTRv 堆栈指针堆栈指针SPSPv 工作寄存器工作寄存器R0R0R7R72022-5-122022-5-1214寄存器及其存储器映射如下图：寄存器及其存储器映射如下图：2022-5-122022-5-12152.3.2 80C512.3.2 80C51的时钟与时序的时钟与时序v 时钟产生方式时钟产生方式内部时钟方式内部时钟方式 外部时钟方式外部时钟方式 2022-5-122022-5-1216v 80C5180C51的时钟信号的时钟信号2022-5-122
10、022-5-1217v 80C51 80C51的典型时序的典型时序 单字节指令单字节指令 双字节指令双字节指令 v 单周期指令单周期指令2022-5-122022-5-1218v 双周期指令双周期指令2022-5-122022-5-1219v 访问外部访问外部RAM的双周期指令时序的双周期指令时序 2022-5-122022-5-12202.3.3 80C512.3.3 80C51单片机的复位单片机的复位复位复位可使单片机可使单片机或或系统部件处于确定的系统部件处于确定的初始状态初始状态。 v 复位电路复位电路 上电复位电路上电复位电路 按键与上电复位按键与上电复位 2022-5-122022
11、-5-1221v 单片机复位后的状态单片机复位后的状态v PC PC = = 00000000H Hv RAMRAM：随机值随机值（运行中复位不改变（运行中复位不改变RAMRAM内容内容 ）v SFRSFR： P0P0P3=P3=FFFFH H SP= SP=0707H H IP IP、IEIE和和PCONPCON：有效位为：有效位为0 0 PSW= PSW=0000H H2022-5-122022-5-12222.4 80C512.4 80C51的存储器组织的存储器组织80C5180C51存储器可以分成两大类：存储器可以分成两大类：v RAMRAM，CPUCPU在运行时能随时进行数据的写入和
12、读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。出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。用用来存放暂时性的输入输出数据、运算的来存放暂时性的输入输出数据、运算的中间结果中间结果或或用作用作堆栈堆栈。v ROMROM，写入信息后不易改写的存储器。断电后，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。其中的信息保留不变。用来存放用来存放固定的程序或数据固定的程序或数据，如系统监控程序、常数表格等。如系统监控程序、常数表格等。 2022-5-122022-5-12232.4.1 80C512.4.1 80C51单片机的程序存储器配置单片机的程序存储器配置v片片
13、内内与片与片外外程序存储器的选择程序存储器的选择 v EAEA引脚接高电平引脚接高电平-片内片内2022-5-122022-5-1224v EAEA引脚接高地引脚接高地-片外片外2022-5-122022-5-1225v 程序存储器低端的几个特殊单元程序存储器低端的几个特殊单元 2022-5-122022-5-1226v 程序存储器中的指令代码及其观察程序存储器中的指令代码及其观察 2022-5-122022-5-12272.4.2 80C512.4.2 80C51单片机数据存储器配置单片机数据存储器配置v片片内、内、片片外外数据存储器概况数据存储器概况 片内片内RAMRAM及及SFR SFR
14、 片外片外RAM RAM 2022-5-122022-5-1228v工作寄存器区（含寄存器组工作寄存器区（含寄存器组0 0 3 3） v 寄存器组寄存器组0 0：地址：地址00H00H07H07H v 寄存器组寄存器组1 1：地址：地址08H08H0FH0FHv 寄存器组寄存器组2 2：地址：地址10H10H17H17Hv 寄存器组寄存器组3 3：地址：地址18H18H1FH1FH当前工作寄存器组当前工作寄存器组选择选择 v PSWPSW寄存器中：寄存器中： 2022-5-122022-5-1229片内片内RAMRAM详图详图 2022-5-122022-5-1230字节字节地址地址位地址位地
15、址D7D6D5D4D3D2D1D020H07H06H05H04H03H02H01H00H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H22H17H16H15H14H13H12H11H10H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H24H27H26H25H24H23H22H21H20H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H26H37H36H35H34H33H32H31H30H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H28H47H46H45H44H43H42H41H40H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H2AH57H56H55H5
16、4H53H52H51H50H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78Hv位寻址区位寻址区：内部内部RAMRAM的的20H20H 2FH2FH共共1616个字节是位寻址区个字节是位寻址区2022-5-122022-5-1231v通用通用RAMRAM区区 v 30H30H7FH7FH，共，共8080字节字节 v 数据缓冲数据缓冲 v 堆栈堆栈 SPSP指示栈顶指示栈顶 复位
17、时复位时SPSP= =0707H H 系统初始化通常系统初始化通常重新设置重新设置2022-5-122022-5-1232RAMRAM内容查看内容查看 2022-5-122022-5-12332.4.3 80C512.4.3 80C51单片机的特殊功能寄存器（单片机的特殊功能寄存器（SFRSFR）基本型单片机有基本型单片机有2121个个SFRSFR离散地分布在离散地分布在80H80HFFHFFH空间。空间。 v与运算器相关与运算器相关3 3个个 v ACCACCv B Bv PSWPSWv与定时与定时/ /计数器相关计数器相关6 6个个 v TH0,TL0TH0,TL0v TH1,TL1TH1
18、,TL1v TMODTMODv TCON TCONv指针类指针类3 3个个 v SPSPv DPH,DPLDPH,DPLv与口相关与口相关7 7个个 v P0,P1,P2,P3P0,P1,P2,P3v SBUFSBUFv SCON SCONv PCONPCONv与中断相关与中断相关2 2个个 v IEIEv IPIP2022-5-122022-5-12342022-5-122022-5-12352022-5-122022-5-12362.5 80C512.5 80C51的并行口结构与操作的并行口结构与操作v P0P0口结构口结构 v P0P0作通用作通用I/OI/O口口（当（当EA=1EA=1
19、或或“MOVMOV”传送时传送时C=0C=0）2.5.1 P02.5.1 P0、P2P2口的结构口的结构2022-5-122022-5-1237输输出出时时2022-5-122022-5-1238输输入入时时v 读锁存器（读锁存器（“读读- -修改修改- -写写”类指令，如类指令，如ANL P0,AANL P0,A） 1 10 0P0P0作通用作通用I/OI/O时为时为准双向口！准双向口！v 读引脚（读引脚（“MOVMOV”类指令，如类指令，如MOV A, P0MOV A, P0）, ,要先写要先写“1 1” 2022-5-122022-5-1240v P0P0作地址数据总线（作地址数据总线（
20、当当EA=1EA=1或或“MOVXMOVX”类传送时类传送时C=1C=1） v 输输出出时，时，地址地址/ /数据数据信息分时出现在输出引脚信息分时出现在输出引脚。v 输输入入时，先输出地址，然后时，先输出地址，然后自动向锁存器写自动向锁存器写1 1，再读引脚。此时为，再读引脚。此时为真正双向口真正双向口。2022-5-122022-5-1241v P2P2口结构口结构 v P2P2作通用作通用I/OI/O口口（未扩片外存储器，或虽扩（未扩片外存储器，或虽扩RAMRAM但采用但采用“MOVX RiMOVX Ri”传送时传送时C=0C=0）P2P2作通用作通用I/OI/O时为：时为：准双向口准双
21、向口！v P2P2作地址总线高作地址总线高8 8位位（C=1C=1）2022-5-122022-5-1243v P1P1口结构口结构 P1P1仅能为通用的仅能为通用的准双向口准双向口！2.5.2 P12.5.2 P1、P3P3口的结构口的结构2022-5-122022-5-1244v P3P3口结构口结构 v 第一功能：第一功能：通用通用I/OI/O口（对口寻址时）口（对口寻址时）2022-5-122022-5-1245v 第二功能第二功能（不对口寻址时）（不对口寻址时）v P3.0 P3.0 ：RXDRXD（串行口输入）（串行口输入）v P3.1 P3.1 ：TXDTXD（串行口输出）（串行
22、口输出）v P3.2 P3.2 ：INT0INT0（外部中断（外部中断0 0输入）输入）v P3.3 P3.3 ：INT1INT1（外部中断（外部中断1 1输入）输入） v P3.4 P3.4 ：T0T0（定时器（定时器0 0的外部输入）的外部输入） v P3.5 P3.5 ：T1T1（定时器（定时器1 1的外部输入）的外部输入）v P3.6 P3.6 ：WRWR（片外数据存储器（片外数据存储器“写写”选通控制输出）选通控制输出）v P3.7 P3.7 ：RDRD（片外数据存储器（片外数据存储器“读读”选通控制输出）选通控制输出） 2022-5-122022-5-12462.5.3 2.5.3
23、 并行口驱动简单外设并行口驱动简单外设v 并行口的负载能力（并行口的负载能力（AT89S52AT89S52) )v 每根口线最大可吸收每根口线最大可吸收10mA10mA的（灌）电流的（灌）电流 v P0P0口吸收电流的总和不能超过口吸收电流的总和不能超过26mA26mA v P1P1、P2P2和和P3P3每个口吸收电流的总和限制在每个口吸收电流的总和限制在15mA15mA v 4 4个口所有口线的吸收电流总和限制在个口所有口线的吸收电流总和限制在71mA71mA 2022-5-122022-5-12472 26 6 应用案例应用案例AT89S51AT89S51单片机最小系统单片机最小系统v2.
24、6.1 2.6.1 最小系统的硬件构成最小系统的硬件构成2022-5-122022-5-1248vAT89ISPAT89ISP下载插座下载插座v 在PC上运行专用下载软件就可以将程序代码下载到AT89S系列单片机中。v如果单片机选用STC89系列，该系列单片机使用串行口RXD（P3.0）、TXD（P3.1）实现ISP功能，而单片机的串行口为TTL电平，PC机接口为RS232或USB接口，因此需要将PC机的RS232或USB接口转换成单片机TTL串口（市场上有相应的转换器）。用转换器连接后，在PC机上运行STC-ISP下载软件就可将程序写入单片机中。2022-5-122022-5-12492.6.2 2.6.2 最小系统添加简单最小系统添加简单I/OI/O设备设备单片机连接简单I/O设备的电路:v由于单片机的I/O口的结构决定了它灌电流能力较强，所以一般都采用低电平点亮LED的方式。另外，低电平驱动LED也简化了程序控制代码，避免了单片机上电复位时由于I/O口输出高电平而对LED的影响。