C51结构解析.ppt

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1、第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 1第第2 2章章 80C5180C51的结构和原理的结构和原理2.1 80C512.1 80C51内部结构与引脚功能内部结构与引脚功能2.2 80C512.2 80C51的的CPUCPU2.3 80C512.3 80C51的存储器组织的存储器组织2.4 80C512.4 80C51单片机并行口单片机并行口2.5 80C512.5 80C51单片机最小系统单片机最小系统第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 2学习目标学习目标 （1 1）理解）理解80C51

2、80C51的的CPUCPU结构及存储器配置结构及存储器配置（2 2）掌握）掌握80C5180C51复位和时钟电路应用复位和时钟电路应用（3 3）熟悉）熟悉80C5180C51并行口的结构原理和应用特点并行口的结构原理和应用特点重点内容重点内容（1 1）80C51 CPU80C51 CPU工作原理及存储器组织工作原理及存储器组织（2 2）80C5180C51复位和时钟电路的典型形式复位和时钟电路的典型形式（3 3）80C5180C51并行口的驱动方法并行口的驱动方法第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 32.1 80C512.1 80C51内部

3、结构与引脚功能内部结构与引脚功能80C5180C51和和MCS-51MCS-51的关系的关系80518051是是MCS-51MCS-51系列单片机的典型品种。以系列单片机的典型品种。以80518051为基为基核开发出的核开发出的CHMOSCHMOS工艺单片机产品统称为工艺单片机产品统称为80C5180C51。（1 1）在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两大）在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两大类：类：（2 2）在片内程序存储器的配置上，该系列单片机）在片内程序存储器的配置上，该系列单片机 有三种形式，即掩膜有三种形式，即掩膜ROMROM、EPROMEPROM和和ROMLess(ROM

4、Less(无片内程无片内程序存储器序存储器)。如：。如：第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 42.1.1 80C512.1.1 80C51内部结构内部结构n CPU8位，布尔处理，时钟电路，总线控制n 存储器ROM,4KB，RAM,128B，SFR,21n I/O接口并口,4个8位，UART,1个，定时计数器，2个，中断源，5个80C5180C51单片机内部包含以下功能模块：单片机内部包含以下功能模块：第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 5RAMRAM P0 P0口口串行口串行口 定时器

5、定时器 计数器计数器特殊特殊功能功能寄存器寄存器（SFRSFR）中断中断系统系统微处理器微处理器ALUALU控制逻辑控制逻辑 P2 P2口口 P1 P1口口 P3 P3口口ROM/EPROMROM/EPROMCPUCPU内部内部 总线总线VccVccVssVssXTAL1XTAL1XTAL2XTAL2PSENPSEN EAEAALEALERESETRESETP P2.02.0PP2.72.7P P0.00.0PP0.70.78 88 8P P1.01.0PP1.71.78 8P P3.03.0P P 3.73.78 880518051面向用户的结构面向用户的结构共共4040条引线条引线用户的内

6、特性用户的内特性用户外特性用户外特性物理结构框图物理结构框图第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 680C5180C51的基本结构框图的基本结构框图第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 80C51 80C51单片机采用单片机采用4040引脚双列直插封装引脚双列直插封装(DIP)(DIP)形式形式(采用采用CHMOCHMO工艺制造工艺制造)，也有用，也有用4444引脚的方型封装结构引脚的方型封装结构(QFP)(QFP)，其，其中中4 4条条(标有标有NC)NC)的引脚是不连线的。的引脚是不连线

7、的。DIPDIP封装封装QFPQFP封装封装2.1.3 80C512.1.3 80C51典型产品封装和引脚典型产品封装和引脚第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 80C5180C51单片机引脚图单片机引脚图第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 引脚名称及功能：引脚名称及功能：1 1、电源引脚：、电源引脚：VCCVCC和和VSS VSS VCC(40VCC(40脚脚)：接：接+5V+5V电源。电源。VSS(20VSS(20脚脚)：接地。：接地。2 2、时钟电路引脚：、时钟电路引脚：XTAL1X

8、TAL1和和XTAL2 XTAL2 XTAL1(19XTAL1(19脚脚)：片内反相放大器的输入端。接：片内反相放大器的输入端。接外部石英晶体和微调电容的一端。若使用外部时外部石英晶体和微调电容的一端。若使用外部时钟时，对于钟时，对于HMOSHMOS单片机，该引脚必须接地；对于单片机，该引脚必须接地；对于CHMOSCHMOS单片机，该引脚作为驱动端。单片机，该引脚作为驱动端。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 XTAL2(18 XTAL2(18脚脚)：片内反相放大器的输出端。接外部石英晶：片内反相放大器的输出端。接外部石英晶体和微调电容的另

9、一端。振荡电路的频率是晶体振荡频率。体和微调电容的另一端。振荡电路的频率是晶体振荡频率。若使用外部时钟时，对于若使用外部时钟时，对于HMOSHMOS单片机，该引脚输入外部时单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于钟脉冲；对于CHMOSCHMOS单片机，此引脚应悬浮。单片机，此引脚应悬浮。注：要检查单片机芯片振荡电路是否正常工作，可用注：要检查单片机芯片振荡电路是否正常工作，可用示波器查看示波器查看XTAL2XTAL2端是否有脉冲信号输出。端是否有脉冲信号输出。3 3、控制信号引脚：、控制信号引脚：RST/Vpd RST/Vpd 第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单

10、片机原理及系统设计 ALEALE：(30(30脚脚)：地址锁存允许信号端：地址锁存允许信号端/EPROM/EPROM编程输入端。编程输入端。当当CPUCPU访问片外存储器时，用于锁存访问片外存储器时，用于锁存P0P0口低口低8 8位地址位地址(因为因为P0P0口作为地址口作为地址/数据复用口，数据复用口，P0P0口上的信息究竟是地址还口上的信息究竟是地址还是数据完全由是数据完全由ALEALE定义定义)。当单片机上电正常工作后，此端周期性地以时钟振荡频率当单片机上电正常工作后，此端周期性地以时钟振荡频率的的1/61/6的固定频率向外输出正脉冲信号。所以，的固定频率向外输出正脉冲信号。所以，ALE

11、ALE信号可信号可用作对外输出时钟或定时信号。用作对外输出时钟或定时信号。注意：注意：5151单片机系统有外部存储器在访问外部存储器时，有单片机系统有外部存储器在访问外部存储器时，有ALEALE脉冲丢失，用户不宜用脉冲丢失，用户不宜用ALEALE做精确的时钟或定时信号做精确的时钟或定时信号检查单片机芯片的好坏，可用示波器查看检查单片机芯片的好坏，可用示波器查看ALEALE端是否有脉端是否有脉冲信号输出。冲信号输出。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 ：对：对EPROMEPROM型单片机，如对型单片机，如对87C51BH87C51BH编程时的

12、编编程时的编程脉冲输入端。程脉冲输入端。(29(29脚脚)：程序存储允许输出端。片外程序存储：程序存储允许输出端。片外程序存储器的读选通信号，低电平有效。器的读选通信号，低电平有效。CPUCPU从外部从外部ROMROM取指令时，在每个机器周期中两次有取指令时，在每个机器周期中两次有效。但在访问片外效。但在访问片外RAMRAM时，要少产生两次负脉冲信号。时，要少产生两次负脉冲信号。有效时，将外部有效时，将外部ROMROM中的指令读到数据总线上。中的指令读到数据总线上。检查单片机系统上电后，检查单片机系统上电后，CPUCPU能否正常到能否正常到EPROM/ROMEPROM/ROM中读取指令码，可用

13、示波器查看该端有无负脉冲信号中读取指令码，可用示波器查看该端有无负脉冲信号输出。输出。可驱动可驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL门电路。门电路。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 单片机单片机锁存器锁存器74LS373P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROMEPROM第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 (31(31脚脚)：内部：内部/外部外部ROMROM地址选择信号地址选择信号/固化编程固化编程电压输入端。

14、电压输入端。：为高电平，为高电平，CPUCPU访问访问ROMROM有两种情况：当有两种情况：当PCPC中的中的值小于值小于0FFFH0FFFH时，执行片内时，执行片内ROMROM指令指令;当当PCPC中的值超过中的值超过0FFFH0FFFH时，将自动转向执行片外时，将自动转向执行片外ROMROM指令。指令。当为低电平时，当为低电平时，CPUCPU只执行片外只执行片外ROMROM指令。对指令。对80C31BH80C31BH单单片机，必须接低电平。片机，必须接低电平。V VPPPP用于用于87C51BH87C51BH编程时输入编程电压。编程时输入编程电压。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和

15、原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 RST/VPD(9RST/VPD(9脚脚)：复位信号输入端：复位信号输入端/备用电源正端输入。备用电源正端输入。RSTRST：高电平有效，其复位信号都是靠外部电路实现。：高电平有效，其复位信号都是靠外部电路实现。在此输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复在此输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。位操作。图图2-3 上电与按钮复位电路上电与按钮复位电路第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 工作原理：工作原理：在通电瞬间，由于在通电瞬间，由于RCRC的充电过程在的充电过程在R

16、STRST端出现一定宽度的正脉冲，只要该脉冲能保持端出现一定宽度的正脉冲，只要该脉冲能保持10ms10ms以上，就能使单片机可靠复位。但初始化不影响以上，就能使单片机可靠复位。但初始化不影响片内片内RAMRAM状态，只要状态，只要RSTRST引脚保持高电平，单片机将循引脚保持高电平，单片机将循环复位，复位有效期间，环复位，复位有效期间，ALEALE、输出高电平，当输出高电平，当RSTRST从高电平变为低电平时，单片机将从从高电平变为低电平时，单片机将从0000H0000H单元开单元开始执行程序。始执行程序。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计

17、 2.2 80C512.2 80C51单片机内部基本结构及引脚功能单片机内部基本结构及引脚功能内部寄存器内部寄存器初始状态初始状态内部寄存器内部寄存器初始状态初始状态ACC00HTCON00HB00HTMOD00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSCON00HIPXXX00000BSBUF不定不定IE0XX00000BPCON0XXXXXXXB表表2-1 80C512-1 80C51单片机复位后各内部寄存器的状态单片机复位后各内部寄存器的状态第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理

18、及系统设计 上电复位电路：上电复位电路：RCRC构成微分电路，在上电瞬间，构成微分电路，在上电瞬间，产生一个微分脉冲，其宽度若大于产生一个微分脉冲，其宽度若大于2 2个机器周期，个机器周期，80C5180C51将复位。为保证微分脉冲宽度足够大，将复位。为保证微分脉冲宽度足够大，RCRC时间常时间常数应大于两个机器周期。一般取数应大于两个机器周期。一般取2222电容、电容、1k1k电阻。电阻。通常采用以下两种复位方式：通常采用以下两种复位方式：第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 按键复位电路：该电路除具有上电复位功能外，若要复按键复位电路：该

19、电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按下图中位，只需按下图中RESETRESET键，键，R1C2R1C2仍构成微分电路，使仍构成微分电路，使RSTRST端产生一个微分脉冲复位，复位完毕端产生一个微分脉冲复位，复位完毕C2C2经经R2R2放电，等待下放电，等待下一次按下复位按键。一次按下复位按键。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 Vpd(Vpd(备用电源正端输入备用电源正端输入)：当主电源：当主电源VccVcc电位突然降低或断电位突然降低或断电电(故障故障)，将，将+5V+5V电源自动接入电源自动接入RSTRST，从而保护，从而保护RA

20、MRAM中信息中信息不丢失，使复电后能正常工作。不丢失，使复电后能正常工作。4 4、I/O(I/O(输入输入/输出输出)引脚：引脚：P0P0、P1P1、P2P2、P3 P3 说明：说明：P0P0P3P3是是4 4个寄存器，也称为个寄存器，也称为4 4个端口，是个端口，是80C5180C51单片机与外界联系的单片机与外界联系的4 4个个8 8位双向并行位双向并行I/OI/O口。口。由于在数据的传输过程中，由于在数据的传输过程中，CPUCPU需要对接口电路中输需要对接口电路中输入输出数据的寄存器进行读写操作，所以在单片机中对这入输出数据的寄存器进行读写操作，所以在单片机中对这些寄存器像对存储单元一

21、样进行编址。通常把接口电路中些寄存器像对存储单元一样进行编址。通常把接口电路中这些已编址并能进行读写操作的寄存器称为端口这些已编址并能进行读写操作的寄存器称为端口(PORT)(PORT)或或简称口。简称口。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 P0P0口（口（P0.0P0.0P0.7P0.7）(32(323939脚脚)：一个一个8 8位的准双向位的准双向I/OI/O口。在访问片外存储器时，它分口。在访问片外存储器时，它分时作为时作为8 8位地址线和位地址线和8 8位双向数据线；不作总线使用时，可位双向数据线；不作总线使用时，可作普通作普通I/

22、OI/O口；其每位的负载能力为口；其每位的负载能力为8 8个个LSTTLLSTTL。P1P1口口(P1.0(P1.0P1.7)(1P1.7)(18 8脚脚)：一个带内部上拉电阻的一个带内部上拉电阻的8 8位准双向位准双向I/OI/O口。其每位的负口。其每位的负载能力为个载能力为个LSTTLLSTTL。P2P2口口(P2.0(P2.0P2.7)(21P2.7)(212828脚脚)：一个带内部上拉电阻的一个带内部上拉电阻的8 8位位准双向准双向I/OI/O口。在访问片外存储器时，它作为高口。在访问片外存储器时，它作为高8 8位地址线；位地址线；不作总线使用时，也可做普通不作总线使用时，也可做普通I

23、/OI/O口口 其每位的负载能力为其每位的负载能力为4 4个个LSTTLLSTTL。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 P3P3口口(P3.0(P3.0P3.7)(10P3.7)(101717脚脚)：一个带内部上拉电阻的一个带内部上拉电阻的8 8位位准双向准双向I/OI/O口；口；P3P3口除了作为一般准双向口使用外，每脚口除了作为一般准双向口使用外，每脚还具有第二功能；还具有第二功能；其每位的负载能力为其每位的负载能力为4 4个个LSTTLLSTTL。口线口线第二功能第二功能P3.0P3.0RXD(RXD(串行口输入串行口输入)P3.1P

24、3.1TXD(TXD(串行口输出串行口输出)P3.2P3.2(外部中断外部中断0 0输入输入)P3.3P3.3(外部中断外部中断1 1输入输入)P3.4P3.4T0(T0(定时器定时器0 0的外部输入的外部输入)P3.5P3.5T1(T1(定时器定时器1 1的外部输入的外部输入)P3.6P3.6片外数据存储器写选通控制输出片外数据存储器写选通控制输出P3.7P3.7片外数据存储器读选通控制输出片外数据存储器读选通控制输出第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 2023/3/5232.22.2 80C5180C51的的CPUCPU2.2.1 80

25、C512.2.1 80C51的功能单元的功能单元n 运算器ACC,累加器B，寄存器PSW,程序状态字n 控制器PC，程序计数器IR,指令寄存器译码逻辑及时钟n 其他寄存器DPTR,数据指针SP,堆栈指针第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 24（1 1）累加器累加器A A（ACCACC）（8 8位）位）功能：暂存操作数及保存运算结果；功能：暂存操作数及保存运算结果；A A是是MCS-51MCS-51单片机中最繁忙的寄存器；单片机中最繁忙的寄存器；（2 2）寄存器寄存器B B（8 8位）位）功能：用于乘法、除法运算，对于其它指令可作功能：用于乘

26、法、除法运算，对于其它指令可作为一个寄存器使用；为一个寄存器使用；（3 3）程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW（8 8位）位）功能：存放累加器功能：存放累加器A A在运算过程标志位（在运算过程标志位（P P，OVOV，ACAC，CyCy）的状态；指出）的状态；指出CPUCPU所使用的当前工作寄存器所使用的当前工作寄存器组。组。1 1 运算器运算器 第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 25（4 4）布尔处理器布尔处理器CyCy 实现各种位逻辑运算和传送；实现各种位逻辑运算和传送；MCS-51MCS-51具有一个具有一个位寻址空间。位

27、寻址空间。（5 5）TMP1TMP1和和TMP2TMP2为为8 8位暂存寄存器位暂存寄存器 存放参与运算的操作数。存放参与运算的操作数。MCS-51单片机仅能实现两个8位二进制数的算术和逻辑运算！第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 26CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0CY (PSW.7)进位/借位标志位(Carry)。若ACC在运算过程中发生了进位或借位，则CY=1；否则=0。它也是布尔处理器的位累加器，可用于布尔操作。AC(PSW.6)半进位/借位标志位(Attached Carry)。若AC在运算过程中，D3位向D4位

28、发生了进位或借位，则AC=1,否则=0。F0(PSW.5)用户标志位(Flag 0:user definable flag)。PSW.6 PSW.5PSW程序状态字寄存器程序状态字寄存器第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 27PSW.7PSW.0RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3)工作寄存器组选择位(Register Selection)。0 1 则选择了工作寄存器组工作寄存器组 1 1 区R0R7分别代表08H 0FH单元。1 0 则选择了工作寄存器组工作寄存器组 2 2 区 R0R7分别代表10H 17H单元。1 1 则选择了工作

29、寄存器组工作寄存器组 3 3 区R0R7分别代表18H 1FH单元。CYACF0RS0OVPRS1PSW.4 PSW.30 0 0 0 则选择了则选择了工作寄存器组工作寄存器组 0 0 区区R0R0R7R7分别代分别代 表表08H 08H 0FH0FH单元。单元。PSW程序状态字寄存器程序状态字寄存器第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 28CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0OV(PSW.2)溢出标志位(Overflow)。OV=1时特指累加器在进行带符号数(-128+127)运算时出错（超出范围）；OV=0时未出错。PSW.

30、1 未定义(Reserved)。P(PSW.0)奇偶标志位(Parity Bit)。P=1表示累加器ACC中“1”的个数为奇数 P=0表示累加器ACC中“1”的个数为偶数 CPU随时监视着ACC中的“1”的个数,并反映在PSW中PSW.2 PSW.1PSW程序状态字寄存器程序状态字寄存器第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 29组成：定时与控制部件，复位电路，程序计数器（PC），指令寄存器、指令译码器，数据指针（DPTR），堆栈指针（SP）等作用：产生计算机所需的时序，控制程序自动执行。CPU程序存储器指令寄存器外RAM,EPROM,外I/O

31、指令译码器控制单片机各部分的运行,产生ALE，PSEN,RD/WRCPU执行指令2.2.控制器控制器第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 30（1）程序计数器PC（16位）程序计数器PC用来存放即要执行的指令地址，共16位，低8位经P0 口输出，高8位经P2口输出。CPU每取一次机器码，PC内容自动加一，CPU执行一条指令，PC内容自动增加该指令的长度。CPU复位后，PC内容为0000H，它标志着程序从头开始执行。PC的内容变化决定程序的流向。（2）指令寄存器（8位）指令寄存器中存放将要执行的指令代码，通过指令译码器，将指令代码转化为电信号控

32、制信号ALE等。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 31（1）数据指针DPTR（16位）用于访问外部RAM或外部I/O口，提供十六位地址。用于程序存储器的查表和程序散转指令，作为基地址寄存器，提供十六位基地址。（2）堆栈指针寄存器SP（8位）用于管理堆栈，指出栈顶位置。MCS-51单片机复位后,(SP)=07H 3 3 其它寄存器其它寄存器第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 1 1 时钟产生方式时钟产生方式 时钟电路设计有两种方式：内部时钟方式和外部时钟电路设计有两种方式：内部时钟方式和

33、外部时钟方式。时钟方式。-内部时钟方式内部时钟方式80C5180C51单片机的时钟系统是一个内含振荡电路、单片机的时钟系统是一个内含振荡电路、外接谐振器、可关断控制的时钟系统，如图外接谐振器、可关断控制的时钟系统，如图2-52-5所所示。示。2.2.2 CPU2.2.2 CPU的时钟的时钟第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 图图2-5 80C512-5 80C51单片机时钟系统单片机时钟系统第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 (1)(1)时钟振荡器。时钟振荡器。它是一个并联谐振电路它是一

34、个并联谐振电路(皮尔斯振荡器皮尔斯振荡器)，谐振器为石英，谐振器为石英振子或陶瓷振子。振子或陶瓷振子。(2)(2)通过引脚通过引脚XTAL2XTAL2、XTAL1XTAL1与外接谐振器、振荡电容与外接谐振器、振荡电容C1C1、C2C2相连。谐振器的振荡信号从相连。谐振器的振荡信号从XTAL2XTAL2端送到内部时钟电路上，端送到内部时钟电路上，它对振荡信号二分频，并向它对振荡信号二分频，并向CPUCPU提供两相时钟信号提供两相时钟信号P1P1和和P2P2。C1C1和和C2C2一般取一般取30pF30pF左右，振荡频率范围是左右，振荡频率范围是1.2MHz1.2MHz12MHz12MHz。(3)

35、(3)80C5180C51的时钟系统具有可关断功能。的时钟系统具有可关断功能。通过通过 端可关闭端可关闭CPUCPU的时钟；通过的时钟；通过 端可关闭时钟振荡端可关闭时钟振荡器。时钟系统的关断功能主要用于单片机的功耗管理。器。时钟系统的关断功能主要用于单片机的功耗管理。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 -外部时钟方式外部时钟方式 第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 单片机通过执行程序完成各类任务，程序由多条单片机通过执行程序完成各类任务，程序由多条指令构成指令构成执行任务的实质就是按照

36、给定的顺序，取指令执行任务的实质就是按照给定的顺序，取指令分析指令分析指令执行指令，然后取一下条指令，重复执行指令，然后取一下条指令，重复该过程该过程第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 （1 1）取指令：根据）取指令：根据PCPC的内容从程序存储器中取出一的内容从程序存储器中取出一个字节的指令代码送入指令寄存器，同时个字节的指令代码送入指令寄存器，同时PCPC加加1 1，指向下一条指令所在地址指向下一条指令所在地址（2 2）分析指令：分析指令要求）分析指令：分析指令要求CPUCPU做什么，并按一做什么，并按一定的顺序产生相应的操作命令、控制

37、信号和取操定的顺序产生相应的操作命令、控制信号和取操作数作数（3 3）执行指令：对操作数进行相应运算，保存结果，）执行指令：对操作数进行相应运算，保存结果，并置有关标志位并置有关标志位 如何保证程序中的指令有序执行？如何保证程序中的指令有序执行？第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 时钟电路用来产生时钟电路用来产生CPUCPU工作所需的时钟控制信号。工作所需的时钟控制信号。时钟信号的周期称为时钟信号的周期称为状态时间状态时间S S，它是振荡周期的，它是振荡周期的2 2倍，在每个状态的前半周期，倍，在每个状态的前半周期，P1P1信号有效，在每信

38、号有效，在每个状态的后半周期，个状态的后半周期，P2P2信号有效。信号有效。CPUCPU就以两相时就以两相时钟钟P1P1和和P2P2为基本节拍指挥单片机各部分协调工作。为基本节拍指挥单片机各部分协调工作。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 2 CPU2 CPU时序时序 （1 1）晶振周期）晶振周期 为单片机提供定时信号的振荡源的周期为单片机提供定时信号的振荡源的周期(其振荡频率为其振荡频率为f fOSCOSC)。（2 2）S S状态周期状态周期 它是晶振周期的它是晶振周期的2 2倍，分为倍，分为P1P1节拍和节拍和P2P2节拍，节拍，P1P

39、1节拍通节拍通常完成常完成算术逻辑操作算术逻辑操作，而，而内部寄存器间传送内部寄存器间传送通常在通常在P2P2节拍节拍完成。完成。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 （3 3）机器周期）机器周期 一个机器周期由一个机器周期由6 6个状态个状态(12(12个振荡脉冲个振荡脉冲)组成，组成，S1P1S1P1，S1P2S1P2，。，。，S6P2S6P2（4 4）指令周期）指令周期 指执行一条指令所占用的全部时间，通常由指执行一条指令所占用的全部时间，通常由1 14 4个机器个机器周期组成。图周期组成。图2-62-6给出了给出了80C5180C51

40、单片机取指和执行指令的定单片机取指和执行指令的定时关系。由图可见，每个机器周期内，地址锁存信号时关系。由图可见，每个机器周期内，地址锁存信号ALEALE两次有效，一次在两次有效，一次在S1P2S1P2和和S2P1S2P1期间，另一次在期间，另一次在S4P2S4P2和和S5P1S5P1期间。期间。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 牢牢记住：牢牢记住：晶振周期晶振周期=晶振频率晶振频率foscfosc的倒数；的倒数；1 1个状态周期个状态周期=2=2个晶振周期个晶振周期1 1个机器周期个机器周期 =6=6个状态周期个状态周期1 1个指令周期个

41、指令周期 =1=1、2 2、4 4个机器周期个机器周期以上周期均是单片机时序单位，机器周期常用以上周期均是单片机时序单位，机器周期常用作计算其它时间的基本单位作计算其它时间的基本单位第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 图图2-6 80C512-6 80C51单片机典型指令的取指操作单片机典型指令的取指操作 单字节指令的读取始于单字节指令的读取始于S1P2S1P2，接着锁存于指令寄存器内并开始执行。，接着锁存于指令寄存器内并开始执行。当第二个当第二个ALEALE有效时，在有效时，在S4S4期间仍作读操作，由于期间仍作读操作，由于CPUCPU封

42、锁住封锁住PCPC，使其不增量，使其不增量，故此读操作无效。指令在故此读操作无效。指令在S6P2S6P2结束时完成操作。结束时完成操作。(1)(1)单字节单周期指令单字节单周期指令(例如例如INC A)INC A)第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 图图2-6 80C512-6 80C51单片机典型指令的取指操作单片机典型指令的取指操作(2)(2)双字节单周期指令双字节单周期指令(例如例如ADD AADD A，#data)#data)此时对应此时对应ALEALE的两次读操作都有效，其在同一机器周期的的两次读操作都有效，其在同一机器周期的S1

43、P2S1P2读第一字节读第一字节(操作码操作码)，CPUCPU对其进行译码后便知道是双字节指令，故使对其进行译码后便知道是双字节指令，故使PCPC加加1 1，并在，并在ALEALE第二次有效时的第二次有效时的S4P2S4P2期间读第二字节期间读第二字节(操作数操作数)，在，在S6P2S6P2结束时完成操结束时完成操作作第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 图图2-6 80C512-6 80C51单片机典型指令的取指操作单片机典型指令的取指操作 对于指令对于指令INC DPTRINC DPTR，两个机器周期内共进行了四次读操作码操作。，两个机器

44、周期内共进行了四次读操作码操作。由于是单字节指令，由于是单字节指令，CPUCPU自动封锁后面的读操作，故后三次读操作无效，自动封锁后面的读操作，故后三次读操作无效，并在第二个机器周期的并在第二个机器周期的S6P2S6P2结束时完成操作。结束时完成操作。(3)(3)单字节双周期指令。单字节双周期指令。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 存储器的分类存储器的分类 2.3 80C512.3 80C51的存储器组织的存储器组织第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 1.只读存储器ROM 只读存储器在

45、正常工作状态下只能从中读出数据，用户不能快速地随时修改或者重新写入数据，数据可长时间的保存。（1）可编程ROM：通过专用设备（编程器）将数据写入ROM PROM：用户可一次编程；EPROM：紫外线擦除，电改写（多次）；EEPROM：电擦除，电改写（多次）；FLASHROM：闪存（多次）。（2）掩膜ROM 用户不能将数据写入，由厂家写入数据。由于上述特点，所以在单片机中一般做为程序存储由于上述特点，所以在单片机中一般做为程序存储器。器。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 2.随机存取存储器RAM 在加电期间，可以随时向存储器里写入数据或从中读

46、出数据，但掉电后，数据丢失。SRAM：静态存储器，加电期间数据可以长久保存，掉电信息丢失。DRAM：动态存储器，即使在加电期间数据也会丢失（数据要刷新）。由于上述特点，所以在单片机中一般作为数据储存器。由于上述特点，所以在单片机中一般作为数据储存器。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 48存储器结构存储器结构 通用微型计算机存储器的结构形式不同，一般的微通用微型计算机存储器的结构形式不同，一般的微型计算机只有一个存储器逻辑空间，可随意安排型计算机只有一个存储器逻辑空间，可随意安排ROMROM或或RAMRAM，访问时用同一种指令，这种结构称为

47、，访问时用同一种指令，这种结构称为普林斯顿型。普林斯顿型。80C5180C51系列单片机存储器结构的主要特点是将系列单片机存储器结构的主要特点是将ROMROM和和RAMRAM分开并有各自的寻址机构和寻址方式，这种结构称分开并有各自的寻址机构和寻址方式，这种结构称为为哈佛型结构哈佛型结构。8051(80C51)8051(80C51)单片机，数据存储器用的是单片机，数据存储器用的是SRAMSRAM，程序，程序存储器用的是存储器用的是ROMROM第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 80518051（80C5180C51）系列存储器结构）系列存储器

48、结构1.1.物理空间有四个部分物理空间有四个部分 （1 1）内部数据存储器（）内部数据存储器（128B SRAM)128B SRAM)。（2 2）外部扩展数据存储器（最大）外部扩展数据存储器（最大64KRAM64KRAM）。）。（3 3）内部程序存储器（）内部程序存储器（4K FlashROM AT89S514K FlashROM AT89S51）。）。（4 4）外部扩展程序存储器（最大）外部扩展程序存储器（最大64K R64K RO OM)M)。2.2.逻辑空间有三个部分逻辑空间有三个部分 （1 1）程序存储器）程序存储器ROMROM：包括内部和外部，共用一个：包括内部和外部，共用一个64K

49、64K的寻址空间。的寻址空间。（2 2）内部数据存储器）内部数据存储器RAMRAM（128B128B），独立的一个），独立的一个128B128B的的寻址空间。寻址空间。（3 3）外部数据存储器）外部数据存储器RAMRAM（64K64K），独立的一个），独立的一个64K64K的寻的寻址空间。址空间。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 内部数据存储器和外部数据存储器相互之间独立编址，内部数据存储器和外部数据存储器相互之间独立编址，内部程序存储器和外部程序存储器统一编址，共用一个内部程序存储器和外部程序存储器统一编址，共用一个64K64K的寻址空

50、间。的寻址空间。第第2章章 80C51的结构和原理的结构和原理 单片机原理及系统设计单片机原理及系统设计 程序存储器的作用是用来存放程序和数表（固定不变的常数）程序存储器的作用是用来存放程序和数表（固定不变的常数）。AT89S51AT89S51单片机内部有单片机内部有4K4K的程序存储器的程序存储器FlashROMFlashROM，外部最，外部最多可扩展多可扩展64K64K的程序存储器，内外程序存储器采用统一编址的程序存储器，内外程序存储器采用统一编址的方法，即共用的方法，即共用64K64K的地址，地址范围的地址，地址范围0000HFFFFH0000HFFFFH2.3.1 80C512.3.1