《单片机原理及应用》辅导资料三

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1、单片机原理及应用辅导资料三主题：课件第二章80C51的结构和原理第4-6节——80C51的内部结构、80C51的存储器组织、80C51的并行口结构与操作学习时间：2013年10月14日－10月20日内容：我们这周主要学习课件第二章80C51的结构和原理第4-6节的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对80C51相关知识的理解。一、学习要求1．掌握80C51单片机存储器及SFR配置。2．掌握80C51单片机的内部资源，特别是存储器配置。3．理解单片机的工作原理和基本时序。二、主要内容1．80C51的内部结构

2、（1）80C51单片机的内部结构80C51单片机由微处理器、存储器、I/O口以及特殊功能寄存器SFR等构成，内部结构如图1所示：图180C51内部逻辑结构①80C51的微处理器微处理器：8位的高性能中央处理器（CPU）。主要由以下两部分构成：l运算器第59页共59页运算器由算术/逻辑运算单元ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存寄存器、程序状态字寄存器PSW组成。它完成的任务是实现算术和逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作。ALU功能极强，可实现8位数据的加、减、乘、除算术运算；与、或、异或、循环、求补等逻辑运算

3、以及位处理。累加器ACC用于向ALU提供操作数和存放运算结果。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。暂存寄存器用来暂时存放数据总线或其他寄存器送来的操作数。程序状态字寄存器PSW是状态标志寄存器，用来保存ALU运算结果的特征（如结果是否为0，是否有溢出等）和处理器状态。l控制器80C51的控制器由指令寄存器IR、指令译码器ID、定时及控制逻辑电路和程序计数器PC等组成。程序计数器PC是一个16位的计数器（注：PC不属于特殊功能寄存器SFR的范畴）。它总是存放下一个要读取指令的1

4、6位存储单元地址。指令寄存器IR保存当前正在执行的一条指令。②80C51的片内存储器80C51单片机的存储器在物理上设计成程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）两个独立的空间（称为哈佛结构）。l基本型单片机片内ROM容量为4KB，地址范围是000H～0FFFH。l基本型单片机片内RAM容量为128字节，地址范围是00H～7FH。③80C51的I/O口及功能单元l80C51单片机有4个8位的并行口，即P0～P3。它们均为双向口，既可作为输入，又可作为输出。每个口各有8条I/O线。l有一个全双工的串行口（利用P

5、3口的两个引脚P3.0和P3.1）。l有2个16位的定时/计数器。l有一套完善的中断系统。④80C51的特殊功能寄存器（SFR）内部有SP，DPTR（可分成DPH、DPL两个8位寄存器），PCON，…，IE，IP等21个特殊功能寄存器单元，它们同内部RAM的128个字节统一编址，地址范围是80H～FFH。这些SFR只用到了80H～FFH中的21个字节单元，且这些单元是离散分布的。（2）80C51的时钟与时序各指令的微操作在时间上有严格的次序，这种微操作的时间次序我们称作时序。①80C51的时钟产生方式80C51

6、单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式；二是外部时钟方式。如图2所示。第59页共59页（a）内部时钟方式（b）外部时钟方式图280C51单片机时钟信号②80C51的时钟信号l晶振周期（外部时钟信号周期）是最小的时序单位，如下图所示：图380C51单片机的时钟信号l晶振信号12分频后形成机器周期。即一个机器周期包含12个晶振周期或6个时钟周期。l如晶振频率为12MHz，则机器周期为：。l指令的执行时间称为指令周期。80C51单片机的指令按执行时间可以分为3类：单周期指令，双周期指令，四周期指令。l机

7、器周期常用于计算其他时间（如指令周期）的基本单位。③80C51的典型时序第59页共59页l单周期指令时序（a）单字节指令（b）双字节指令图4单周期指令时序l双周期指令图5单字节双周期指令时序2个机器周期中ALE信号有效4次，后3次读操作无效。第59页共59页图6访问外部RAM的双周期指令时序在第2机器周期无读操作码的操作，而是进行外部数据存储器的寻址和数据选通。ALE信号会出现非周期现象。（3）80C51单片机的复位①复位电路复位是使单片机或系统中的其它部件处于某种确定的初始状态。（a）上电复位电路（b）按键与

8、上电复位图7单片机复位电路②单片机复位后的状态lPC=0000H，所以程序从0000H地址单元开始执行。l单片机启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM的内容。l特殊功能寄存器（SFR）复位后的状态是确定的：P0~P3=FFH，各口可用于输出，也可用于输入；SP=07H，第一个入栈内容将写入08H单元；IP、IE和PCON的有效位为0，各中断源处于低优先级且均被关断