第2章 单片机基本结构及原理.

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1、第第2 2章章 80C5180C51系列单片机基本结构及原理系列单片机基本结构及原理 第第2 2章章 目录目录n2.1 80C512.1 80C51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构 2.1.1 80C51单片机的内部结构 2.1.2 80C51系列单片机的CPU 2.1.3 程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）的区别 2.1.4 单片机时序及有关概念n2.2 80C512.2 80C51系列单片机的引脚功能系列单片机的引脚功能 2.2.1 80C51系列单片机引脚功能 2.2.2 单片机最小系统 2.2.3 三总线结构 第第2 2章章 目录目录n2.3 80C512.3 80C5

2、1单片机的存储器单片机的存储器 2.3.1存储器的空间地址 2.3.2程序存储器 2.3.3数据存储器 2.3.4 80C51特殊功能寄存器(SFR) n2.4 2.4 并行并行I/0I/0口及其应用口及其应用 2.4.1 P0口 2.4.2 P1 口 2.4.3 P2口 2.4.4 P3口 2.4.5 I/O口驱动发光二极管 n2.5 2.5 复位及掉电保护和低功耗复位及掉电保护和低功耗 2.5.1 单片机的复位 2.5.2 掉电保护和低功耗设计2.1 80C512.1 80C51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构n2.1.1 80C512.1.1 80C51单片机的内部结构单片机的内

3、部结构80C51系列单片机基本型芯片内部结构由8个部件组成 中央处理器(CPU) 4KB的片内程序存储器(ROM) 128B的片内数据存储器(RAM) 输入、输出接口(InputOutput，简称I/O口，分为P0口、P1口、P2口和P3口) 可编程的串行接口(UART) 2个16位的定时计数器(T0、T1) 中断系统 特殊功能寄存器(SFR)各部分通过内部总线相连。2.1 80C512.1 80C51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构80C51 单片机的内部结构图2-1 80C51 单片机的内部结构2.1 80C512.1 80C51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构n2.1.2

4、 80C512.1.2 80C51系列单片机的系列单片机的CPUCPU80C51系列单片机的CPU是由运算器和控制器构成的。 运算器主要用来对操作数进行算术、逻辑和位运算。 控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动协调工作。2.1 80C512.1 80C51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构n2.1.2 80C512.1.2 80C51系列单片机的系列单片机的CPUCPU程序计数器PC是控制器中最基本的寄存器，它实际是一个独立的16位计数器，是不可访问的，即单片机开发人员不可能通过指令修改操作它。程序计数器PC中存放着正在执行指令的下

5、一条指令在程序存储器中存放的首地址。2.1 80C512.1 80C51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构n2.1.2 80C512.1.2 80C51系列单片机的系列单片机的CPUCPUPC的基本工作过程是：CPU读指令时，PC的内容作为所取指令的首地址发送给程序存储器，程序存储器该地址中的指令代码将被执行，同时系统将下一条指令的首地址存入PC，这也是为什么PC被称为程序计数器的原因。2.1 80C512.1 80C51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构n2.1.2 80C512.1.2 80C51系列单片机的系列单片机的CPUCPUPC内容的变化轨迹决定了程序的流程。由于PC是

6、不可访问的，顺序执行程序时自动增加指向下一条指令；执行转移程序、子程序和中断子程序调用时，由运行的指令自动将其内容更改成转向的目标程序地址。程序计数器的计数宽度决定了程序存储器的地址范围。80C51中的PC位数为16位，故可对216B即64KB个单元的程序存储器进行寻址。复位时PC的内容为0000H，说明程序应从程序存储器的0000H单元开始执行。2.1 80C512.1 80C51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构n2.1.3 2.1.3 程序存储器（程序存储器（ROMROM）和数据存储器（）和数据存储器（RAMRAM）的区别）的区别程序存储器： 用来存放指令代码的，即用来存放汇编语言

7、或C语言程序编译后的二进制程序代码；数据存储器： 用来存放程序运行中产生的运算结果或随机变量的值。为什么要把程序和数据分离开来呢？为什么不把它们放在一起呢？ 这是因为在单片机芯片设计过程中出现了一个棘手的问题。2.1 80C512.1 80C51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构2.1 80C512.1 80C51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构n2.1.3 2.1.3 程序存储器（程序存储器（ROMROM）和数据存储器（）和数据存储器（RAMRAM）的区别）的区别 从表中我们会发现所有的存储器都存在速度、易失性和成本之间的博弈。 市场最需要的是速度快、掉电存储且价格便宜的存储器

8、，可是没有一种可以同时完全满足这三条要求。 SRAM成本低、速度快，可是如果我们把程序放进去，掉电后存入其中的程序将全部消失，整个系统完全瘫痪。2.1 80C512.1 80C51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构n2.1.3 2.1.3 程序存储器（程序存储器（ROMROM）和数据存储器（）和数据存储器（RAMRAM）的区别）的区别 那FLANSH技术是否可以呢？我们常用的U盘就是采用FLANSH技术的。它虽然掉电不丢失可是擦写速度慢。MRAM技术目前来说成本太高，应该是未来的发展方向。由于ROM和RAM对存储的本质需求有差别，ROM的基本需求首先是掉电存储，RAM的根本要求是快。 因

9、此当今的芯片设计师一般采用的是程序运行中产生的数据及随机变量存储在SRAM中，将程序对应的二进制代码存储在FLANSH存储器中。可见程序和数据并不是理所当然的要分开存储，而是速度、易失性、成本综合利益最大化的结果，当然无论是ROM还是RAM存储容量越大成本越高。2.1 80C512.1 80C51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构n2.1.4 2.1.4 单片机时序及有关概念单片机时序及有关概念时序是表达指令执行中各控制信号在时间上的相互关系。时序是用时间单位来说明的，80C51系列单片机的时序单位共有4个，从小到大依次是：l 振荡周期l 状态周期l 机器周期l 指令周期2.1 80C5

10、12.1 80C51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构n2.1.4 2.1.4 单片机时序及有关概念单片机时序及有关概念1、振荡周期(P)振荡周期也称为晶振周期，用P表示，也称为拍。它就是晶体的振荡周期，或是外部振荡源的脉冲周期，是80C51单片机中最小的时序单位。2、状态周期(S) 振荡脉冲经过二分频后，就得到单片机的时钟信号，把时钟信号的周期称为状态周期或时钟周期，用S表示。 一个状态周期包含两个拍，分别称做Pl和P2，或者前拍和后拍。 状态周期是单片机中最基本的时间单位，在一个状态周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。2.1 80C512.1 80C51系列单片机的内部结构系列单片

11、机的内部结构n2.1.4 2.1.4 单片机时序及有关概念单片机时序及有关概念3、 机器周期一个机器周期由6个状态周期（S1S6），也就是12个拍组成，可依次表示为S1P1，S1P2，S2P1，S2P2，S6P1，S6P2。当振荡频率为12 MHz时，一个机器周期为ls；当振荡脉冲频率为6 MHz时，一个机器周期为2s。4、 指令周期 指令周期就是执行一条指令所需要的时间。 指令周期是80C51单片机中最大的时序单位，一般由若干个机器周期组成。 指令不同，所需要的机器周期数也不同，但一条指令的周期应在14个机器周期范围内，每条指令所用的机器周期数详见附录B2.2 80C512.2 80C51系