第3章 80C51的结构和原理-宋110810

非总线型单片机应用模式 非总线型单片机已经将用于外部总线 扩展用的I/O口线和控制功能线去掉，从而 使单片机的引脚数减少、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统极其适合。非总 线型单片机典型产品如：
AT89S2051/AT89S4051。
3.2
80C51典型产品资源配置与引脚
片内其他功能单元数量
串口 1个 1个 定时/计数 器 2个 2个 中断 源 5个 5个
87C51 89C51
80C32
4KB 4KB Flash
无
128B 128B
256B
4个 4个
4个
1个 1个
1个
2个 2个
3个
5个 5个
6个
80C52
87C52 89S52
8KB掩模
8KB 8KB Flash 2KB Flash 4KB Flash
P2 ALE P0 G D7 : : D0
74LS373
+5V OE Q7 : : Q0 AB 8 P0
80C31
EA
89C51
P1
8 8
P2 DB PSEN WR RD P3 CB 8 P3.0～ P3.5 含第二功能
总线型应用的“三总线”模式 模式
非总线型应用的“多I/O”
2、总线型单片机的非总线应用模式 总线型单片机也可以采用非总线应用的 “多I/O”模式，该模式非常适用于大量I/O 口需求的应用系统。
7.输入/输出口引脚P0、P1、P2和P3 P0口（P0.0～P0.7）：该端口为漏极开路的8位准双 向口，负载能力为8高LSTTL负载，它为8位地址线 和8位数据线的复用端口。 P1口（P1.0～P1.7）：它是一个内部带上拉电阻的8 位准双向I/O口，P1口的驱动能力为4个LSTTL负载。 P2口（P2.0～P2.7）：它为一个内部带上拉电阻的8 位准双向I/O口，P2口的驱动能力也为4个LSTTL负 载。在访问外部程序存储器时，它作存储器的高8位 地址线。 P3口（P3.0～P3.7）：P3口同样是内部带上拉电阻 的8位准双向I/O口，P3口除了作为一般的I/O口使用 之外，其还具有特殊功能。
总线型的总线应用模式 通用模式非总线型的应用模式 单片机的应用模式 总线型的非总线模式 专用型模式
1、 总线型单片机的总线应用模式 利用单片机除电源、晶振输入引脚和P1口的 引脚外的其余引脚可以方便地将单片机配置成典 型的三总线结构，这种总线型应用在扩展外围器 件比较多时接线会比较复杂，系统的可靠性会降 低。因此，在设计系统时，应尽量减少扩展器件 的数量。
﹡ 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，用户程序可以电写入或擦除 （当前常用方式）。 还有OTPROM型（一次性编程写入ROM） 产 品，具有较高的环境适应性和可靠性。
3.2.2
引脚信号
1.电源引脚Vcc和Vss Vcc：＋5V。 Vss：接地端。 通常在Vcc和Vss引脚之间接0.1μ高频滤波电容。
3.1.3
XTAL2
80C51的基本结构与应用模式
XTAL1
一、80C51的基本结构
VCC
时钟电路 ROM/EPROM/FLASH 4K 字节 RAM 128字节 SFR 21个 定时/计数器 2个
CPU VSS
总线控制
中断系统 5中断源、2优先级
串行口 全双工 2个
并行口 4个
RST EA ALE PSEN
﹡80C51有4K字节的掩膜ROM；
﹡87C51有4K字节的EPROM ； ﹡80C31在芯片内无程序存储器。
3.1.2
80C51系列
80C51是MCS-51系列中CHMOS工艺的一个典 型品种 ；其它厂商以8051为基核开发出的CMOS工 艺 单 片 机 产 品 统 称 为 80C51 系 列 。 当 前 常 用 的 80C51系列单片机主要产品有： ﹡Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、 80C52、87C52等； ﹡ ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等； ﹡ Philips、华邦、Dallas、Siemens(Infineon) 等公司的许多产品 。
4. 并行I/O口 有4个8位的I/O口，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。 5. 串行I/O口 有一个采用通用异步工作方式的全双工串行通 信接口，可以同时发送和接收数据。它具有两个 相互独立的接收、发送数据缓冲器，两个缓冲器 共用一个地址（99H）。
3.3 80C51系列单片机的结构
3.3.1 80C51单片机逻辑结构
• • • Βιβλιοθήκη • • • • •单片机内部主要包含下列几个部件： 一个8位CPU； 一个时钟电路； 4KB程序存储器； 128B数据存储器； 两个16位定时/计数器； 64KB扩展总线控制电路； 四个8位并行I/O端口； 一个可编程串行接口； 五个中断源，其中包括两个优先级嵌套中断。
2.时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片 内它是振荡器倒相放大器的输入，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 片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部 TTL时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。
3.地址锁存允许ALE 在系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存 P0口输出的低8位地址，从而实现数据与低位地 址的复用。当单片机上电正常工作后，ALE端就 周期性地以时钟频率的1/6的固定频率向外输出 正脉冲信号，ALE的负载能力为8个LSTTL器件。 4.外部程序存储器读选通信号PSEN PSEN是读外部程序存储器的选通信号，低电平 有效。CPU从外部存储器取指令时，它在每个 机器周期中两次有效。
3.4 80C51内部数据存储器（内部RAM）
3.4.1、存储器概述
存储器是储存二进制信息的数字电路器件。 微型机的存储器包括主存储器和外存储器。 外存储器（外存）主要指各种大容量的磁盘 存储器、光盘存储器等。 主存储器（内存）是指能与CPU直接进行数 据交换的半导体存储器。 半导体存储器具有存取速度快、集成度高、 体积小、可靠性高、成本低等优点。单片机是微 型机的一种，它的主存储器也采用半导体存储器。
5. 程序存储器地址允许输入端EA/VPP 当EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令， 但当PC中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片 外程序存储器指令。当EA为低电平时，CPU只执 行片外程序存储器指令。 对于8031，EA必须接低电平。
6. 复位信号RST 该信号高电平有效，在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。此外，该引 脚还有掉电保护功能，若在该端接＋5V备用电源， 在使用中若Vcc掉电，可保护片内RAM中信息不 丢失。
256B
256B 256B 128B 256B
4个
4个 4个 2个 2个
1个
1个 1个 1个 1个
3个
3个 3个 2个 2个
6个
6个 6个 5个 5个
非总线型
89S2051 89S4051
（2）片内ROM的配置形式： ﹡无ROM（即ROMLess）型，应用时要在片外 扩展程序存储器； ﹡掩膜ROM（即MaskROM）型，用户程序由 芯片生产厂写入；
6.中断控制系统 有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2 个，串行中断1个，2个中断优先级。 7. 时钟电路 内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调电容 必须外接，振荡器的频率范围为1.2MHz～ 12MHz，典型取值为6MHz。 8. 总线 以上所有组成部分都是通过总线连接起来，从 而构成一个完整的单片机。系统的地址信号、数 据信号和控制信号都是通过总线传送的，总线结 构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和 可靠性。
P0
P1
P2
P3
二、80C51的应用模式 按总线结构可分为总线型和非总线型。如我们常 常见到的89C51单片机就是总线结构，89C51单片 机内部有数据总线，地址总线，还有控制总线 （WR，RD，EA，ALE等）。20引脚的89S2051单片 机，就是一种非总线型的。其外部的引脚很少， 可使成本降低。
1. 半导体存储器的一些基本概念
位 ：信息的基本单位是位（Bit或b），表示一个二 进制信息“1”或“0”。在存储器中，位信息是由具 有记忆功能的半导体电路实现的，例如用触发器记 忆一位信息。 字节：在微型机中信息大多是以字节（Byte或B） 形式存放的，一个字节由8个位信息组成（1 Byte=8 Bit），通常称作一个存储单元。 存储容量：存储器芯片的存储容量是指一块芯片中 所能存储的信息位数，例如8K×8位的芯片，存储 体的存储容量则是指由多块存储器芯片组成的存储 体所能存储的信息量，一般以字节的数量表示。
（3）在功能上，该系列单片机有基本型和增强 型两大类：
基本型： 8051/8751/8031 80C51/87C51/80C31
增强型： 8052/8752/8032 80C52/87C52/80C32
（4）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 ROM 、 EPROM 和 ROMLess(无片内程序存储器)。如：
功能：完成指挥控制工作，协调单片机各部 分正常工作。
• 程序计数器PC用来存放即将要执行的指令地址， 它可以完成64K的外部存储器寻址，执行指令 时，PC内容的高8位经P2口输出，低8位经P0 口输出。 • • 数据指针DPTR为16位数据指针，它可以对64K 的外部数据存储器和I/O口进行寻址，它的低8 位为DPL（地址82H），高8位为DPH（地址 为83H）。
（2）该系列生产工艺有两种：
一是HMOS工艺（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 了 HMOS高速度和高密度的特点，还具有CMOS的低 功耗的特点。在产品型号中凡带有字母“C”的即为 CHMOS芯片，CHMOS芯片的电平既与TTL电平兼容， 又与CMOS电平兼容。
3.2.3
80C51单片机内部结构
1. CPU 由运算器和控制器两部分电路组成，完成各 种运算和控制操作。 （1）运算器电路 包括：ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加 器）、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存器2 等部件。
功能：完成算术运算和逻辑运算，运算结果 的状态由状态寄存器保存。
（2）控制器电路 包括：程序计数器PC、PC加1寄存器、指令 寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针 SP、缓冲器以及定时与控制电路等。
3.2.1 80C51典型产品资源配置 （1）增强型与基本型在以下几点不同： ﹡片内ROM字节数：从4K增加到8K； ﹡片内RAM字节数：从128增加到256； ﹡定时/计数器从2个增加到3个； ﹡中断源由5个增加到6个。
存储器类型用数
分类 芯片型号 80C31 基 本 型 总 线 型 增 强 型 80C51 ROM 无 4KB掩模 RAM 128B 128B 并口 4个 4个
第3章
80C51的结构与原理
3.1 80C51系列概述 3.2 80C51典型产品资源配置与引脚 3.3 80C51系列单片机的结构原理 3.4 80C51的内部结构 3.5 80C51的存储器组织 3.6 80C51的并行口结构与操作
3.1
80C51系列概述
3.1.1 MCS-51系列 （1）MCS-51是Intel公司生产的一个单片机系 列名称。属于这一系列的单片机有多种，如： ﹡8051/8751/8031； ﹡8052/8752/8032； ﹡80C51/87C51/80C31 ﹡80C52/87C52/80C32等 。
• 堆栈指针SP在片内RAM（128字节）中开辟栈 区，并随时跟踪栈顶地址，它按先进后出的原 则存取数据，上电复位后，SP指向07H。
2. 定时器/计数器
用于定时控制、延时以及对外部事件的计数和 检测等。 3. 存储器 包括数据存储器和程序存储器，二者寻址空间
是相互独立的。
对80C51系列（8031除外）而言，有4个物理上 相互独立的存储器空间：即内、外程序存储器和内、 外数据存储器。对于80C51其芯片中共有256个 RAM单元，其中后128个单元被专用寄存器占用， 只有前128个单元供用户使用。