第二章 单片微机的基本结构

3. 控制线：（ Control Line: ） ·RST——复位输入信号 ·EA /Vpp——片外程序存储器访问允许信号，低电平有效 ALE/PROG——地址锁存允许信号，输出 ·PSEN——片外程序存储器读选通信号，低电平有效
2.3 80C51 CPU的结构和特点
The structure and feature of 80c51 CPU
RS1、RS0=00 RS1、RS0=01 RS1、RS0=10 RS1、RS0=11 选 0组 选 1组 选 2组 选 3组
②在位地址区，每一个BIT都有一个 地址，共16×8=128位
寄存器区 4组(32B)
寄存器3组 . 寄存器区 寄存器2组 . . 1组 4寄存器 组(32B) 寄存器0组 00H
2.3.3 时钟电路及CPU的工作时序
Clock circuit and CPU Sequential
1. 时钟电路 （ Clock circuit ） 图2–6
2﹒时序定时单位 （ Timing unit ） 节拍、状态、机器周期、指令周期 （1）节拍P：振荡脉冲的周期 （2）状态S：一个状态S包含两个节拍，分别叫P1，P2
通用RAM区 . (80B) . . . . . . .Baidu Nhomakorabea.
位地址区 (16B)
寄存器3组 寄存器2组 寄存器1组 寄存器0组
30H 2FH 20H 1FH
R7 R6
17H 16H 15H
RS1、RS0=10
寄存器2组
R5
R4
14H
13H 12H 11H 10H
R3
寄存器区 4组(32B)
R2
. . .
位地址区 (16B)
寄存器3组 寄存器2组 寄存器1组 寄存器0组
30H 2FH 20H 1FH
R7
RS1、RS0=01
寄存器1组
0FH 0EH 0DH
R6
R5
R4
0CH
0BH 0AH 09H 08H
R3
寄存器区 4组(32B)
R2
. . .
R1
R0
00H
片内数据存储器空间分布图
On-chip data memory space distribution 7FH
第二章
单片微机的基本结构
The basic structure of single-chip microcomputer
2.1 80C51单片微机的内部结构 2.2 80C51单片微机的引脚及其功能 2.3 80C51 CPU的结构和特点 2.4 存储器结构和地址空间 2.5 并行输入/输出端口 2.6 布尔（位）处理器 2.7 80C51单片微机的工作方式
2.3.2 运算器（ Arithmetic unit ）
运算器主要包括算术逻辑运算单元ALU、累加器ACC（A）、暂 存寄存器、B寄存器、程序状态标志寄存器PSW等。 1、ALU 图2-5 2. 累加器A （ Accumulator ） 3．B寄存器
4. 程序状态字PSW
CY AC F0 RS1RS0 OV － P
80C31：没有ROM，必须外扩ROM
2.4.2 内部数据存储器Internal data memory 作用：
FFFFH
存放随机数据
最大寻址空间： 256B
· 片内数据RAM区：低128 B · 特殊功能寄存器SFR区：高 128 B
FFH 80H 7FH 00H
64KB RAM (I/O)
SFR RAM
位地址区 (16B)
寄存器3组 寄存器2组 寄存器1组 寄存器0组
30H 2FH 20H 1FH
. . .
00H
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 7FH 78H 2FH ............ 70H 2EH 77H 68H 2DH 6FH 67H 60H 2CH 5FH 58H 2BH 50H 2AH 57H 48H 29H 4FH 47H 40H 28H 3FH 38H 27H 30H 26H 37H 28H 25H 2FH 27H 20H 24H 1FH 1FH 23H 17H 10H 22H ............ 0FH 08H 21H 07H 06H 05H 04H 03H 02H 01H 00H 20H
◆ 64 KB的片外数据存储器寻址空间 ◆256（或384）B的片内数据存储器寻址空间
★访问这几个不同的逻辑空间时，采用的指令： 片内外程序存储器空间----MOVC 片内数据存储器空间和SFR----MOV 片外数据存储器地址空间----MOVX
2.4.l 程序存储器Program Memory
PSW(D0H) CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P
控制器
2. 程序存储器 ROM 80C31(片外ROM)
80C51 (掩膜ROM)
87C51(紫外线擦除)---- EPROM 89C51 (电可擦除,Flash)---- EEPROM
3. 数据存储器（RAM）: 51的内部RAM是128字节 4. 并行I/O口(Parallel I/OPort ): 数据线、地址线、控制线
80C51／80C52的封装及逻辑图 图2－2所示 非总线的封装及引脚 图2–3 电源、晶振 按引脚的功能可分为三部分 ： I/O口 控制线 1. 电源和晶振：（ Power and crystal ）
Vcc
Vss
XTAL1、XTAL2
2. I/O： P0——8位、漏极开路的双向I/O口。 功能 驱动能力（ Function and drive capability ） P1——8位、准双向I/O 口 P2——8位、准双向I/O口。 P3——8位、准双向I/O口，具有内部上拉电路。 P3．0——RXD P3．1——TXD P3．2—— INT0 P3．3—— INT1 P3．4——T0 P3．5——T1 P3．6——WR P3．7—— RD
000BH
0013H 001BH 0023H
计时器 T2/T2EX 002BH
⒊ 片内程序存储器
掩膜ROM
ROM类型： OTP（一次性编程）ROM MTP（多次编程）ROM： 80C51： 4 KB ，掩膜ROM 87C51： 4 KB ，EPROM 89C51：4 KB，EEPROM EPROM EEPROM等

2.1 80C51单片微机的内部结构
（The internal structure of single-chip microcomputer 80C51）
80C51内部结构如图2－1所示
中央处理器CPU (算术逻辑部件 ALU、控制器等) 只读存储器 ROM
包 随机存取存储器RAM 括 定时器/计数器
（3）机器周期：6个状态，即S1～S6。即12个振荡脉冲周期
机器周期是单片机的最小时间单位 （4）指令周期 3. 80C51指令时序 ( 80C51 instruction Sequential ) 如图2－8
牢牢记住：
振荡周期= 晶振频率fosc的倒数（节拍）
状态时钟=晶振频率的二分频
1个机器周期 = 6个状态周期
5. 串行I/O口(Serial I/O port)：全双工串行I/O口，实现串行通信
6. 定时器/计数器(Timer/Counter)
80C51共有两个16位的定时器/计数器； 80C52则有三个16位的定时器/计数器 7. 中断系统（ Interrupt ）：五个中断源，两个中断优先级
8 .时序电路及元件（ Sequential circuits and components ）
RS1、RS0=11
寄存器3组
R5
R4
1CH
1BH 1AH 19H 18H
R3
寄存器区 4组(32B)
R2
. . .
R1
R0
00H
片内数据存储器空间分布图
On-chip data memory space distribution
7FH
通用RAM区 . (80B) . . . . . . . .
位地址区
并行 I/O口 P0～P3、串行口
中断系统以及定时控制逻辑电路等。
1.中央处理器
CPU
运算器（Arithmetic unit） 控制器（Controller） 图2－1
算术逻辑运算部件ALU
运算器
ACC--累加器 寄存器 B （8位） PSW—程序状态字寄存器
PC---程序计数器（16位） SP---堆栈指针（8位） DPTR---数据指针（16位） 指令寄存器、译码、定时控制等
0000H
片内
片外
片内数据存储器空间分布图
7FH
（ On-chip data memory space distribution）
通用RAM区 . (80B) . . . . . . . .
位地址区 (16B)
30H 2FH 20H 1FH
①由PSW中的2位RS1、RS0来决定选 哪一组为当前工作寄存器：
片内数据存储器空间分布图
（ On-chip data memory space distribution） 7FH
通用RAM区 . (80B) . . . . . . . .
30H 2FH 20H 1FH
R7
RS1、RS0=00
寄存器0组
07H 06H 05H 04H 03H 02H 01H
R6
R5
8位CPU；
4K内部ROM；
128字节内部RAM；
寻址空间：64KROM
80C51单片机资源：
（80C51 microcontroller resources）
64KRAM； 32位I/O口线； 2个16位T/C； 一个全双工串行口； 5个中断源
2.2 80C51单片微机的引脚及其功能
（ The pin and function of 80C51 single-chip microcomputer ）
控制器、运算器、工作寄存器及时序电路等 2.3.1中央控制器（Central controller）
1. 程序计数器PC
（ Program counter ）
2. 数据指针 DPTR
（ Data pointer ）
3. 指令寄存器IR、指令译码器及控制逻辑 令寄存器IR：存放指令操作码的专用寄存器。如图2－4 定时控制逻辑电路：根据指令的性质发定时控制信号 条件转移逻辑电路：控制程序的分支转移
1个机器周期 = 12个振荡周期； 1个指令周期 = 1、2、4个机器周期
2.4 存储器结构和地址空间
（Memory structure and address space）
普林斯顿（Princeton）结构
两种基本结构：
哈佛（Harvard）结构
80C51系列单片微机采用哈佛结构图2–9 在物理上设有4个存储器空间
R4
R3
寄存器区 4组(32B)
位地址区 (16B)
寄存器3组 寄存器2组 寄存器1组 寄存器0组
R2 R1 R0
. . .
00H
00H
片内数据存储器空间分布图
On-chip data memory space distribution 7FH
通用RAM区 . (80B) . . . . . . . .
3
●片内256(80C52 为384)B数据存储器地址空间
●片外64 KB的数据存储器地址空间
片内数据存储器空间，在物理上又包含 部分： ◆0～127 B----片内数据存储器空间 ◆128～255 B----特殊功能寄存器(SFR)空间(仅占用21个字节)
2
80C51有三种基本的寻址空间：
◆ 64 KB的片内、外程序存储器寻址空间
●程序存储器：片内程序存储器 on-Chip program memory
片外程序存储器 off-Chip program memory ●数据存储器：片内数据存储器 On-chip data memory 片外数据存储器 Off-chip data memory
在逻辑上设有 个存储器地址空间： ● 片内、片外统一的 64 KB程序存储器地址空间
R1
R0
00H
片内数据存储器空间分布图
On-chip data memory space distribution 7FH
通用RAM区 . (80B) . . . . . . . .
位地址区 (16B)
寄存器3组 寄存器2组 寄存器1组 寄存器0组
30H 2FH 20H 1FH
R7 R6
1FH 1EH 1DH
作用： 存放程序、表格、固定常数等
PC，16位 地址指针计数器：
FFFFH
最大寻址空间： 64K
⒈ 程序存储器分为片内和片外两部 分
64KB ROM
1000H 0FFFH
EA=0
0000H
4KB ROM
EA=1
⒉ 特定的程序入口地址 复位 外部中断0 0000H 0003H
计时器T0溢出
外部中断1 计时器T1溢出 串行口中断