80C51单片机内部结构和工作原理
经典：2-80C51单片机的基本结构和工作原理
8751是将8051片内的ROM换成EPROM
89C51则换成4KB的闪速EEPROM
89S51结构同89C51，4KB的闪速EEPROM可在线编程
增强型52、54、58系列的存储容量为普通型分别为
8KB、16KB、64KB
4
②数据存储器（RAM）
数据存储存放程序运行中所需要的常数和变量。51 系列内部RAM容量为128B，52系列为256B。
需要注意的是，在80C51单片机，还有一部分可以不 经过累加器A的传送指令，如：寄存器直接寻址单元之间； 直接寻址单元与间接寻址单元之间；寄存器、直接寻址单 元、间接寻址单元与立即数之间的传送指令。其目的是加 快传送速度，减少累加器A的堵塞现象。
12
③ B寄存器
B寄存器为8位寄存器，主要用于乘除指令中。乘法 中，ALU的两个输入分别为A、B，运算结果存放在AB寄 存器对中。A中存放积的低8位，B中存放积的高8位。除 法中，A中存放被除数，B中放入除数，商数存放于A，余 数存放于B。当然B寄存器也可作为一个普通的内部RAM 单元使用。
1
0
寄存器2组（10H～17H）
1
1
寄存器3组（18H～1FH）
15
d. PSW.5（F0，用户标志位）
该位为用户定义的状态标记，用户根据需要用软件 对其置位或清零，也可以用软件测试F0的状态来实现分支 转移。
Байду номын сангаасe. PSW.6（AC，辅助进位标志位）
进行加法或减法操作时，当发生低四位向高四位进 位或借位时，AC由硬件置位，否则AC位被清“0”。在进 行十进制调整指令时，将借助AC状态进行判断。
④程序状态字
程序状态字PSW（Program Status Word）是一个逐位 定义的8位标志寄存器，它保存指令执行结果的特征信息， 以供程序查询和判别。其各位的定义如下：
80C51单片机的硬件结构之CPU与存储器
2.1 80C51系列单片机结构
2.1.1 内部结构框图
1．1个8位的CPU 2．1个片内振荡器和时钟电路 3．程序存储器 4 KB的掩膜ROM，用于存放程序、原始数 据或表格。 4．数据存储器 5．64KB总线扩展控制器 6．4个8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3）
7．1个全双工串行接口
堆栈指针SP：存放栈顶的地址，内容可软件设置初值，单片机 复位时SP = 07H。CPU每往堆栈中存放一个数，SP都会先自动 加1，CPU每从堆栈中取走一个数，SP都会自动减1，SP始终指向 堆栈最顶部的数据的地址。
（5）数据指针DPTR
分成DPL（低8位）和DPH（高8位）两个寄存器，用来存放16 位地址值。
P0.4 84H
P0.3 83H
P0.2 82H
P0.1 81H
P0.0 80H
（1）累加器Acc
最常用的寄存器，所有的运算类指令都要使用它。累加器 在指令中的助记符为A，自身带有全零标志Z，若A＝0则Z＝1； 若A≠0则Z＝0。该标志常用作程序分支转移的判断条件。
（2）B寄存器
80C51中，在做乘、除法时必须使用B寄存器，不做乘、除法 时，可作为一般的寄存器使用。
① 掩膜ROM。 ② 可编程的只读存储器（PROM）。 ③ 可改写的只读存储器EPROM。 ④ 可电改写只读存储器（EEPROM）。
随机存取存储器（RAM）
① 静态SRAM。 ② 动态DRAM。
可现场改写的非易失性存储器
① 快擦写存储器（FLASH）。 ② 铁电存储器FRAM。
2．存储单元和存储单元地址
1．80C51片内数据存储空间（低128B）
（1）工作寄存器区（00H～1FH） 作用：有专用于工作寄存器操作的指令，读写速度比一般内 RAM要快，指令字节比一般直接寻址指令要短，还具有间 址功能，能给编程和应用带来方便。 工作寄存器区分为4个区：0区、1区、2区、3区。每区有8 个寄存器：R0～R7，寄存器名称相同。但是，当前工作的 寄存器区只能有一个，由PSW中的D4、D3位决定。
80c51单片机定时器计数器工作原理
80c51单片机定时器计数器工作原理80C51单片机是一种常用的微控制器，其定时器/计数器（Timer/Counter）是实现定时和计数功能的重要组件。
以下简要介绍80C51单片机定时器/计数器的工作原理：1. 结构：定时器/计数器由一个16位的加法器构成，可以自动加0xFFFF（即65535）。
定时器/计数器的输入时钟可以来自系统时钟或外部时钟源。
2. 工作模式：定时模式：当定时器/计数器的输入时钟源驱动加法器不断计数时，可以在达到一定时间后产生中断或产生其他操作。
计数模式：当外部事件（如电平变化）发生时，定时器/计数器的输入引脚可以接收信号，使加法器产生一个增量，从而计数外部事件发生的次数。
3. 定时常数：在定时模式下，定时常数（即定时时间）由预分频器和定时器/计数器的初值共同决定。
例如，如果预分频器设置为1，定时器/计数器的初值为X，那么实际的定时时间 = (65535 - X) 预分频系数输入时钟周期。
在计数模式下，定时常数由外部事件发生的时间间隔决定。
4. 溢出和中断：当加法器达到65535（即0xFFFF）时，会产生溢出，并触发中断或其他操作。
中断处理程序可以用于执行特定的任务或重置定时器/计数器的值。
5. 控制寄存器：定时器/计数器的操作可以通过设置相关的控制寄存器来控制，如启动/停止定时器、设置预分频系数等。
6. 应用：定时器/计数器在许多应用中都很有用，如时间延迟、频率测量、事件计数等。
为了充分利用80C51单片机的定时器/计数器功能，通常需要根据实际应用需求配置和控制相应的寄存器，并编写适当的软件来处理定时器和计数器的操作。
单片机 第二章 80C51系列单片机内部结构与工作原理
主要内容：介绍51系列单片机主要功能特点；然
后从硬件设计和程序设计的角度来分析单片机的基本 组成、工作原理；引脚功能和结构框图，并详细介绍 80C51的CPU及CPU外围电路结构和应用原理；存储器结 构和地址空间；位处理器；单片机的工作方式等。
要求： 1、掌握51系列单片机的主要功能特点； 2、熟悉51系列单片机的内部结构； 3、掌握各引脚功能；
2.2 80C51单片机内部基本结构及引脚功能
图2-1 80C51单片机内部结构
2.2 80C51单片机内部基本结构及引脚功能
1、CPU系统(核心)
组成：包括CPU、时钟系统、总线控制逻辑。
(1)CPU：是专门为面向测控对象、嵌入式应用特 点而设计的，有突出控制功能的指令系统。 (2)时钟系统：主要满足CPU及片内各单元电路对 时钟的要求，对80C51单片机还要满足功耗管理对时钟 系统电路的可控要求。 (3)总线控制逻辑：主要用于管理外部并行总线的 时序以及系统复位控制。
说明： 1、Intel公司将MCS-51系列单片机实行技术开放 政策后，许多公司，如Philips、Dallas、Siemens、 ATMEL、华邦、LG等都以MCS-51中的基础结构8051为
2.1 80C51系列单片机简介
基核推出了许多各具特色、各具优越性能的单片机。
2、该课件后面提到的80C51不是专指MaskROM供货 状态的型号，而是泛指80C51系列中的基础结构。 80C51系列则是在8051基础结构通过不同资源配置而推 出的一系列CHMOS单片机。
内部寄存器 ACC B PSW
初始状态 00H 00H 00H
内部寄存器 TCON TMOD TH0
初始状态 00H 00H 00H
SP
单片机80C51
单片机80C5180C51单片机的典型产品有80C51﹑80C31和87C51，80C51是ROM型单片机，内部有4KB ROM；80C31无片内ROM；87C51片内有4KB EPROM。
除此外三者的内部结构和引脚完相同。
图1-1 为80C51的内部结构80C51的内部结构包括：【中央处理器（CUP）】主要完成运算和控制功能，80C51的CPU 是一个字节为8位的中央处理器，即它对数据的处理是按字节为单位的；【内部数据处理器（内部RAM】）80C51中共有256个RAM单元，但其中能作为寄存器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用；【内部程序储存器（内部ROM）】80C51共有4KB的掩膜ROM，用于存放程序、原始数据；【定时器/计数器】80C51有2个16位的定时器/计数器；【并行I/O口】80C51共有4个8位I/O口（P0P1P2P3）可实现数据并行输入输出；【串行口】80C51有1个全双工的可编程的串行口，以实现单片机与其他设备之间的串行数据传送；【时钟电路】80C51单片机内部有时钟电路，但晶振和微调电容要外接，为其产生时钟脉冲序列；【中断系统】它共有5个中断源：2个是外部中断源/INTO和/INT1，3个内部中断源，即2个定时/计数中断，1个串行口中断；还有驱动器、锁存器、缓冲器、地址寄存器等。
图1-2 为80C51的引脚图功能说明：主电源引脚Vss（20脚）和Vcc（40脚）；时钟电路引脚XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚），用法见图1-2；控制信号引脚如下：RST复位（9脚）输入24个时钟脉冲周期宽度以上H电平复位，接法见图1-3；ALE或/PROG、（30脚）锁存扩展地址低位字节控自信号，或EPROM编程时输入编程脉冲；/PSEN、（29脚）访问片外程序存储器是输出负脉冲作片选控制信号，12个始终周期2次生效，但访问片外RAM时无效，见时序图图1-3；/EA或Vpp（31）程序储存地址的选择，H时先选片内超址时自动跳到片外ROM，或编程时施加编程电压。
80C51的结构和原理
1第二章80C51的结构和原理2学习目标熟悉80C51单片机的结构和应用模式掌握80C51的内部资源,特别是存储器配置 理解单片机的工作原理和基本时序重点内容80C51单片机的应用模式80C51单片机存储器及SFR 配置 80C51单片机I/O 口特点32.6 80C51的并行口结构与操作2.1 80C51系列概述2.2 80C51的基本结构与应用模式2.3 80C51典型产品资源配置与引脚封装2.4 80C51的内部结构2.5 80C51的存储器组织第二章80C51的结构和原理42.1 80C51系列概述2.1.1 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。
5（2）该系列生产工艺有两种：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。
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）。
2.1 80C51系列概述6（3）在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两大类：增强型：8052/8752/803280C52/87C52/80C32基本型：8051/8751/803180C51/87C51/80C312.1 80C51系列概述7（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：﹡80C51有4K 字节的掩膜ROM ；﹡87C51有4K 字节的EPROM ；﹡80C 31在芯片内无程序存储器。
02第二章 80C51单片机的硬件
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程序计数器PC 程序计数器PC
16位寄存器,用于存放将要执行的指令的地址, 16位寄存器,用于存放将要执行的指令的地址,
可寻址64K范围.PC在物理结构上相对独立,不 可寻址64K范围.PC在物理结构上相对独立,不 属于SFR,如将要执行的指令为多字节指令,则 属于SFR,如将要执行的指令为多字节指令,则 PC存放指令的第一个字节的地址. PC存放指令的第一个字节的地址. PC的功能: PC的功能: 复位功能 计数功能 直接置位功能
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表2-5 RS1,RS0与寄存器区的关系 , 与寄存器区的关系
RS1 RS0 当前区号(组 当前区号 组) R0～R7地址 ～ 地址
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 2 3
00H～07H ～ 08H～0FH ～ 10H～17H ～ 18H～1FH ～
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(2).位寻址区
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2,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ部数据存储器 ,
由于MCS-51子系列单片机内部数据存储器只有128个
字节,往往不够用,这就需要扩展外部数据存储器, 外部数据存储器最多可扩至64KB. 访问外部存储器需要利用外部总线进行地址和数据的 传输,此时用P0,P2口 P0 P2 访问外部数据存储器只能用间接寻址,两种方式: DPTR和Ri(i=0,1),并有专用指令
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2.3 MCS-51单片机的引脚功能 MCS-51单片机的引脚功能
MCS-51 单片机共有40 个引脚. MCS-51单片机共有 40个引脚 .
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2.4 MCS-51单片机存储器 MCS-51单片机存储器
单片机原理及应用 第四章 80C51单片机的功能单元
Vcc
R （上拉电阻）
P1·X 引脚
1
读引脚
输入缓冲器
驱动能力：P1、P2、P3可驱动4个LSTTL负载 P0可驱动8个LSTTL负载
2、用作输入口 两种工作方式：
读锁存器 读引脚
1）读锁存器
将端口锁存器的内容读入内部总线，经过运算和变换，再 写回到端口锁存器。
称为 读—修改—写指令
例：ANL P1，#0FH
1、用作输出口 可直接与外设相连，不必外加字锁节存寻器址
输出指令：
MOV P1，A MOV P1，#data
；MOV P1，Rn ；MOV P1，@Ri
MOV P1，direct 位操作
MOV P1.X , C
P1·0位
读锁存器
内部总线 1
写锁存器
例： MOV P1，#0FH
输入缓冲器
1 D P1·X Q CL 锁存器 Q 0
4、作为双向口使用 准双向口
80C51的4个I/O口在进行数据的输入输出操作时， 均可作为双向口使用。即，同一口线既作为输入 口，又用作输出口。
操作方法：以P1口为例 MOV P1， A
；直接使用输出指令
··· ··· MOV P1，#0FFH MOV A，P1
；锁存器置1 ；输入指令
80C51的P1由输出口转为输入口时，需先将锁 存器置1，然后使用输入指令。
P1、P2、P3口： 4个TTL负载
五、80C51的外部总线
4.2 定时/计数器
单片微机系统特点：面向测控系统
要求单片微机能够提供实时功能，以实现定时、 延时或实时时钟；也常要求计数功能，以实现 对外部事件计数
80C51系列单片微机提供2个（8051型）或3个 （8052型）16位的定时/计数器，可程控为4种 工作方式
单片机原理与接口技术 80C51 单片机的硬件结构
（2）控制器电路 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。控制电路完成指挥控制 工作，协调单片机各部分正常工作。
2. 存储器 80C51单片机的存储器包括数据存储器和程序存储
任一时刻，cpu只能使用其中的一组寄存器，称为当 前工作寄存器组，由程序状态字寄存器PSW中的RS1， RS0位的组合来决定。没有选中的单元也可作为一般的 数寄据存缓器存：使用。系统上电复位时，默认选中第0组寄存器。 1、可用8位地址寻址； 2、在指令中既可用名称表示，也可以使用单元地址表示。
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串行通信接口，可以同时发送和接收数据。
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6. 中断控制系统
80C51共有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。
7. 时钟电路
80C51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调电容 必须外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，振荡器的 频率范围为1.2MHz～33MHz，典型取值为6MHz。
器装备、飞机导航系统。 （6）计算机外部设备及电器方面：打印机、硬盘驱动器、
彩色与黑白复印机、磁带机等。 （7）多机分布式系统：可用单片机构成分布式测控系统，
它使单片机应用进入了一个全新的阶段。 （测控系统，智能仪表，智能玩具，计算机外设）
docin/sundae_meng
4.典型单片机产品简介 (1) MCS-51单片机系列
2、位寻址区 在工作寄存器后的16个数据单元（20H～2FH），它
们既可以作为一般的数据单元使用，又可以按位对每个单 元进行操作，因此这16个数据单元又称作位寻址区。位寻 址区共计128位，其位地址为00H～7FH。
单片机基础_80C51
5. 串行I/O口 目前高档 8 位单片机均设置了全双工串行 I/O 口，用以 实现与某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能 的器件相连接的能力，甚至用多个单片机相连构成多机系 统。随着应用的拓宽，有些型号的单片机内部还包含有二 个串行I/O口。 6. 定时器/计数器
3. 控制线：共4根。
· RST（VPD：备用电源引入端，当电源发生故障，电源降到下限值时， 备用电源经此端向内部 RAM提供电压，以保护内部RAM中的数据不 丢失）——复位输入信号，高电平有效。在振荡器工作时，在RST上 作用两个机器周期以上的高电平，将器件复位。 ·/EA（Vpp：编程电压,具体电压值视芯片而定）——片外程序存储 器访问允许信号，低电平有效。/EA=1，选择片内程序存储器(80C51 为4KB，80C52为8KB) ；/EA=0，则程序存储器全部在片外而不管片 内是否有程序存储器。 使用80C31时，必须接地，使用8751编程时，施加 21V的编程电 压。 · ALE（PROG：编程脉冲）——地址锁存允许信号，输出。 在访问片外存储器或 I/O 时，用于锁存低八位地址，以实现低八 位地址与数据的隔离。即使不访问外部存储器，ALE端仍以固定的频 率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的1/6)。在访问外部数据存储器 时，出现一个ALE脉冲。
在单片机中，常把寄存器（如工作寄存器、特殊功能 寄存器、堆栈等）在逻辑上划分在片内 RAM 空间中，所 以可将单片机内部 RAM 看成是寄存器堆，有利于提高运 行速度。
当内部 RAM 容量不够时，还可通过串行总线或并行 总线外扩数据存储器。
4. 并行I/O口
单片机往往提供了许多功能强、使用灵活的并行输入 /输出引脚，用于检测与控制。有些I/O引脚还具有多种功 能，比如可以作为数据总线的数据线、地址总线的地址线、 控制总线的控制线等。单片机 I/O 引脚的驱动能力也逐渐 增大，甚至可以直接驱动外扩的LED显示器。
第二章 80c51硬件结构
•
• • •
(2) 寄存器B （8位）：
2.1.2
80C51内部逻辑结构组成
2.内部数据存储器(RAM)
低128字节区：用户RAM区为128x8Byte，地址为00H～
7FH。用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓 冲等。 高128字节区：特殊寄存器RAM区128x8Byte，地址为 80H～FFH。有21个特殊功能寄存器（SFR），存放功能 部件的控制命令、状态或数据等。 特点：掉电数据丢失。
失，使得复位后能继续正常运行。
三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EA
ALE/PROG（30脚）：
ALE：地址锁存允许信号端。正常工作时，该引脚以 振荡频率的1/6固定输出正脉冲，可作为外部定时 脉冲使用。 CPU访问片外存储器时，该引脚输出信号作为锁存 低8位地址的控制信号。它的负载能力为8个LS型 TTL负载。
字 节 地 址
位地址
2.2.3
内部数据存储器高128单元
1 特殊寄存器概述
用于存放单片机各个功能部件的控制命令、状态或数据的寄存 器叫特殊寄存器，其功能已经由单片机规定。
1. 有21个特殊功能功能寄存器，地址不连续分布在80H～FFH的 RAM空间，剩余空闲单元用户并不能使用，读出不确定，写入 被舍弃。
片内数据存储器 MOV,
片外数据存储器 MOVX, RD WR作选通信号操作 逻辑上3个存储器地址空间（软件角度） ： 64KB 程序存储器： 统一编地址，0000H-FFFFH 256B 片内数据存储器:独立编地址 0000H-00FFH 64KB 片外数据存储器：独立编地址 0000H-FFFFH
(1)运算电路 构成: 运算部件以算术逻辑运算单元ALU为核心，包 含累加器ACC、B寄存器、暂存器、标志寄存器PSW等， 功能: 它能实现算术运算、逻辑运算 。
80C51单片机片内结构和工作原理
第2章 80C51单片机片内结构和工作原理 80C51系列单片机分类
2.1 片内结构和引脚功能
2.1.1 片内结构
2.1.2 引脚功能
⒈ 电源: ⑴ VCC - 芯片电源，接+5V； ⑵ VSS - 接地端；
⒉ 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 ⒊ 控制线:控制线共有4根，其中3根是复用线。所谓复用线是 指具有二种功能，正常使用时是一种功能，在某种条件下是另一 种功能。 ⑴ ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
分方法:位操作指令中的地址是位地址;字节操作指令 中的地址是字节地址。
位寻址区的位地址映象表
字节
位地址
地址
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
2FH
7FH
7EH
7DH
7CH
7BH
7AH
79H
78H
2EH
77H
76H
75H
74H
73H
72H
71H
70H
2DH
6FH
6EH
6DH
6CH
80C51单片机原理
80C51单片机原理RAM地址寄存器 RAM 128B 程序地址寄存器P0驱动器 P2锁存器 P2驱动器P1锁存器 暂存器2 B 寄存器 4KB ROM暂存器1ACC SP P0锁存器 PC PC 增1 缓冲器 P3锁存器 OSC中断、串行口及定时器PSW ALU DPTRP1驱动器 P3驱动器XTAL1XTAL2 P0.0～P0.7 P2.0～P2.7 P3.0～P3.7 P1.0～P1.7 RST ALEV CCV SS定时控制 指令译码器 指令寄存器 PSEN EA表2-1 P3口各引脚与第二功能表PSW 的各位定义见表80C51 P0～P3接口功能简见大多数口线都有双重功能，介绍如下： 1、P0口具有双重功能：（1） 作为通用I/O ，外接I/O 设备。
（2） 作为地址/数据总线。
在有片外扩展存储器的系统 中，低8位地址和数据由P0口分时传送。
PSW 位地址 PS W.7PSW .6PSW .5 PSW .4 PSW .3 PSW .2 PSW .1 PSW .0 位标志CY ACF0RS1RS0OVF1P2、P1口是唯一的单功能口：作为输入/输出口，P1口的每一位都可作为输入/输出口。
3、P2口具有双重功能：（1）作为输入/输出口。
（2）作为高8位地址总线。
在有片外扩展存储器的系统中，高8位地址由P2口传送。
4、P3口具有双重功能：（1）作第一功能使用时，其功能为输入/输出口。
（2）作第二功能使用时，每一位功能定义如表2.1所示。
80C51单片机的4个I/O口都是8位双向口，这些口在结构和特性上是基本相同的，但又各具特点，以下将分别介绍之。
图2-9 P0口某位的结构图2-10 P1口某位的结构图2-11 P2口某位的结构图2-12 P3口某位的结构P0～P3口使用时应注意事项1、如果80C51单片机内部程序存贮器ROM够用，不需要扩展外部存贮器和I/O接口，80C51的四个口均可作I/O口使用。
第2章 80C51单片机内部结构和工作原理
§2 - 5
I/O端口结构及工作原理 I/O端口结构及工作原理
位并行I/O I/O口 32条端线 条端线： ※ 有4个8位并行I/O口,共32条端线： P 0 、P 1 、P 2 和P 3 口。 每一个I/O口都能用作输入或输出。 每一个I/O口都能用作输入或输出。 I/O口都能用作输入或输出
25
(3)指令周期 指令周期
• 完成一条指令所需要的时间， 完成一条指令所需要的时间， 有单、双、四机器周期指令 • 单字节单周期 如 INC A 字节单 机器码 04 • 双字节单周期 字节单 ADD A #30 24 30 • 单字节双周期 字节双 INC DPTR A3 • 单字节四周期 字节四 MUL AB A4
10
⒉ 位寻址区
从20H～2FH共16字节（Byte，缩写 20H～2FH共16字节（Byte， 字节 为英文大写字母B）。每 为英文大写字母B）。每B有8位（bit，缩 bit， 写为小写b），共128位，每一位均有一个 写为小写b），共128位 位地址。 位地址。
11
12
13
⒊ 数据缓冲区 RAM中 30H FH为数据缓冲 内 RAM 中 30H ～ 7FH 为数据缓冲 用于存放各种数据和中间结果， 区，用于存放各种数据和中间结果， 起到数据缓冲的作用。 起到数据缓冲的作用。
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三、特殊功能寄存器（SFR） 特殊功能寄存器（SFR）
• 地址为 地址为80H—FFH，不连续，一共21个 ，不连续，一共 个 • DPTR是唯一的一个 位SFR，占两字节地址 是唯一的一个16位 是唯一的一个 ， • 未使用的地址不能访问。 未使用的地址不能访问。 不能访问
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80C51的基本结构
80C51的基本结构80C51的引脚封装时钟电路总线控制CPUROM/EPROM/FLASH4K 字节RAM 128字节 SFR 21个定时/计数器2个中断系统5中断源、2优先级串行口 全双工 2个并行口 4个RST EAALE PSENXTAL2XTAL1P0 P1 P2 P3V CCV SS一、80C51的内部结构：1．80C51的微处理器（CPU）（1）运算器：累加器ACC ；寄存器B ；程序状态字寄存器PSW 。
（2）控制器：程序计数器PC ；指令寄存器IR ；定时与控制逻辑2．80C51的片内存储器在物理上设计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间：（1）内部ROM容量4K字节，范围是：000H~0FFFH（2）内部RAM容量128字节，范围是：00H~7FH3．80C51的I/O口及功能单元（1）四个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。
（2）有一个全双工的串行口（利用P3口的两个引脚P3.0和P3.1）；（3）有2个16位的定时/计数器；（4）有1套完善的中断系统。
4．80C51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。
增强型单片机的SFR有26个字节单元，所增加的5个单元均与定时/计数器2相关。
二、80C51的时钟与时序1．80C51的时钟产生方式可分为内部时钟和外部时钟2．80C51的时钟信号一个机器周期包含12个晶荡周期或6个时钟周期，指令的执行时间称作指令周期（单、双周期）。
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。
三、80C51单片机的复位复位目的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。
复位有上电复位和上电复位和按键均有效的复位。
单片机的基本结构与工作原理
第二章单片机的基本结构与工作原理2·1 80C51系列单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能都件？各个逻辑部件的主要功能是什么？答：80C51系列单片机在片内集成了以下主要逻辑功能部件及分别有如下的主要功能.（l)CPU(中央处理器):8位功能：中央处理器由中央控制器与运算器一起构成。
中央控制器是识别指令，并根据指令性质控制计算机各组成部件进行工作的部件.(2)片内RAM:128B功能：在单片机中,用随机存取存储器(RAM）来存储程序在运行期间的工作变量和数据，所以称为数据存储器。
一般,在单片机内部设置一定容量(64B至256B）的RAM。
这样小容量的数据存储器以高速RAM的形式集成在单片机内，以加快单片机运行的速度.同时，这种结构的RAM还可以使存储器的功耗下降很多。
(3）特殊功能寄存器:21个功能：特殊功能寄存器（SFR）是80C51单片机中各功能部件所对应的寄存器，用以存放相应功能部件的控制命令、状态或数据的区域.这是80C51系列单片机中最有特色的部分。
现在所有80C51系列功能的增加和扩展几乎都是通过增加特殊功能寄存器（SFR）来达到的。
80C51系列单片机设有128B内部数据RAM结构的特殊功能寄存器（SFR)空间区。
除程序计数器PC和4个通用工作寄存器组外，其余所有的寄存器都在这个地址空间之内。
（4)程序存储器：4KB功能：80C51单片机的程序存储器用于存放经调试正确的应用程序和表格之类的固定常数。
由于采用16位的程序计数器PC和16位的地址总线，因而其可扩展的地址空间为64KB，而且这64KB地址空间是连续、统一的.（5)并行I/O口：8位，4个功能:为了满足”面向控制”实际应用的需要,80C51系列单片机提供了数量多、功能强、使用灵活的并行I/O口。
80C51系列单片机的并行I/O口，不仅可灵活地选作输人或输出，而且还具有多种功能.例如，它既是I/O口，又是系统总线或是控制信号线等，从而为扩展外部存储器和I/O接口提供了方便，大大拓宽了单片机的应用范围.（6)串行接口:全双工，1个功能:全双工串行I/O口，提供了与某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相连的能力;甚至可用多个单片机相连构成多机系统,使单片机的功能更强和应用更广。
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第2章80C51单片机内部结构和工作原理本章要点❖80C51系列单片机内部结构❖外部引脚功能❖存储空间配置和功能❖片内RAM结构和功能❖特殊功能寄存器的用途和功能❖程序计数器PC的作用和基本工作方式❖I/O端口结构、工作原理及功能❖时钟和时序❖复位电路、复位条件和复位后状态❖低功耗工作方式的作用和进入退出的方法§2-1 内部结构和引脚功能一、二、引脚功能40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。
⒈电源: ⑴VCC - 芯片电源，接+5V；⑵VSS - 接地端；⒉时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。
⒊控制线:控制线共有4根，⑴ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲①ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址②PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
⑵PSEN:外ROM读选通信号。
⑶RST/VPD:复位/备用电源。
①RST（Reset）功能：复位信号输入端。
②VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。
⑷EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
①EA功能：内外ROM选择端。
②Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
⒋I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。
P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。
P3.0 ——RXD：串行口输入端；P3.1 ——TXD：串行口输出端；P3.2 ——INT0：外部中断0请求输入端；P3.3 ——INT1：外部中断1请求输入端；P3.4 ——T0：定时/计数器0外部信号输入端；P3.5 ——T1：定时/计数器1外部信号输入端；P3.6 ——WR：外RAM写选通信号输出端；P3.7 ——RD：外RAM读选通信号输出端。
§2-1 存储空间配置和功能80C51的存储器组织结构可以分为三个不同的存储空间，分别是：⑴64KB程序存储器(ROM),包括片内ROM和片外ROM；⑵64KB外部数据存储器（外RAM）；⑶256B内部数据存储器(内RAM)(包括特殊功能寄存器）。
80C51存储空间配置图一、程序存储器（ROM）地址范围：0000H～FFFFH，共64KB。
其中:低段4KB：0000H～0FFFH80C51和87C51在片内，80C31在片外。
高段60KB：1000H～FFFFH。
在片外。
读写ROM用MOVC指令，控制信号是PSEN和EA。
读ROM是以程序计数器PC作为16位地址指针，依次读相应地址ROM中的指令和数据，每读一个字节，PC+1→PC，这是CPU自动形成的。
但是有些指令有修改PC的功能，例如转移类指令和MOVC指令，CPU将按修改后PC的16位地址读ROM。
读外ROM的过程：CPU从PC中取出当前ROM的16位地址，分别由P0口（低8位）和P2口（高8位）同时输出，ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号，地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到外ROM 16位地址输入端，当PSEN信号有效时，外ROM将相应地址存储单元中的数据送至数据总线（P0口），CPU读入后存入指定单元。
●地址范围：0000H～FFFFH 共64KB。
●读写外RAM用MOVX指令，控制信号是P3口中的RD和WR。
●读外RAM的过程：外RAM 16位地址分别由P0口（低8位）和P2口（高8位）同时输出，ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号，地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到外RAM 16位地址输入端，当RD 信号有效时，外RAM将相应地址存储单元中的数据送至数据总线（P0口），CPU读入后存入指定单元。
写外RAM的过程：写外RAM的过程与读外RAM的过程相同。
只是控制信号不同，信号换成WR信号。
当WR信号有效时，外RAM将数据总线（P0口分时传送）上的数据写入相应地址存储单元中。
从广义上讲，80C51内RAM（128B）和特殊功能寄存器（128B）均属于片内RAM空间，读写指令均用MOV指令。
但为加以区别，内RAM通常指00H～7FH的低128B空间。
⒈工作寄存器区作用：有专用于工作寄存器操作的指令，读写速度比一般内RAM要快，指令字节比一般直接寻址指令要短，还具有间址功能，能给编程和应用带来方便。
工作寄存器区分为4个区：0区、1区、2区、3区。
每区有8个寄存器：R0～R7，寄存器名称相同。
但是，当前工作的寄存器区只能有一个，由PSW中的D4、D3位决定。
⒉位寻址区⑴地址:从20H～2FH共16字节（Byte，缩写为英文大写字母B）。
每B有8位（bit，缩写为小写b），共128位，每一位均有一个位地址，可位寻址、位操作。
即按位地址对该位进行置1、清0、求反或判转。
⑵用途：存放各种标志位信息和位数据。
⑶注意事项:位地址与字节地址编址相同，容易混淆。
区分方法:位操作指令中的地址是位地址;字节操作指令中的地址是字节地址。
位寻址区的位地址映象表字节地址位地址D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D02FH 7FH 7EH 7DH 7CH 7BH 7AH 79H 78H2EH 77H 76H 75H 74H 73H 72H 71H 70H2DH 6FH 6EH 6DH 6CH 6BH 6AH 69H 68H2CH 67H 66H 65H 64H 63H 62H 61H 60H2BH 5FH 5EH 5DH 5CH 5BH 5AH 59H 58H2AH 57H 56H 55H 54H 53H 52H 51H 50H29H 4FH 4EH 4DH 4CH 4BH 4AH 49H 48H28H 47H 46H 45H 44H 43H 42H 41H 40H27H 3FH 3EH 3DH 3CH 3BH 3AH 39H 38H26H 37H 36H 35H 34H 33H 32H 31H 30H25H 2FH 2EH 2DH 2CH 2BH 2AH 29H 28H24H 27H 26H 25H 24H 23H 22H 21H 20H23H 1FH 1EH 1DH 1CH 1BH 1AH 19H 18H22H 17H 16H 15H 14H 13H 12H 11H 10H21H 0FH 0EH 0DH 0CH 0BH 0AH 09H 08H20H 07H 06H 05H 04H 03H 02H 01H 00H⒊数据缓冲区内RAM中30H～7FH为数据缓冲区，用于存放各种数据和中间结果，起到数据缓冲的作用。
四、特殊功能寄存器（SFR）特殊功能寄存器地址映象表（一）特殊功能寄存器地址映象表（二）注：带括号的字节地址表示每位有位地址可位操作。
⑴累加器Acc⑵寄存器B⑶程序状态字寄存器PSWPSW也称为标志寄存器，存放各有关标志。
其结构和定义如下：①Cy —进位标志。
用于表示Acc.7有否向更高位进位。
②AC —辅助进位标志。
用于表示Acc.3有否向Acc.4进位。
③RS1、RS0 —工作寄存器区选择控制位。
RS1、RS0 = 00 ——0区（00H～07H）RS1、RS0 = 01 ——1区（08H～0FH）RS1、RS0 = 10 ——2区（10H～17H）RS1、RS0 = 11 ——3区（18H～1FH）④OV —溢出标志。
表示Acc在有符号数算术运算中的溢出。
⑤P —奇偶标志。
表示Acc中“1”的个数的奇偶性。
⑥F0 、F1 —用户标志。
⑷数据指针DPTR16位，由两个8位寄存器DPH、DPL组成。
主要用于存放一个16位地址，作为访问外部存储器（外RAM和ROM）的地址指针。
⑸堆栈指针SP专用于指出堆栈顶部数据的地址。
五、程序计数器PC※PC不属于特殊功能寄存器，不可访问，在物理结构上是独立的。
※PC是一个16位的地址寄存器，用于存放将要从ROM中读出的下一字节指令码的地址，因此也称为地址指针。
※PC的基本工作方式有：⑴自动加1。
CPU从ROM中每读一个字节，自动执行PC+1→PC；⑵执行转移指令时，PC会根据该指令要求修改下一次读ROM新的地址；⑶执行调用子程序或发生中断时，CPU会自动将当前PC值压入堆栈，将子程序入口地址或中断入口地址装入PC；子程序返回或中断返回时，恢复原有被压入堆栈的PC值，继续执行原顺序程序指令。
§2-3 I/O端口结构及工作原理※有4个8位并行I/O口,共32条端线：P0、P1、P2和P3口。
每一个I/O口都能用作输入或输出。
※用作输入时，均须先写入“1”；用作输出时，P0口应外接上拉电阻。
※P0口的负载能力为8个LSTTL门电路；P1～P3口的负载能力为4个LSTTL门电路。
※在并行扩展外存储器或I/O口情况下，P0口用于低8位地址总线和数据总线(分时传送)P2口用于高8位地址总线，P3口常用于第二功能，用户能使用的I/O口只有P1口和未用作第二功能的部分P3口端线。
§2-4 时钟和时序一、时钟电路二、时钟周期和机器周期⑴时钟周期。
80C51振荡器产生的时钟脉冲频率的倒数，是最基本最小的定时信号。
⑵机器周期。
80C51单片机工作的基本定时单位，简称机周。
机器周期是时钟周期的12倍。
当时钟频率为12MHz时，机器周期为1μS；当时钟频率为6MHz时，机器周期为2μS。
§2-5 复位和低功耗工作方式80C51单片机的工作方式共有四种：⑴复位方式；⑵程序执行方式；⑶低功耗方式；⑷片内ROM编程（包括校验）方式。
一、复位方式⒈复位条件RST引脚保持2个机器周期以上的高电平。
⒉复位电路⒊复位后CPU状态PC：0000H TMOD：00HAcc：00H TCON：00HB：00H TH0：00HPSW：00H TL0：00HSP：07H TH1：00HDPTR：0000H TL1：00HP0～P3：FFH SCON：00HIP：×××00000B SBUF：不定IE：0××00000B PCON：0×××0000B二、低功耗工作方式⑴待机(休闲)方式（Idle）⑵掉电保护方式（Power Down）。
在Vcc=5V，fosc=12MHz条件下，正常工作时电流约20mA；待机(休闲)方式时电流约5mA；掉电保护方式时电流仅75 A。
两种低功耗工作方式由电源控制寄存器PCON确定。
MSB LSBPSONSMOD ———GF1 GF0 PD IDL其中：SMOD：波特率倍增位（在串行通信中使用）GF1、GF0：通用标志位PD：掉电方式控制位，PD=1，进入掉电工作方式；IDL：待机(休闲)方式控制位,IDL=1,进入待机工作方式。