单片机C51结构与工作原理.ppt

第二章 80C51单片机结构与工作原理 目前单片机种类很多，国内常见的有: MCS-51系列，普通型（51子系列）8051、8031、8751等，增强型（52子系列）8032、8052、8752等。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上。 80C51系列单片机是在MCS-51的基础上发展起来的，具有CHMOS结构。其中80C51、80C31、87C51是与8051、8031、8751兼容采用CHMOS工艺的产品。除存储器外，它们的内部结构及引脚完全相同。 80C51是MASKROM型，片内有4KB ROM； 80C31是ROMless型，片内无ROM； 87C51是EPROM型，片内有4K EPROM； 89C51则具有4KB的闪速存储器EEPROM。 80C51系列单片机集成度高、速度快、功耗低，应用越来越广泛。本章将以80C51为例，介绍单片机的结构组成与工作原理，并详细介绍80C51的CPU及其外围电路结构和应用原理。 第二章 80C51单片机结构与工作原理 2.1 80C51单片机系统结构组成 2.2 存储器结构 2.3 80C51时序 2.4 80C51的工作方式 2.5 I/O口结构分析 2.6 引脚功能和电气指标 2．1 80C51单片机系统结构组成 单片机与通用微机相比较，在结构组成、指令设置上均有独特 之处，其主要特点如下： 单片机的存储器采用哈佛结构，即程序存储器和数据存储器是严格区分、独立寻址的。程序存储器采用ROM方式，程序、常数及数据表格固化在ROM中，不易被破坏；数据存储器采用RAM(片内高速)，用作工作区和存放数据，以加快单片机的运行速度。 采用面向控制的指令系统。为了满足工业控制的要求，单片机的指令系统中有极其丰富的输入输出控制指令、转移指令、逻辑判断指令、位操作指令等。 I/O引脚具有一线多功能的特点。 具有完善的外围扩展总线，可方便地扩展各种外围电路（如ROM、RAM、I/O接口、定时器/计数器、中断等）。 通用寄存器和操作管理寄存器大多以片内RAM形式出现，易实现CPU的直接存取，数量也较一般通用CPU中的多。单片机中普遍将操作管理寄存器统一成特殊功能寄存器SFR，通过对SFR的读写来实现对片内各单元电路的操作管理，这使得单片机各种功能单元的管理和扩展都变得十分容易。 2.1.1 80C51的基本结构组成 80C51系列单片机基本结构如图2-1所示。它由CPU系统、CPU外围单元、基本功能单元和外部扩展单元组成，各部分通过内部总线相连。 一、CPU系统 80C51的CPU系统包括CPU、时钟系统和总线控制逻辑。 1．中央处理器CPU 它是单片机的核心，由运算器和控制器组成。 运算器以ALU为核心，用于实现对数据的算术逻辑运算。 控制器是CPU的大脑中枢。它在时钟信号的作用下对指令进行 译码，使单片机系统的各部件按时序协调有序地工作。 2．时钟系统 时钟系统主要产生时钟信号，为CPU及片内各单元电路提供 工作的时钟，包含振荡电路、外接的谐振器（石英振子或陶瓷 振子）及振荡电容和可关断控制等部分。 3．总线控制逻辑 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，外部控制总线有RST、ALE、EA和PSEN等。RST为复位 控制引脚，ALE用于数据总线复用管理，EA用于外部与内部程 序存储器选择，PSEN用于外部程序存储器的读取控制。 二、CPU外围单元 CPU外围单元是与CPU运行直接相关的单元电路，与CPU系统构成单片机的最小系统。它包括程序存储器ROM、数据存储器RAM、输入输出（I/O）口和特殊功能寄存器SFR。 1．程序存储器ROM 80C51片内有4KB掩膜ROM，主要用于存放程序、原始数据和表格内容，被称之为程序存储器。 2．数据存储器RAM 80C51内部共有256个字节的RAM单元，其中低128个单元是数据RAM区，包括通用寄存器区、位寻址区和用户RAM区，这些单元主要用于存放随机存取的数据及运算的中间结果。高128个单元是特殊功能寄存器（SFR）区。 3．并行I/O端口 80C51有4个8位并行I/O端口，即P0、P1、P2和P3口。这些端口可以用作一般输入或输出口，而且具有复用功能。通常P0口作为8位数据总线／低8位地址总线复用口，P1口作为通用I/O口，P2口常用作高8位地址总线，而P3口的各个管脚多以第二功能输入或输出形式出现。 4．