單片機(jī)第二章、單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理.ppt

第2章單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,2.180C51系列單片機(jī)總體基本結(jié)構(gòu)組成2.280C51單片機(jī)的引腳功能及結(jié)構(gòu)框圖2.380C51CPU的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)2.4存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和地址空間2.5布爾（位）處理器2.680C51單片機(jī)的工作方式,2.180C51系列單片機(jī)總體基本結(jié)構(gòu),8051/8052系列單片機(jī)主要包括以下功能部件：8位CPU:(1)運(yùn)算器：由ALU、暫存器（1、2）、ACC、B、PSW和一個(gè)布爾處理器（作位運(yùn)算）等組成。用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。（2）控制器：由PC、DPTR、IR、ID等組成。是計(jì)算機(jī)的控制指揮部件，使計(jì)算機(jī)各部份能自動(dòng)協(xié)調(diào)的工作。存儲(chǔ)器:用于存放程序和數(shù)據(jù)4K/8K片內(nèi)程序存儲(chǔ)器(ROM/EPROM/EEPROM)；128/256字節(jié)的片內(nèi)RAM；可尋址外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各64K；Princeton結(jié)構(gòu)，Har-vard結(jié)構(gòu)介紹,2/3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(timer/counter)；精確定時(shí)、對(duì)外部事件計(jì)數(shù)；1個(gè)全雙工異步串行口（serilport、UART），以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。；5/6個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，51單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足不同控制應(yīng)用的需要。具有位尋址能力(bit)；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路(osc)，時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。,2.280C51單片機(jī)的引腳功能及結(jié)構(gòu)框圖,2.2.18051單片機(jī)的引腳功能80C51雙列直插式封裝PDIP的引腳圖。,AT89C51有PDIP、PQFP、TQFPPLCC、LCC等多種封裝形式,根據(jù)引腳功能可分為4類：(1)電源引腳：Vcc（40）、Vss（20）(2)時(shí)鐘電路引腳:XTAL1(19)：反相振蕩放大器輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路輸入。XTAL2(18)：片內(nèi)振蕩器反向器輸出端。(3)控制信號(hào)引腳RST/Vpd：復(fù)位輸入/備用電源輸入，當(dāng)晶振在運(yùn)行中只要復(fù)位管腳出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期高電平即可復(fù)位。ALE/PROG：地址鎖存輸出信號(hào)/編程脈沖輸入信號(hào)/PSEN：片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（從EPROM/ROM中讀取指令）/EA/Vpp：外部程序存儲(chǔ)器訪問允許信號(hào)，輸入/編程電壓輸入當(dāng)/EA接高電平時(shí)，CPU只訪問及執(zhí)行片內(nèi)EPROM/ROM，但當(dāng)PC的值超過0FFFH（對(duì)8751/8051為4KB）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容；當(dāng)/EA接低電平時(shí)，CPU只訪問及執(zhí)行片外EPROM/ROM中的程序；Vpp=12V21V，對(duì)8751片內(nèi)的EPROM固化程序ALE、/PSEN的負(fù)載能力：8個(gè)LS型TTL,（4）輸入/輸出端口：P0-P3P0口：8位漏極開路雙向I/O口，尋址外部存儲(chǔ)器時(shí)，分時(shí)使用(復(fù)用)作數(shù)據(jù)和外部存儲(chǔ)器低8位地址，有8個(gè)TTL負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力。作輸出口時(shí)，輸出高電平要接上拉電阻。P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，4個(gè)TTL負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力。P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，尋址外部存儲(chǔ)器時(shí)作外部存儲(chǔ)器高8位地址，具有4個(gè)TTL負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力。P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，有4個(gè)TTL負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力，同時(shí)具有第二功能。P3.0：RXD串行接收，輸入。P3.1：TXD串行發(fā)送，輸出。P3.2：/INT0外部中斷0請(qǐng)求，輸入，低電平或下降沿有效。P3.3：/INT1外部中斷1請(qǐng)求，輸入，低電平或下降沿有效。P3.4：T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部，輸入。P3.5：T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部，輸入。P3.6：/WR外部RAM寫信號(hào)，輸出，低電平有效。P3.7：/RD外部RAM讀信號(hào)，輸出，低電平有效。,2.2.28051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及組成,2.380C51CPU的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)CPU包括：控制器、運(yùn)算器、工作寄存器及時(shí)序電路。2.3.1中央控制器由PC、DPTR（DPH、DPL）、IR、ID等組成地址寄存器PC和DPTR程序計(jì)數(shù)器PC指明即將執(zhí)行的下一條指令的地址，16位，尋址64KB范圍，復(fù)位時(shí)PC=0000H。PC的作用是用來存放將要執(zhí)行的指令地址，共16位，可對(duì)64KROM直接尋址，在外擴(kuò)存儲(chǔ)器時(shí)，PC低8位經(jīng)P0口輸出，高8位經(jīng)P2口輸出。也就是說，程序執(zhí)行到什么地方，程序計(jì)數(shù)器PC就指到哪里，它始終是跟著程序的執(zhí)行。我們知道，用戶程序是存放在內(nèi)部的ROM中的，我們要執(zhí)行程序就要從ROM中一個(gè)個(gè)字節(jié)的讀出來，然后到CPU中去執(zhí)行，那么ROM具體執(zhí)行到哪一條呢？這就需要我們的程序計(jì)數(shù)器PC來指示。程序計(jì)數(shù)器PC的基本工作方式：具有自動(dòng)加1的功能，即從存儲(chǔ)器中讀出一個(gè)字節(jié)的指令碼后，PC自動(dòng)加1（指向下一個(gè)存儲(chǔ)單元），這是最基本工作方式。執(zhí)行轉(zhuǎn)移時(shí)，PC被置入新值，程序的流程就發(fā)生變化。在執(zhí)行調(diào)用、或響應(yīng)中斷時(shí)，PC被保護(hù)后被置入新值。,數(shù)據(jù)指針DPTR是一個(gè)16位的特殊功能寄存器，可分為2個(gè)8位的寄存器(DPH、DPL)在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器時(shí)，必須以DPTR為數(shù)據(jù)指針通過ACC進(jìn)行訪問。PC與DPTR的比較：兩者都是與地址有關(guān)，PC與程序存儲(chǔ)器的地址有關(guān)，DPTR與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址有關(guān)；PC只能作為16位的寄存器，能自動(dòng)加1，是不可以訪問的，它的變化改變程序的執(zhí)行流程；而DPTR可以作為16位的寄存器，也可分為2個(gè)8位的寄存器，是可以訪問的。3)指令寄存器IR、指令譯碼器ID、及控制邏輯指令寄存器IR的作用就是用來存放即將執(zhí)行的指令代碼。指令譯碼器ID用于對(duì)送入指令寄存器中的指令進(jìn)行譯碼，所謂譯碼就是把指令轉(zhuǎn)變成執(zhí)行此指令所需要的電信號(hào)。定時(shí)控制邏輯電路根據(jù)指令的性質(zhì)發(fā)出一系列定時(shí)控制信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分進(jìn)行相應(yīng)的工作，執(zhí)行指令。CPU執(zhí)行指令的過程，首先由程序存儲(chǔ)器（ROM）中讀取指令代碼送入到指令寄存器，經(jīng)譯碼器譯碼后再由定時(shí)與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，從而完成指令的功能。,2.3.2運(yùn)算器運(yùn)算器由ALU、暫存器（1、2）、累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)字PSW、BCD運(yùn)算修正電路和一個(gè)布爾處理器（作位運(yùn)算）等組成。1.算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU,運(yùn)算器主要功能8位算術(shù)運(yùn)算；增量或減量；8位邏輯運(yùn)算；十進(jìn)制數(shù)調(diào)整(BCD)；位操作（置1清0取反）；左移位、右移位；半字節(jié)交換；2.累加器通常用A或ACC表示，使用最頻繁。其作用：因?yàn)樵谶\(yùn)算器做運(yùn)算時(shí)其中一個(gè)數(shù)一定是在ACC中的緣故。所有的運(yùn)算類指令都離不開它。CPU中的數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器，是一個(gè)數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站。自身帶有全零標(biāo)志Z，若A0則Z1；若A0則z0。該標(biāo)志常用作程序分枝轉(zhuǎn)移的判斷條件。3.B寄存器。在做乘、除法時(shí)放乘數(shù)或除數(shù)，不做乘除法時(shí)，可做通用寄存器用。,4.程序狀態(tài)字PSW：(ProgramStatusWord)是一個(gè)8位特殊功能寄存器，這是存放CPU工作時(shí)的很多狀態(tài)，通過它可以了解CPU的當(dāng)前狀態(tài)，并作出相應(yīng)的處理。它的各位功能請(qǐng)看下表,下面我們逐一介紹各位的用途：（1）CY：進(jìn)位標(biāo)志。8051中的運(yùn)算器是一種8位的運(yùn)算器，8位運(yùn)算器放最大數(shù)255，如果做加法的話，兩數(shù)相加可能會(huì)超過255，這樣最高位就會(huì)丟失，最高位就進(jìn)到這里。例：78H+97H（01111000+10010111）（2）AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志（半進(jìn)位標(biāo)志）例：57H+3AH（01010111+00111010）（3）F0：用戶標(biāo)志位，由編程人員決定什么時(shí)候用，什么時(shí)候不用。,（4）RS1、RS0：工作寄存器組選擇位。（5）0V：溢出標(biāo)志位。（6）P：奇偶校驗(yàn)位：它用來表示ALU運(yùn)算結(jié)果中二進(jìn)制數(shù)位“1”的個(gè)數(shù)的奇偶性。若為奇數(shù)，則P1，否則為0。例：某運(yùn)算結(jié)果是78H（01111000），顯然1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，所以P=0。,2.3.3時(shí)鐘電路及CPU的工作時(shí)序1.時(shí)鐘電路計(jì)算機(jī)工作時(shí)，是在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖控制下一拍一拍地進(jìn)行的。這個(gè)脈沖是由單片機(jī)控制器中的時(shí)序電路發(fā)出的。單片機(jī)的時(shí)序就是CPU在執(zhí)行指令時(shí)所需控制信號(hào)的時(shí)間順序，為了保證各部件間的同步工作，單片機(jī)內(nèi)部電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)下嚴(yán)格地控時(shí)序進(jìn)行工作，在學(xué)習(xí)51單片機(jī)的時(shí)序之前，我們先來了解下時(shí)序相關(guān)的一些概念。8051單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，這個(gè)反相放大器的作用就是用于構(gòu)成振蕩器用的，但要形成時(shí)鐘，外部還需要加一些附加電路。8051單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生有以下兩種方法：一、內(nèi)部時(shí)鐘方式：利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTAL1（18腳）和XTAL2（19腳）兩端接晶振，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，外接晶振時(shí)，晶振兩端的電容一般選擇為30PF左右；這兩個(gè)電容對(duì)頻率有微調(diào)的作用，晶振的頻率范圍可在1.2MHz-12MHz之間選擇。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。二、外部時(shí)鐘方式：此方式是利用外部振蕩脈沖接入XTAL1或XTAL2。HMOS和CHMOS單片機(jī)外時(shí)鐘信號(hào)接入方式不同，HMOS型單片機(jī)（8051）外時(shí)鐘信號(hào)由XTAL2端腳注入后直接送至內(nèi)部時(shí)鐘電路，輸入端XTAL1應(yīng)接地。對(duì)于CHMOS型的單片機(jī)（80C51），因內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的信號(hào)取自反相器的輸入端，故采用外部時(shí)鐘源時(shí)，接線方式為外時(shí)鐘信號(hào)接到XTAL1而XTAL2懸空。如下圖,80C51的時(shí)鐘電路：,2、時(shí)序定時(shí)單位：一般按指令的執(zhí)行過程規(guī)定了幾中周期，即時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期，也稱為時(shí)序定時(shí)單位，下面分別予以講解。一、時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期也稱為振蕩周期，定義為時(shí)鐘脈沖的倒數(shù)（時(shí)鐘周期就是單片機(jī)外接晶振的倒數(shù)，例如12M的晶振，它的時(shí)間周期就是1/12us），是計(jì)算機(jī)中最基本的、最小的時(shí)間單位。在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，CPU僅完成一個(gè)最基本的動(dòng)作。對(duì)于某種單片機(jī)，若采用了1MHZ的時(shí)鐘頻率，則時(shí)鐘周期為1us；若采用4MHZ的時(shí)鐘頻率，則時(shí)鐘周期為250us。由于時(shí)鐘脈沖是計(jì)算機(jī)的基本工作脈沖，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏（使計(jì)算機(jī)的每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)上來）。顯然，對(duì)同一種機(jī)型的計(jì)算機(jī)，時(shí)鐘頻率越高，計(jì)算機(jī)的工作速度就越快。但是，由于不同的計(jì)算機(jī)硬件電路和器件的不完全相同，所以其所需要的時(shí)鐘周頻率范圍也不一定相同。我們學(xué)習(xí)的80C51單片機(jī)的時(shí)鐘范圍是1.2MHz-40MHz。在8051單片機(jī)中把一個(gè)時(shí)鐘周期定義為一個(gè)節(jié)拍（用P表示），二個(gè)節(jié)拍定義為一個(gè)狀態(tài)周期（用S表示）二、機(jī)器周期在計(jì)算機(jī)中，常把一條指令的執(zhí)行過程劃分為若干個(gè)階段，每一階段完成一項(xiàng)工作。例如，取指令、存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫等，這每一項(xiàng)工作稱為一個(gè)基本操作。完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為機(jī)器周期。一般情況下，一個(gè)機(jī)器周期由若干個(gè)S周期（狀態(tài)周期）組成。80C51系列單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期同6個(gè)S周期（狀態(tài)周期）組成。前面已說過一個(gè)時(shí)鐘周期定義為一個(gè)節(jié)拍（用P表示），二個(gè)節(jié)拍定義為一個(gè)狀態(tài)周期（用S表示），8051單片機(jī)的機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)周期組成，也就是說一個(gè)機(jī)器周期=6個(gè)狀態(tài)周期=12個(gè)時(shí)鐘周期。,3、指令周期指令周期是執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間，一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成。指令不同，所需的機(jī)器周期數(shù)也不同。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的的單字節(jié)指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即譯碼執(zhí)行，不再需要其它的機(jī)器周期。對(duì)于一些比較復(fù)雜的指令，例如轉(zhuǎn)移指令、乘法指令，則需要兩個(gè)或者兩個(gè)以上的機(jī)器周期。時(shí)鐘周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期、指令周期之間的關(guān)系圖如下。,2.4存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和地址空間,一般的微機(jī)的只有一個(gè)存儲(chǔ)空間，統(tǒng)一編址，ROM和RAM可以安排在任一范圍內(nèi)，用相同的指令訪問ROM或RAM，程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)器邏輯空間，統(tǒng)一編址。這種結(jié)構(gòu)稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。80C51的存儲(chǔ)器在物理上分為四個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外程序存儲(chǔ)器和片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這種程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的結(jié)構(gòu)稱為哈佛結(jié)構(gòu)。,80C51單片機(jī)在物理結(jié)構(gòu)上有四個(gè)存儲(chǔ)空間：1、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器2、片外程序存儲(chǔ)器3、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器但在邏輯上，即從用戶的角度上，8051單片機(jī)有三個(gè)存儲(chǔ)空間：1、片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64K的程序存儲(chǔ)器地址空間（MOVC）2、256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間（MOV）3、64K片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間（MOVX）在訪問三個(gè)不同的邏輯空間時(shí)，應(yīng)采用不同形式的指令（具體我們?cè)诤竺娴闹噶钕到y(tǒng)學(xué)習(xí)時(shí)將會(huì)講解），以產(chǎn)生不同的存儲(chǔ)器空間的選通信號(hào)。,8051單片機(jī)存儲(chǔ)器的空間結(jié)構(gòu)圖,2.4.1程序存儲(chǔ)器,對(duì)于80C51來說,片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ROM）共有4KB，內(nèi)部地址為0000H0FFFH；外部地址為1000H-FFFFH,共60KB。當(dāng)程序計(jì)數(shù)器由內(nèi)部0FFFH執(zhí)行到外部1000H時(shí),會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)。對(duì)于8751來說,內(nèi)部有4KB的EPROM,將它作為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器;8031內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器,必須外接程序存儲(chǔ)器。80C51最大具有片內(nèi)外統(tǒng)一編址64KB程序存儲(chǔ)器尋址空間，它是用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息。1、程序存儲(chǔ)器分片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器當(dāng)/EA=1時(shí)，程序從片內(nèi)ROM開始執(zhí)行，當(dāng)PC值超過片內(nèi)ROM容量時(shí)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部ROM空間。當(dāng)/EA=0時(shí)，程序從外部存儲(chǔ)器開始執(zhí)行，例如前面提到的片內(nèi)無ROM的8031單片機(jī)，在實(shí)際應(yīng)用中就要把80C31的引腳接為低電平。2.程序運(yùn)行的入口地址實(shí)際應(yīng)用時(shí),程序存儲(chǔ)器的容量由用戶根據(jù)需要擴(kuò)展，而程序地址空間原則上也可由用戶任意安排。但程序最初運(yùn)行的入口地址，51單片機(jī)是固定的,用戶不能更改。程序存儲(chǔ)器中有復(fù)位和中斷源共7個(gè)固定的入口地址見下表：,51單片機(jī)復(fù)位、中斷入口地址,單片機(jī)復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容為0000H,故必須從0000H單元開始取指令來執(zhí)行程序。0000H單元是系統(tǒng)的起始地址,一般在該單元存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令,用戶設(shè)計(jì)的程序是從轉(zhuǎn)移后的地址開始存放執(zhí)行的。,2.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也稱為隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。80C51系列內(nèi)部RAM有128（51子系列）或256（52子系列）個(gè)字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（不同的型號(hào)有分別），片外最多可擴(kuò)展64KB的RAM，構(gòu)成兩個(gè)地址空間，訪問片內(nèi)RAM用“MOV”指令，訪問片外RAM用“MOVX”指令。它們是用于存放執(zhí)行的中間結(jié)果和過程數(shù)據(jù)的。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均可讀寫，部分單元還可以位尋址。1、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的編址51系列單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由讀寫存儲(chǔ)器RAM組成,用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。它由RAM塊和特殊功能寄存器（SFR）塊組成,其結(jié)構(gòu)如上圖所示。51子系列有128KB；52子系列有256KB。2）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM塊由上圖可見,內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM塊共分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、字節(jié)尋址區(qū)和堆棧區(qū)4個(gè)部分。,A）工作寄存器區(qū)內(nèi)部RAM塊的00H1FH區(qū),共分4個(gè)組,每組有8個(gè)工作寄存器R0R7,共32個(gè)內(nèi)部RAM單元。寄存器和RAM地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。,工作寄存器和RAM地址對(duì)照表,工作寄存器共有4組,但程序每次只用1組,其它各組不工作。哪1組寄存器工作由程序狀態(tài)字PSW中的PSW.3（RS0）和PSW.4（RS1）兩位來選擇,其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。CPU通過軟件修改PSW中RS0和RS1兩位的狀態(tài),就可任選一個(gè)工作寄存器工作,這個(gè)特點(diǎn)使80C51單片機(jī)具有快速現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)功能,對(duì)于提高程序的效率和響應(yīng)中斷的速度是很有利的,若程序中并不要4個(gè)工作寄存器組,那么剩下的工作寄存器組所對(duì)應(yīng)的單元也可以作為一般的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)使用。,表工作寄存器組的選擇表,B）位尋址區(qū)（20H-2FH）片內(nèi)RAM的20H2FH單元為位尋址區(qū)，既可作為一般單元用字節(jié)尋址，也可對(duì)它們的位進(jìn)行尋址。位尋址區(qū)共有16個(gè)字節(jié)，128個(gè)位，位地址為00H7FH。位地址分配如下表所示：CPU能直接尋址這些位，執(zhí)行例如置“1”、清“0”、求“反”、轉(zhuǎn)移，傳送和邏輯等操作。我們常稱80C51具有布爾處理功能，布爾處理的存儲(chǔ)空間指的就是這些位尋址區(qū)。C）字節(jié)尋址區(qū)（30H-7FH）在片內(nèi)RAM低128單元中，工作寄存器占去32個(gè)單元，位尋址區(qū)占去16個(gè)單元，剩下的80個(gè)單元就是供用戶使用的一般RAM區(qū)了，地址單元為30H-7FH。對(duì)這部份區(qū)域的使用不作任何規(guī)定和限制，但應(yīng)說明的是，堆棧一般開辟在這個(gè)區(qū)域。52子系列片內(nèi)RAM有256個(gè)單元,前兩個(gè)的單元數(shù)與地址都和51子系列一致。用戶RAM區(qū)從30HFFH,共208個(gè)單元。,表內(nèi)部RAM中位地址表,D）堆棧區(qū)與堆棧指針在程序?qū)嶋H運(yùn)行中,往往需要一個(gè)后進(jìn)先出的RAM區(qū),在子程序調(diào)用、中斷服務(wù)處理等場(chǎng)合用以保護(hù)CPU的現(xiàn)場(chǎng),這種后進(jìn)先出的緩沖區(qū)稱為堆棧。80C51單片機(jī)堆棧區(qū)不是固定的,原則上可設(shè)在內(nèi)部RAM的任意區(qū)域內(nèi)，但為了避開工作寄存器區(qū)和位尋址區(qū),一般設(shè)在30H以后的范圍內(nèi),棧頂?shù)奈恢糜蓪ｉT設(shè)置的堆棧指針寄存器SP（8位）指出。80C51單片機(jī)的堆棧屬向上生長型,如圖所示。有兩個(gè)操作：進(jìn)棧、出棧。,圖80C51單片機(jī)堆棧,3）特殊功能寄存器SFR區(qū)（SpecialFunctionRegister）特殊功能寄存器SFR,又稱為專用寄存器。它專用于控制、管理單片機(jī)內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行I/O口鎖存器、串行口數(shù)據(jù)緩沖器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作。SFR的地址空間為80HFFH。特殊功能寄存器區(qū)的SFR只能通過直接尋址的方式進(jìn)行訪問。80C51單片機(jī)共定義了21個(gè)特殊功能寄存器，52子系列增加5個(gè)特殊功能寄存器。,表特殊功能寄存器名稱、標(biāo)識(shí)符、地址一覽表,4）位尋址空間在80C51單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器RAM塊和特殊功能寄存器SFR塊中,有一部分地址空間可以按位尋址，按位尋址的地址空間又稱之為位尋址空間。位尋址空間一部分在內(nèi)部RAM的20H2FH的16個(gè)字節(jié)內(nèi),共128位;另一部分在SFR的80HFFH空間內(nèi),凡字節(jié)地址能被8整除的專用寄存器都有位地址,共93位。因此,80C51系列單片機(jī)共有221個(gè)可尋址位,其位地址見上表所示。,2、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一般由靜態(tài)RAM芯片組成。擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量的大小,由用戶根據(jù)需要而定,但80C51單片機(jī)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可用1個(gè)特殊功能寄存器數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR進(jìn)行尋址。由于DPTR為16位,可尋址的范圍可達(dá)64KB,所以擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的最大容量是64KB。訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器只能用間接尋址方式。2.5布爾處理機(jī)布爾處理（即位處理）是51單片機(jī)ALU所具有的一種功能。單片機(jī)指令系統(tǒng)中的布爾指令集（17條位操作指令）,存儲(chǔ)器中的位地址空間,以及借用程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW中的進(jìn)位標(biāo)志CY作為位操作“累加器”,構(gòu)成了單片機(jī)內(nèi)的布爾處理機(jī)。給“面向控制”的實(shí)際運(yùn)用帶來了極大的方便。,2.680C51單片機(jī)的工作方式80C51有復(fù)位、程序執(zhí)行、低功耗及編程和校驗(yàn)4種工作方式。2.6.1復(fù)位方式1.復(fù)位電路通過某種方式,使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。80C51單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后,在RST/VPD端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平就可以完成復(fù)位操作（一般復(fù)位正脈沖寬度大于10ms）。復(fù)位時(shí)PC值為0000H。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)出錯(cuò)使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，這時(shí)需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。復(fù)位分為上電復(fù)位和外部復(fù)位兩種方式。,80C51單片機(jī)復(fù)位參考電路（a）上電復(fù)位電路;（b）上電/外部復(fù)位電路,2.復(fù)位狀態(tài)80C51單片機(jī)復(fù)位后,程序計(jì)數(shù)器PC和特殊功能寄存器復(fù)位的狀態(tài)如下表所示。復(fù)位不影響片內(nèi)RAM存放的內(nèi)容,而ALE、I/O在復(fù)位期間將輸出高電平。由表可以看出:(1)（PC）=0000H表示復(fù)位后程序的入口地址為0000H;(2)（PSW）=00H,其中RS1(PSW.4)=0,RS0(PSW.3)=0,表示復(fù)位后單片機(jī)選擇工作寄存器0組;(3)（SP）=07H表示復(fù)位后堆棧在片內(nèi)RAM的08H單元處建立;(4)P0口P3口鎖存器為全1狀態(tài),說明復(fù)位后這些并行接口可以直接作輸入口,無須向端口寫1;(5)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)等特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)對(duì)各功能部件工作狀態(tài)的影響,將在后續(xù)有關(guān)章節(jié)介紹。,表PC與SFR復(fù)位狀態(tài)表,2.6.2程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式。由于復(fù)位后（PC）=0000H，因此程序從地址0000H開始執(zhí)行。2.6.3低功耗各種方式80C51有兩種低功耗方式：待機(jī)方式和掉電保護(hù)方式。其硬件如下圖所示：,待機(jī)方式和掉電方式都是由電源控制寄存器（PCON）的有關(guān)位來控制的。PCON：(97H),SMOD波特率倍增位，在串行口通信時(shí)使用。GF1通用標(biāo)志位1。GF0通用標(biāo)志位0。PD掉電方式位，PD=1，則進(jìn)入掉電方式。IDL待機(jī)方式位，IDL=1，則進(jìn)入待機(jī)方式。,1、待機(jī)方式（休眠方式）當(dāng)利用軟件使待機(jī)方式位IDL（PCON.0）=0時(shí),單片機(jī)進(jìn)入空閑方式。此時(shí),CPU處于休眠狀態(tài),而片內(nèi)所有其它外圍設(shè)備都保持工作狀態(tài),片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器內(nèi)容保持不變。在待機(jī)方式下,當(dāng)晶振fOSC=12MHz,電源電壓VCC=6V時(shí),電源電流ICC從20mA降至5mA;而VCC=3V時(shí),ICC由5.5mA降至1mA。中斷或硬件復(fù)位可以終止待機(jī)方式。2）掉電方式掉電方式由掉電方式位PD（PCON.1）=1設(shè)置。此時(shí),振蕩器停止工作,設(shè)置掉電方式的指令成為最后執(zhí)行的一條指令,片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器內(nèi)容保持不變。在掉電方式下,VCCmin=2V。當(dāng)VCC=6V時(shí),ICCmax=100A;當(dāng)VCC=3V時(shí),ICCmax=20A。退出掉電方式的唯一方式是硬件復(fù)位。,硬件復(fù)位將重新定義特殊功能寄存器,但不影響片內(nèi)RAM。復(fù)位的保持時(shí)間應(yīng)足夠長,以便振蕩器能重新開始工作并穩(wěn)定下來。在VCC沒有恢復(fù)到正常工作電壓之前,不應(yīng)進(jìn)行復(fù)位。,作業(yè)80C51單片機(jī)低128字節(jié)是如何組織的?,