51單片機(jī)原理介紹

1、51 單片機(jī)原理介紹單片機(jī)是一種控制芯片，一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，而加 上晶振，存儲(chǔ)器，地址鎖存器，邏輯門，七段譯碼器 （顯 示器） ，按鈕（類似鍵盤） ，擴(kuò)展芯片，接口等那是單片 機(jī)系統(tǒng)，以下是 8051 系列單片機(jī)原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)介 紹 外部引腳功能 存儲(chǔ)空間配置和功能片內(nèi)RAM結(jié)構(gòu)和功能 特殊功能寄存器的用途和功能程序計(jì)數(shù)器PC的作用和基本工作方式I/O 端口結(jié)構(gòu)、工作原理及功能 時(shí)鐘和時(shí)序 復(fù)位電路、

2、復(fù)位條件和復(fù)位后狀態(tài) 低功耗工作方式的作用和進(jìn)入退出的方法§2-1 單片機(jī)原理簡介和引腳功能一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)外卻爭f半H數(shù)J1振落盟和時(shí)序 OSC180C51CTUb4 4內(nèi)中斷外申廝程序存儲(chǔ)器40 R13M2XlBfi定吋/汁數(shù)黑£4KD 擴(kuò)展衣亨制據(jù)256B RM1/SFR可編程全敦工串釘口串行逼信圈曠180C51單片機(jī)功龍結(jié)構(gòu)框團(tuán)、引腳功能n.oFl 1Fl 2Pl 3Fl.4ri.sFl 6Fl 7EST/VctRKD/P3.CTXD；P3 1Tsrrr/P2.2IHTT/P3. 3 TD/P3. 4T1/P3.SWR/P3 6W/F3. 7HA

3、L!工 TAL212如3933043756&35134833980C5L 32103111301229柘2&14271S261S55n241C益1922yccFO.OPO. 1PO.2FO 3F0.4PO. SPO.6PO.7EA/VjtKLE/PMCmaT2 TP2 BF2.5 一理.4rs.3FZ 2F2.1F2.0Vcc Vxs一NTAL1XTAL2RST/VrMrSEhT MJ/FWG-w口PO地1®線b口地址總鏡口P3孜功能口40 個(gè)引腳大致可分為 4類：電源、時(shí)鐘、控制和 I/O 引腳。1. 電源：VCC -芯片電源，接+5V; VSS - 接地端；2.

4、時(shí)鐘：XTAL1、XTAL2 -晶體振蕩電路反相輸入端 和輸出端。3. 控制線：控制線共有4根，ALE/PROG地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖 ALE功能：用來鎖存 P0 口送出的低8位地址 PROG能：片內(nèi)有 EPROMS芯片，在 EPROM編程 期間，此引腳輸入編程脈沖。PSEN:外 ROh讀選通信號(hào)。RST/VPD:復(fù)位/備用電源。 RST ( Reset)功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。 VPD 功能：在 Vcc 掉電情況下，接備用電源。EA/Vpp:內(nèi)夕卜ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。EA功能：內(nèi)外ROM選擇端Vpp功能：片內(nèi)有 EPROM的芯片，在 EPRO編程期間，施加編程電源

5、 Vpp。4. I/O 線80C51 共有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口： PO、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3 口還具有第二功能，用于特殊信號(hào) 輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。§2-1存儲(chǔ)空間配置和功能80C51的存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)可以分為三個(gè)不同的存儲(chǔ)空間，分別是：64KB程序存儲(chǔ)器（ROM）,包括片內(nèi)ROM和片外ROM64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（外 RAM ；256B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)RAM）（包括特殊功能寄存器）。8051 單片機(jī)存儲(chǔ)空間配置原理0TFFK內(nèi)制OFPFH外部bcm(4KB)C4KB3：OOOOHOOOOHE*=0F7FPH |外部 ROM10Q0H (j

6、SOKEj範(fàn)YC指令操作域）ROM 空閭FBFFHFFRLAM30H仗1個(gè)）TFHOOH(12BE)OOOOH（Miy蠟令操惟域）措令操件減丿、程序存儲(chǔ)器（ROIMI地址范圍：0000HFFFFH 共64KB 其中：低段 4KB: 0000H0FFFH80C51 和 87C51 在片內(nèi)， 80C31 在片外。高段60KB: 1000HFFFFH在片外。讀寫ROM用 MOVC旨令，控制信號(hào)是 PSEN和EA。讀ROM是以程序計(jì)數(shù)器 PC作為16位地址指針，依次 讀相應(yīng)地址ROM中的指令和數(shù)據(jù)，每讀一個(gè)字節(jié)， PC+PPC這是 CPU自動(dòng)形成的。但是有些指令有修改 PC的功能，例如轉(zhuǎn)移類指令和MO

7、VC旨令，CPU將按修改后PC的16位地址讀ROM讀外ROM的過程：CPU 從PC中取出當(dāng)前 ROM的16位地址，分別由 P0 口（低8位）和P2 口（高8位）同時(shí)輸出，ALE信號(hào)有 效時(shí)由地址鎖存器鎖存低 8 位地址信號(hào)，地址鎖存器輸 出的低8位地址信號(hào)和P2 口輸出的高8位地址信號(hào)同時(shí) 加到外ROM 16位地址輸入端，當(dāng) PSEN言號(hào)有效時(shí)，外 ROM將相應(yīng)地址存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)總線（P0 口），CPU讀入后存入指定單元。二、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（外 RAM）地址范圍：0000HFFFFH共 64KB。讀外RAM的過程：外 RAM16 位地址

8、分別由 P0 口（低 8 位）和 P2 口（高 8 位）同時(shí)輸出， ALE 信號(hào)有效時(shí)由地址鎖存器鎖存低 8 位地址信號(hào)，地址鎖存器輸出的低 8 位地址信號(hào)和 P2 口 輸出的高 8位地址信號(hào)同時(shí)加到外 RAM 16位地址輸入端， 當(dāng)RD信號(hào)有效時(shí)，外 RAM各相應(yīng)地址存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù) 送至數(shù)據(jù)總線（P0 口），CPU讀入后存入指定單元。三、單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器原理（內(nèi)RAM）從廣義上講，8051內(nèi)RAM 128B）和特殊功能寄存器 （128B）均屬于片內(nèi)RAM空間，讀寫指令均用 MOV指令。 但為加以區(qū)別，內(nèi) RAM通常指00H7FH的低128B空間。8051 內(nèi)RAM又可分成三個(gè)物理空間：

9、工作寄存器區(qū)、 位尋址區(qū)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。作用： 有專用于工作寄存器操作的指令，讀寫速度比一般內(nèi)RAM要快，指令字節(jié)比一般直接尋址指令要短，還具有 間址功能，能給編程和應(yīng)用帶來方便。工作寄存器區(qū)分為 4個(gè)區(qū)： 0區(qū)、 1 區(qū)、 2區(qū)、 3區(qū)。每區(qū)有8個(gè)寄存器：R0R7,寄存器名稱相同。但是， 當(dāng)前工作的寄存器區(qū)只能有一個(gè)，由PSW中的D4 D3位決定。2.位尋址區(qū)地址 :從20H2FH共16字節(jié)（Byte，縮寫為英文大寫字母 B）。每B有8位（bit ,縮寫為小寫 b）,共128位，每 一位均有一個(gè)位地址，可位尋址、位操作。即按位地址 對(duì)該位進(jìn)行置 1、清 0、求反或判轉(zhuǎn)。用途：存放各種標(biāo)志位信息

10、和位數(shù)據(jù)。注意事項(xiàng) :位地址與字節(jié)地址編址相同，容易混淆。區(qū)分方法 : 位操作指令中的地址是位地址 ;字節(jié)操作指令中的地址是字節(jié)地址。 位尋址區(qū)的位地址映象表3.數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)RAM中 30H7FH為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，用于存放各種數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，起到數(shù)據(jù)緩沖的作用四、特殊功能寄存器（SFR特殊功能寄存器地址映象表（一）療E名稱待號(hào)僅地址丿應(yīng)呈更名/也褊尋叭DaJqUs咋DiOqE寄存貿(mào)BT7Hf6HF5HF4HF3HF2KF1HFONCFM)里規(guī)第AAcc1TK£6H站HE4H渤E2HE1HEOHCEOH)Acc. 7kcc Bkcc. 5虹心qAac. 3Acc 2Act. 1Act. 程

11、序狀態(tài)字 寄存器rswI7XESHD£HB4H踰I2HIMHDOH©CT)Cy忙FOK51K30CVFLFPSff.TFSW. &FSV.5FSI.4FSW 3FSW.2PS¥. 1FSff.O中斷憂換 控制寄存韶ITTFH£EHMHBCHBBTH砂B9MB8KCB8H)PSFT lFXiPTOFXOI/O 端口 3托STHE6HB5HS4HE3JiE2HBIHBQK©OH)P3.7P3 6F3 5?3. 4f3.3P3.2P3.1P3.0中斷允許 控制寄存器i衛(wèi)fcEHAJDHAJCHABH麗A9HAfiK(ASSH)EAESETlE

12、METOEXOI/O 端口 2P2ATMA6HASHMKA3HA2HA1HADKIADH)F2.7FE. 6FE . 5TE. 1F2.3F2 . 2FE.lF2.0特殊功能寄存器地址映象表（二）靜了聖據(jù)SBUF的H串行控制寄存黠SGOH9FK9EK©ABH9 AH卻H98H伽H)SM0SMIHEHTBSMSIIHII/D 靖口 1P196K93H妙90H©OH)Fl.7Pl. 6Pl 5Pl. 4Fl. 3Pl 2PL 1T1.0癥吋血+埶黑1C高宇書）TM1BDH定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 （働宇節(jié)）THD8CH圭時(shí)/計(jì)數(shù)器1 t愜宇節(jié)TL1泗走時(shí)/計(jì)數(shù)器。 C低豐節(jié)）TLO6 A

13、H定時(shí)丿計(jì)數(shù)器 方式選擇TWODGATEC/TMlH10GkTEC/fMlMO6Sh定時(shí)丿計(jì)數(shù)毎 控制寄存黠TCOM6FKBEKamECHSBHBAH88H®3H)TPi7R1TFOTMIE1HinoITO電源控制應(yīng) 昨率選強(qiáng)fCOBSMODGF1GFOFDIDL67H（倚孚節(jié)）BKH83K數(shù)據(jù)指苛 （嗨節(jié)）DPI堆棧扌詐十SFSLKI/OSffi口 0F087H36MS5HB4H63H3£rt61H0OH(SOK)FD.TPC. 6TO. 5ID. 4P0.3Pt).2PO. 1FOO程序狀態(tài)字寄存器 PSWPSW 也稱為標(biāo)志寄存器，了解這個(gè)對(duì)于了解單片機(jī) 原理非常的重要

14、，存放各有關(guān)標(biāo)志。其結(jié)構(gòu)和定義如下:位編號(hào)PSV. 7PSI. 6psvr, 5PSV. 4PSU 3PSW 2FSV.(位地址D7HD5HD4HD3HD2HiihDOEi位定義名CyACIFO|RSIRSOOVnP Cy 進(jìn)位標(biāo)志。用于表示Acc.7有否向更高位進(jìn)位。 AC 輔助進(jìn)位標(biāo)志。用于表示 Acc.3有否向Acc.4進(jìn)位。 RS1、RSO 工作寄存器區(qū)選擇控制位RS1、RS0 =00 0區(qū)（00H-07H)RS1、RS0 =01 1區(qū)（08H-0FH)RS1、RS0 =10 2區(qū)（10H-17H)RS1、RS0 =11 3區(qū)（18H-1FH) 0V 溢出標(biāo)志。表示Acc在有符號(hào)數(shù)算術(shù)

15、運(yùn)算中的溢出。P 奇偶標(biāo)志。表示Acc中“1”的個(gè)數(shù)的奇偶性。 F0、F1 用戶標(biāo)志。數(shù)據(jù)指針DPTR16 位，由兩個(gè)8位寄存器DPH DPL組成。主要用于存放一個(gè)16位地址，作為訪問外部存儲(chǔ)器 （外RAM和ROM 的地址指針。 堆棧指針 SP 專用于指出堆棧頂部數(shù)據(jù)的地址。§2-3 I/O 端口結(jié)構(gòu)及工作原理 有 4個(gè) 8位并行 I/O 口,共32條端線：P0 、P1、P2 和 P3 口。每一個(gè) I/O 口都能用作輸入或輸出。 用作輸入時(shí)，均須先寫入“ 1 ”；用作輸出時(shí)，P0 口應(yīng)外接上拉電阻。探P0 口的負(fù)載能力為 8個(gè)LSTTL門電路；P1P3 口的負(fù)載能力為 4個(gè)LSTTL

16、門電路。 在并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器或 I/O 口情況下，P0 口用于低 8 位地址總線和數(shù)據(jù)總線 （ 分時(shí)傳送 ）P2 口用于高 8 位地址總線，P3 口常用于第二功能，用戶能使用的I/O 口只有P1 口和未用作第二功能的部分P3 口端線。§2 -4時(shí)鐘和時(shí)序原理一、時(shí)鐘電路圖2-6弟片機(jī)時(shí)鐘也路二、時(shí)鐘周期和機(jī)器周期時(shí)鐘周期。80C51振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖頻率的倒數(shù)，是最基本 最小的定時(shí)信號(hào)。機(jī)器周期。80C51單片機(jī)工作的基本定時(shí)單位，簡稱機(jī)周。§2-5復(fù)位和低功耗工作方式80C51 單片機(jī)的工作方式共有四種:復(fù)位方式;程序執(zhí)行方式；低功耗方式； 片內(nèi)ROM®程(包

17、括校驗(yàn))方式。一、復(fù)位方式1. 復(fù)位條件RST引腳保持2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平PgVccc_8OC51*RST/VnEqVss(a)上電復(fù)位電睛圖 2-122. 復(fù)位電路VccS0C51kst/wdVssRESET |-Qi 01 *Ci ZZ 22|1F耳譽(yù)R2 HlOK Ri rilKi（町為鍵復(fù)位電路SX51鑒位電路3. 復(fù)位后CPU犬態(tài)PC : 0000HTMOD : 00HAcc : 00HTCON : 00HB :00HTH0 : 00HPSW : 00HTL0 ： 00HSP ： 07HTH1 ： 00HDPTR ： 0000HTL1 ： 00HP0 P3: FFHSCON ：

18、00HIP : XXX OOOOOBSBUF ： 不定IE ：0XX 00000BPCON ： 0XXX 0000B二、低功耗工作方式 待機(jī) （ 休閑 ） 方式（ Idle ）PCON確定 掉電保護(hù)方式（ Power Down）。兩種低功耗工作方式由電源控制寄存器其中：SMOD ：波特率倍增位（在串行通信中使用）GF1 、GF0通用標(biāo)志位PD ：掉電方式控制位，PD=1 ，進(jìn)入掉電工作方式；IDL ：待機(jī) （休閑）方式控制位 ,IDL=1, 進(jìn)入待機(jī)工作方式。（1） 待機(jī)（休閑）方式（2） 待機(jī)（休閑）狀態(tài)進(jìn)入只要使PCON中 IDL位置1。 待機(jī)（休閑）狀態(tài)退出 產(chǎn)生中斷； 復(fù)位。2.掉電保護(hù)方式 掉電保護(hù)方式狀態(tài)片內(nèi)振蕩器停振，所有功能部件停止工作；片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)信息保存不變； AL