C的结构和原理.pptx
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1、(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。在在产产品品型型号号中中凡凡带带有有字字母母“C C”的的即即为为CHMOSCHMOS芯芯片片,CHMOS芯片的电平既与TTL电平兼容,又与CMOS电平兼容。一是一是HMOSHMOS工艺工艺(高密度短沟道MOS工艺)。二是二是CHMOSCHMOS工艺工艺(互补金属氧化物的HMOS工艺)。第1页/共79页(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:增强型:8052/8752/803280C52/87C52/80C32基本型:基本型:8051/875
2、1/803180C51/87C51/80C31第2页/共79页(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:80C5180C51有4K4K字节的掩膜ROMROM;87C5187C51有4K4K字节的EPROM EPROM;80C3180C31在芯片内无程序存储器。第3页/共79页 Intel的:80C31、80C51、87C51,80C32、80C52、87C52等;ATMEL的:89C51、89C52、89C2051等;Philips、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的许多产品。80C51
3、是MCS-51系列中CHMOS工艺的一个典型品种;其其它它厂厂商商以以80518051为为基基核核开开发发出出的的CMOSCMOS工工艺艺单单片片机机产产品品统统称为称为80C5180C51系列。系列。当前常用的80C51系列单片机主要产品有:第4页/共79页3 3.1.3 80C511.3 80C51的基本结构与应用模式的基本结构与应用模式一、一、80C5180C51的基本结构的基本结构第5页/共79页二、二、80C5180C51的应用模式的应用模式按总线结构可分为按总线结构可分为总线型总线型和和非总线型非总线型。如我们常。如我们常常见到的常见到的89C5189C51单片机就是总线结构单片机
4、就是总线结构,89C5189C51单片单片机内部有数据总线,地址总线,还有控制总线机内部有数据总线,地址总线,还有控制总线(WRWR,RDRD,EAEA,ALEALE等)。等)。2020引脚的引脚的89S205189S2051单片单片机,就是一种非总线型的。其外部的引脚很少,机,就是一种非总线型的。其外部的引脚很少,可使成本降低。可使成本降低。第6页/共79页1 1、总线型单片机的总线应用模式总线型单片机的总线应用模式 利用单片机除电源、晶振输入引脚和利用单片机除电源、晶振输入引脚和P1口的口的引脚外的其余引脚可以方便地将单片机配置成典引脚外的其余引脚可以方便地将单片机配置成典型的三总线结构,
5、这种总线型应用在扩展外围器型的三总线结构,这种总线型应用在扩展外围器件比较多时接线会比较复杂,系统的可靠性会降件比较多时接线会比较复杂,系统的可靠性会降低。因此,在设计系统时,应尽量减少扩展器件低。因此,在设计系统时,应尽量减少扩展器件的数量。的数量。第7页/共79页2、总线型单片机的非总线应用模式总线型单片机的非总线应用模式 总线型单片机也可以采用非总线应用的总线型单片机也可以采用非总线应用的“多多I/O”模式,该模式非常适用于大量模式,该模式非常适用于大量I/O口口需求的应用系统。需求的应用系统。非总线型单片机应用模式非总线型单片机应用模式 非总线型单片机已经将用于外部总线扩展用的I/O口
6、线和控制功能线去掉,从而使单片机的引脚数减少、体积减小。对于不需进行并行外围扩展,装置的体积要求苛刻且程序量不大的系统极其适合。非总线型单片机典型产品如:AT89S2051/AT89S4051。第8页/共79页总线型应用的总线型应用的“三总线三总线”模式模式 非总线型应用的非总线型应用的“多多I/OI/O”模式模式 74LS373OEGALE89C51D7:D0Q7:Q0PSENEAP2P0ABDBCBWRRD89C51P2P0P3P18+5V888P3.0 P3.5含第二功能第9页/共79页3 3.2 80C512 80C51典型产品资源配置与引脚典型产品资源配置与引脚3 3.2.1 80C
7、512.1 80C51典型产品资源配置(1)增强型与基本型在以下几点不同:片内片内ROMROM字节数:从字节数:从4K4K增加到增加到8K8K;片内片内RAMRAM字节数:从字节数:从128128增加到增加到256256;定时定时/计数器从计数器从2 2个增加到个增加到3 3个个;中断源由中断源由5 5个增加到个增加到6 6个个。第10页/共79页分类分类芯片型号芯片型号存储器类型用数存储器类型用数片内其他功能单元数量片内其他功能单元数量ROMROMRAMRAM并口并口串口串口定时定时/计数计数器器中断中断源源总总线线型型基基本本型型80C3180C31无无128B128B4 4个个1 1个个
8、2 2个个5 5个个80C5180C514KB4KB掩模掩模128B128B4 4个个1 1个个2 2个个5 5个个87C5187C514KB4KB128B128B4 4个个1 1个个2 2个个5 5个个89C5189C514KB Flash4KB Flash128B128B4 4个个1 1个个2 2个个5 5个个增增强强型型80C3280C32无无256B256B4 4个个1 1个个3 3个个6 6个个80C5280C528KB8KB掩模掩模256B256B4 4个个1 1个个3 3个个6 6个个87C5287C528KB8KB256B256B4 4个个1 1个个3 3个个6 6个个89S5
9、289S528KB Flash8KB Flash256B256B4 4个个1 1个个3 3个个6 6个个非总线型非总线型89S205189S20512KB Flash2KB Flash128B128B2 2个个1 1个个2 2个个5 5个个89S405189S40514KB Flash4KB Flash256B256B2 2个个1 1个个2 2个个5 5个个第11页/共79页(2)片内ROM的配置形式:无无ROM(即(即ROMLess)型,应用时要在片外扩展程)型,应用时要在片外扩展程序存储器;序存储器;掩膜掩膜ROM(即MaskROM)型,用户程序由芯片生产厂写入;EPROM型,用户程序通过
10、写入装置写入,通过紫外线照射擦除;FlashROM型,用户程序可以电写入或擦除(当前常用方式)。还有OTPROM型(一次性编程写入ROM)产品,具有较高的环境适应性和可靠性。第12页/共79页 第13页/共79页1.1.电源引脚电源引脚VccVcc和和Vss Vss Vcc:5V。Vss:接地端。:接地端。通常在通常在Vcc和和Vss引脚之间接引脚之间接0.1高频滤波电容。高频滤波电容。2.2.时钟电路引脚时钟电路引脚XTAL1XTAL1和和XTAL2 XTAL2 XTAL1:接外部晶振和微调电容的一端,在片内:接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,它是振荡器倒相放大器
11、的输入,若使用外部若使用外部TTL时钟时,该引脚必须接地。时钟时,该引脚必须接地。XTAL2:接外部晶振和微调电容的另一端,在片:接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出,内它是振荡器倒相放大器的输出,若使用外部若使用外部TTL时钟时,该引脚为外部时钟的输入端。时钟时,该引脚为外部时钟的输入端。第14页/共79页3.3.地址锁存允许地址锁存允许ALE ALE 在系统扩展时,ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低8位地址,从而实现数据与低位地址的复用。当单片机上电正常工作后,ALE端就周期性地以时钟频率的1/6的固定频率向外输出正脉冲信号,ALE的负载能力为8个LSTT
12、L器件。4.4.外部程序存储器读选通信号外部程序存储器读选通信号PSENPSENPSEN是读外部程序存储器的选通信号,低电平有效。CPU从外部存储器取指令时,它在每个机器周期中两次有效。第15页/共79页5.5.程序存储器地址允许输入端程序存储器地址允许输入端EA/VPPEA/VPP当当EAEA为高电平时,为高电平时,CPUCPU执行片内程序存储器指令,执行片内程序存储器指令,但当但当PCPC中的值超过中的值超过0FFFH0FFFH时,将自动转向执行片外时,将自动转向执行片外程序存储器指令。程序存储器指令。当当EAEA为低电平时,为低电平时,CPUCPU只执行片只执行片外程序存储器指令。外程序
13、存储器指令。对于对于8031,EA必须接低电平。必须接低电平。6.6.复位信号复位信号RSTRST 该信号高电平有效,在输入端保持该信号高电平有效,在输入端保持两个机器周期两个机器周期的高电平后,就可以完成复位操作。此外,的高电平后,就可以完成复位操作。此外,该引该引脚还有掉电保护功能,脚还有掉电保护功能,若在该端接若在该端接5V备用电源,备用电源,在使用中若在使用中若Vcccc掉电,可保护片内掉电,可保护片内RAM中信息不中信息不丢失。丢失。第16页/共79页7.7.输入输入/输出口引脚输出口引脚P0P0、P1P1、P2P2和和P3 P3 P0口(P0.0P0.7):该端口为漏极开路的8位准
14、双向口,负载能力为8高LSTTL负载,它为8 8位地址线和位地址线和8 8位数据线的复用端口。位数据线的复用端口。P1口(P1.0P1.7):它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口,P1口的驱动能力为4个LSTTL负载。P2口(P2.0P2.7):它为一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口,P2口的驱动能力也为4个LSTTL负载。在访问外部程序存储器时,它作存储器的高在访问外部程序存储器时,它作存储器的高8 8位位地址线。地址线。P3口(P3.0P3.7):P3口同样是内部带上拉电阻的8位准双向I/O口,P3口除了作为一般的I/O口使用之外,其还具有特殊功能。第17页/共79页3 3.3
15、3 80C51系列单片机的结构系列单片机的结构 单片机逻辑结构单片机逻辑结构第18页/共79页 单片机内部主要包含下列几个部件:单片机内部主要包含下列几个部件:一个8位CPU;一个时钟电路;4KB程序存储器;128B数据存储器;两个16位定时/计数器;64KB扩展总线控制电路;四个8位并行I/O端口;一个可编程串行接口;五个中断源,其中包括两个优先级嵌套中断。第19页/共79页 单片机内部结构单片机内部结构 第20页/共79页1.CPU1.CPU 由由运算器运算器和和控制器控制器两部分电路组成,完成各两部分电路组成,完成各种运算和控制操作。种运算和控制操作。(1)运算器电路)运算器电路 包括:
16、包括:ALUALU(算术逻辑单元)、(算术逻辑单元)、ACCACC(累加器)(累加器)、B B寄存器、状态寄存器、暂存器寄存器、状态寄存器、暂存器1 1和暂存器和暂存器2 2等部等部件。件。功能:完成功能:完成算术运算和逻辑运算算术运算和逻辑运算,运算结果,运算结果的状态由的状态由状态寄存器状态寄存器保存。保存。第21页/共79页(2 2)控制器电路)控制器电路 包括:程序计数器程序计数器PCPC、PCPC加加1 1寄存器、指令寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针寄存器、指令译码器、数据指针DPTRDPTR、堆栈指针、堆栈指针SPSP、缓冲器以及定时与控制电路、缓冲器以及定时与控制电路等。
17、功能:完成指挥控制工作,协调单片机各部完成指挥控制工作,协调单片机各部分正常工作。分正常工作。第22页/共79页程序计数器程序计数器PCPC(1616位)位)用来存放即将要执行的指令用来存放即将要执行的指令地址,地址,它可以完成64K的外部存储器寻址,执行指令时,PC内容的高8位经P2口输出,低8位经P0口输出。数据指针数据指针DPTRDPTR为为1616位数据指针位数据指针,它可以对64K的外部数据存储器和I/O口进行寻址,它的低8位为DPL(地址82H),高8位为DPH(地址为83H)。堆栈指针堆栈指针SP(8SP(8位位)在片内RAM(128字节)中开辟栈区,并随时跟踪栈顶地址,它按先进
18、后出先进后出的原则存取数据,上电复位后,SP指向07H。第23页/共79页2.2.定时器定时器/计数器计数器 用于定时控制、延时以及对外部事件的计数和用于定时控制、延时以及对外部事件的计数和检测等。检测等。3.3.存储器存储器 包括数据存储器和程序存储器,包括数据存储器和程序存储器,二者寻址空间二者寻址空间是相互独立的。是相互独立的。对对80C51系列(系列(8031除外)而言,有除外)而言,有4个物理上个物理上相互独立的存储器空间:即相互独立的存储器空间:即内、外程序存储器和内、内、外程序存储器和内、外数据存储器。外数据存储器。对于对于80C51其芯片中共有其芯片中共有256个个RAM单元,
19、其中后单元,其中后128个单元被专用寄存器占用,个单元被专用寄存器占用,只有前只有前128个单元供用户使用。个单元供用户使用。第24页/共79页4.4.并行并行I/OI/O口口 有4个8位的I/O口,每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。P0口为三态双向口,能带8个TTL门电路,P1、P2和P3口为准双向口,负载能力为4个TTL门电路。5.5.串行串行I/OI/O口口 有一个采用通用异步工作方式的全双工串行通信接口,可以同时发送和接收数据。它具有两个相互独立的接收、发送数据缓冲器,两个缓冲器共用一个地址(99H)。第25页/共79页6.6.中断控制系统中断控制系统 有有5个中断源,即外中断个
20、中断源,即外中断2个,定时个,定时/计数中断计数中断2个,串行中断个,串行中断1个,个,2 2个中断优先级。个中断优先级。7.7.时钟电路时钟电路 内部有时钟电路,但晶体振荡器和微调电容内部有时钟电路,但晶体振荡器和微调电容必须外接,振荡器的频率范围为必须外接,振荡器的频率范围为1.2MHz12MHz,典型取值为,典型取值为6MHz。8.8.总线总线 以上所有组成部分都是通过总线连接起来,从以上所有组成部分都是通过总线连接起来,从而构成一个完整的单片机。而构成一个完整的单片机。系统的地址信号、数系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的,据信号和控制信号都是通过总线传送的,总线结总线
21、结构减少了单片机的连线和引脚,提高了集成度和构减少了单片机的连线和引脚,提高了集成度和可靠性。可靠性。第26页/共79页3.4 80C513.4 80C51内部数据存储器(内部内部数据存储器(内部RAM)存储器是储存二进制信息的数字电路器件。存储器是储存二进制信息的数字电路器件。微型机的存储器包括微型机的存储器包括主存储器主存储器和和外存储器外存储器。外存储器外存储器(外存)主要指各种大容量的磁盘(外存)主要指各种大容量的磁盘存储器、光盘存储器等。存储器、光盘存储器等。主存储器主存储器(内存)是指能与(内存)是指能与CPU直接进行数直接进行数据交换的半导体存储器。据交换的半导体存储器。半导体存
22、储器具有存取速度快、集成度高、半导体存储器具有存取速度快、集成度高、体积小、可靠性高、成本低等优点。体积小、可靠性高、成本低等优点。单片机是微单片机是微型机的一种,它的主存储器也采用半导体存储器。型机的一种,它的主存储器也采用半导体存储器。、存储器概述第27页/共79页1.1.半导体存储器的一些基本概念半导体存储器的一些基本概念位位 :信息的基本单位是位(信息的基本单位是位(Bit或或b),表示一个二),表示一个二进制信息进制信息“1”或或“0”。在存储器中,位信息是由。在存储器中,位信息是由具有记忆功能的半导体电路实现的,例如用触发器具有记忆功能的半导体电路实现的,例如用触发器记忆一位信息。
23、记忆一位信息。字节:字节:在微型机中信息大多是以字节(在微型机中信息大多是以字节(Byte或或B)形式存放的,形式存放的,一个字节由一个字节由8个位信息组成个位信息组成(1 Byte=8 Bit),通常称作一个存储单元。),通常称作一个存储单元。存储容量:存储容量:存储器芯片的存储容量是指一块芯片中存储器芯片的存储容量是指一块芯片中所能存储的信息位数,所能存储的信息位数,例如例如8K8位的芯片,存储体位的芯片,存储体的存储容量则是指由多块存储器芯片组成的存储体的存储容量则是指由多块存储器芯片组成的存储体所能存储的信息量,一般以字节的数量表示。所能存储的信息量,一般以字节的数量表示。第28页/共
24、79页地址:地址表示存储单元所处的物理空间的位置,用一组二进制代码表示。地址相当于存储单元的“单元编号”,CPU可以通过地址码访问某一存储单元,一个存储单元对应一个地址码。存取周期:是指存储器存放或取出一次数据所需是指存储器存放或取出一次数据所需的时间。的时间。存储容量和存取周期是存储器的两项重要性能指标。第29页/共79页、80C5180C51的内部数据存储器的内部数据存储器 内部内部RAM有有256个单元,通常在空间上分为两个单元,通常在空间上分为两个区;低个区;低128个单元(个单元(00H7FH)的内部数据)的内部数据RAM块和高块和高128个单元(个单元(80H0FFH)的专用寄存)
25、的专用寄存器器SFR块。块。1、内部、内部RAM低低128单元单元 低低128个单元是真正的内部数据个单元是真正的内部数据RAM区,是一区,是一个多功能复用性数据存储器,其按用途可分为三个多功能复用性数据存储器,其按用途可分为三个区域。个区域。第30页/共79页 内部数据内部数据RAMRAM区区第31页/共79页 工作寄存器区(工作寄存器区(00H1FH):):也称为通用寄存也称为通用寄存器,共有器,共有4组寄存器,每组由组寄存器,每组由8个寄存单元组成,每个寄存单元组成,每个单元个单元8 位,各组均以位,各组均以R0R7作寄存器编号,共作寄存器编号,共32个单元。个单元。在任一时刻,在任一时
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