【文章內(nèi)容簡介】 微型處理器 CPU；一個 256K 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM；片內(nèi)程序存儲器 ROM；四個 8位并行的 I/O接口 P0P3；兩個定時器 /記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工 UART 的串行 I/O 口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是 12MHZ。以上各個部分通過內(nèi)部總線相連接。下面簡單介紹下其各個部分的功能。 中央處理器 CPU是單片微型計算機(jī)的指揮、執(zhí)行中心，由它讀人用戶程序，并逐條執(zhí)行指令，它是由 8 位算術(shù)／邏輯運算部件 (簡稱 ALu)、定時／控制部件，若干 寄存器 A、 B、B5w、 5P 以及 16位程序計數(shù)器 (Pc)和數(shù)據(jù)指針寄存器 (DM)等主要部件組成。算術(shù)邏輯單元的硬件結(jié)構(gòu)與典型微型機(jī)相似。它具有對 8 位信息進(jìn)行 +、 、 x、 / 四則運算和邏輯與、或、異或、取反、清“ 0”等運算，并具有判跳、轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)傳送等功能，此外還提供存放中間結(jié)果及常用數(shù)據(jù)寄存器?？刂破鞑考怯芍噶罴拇嫫鳌⒊绦蛴嫈?shù)器 Pc、定時與控制電路等組成的。指令寄存器中存放指令代碼。枷執(zhí)行指令時，從程序存儲器中取來經(jīng)譯碼器譯碼后，根據(jù)不同指令由定時與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號，送到存儲器、運算器或I／ o接口 電路，完成指令功能。程序計數(shù)器 Pc 程序計數(shù)器 Pc 用來存放下一條將要執(zhí)行的指令，共 16 位．可對以 K 字節(jié)的程序存儲器直接尋址 c 指令執(zhí)行結(jié)束后， Pc 計數(shù)器自動增加，指向下一條要執(zhí)行的指令地址。 數(shù)據(jù)存儲器， RAM，片內(nèi)為 128B,片外最多可外擴(kuò) 64KB。數(shù)據(jù)存儲器來存儲單片機(jī)運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。片內(nèi)的 128B 的 RAM，以高速 RAM的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，可以加快單片機(jī)運行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的 RAM 還 第 9 頁 可以降低功耗。 程序存儲器， ROM，用來存儲程序， 80C51 為 4KB ROM。如果片內(nèi)只讀存儲器的容量不夠，則需要用擴(kuò)展片只讀存儲器，片外最多可以擴(kuò)展到 64KB。 中斷系統(tǒng)，具有 5個中斷源， 2 級中斷優(yōu)先權(quán)。 定時器 /計數(shù)器，片內(nèi)有 2 個 16 位的定時器 /計數(shù)器，具有 4 種工作方式。在單片機(jī)的應(yīng)用中，往往需要精確的定時，或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計數(shù)，因而需在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置定時器 /計數(shù)器部件。 串行口， 1 個全雙工的串行口，具有 4 中工作方式?？捎脕磉M(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行 I/O口，甚至與多個單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。 特殊功能寄存器， SFR，共有 21 個，用于 CPU 對 片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。 單片機(jī)的時序功能： 時鐘電路 ： 80C51 片內(nèi)設(shè)有一個由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路， XTALI 和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和輸出端。 時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。采用內(nèi)部方式時，在 C1 和 C2 引腳上接石英晶體和微調(diào)電容可以構(gòu)成振蕩器， 振蕩頻率的選擇范圍為 1． 2— 12MHZ 在使用外部時鐘時， XTAL2 用來輸入外部時鐘信號，而 XTALI 接地。 時序 ： 80C51 單片機(jī)的一個執(zhí)器周期由 6 個狀態(tài) (s1— s6)組成，每個狀態(tài)又持續(xù) 2 個接蕩周期，分為 P1和 P2兩個節(jié)拍。 這樣，一個機(jī)器周期由 12 個振蕩周期組成。 若采用 12MHz 的晶體振蕩器，則每個機(jī)器周期為 1us，每個狀態(tài)周期為 1／ 6us；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在 N 期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在 P2 期間。 對于單周期指令，當(dāng)指令操作碼讀人指令寄存器時，使從 S1P2[8]開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機(jī)器周期的 s4 讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在 51 期間仍進(jìn)行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數(shù)據(jù)也不加 1。在加結(jié)束時完成指令操作。 多數(shù) Mcs— 51 指令周期為 1— 2 個機(jī)器周期，只有乘法和除法 指令需要兩個以上機(jī)器周期的指令，它們需 4 個機(jī)器周期。 對于雙字節(jié)單機(jī)器指令，通常是在一個機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲器中讀人兩個字節(jié)，但 Movx 指令例外， Movx 指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機(jī)器周期指令，在執(zhí)行 Movx 指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作。下面是 80C51 單片機(jī)的振蕩電路。圖如 31： 第 10 頁 圖 31 80C51震蕩電路原理圖 引腳及其功能說明： 80C51 單片機(jī)的 40 個引腳 [7]中有 2 個專用于主電源引腳， 2 個 外接晶振的引腳， 4 個控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及 32 條輸入輸出 I/O 引腳。 下面按引腳功能分為 4個部分?jǐn)⑹鰝€引腳的功能： 電源引腳 Vcc 和 Vss Vcc（ 40 腳）：接 +5V電源正端； Vss（ 20 腳）：接 +5V電源正端； 外接晶振引腳 XTAL1 和 XTAL2： XTAL1（ 19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機(jī)，該引腳接地；對于 CHOMS 單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。 XTAL2（ 18腳）：接外部晶體的另一端。在 單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于 CHMOS 芯片，該引腳懸空不接。 控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有： RST/VPD、 ALE/P、 PSEN 和 EA/VPP等 4種形式 （ 1） RST/VPD（ 9腳）： RST即為 RESET， VPD為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù) 第 11 頁 位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。 當(dāng) VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時 ，該引腳可接上備用電源 VPD（ +5V）為內(nèi)部 RAM供電，以保證 RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。 （ 2） ALE/ P （ 30 腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時， ALE（允許地址鎖存信號）以每機(jī)器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在 P0口的低 （ 3） PSEN(29 腳 ):片外程序存儲器讀選通輸出端 ,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機(jī)器周期 PESN 兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間， PESN 信號將不出現(xiàn)。 （ 4） EA/Vpp（ 31 腳）： EA 為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。 當(dāng) EA 端保持高電平時，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲器 4KB（ MS— 52 子系列為 8KB）。若超出該范圍時，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。 當(dāng) EA 端保持低電平時，無論片內(nèi)有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內(nèi)含有 EPROM 的單片機(jī)，在 EPROM 編程期間，該引腳用于接 21V 的編程電源 Vpp。 輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0 口、 P1口、 P2 口及 P3 口： (1) P0口（ 39 腳～ 22 腳）： ～ P0口。當(dāng)不接外部存儲器與不擴(kuò)展 I/O 接口時，它可作為 準(zhǔn)雙向 8 位輸入 /輸出接口。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴(kuò)展 I/O 口時， P0口為地址 /數(shù)據(jù)分時復(fù)用口。它分時提供 8位雙向數(shù)據(jù)總線。 對于片內(nèi)含有 EPROM 的單片機(jī)，當(dāng) EPROM 編程時，從 P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗程序時，則輸出指令字節(jié)。 (2) P1口（ 1腳～ 8 腳）： ～ P1口，可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口使用。對于 MCS— 52 子系列單片機(jī)， 還有第 2功能： /計數(shù)器 2的計數(shù)脈沖輸入端 T2； /計數(shù)器 2的外部控制端 T2EX。對于 EPROM 編程和進(jìn)行程 序校驗時，P0口接收輸入的低 8位地址。 (3) P2口（ 21 腳～ 28 腳）： ～ P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴(kuò)展 I/O 接口且尋址范圍超過 256 個字節(jié)時， P2口用于高 8 位地址總線送出高 8位地址。對于 EPROM 編程和進(jìn)行程序校驗時， P2口接收輸入的 8位地址。 (4) P3口（ 10 腳～ 17 腳）： ～ P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向 I/O 接口，也可以將每 1位用于第 2 功能，而且 P3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第 2功能。 P3口的第 2功能見下表 31： 單片機(jī) 管腳含義 表 31單片機(jī) 管腳含義 第 12 頁 表 31 P3口的第 2功能 表 綜上所述， MCS— 51系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點： (1) 單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第 2 功能； (2) 單片機(jī)對外呈 3 總線形式，由 P P0口組成 16 位地址總線；由 P0口分時復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。 80C51 結(jié)構(gòu)圖如圖 32 下： 引腳 第 2 功能 RXD（串行口輸入端 0） TXD（串行口輸出端） INT0（部中斷 0請求輸入端，低電平有效） INT1（中斷 1請求輸入端，低電平有效） T0（時器 /計數(shù)器 0計數(shù)脈沖端） T1（時器 /計數(shù)器 1數(shù)脈沖端） WR（部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效） RD（部數(shù)據(jù)存儲 器讀選通信號輸出端，低電平有效）