2023年7月17日发(作者：)

[专业课笔记]单⽚机第⼆章51单⽚机的结构和原理[专业课笔记] 单⽚机 第⼆章 51单⽚机的结构和原理正⽂89C51的基本结构组成⼀个8位80C51微处理器①运算器⼀个微处理器的运算器包括:⼀个算术逻辑运算单元 ALU ,两个⼋位的暂存器(暂存器1: TMP1和暂存器⼆: TMP2),两个⼋位的累加寄存器器 ACC 和 B (B在不进⾏乘除运算时可视为通⽤寄存器)⼀个⼋位程序状态寄存器PSW89C51除以上之外还有⼀个以位为累加器的布尔处理器,⽤于位运算和位寻址等操作②控制器⼀个微处理器的控制器包括:程序计数器指令寄存器256字节的可读写数据存储器(⽚内RAM 和 SFR)其中只有128是⾃由使⽤的⽚内4kb程序存储器(flash ROM)地址从0000h开始P0~P3四个8位并⾏I/O引脚T0和T1两个计时器有五个中断源(外部中断两个, 计时器中断两个, 程序中断⼀个), 且分为两个中断优先级的中断系统⼀个全双⼯UART(通⽤异步收发器)的串⾏IO⼝, 与其他单⽚机或计算机通信⽤⽚内振荡器和时钟电路, 晶体和微调电容需外接, 最⾼允许24mhz相⽐外部引脚和指令系统被89完全兼容的80C51, 89C51新增节电⼯作模式, 分为休闲/空闲(idle)⽅式和掉电(power down)⽅式89C51是⼀种使⽤CMOS⼯艺和NURAM技术的低功耗低电压⾼性能的⼋位单⽚机, 采⽤静态逻辑设计, 允许⼯作频率降⾄0hz。空闲⽅式下, 除CPU外, RAM, 定时器, 串⾏⼝等正常⼯作, 电流可降⾄正常⼯作时的15%左右; 掉电⽅式下, 除⽚内RAM外全不⼯作,电流降到微安级, 直到下⼀次硬件复位。C/S51还有⼀种低电压版本:LV51, 只有电压范围低于89C/S51这个区别具体内部结构图引脚及其功能CPU引脚电源引脚Vcc和VssVcc(40脚): +5V的电源端Vss(20脚): 接地端外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1(18脚)XTAL1(18脚)控制信号引脚RST, ⾮PSEN, ALE和⾮EARST(reset): 复位信号输⼊位, ⾼电平有效, 保持有效两个机器周期(24个时钟震荡周期)时, 即完成复位操作⾮PSEN(program store enable)ALE/⾮PROG⾮EA：是否允许外部中断位，⾼电平表⽰允许输⼊输出端⼝P0到P3注意，不同型号的8951功能上可能有⼀定区别（⽐如stc和at系列）都是⼋位端⼝P0唯⼀指定 漏极开路准双向 IO端⼝当他作为输⼊端⼝时， 在使⽤前应先将⽚内ram的80h置全1，此时P0⼝引脚全悬空，可作为⾼阻抗输⼊⽤来连接外围负载时，和其他⼏个不同，P0需要外接上拉电阻准双向：⽤作输⼊前置全1P1带有内部上拉电阻的⼋位双向IO端⼝仅at系列51/52 额外功能P1额外功能P2带有内部上拉电阻的⼋位双向IO端⼝额外功能访问16位地址时（程序/数据）,P2⽤作⾼⼋位的存储器P3带有内部上拉电阻的⼋位双向IO端⼝额外功能P3额外功能8951的存储器配置⼀般微机只有⼀个地址空间, ⽽ROM和RAM可以随意安排在⼀个地址范围内不同的空间, 即ROM和RAM的地址同在⼀个队列⾥分配不同的地址空间, CPU调⽤时, ⼀个地址值对应唯⼀⼀个存储单元, 可以是ROM, 也可以是RAM, 并且⽤同类访问指令这种结构称为普林斯顿结构89C51则⼤不相同 . 89C51的存储器在物理结构上分为数据和程序两种, 共四个:⽚内⽚外数据存储器, ⽚内⽚外程序存储器这种程序和数据分开存储的结构称为哈佛结构⽽从⽤户的⾓度来看, 8951的的存储器地址分为三类:1. ⽚内⽚外公⽤编址：0000h到ffffh的64kb程序存储器地址空间2. 64kb⽚外数据存储空间（同上，也是16位地址）3. 256字节的数据存储器地址（⼋位地址）以上三个存储空间的地址值互有重叠，在编程时通过使⽤不同的指令来实现告知CPU需要访问的哪⼀块地址MOVC（move command）：访问程序存储器地址MOVX：访问⽚外RAM（⾮PSEN引脚有效为前提，才能读取外部数据）MOV：访问⽚内RAM程序存储器地址空间程序存储器是⽤来存放长期存在且⽆法改变的东西的，例如程序和常数，分为MASK ROM（掩膜ROM）：⽣产时就把程序固化到芯⽚中（电视机芯⽚）OTPROM（⼀次性可编程ROM）：可刷写程序，但写⼊后不可擦除EPROM（可擦除可编程ROM）：可刷写，可擦除程序，需使⽤紫外线进⾏刷写，较⿇烦E2PROM（电可擦写ROM）：刷写程序⽅便，但速度慢FlashROM：刷写⽅便快捷at89S51⽚内使⽤的是4kb的FlashROM（0000h到0fffh），⽽at89S52⽚内使⽤的是8kb的FlashROM（0000h到1fffh）等单⽚机⽚内程序存储器的使⽤52单⽚机⽐51多⼀个定时器溢出中断251和52的外部中断⼊⼝⼀般推荐主程序起始地址在30h甚⾄32h及其之后数据存储器地址空间⽚内RAM的使⽤低128地址低位存储区其中通⽤⼯作寄存器区中的会使⽤到的寄存器组的地址不推荐寻址读写如果xx缺省，默认使⽤0组寄存器，其他寄存器可当作⼀般RAM单元使⽤⾼128地址（特殊功能寄存器区/SFR）SFR存储区只允许直接寻址（8位？）这21个中有11个字节地址可以被8整除的地址⽀持位寻址不推荐使⽤来读写⾃⼰的数据部分特殊寄存器的功能CPU时序节拍和状态周期机器周期和指令周期基本时序定时单位复位操作复位操作的主要功能复位电路上电复位⼿动复位