51单片机原理介绍

单片机是一种控制芯片，一个微型的计算机，而加上晶振，存储器，地址锁存器，逻辑门，七段译码器（显示器），按钮（类似键盘），扩展芯片，接口等那是单片机系统，以下是8051系列单片机原理和内部结构基础介绍

?外部引脚功能

?存储空间配置和功能

?片内RAM结构和功能

?特殊功能寄存器的用途和功能

?程序计数器PC的作用和基本工作方式

?I/O端口结构、工作原理及功能

? 时钟和时序

? 复位电路、复位条件和复位后状态

? 低功耗工作方式的作用和进入退出的方法

§2-1 单片机原理简介和引脚功能

一、内部结构

二、引脚功能

40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。

⒈ 电源: ⑴ VCC - 芯片电源，接+5V；

⑵ VSS - 接地端；

⒉ 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。

⒊ 控制线:控制线共有4根，

⑴ ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
① ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址
② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

⑵ PSEN:外ROM读选通信号。

⑶ RST/VPD:复位/备用电源。

① RST（Reset）功能：复位信号输入端。

② VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。

⑷ EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

① EA功能：内外ROM选择端。

② Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。

⒋ I/O线

80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。

§2-1 存储空间配置和功能

80C51的存储器组织结构可以分为三个不同的存储空间，分别是：

⑴ 64KB程序存储器(ROM),包括片内ROM和片外ROM；

⑵ 64KB外部数据存储器（外RAM）；

⑶ 256B内部数据存储器(内RAM)

(包括特殊功能寄存器） 。

8051单片机存储空间配置原理

一、程序存储器（ROM）

地址范围：0000H～FFFFH，共64KB。其中:

低段4KB：0000H～0FFFH

80C51和87C51在片内，80C31在片外。

高段60KB：1000H～FFFFH。在片外。

读写ROM用MOVC指令，控制信号是PSEN和EA。

读ROM是以程序计数器PC作为16位地址指针，依次读相应地址ROM中的指令和数据，每读一个字节，PC+1→PC，这是CPU自动形成的。

但是有些指令有修改PC的功能，例如转移类指令和MOVC指令，CPU将按修改后PC的16位地址读ROM。

读外ROM的过程：

CPU从PC中取出当前ROM的16位地址，分别由P0口（低8位）和P2口（高8位）同时输出，ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号，地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到外ROM 16位地址输入端，当PSEN信号有效时，外ROM将相应地址存储单元中的数据送至数据总线（P0口），CPU读入后存入指定单元。

二、外部数据存储器（外RAM）

? 地址范围：0000H～FFFFH 共64KB。

? 读外RAM的过程：

外RAM 16位地址分别由P0口（低8位）和P2口（高8位）同时输出，ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号，地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到外RAM 16位地址输入端，当RD信号有效时，外RAM将相应地址存储单元中的数据送至数据总线（P0口），CPU读入后存入指定单元。

三、单片机内部数据存储器原理（内RAM）

从广义上讲，8051内RAM（128B）和特殊功能寄存器（128B）均属于片内RAM空间，读写指令均用MOV指令。但为加以区别，内RAM通常指00H～7FH的低128B空间。

8051内RAM又可分成三个物理空间：工作寄存器区、位寻址区和数据缓冲区。

作用：

有专用于工作寄存器操作的指令，读写速度比一般内RAM要快，指令字节比一般直接寻址指令要短，还具有间址功能，能给编程和应用带来方便。

工作寄存器区分为4个区：0区、1区、2区、3区。每区有8个寄存器：R0～R7，寄存器名称相同。但是，当前工作的寄存器区只能有一个，由PSW中的D4、D3位决定。

⒉ 位寻址区

⑴地址:

从20H～2FH共16字节（Byte，缩写为英文大写字母B）。每B有8位（bit，缩写为小写b），共128位，每一位均有一个位地址，可位寻址、位操作。即按位地址对该位进行置1、清0、求反或判转。

⑵用途：

存放各种标志位信息和位数据。

⑶注意事项:

位地址与字节地址编址相同，容易混淆。

区分方法:位操作指令中的地址是位地址;

字节操作指令中的地址是字节地址。

位寻址区的位地址映象表

⒊ 数据缓冲区

内RAM中30H～7FH为数据缓冲区，用于存放各种数据和中间结果，起到数据缓冲的作用。

四、特殊功能寄存器（SFR）

特殊功能寄存器地址映象表（一）

特殊功能寄存器地址映象表（二）

特殊功能