51單片機(jī)原理介紹
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51單片機(jī)原理介紹作者:佚名 來源:本站原創(chuàng) 點(diǎn)擊數(shù):… 更新時(shí)間：2007年07月09日 【字體：】
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、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(jiǎn)介和引腳功能
一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)
二、引腳功能
40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。
⒈ 電源: ⑴ VCC - 芯片電源，接+5V；
⑵ VSS - 接地端；
⒉ 時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。
⒊ 控制線:控制線共有4根，
⑴ ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖
① ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址
② PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。
⑵ PSEN:外ROM讀選通信號(hào)。
⑶ RST/VPD:復(fù)位/備用電源。
① RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。
② VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。
⑷ EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。
① EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。
② Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。
⒋ I/O線
80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、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：
⑴ 64KB程序存儲(chǔ)器(ROM),包括片內(nèi)ROM和片外ROM；
⑵ 64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（外RAM）；
⑶ 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
一、程序存儲(chǔ)器（ROM）
地址范圍：0000H～FFFFH，共64KB。其中:
低段4KB：0000H～0FFFH
80C51和87C51在片內(nèi)，80C31在片外。
高段60KB：1000H～FFFFH。在片外。
讀寫ROM用MOVC指令，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+1→PC，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MOVC指令，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信號(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：0000H～FFFFH 共64KB。
讀外RAM的過程：
外RAM 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RAM 16位地址輸入端，當(dāng)RD信號(hào)有效時(shí)，外RAM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。
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00H～7FH的低128B空間。
8051內(nèi)RAM又可分成三個(gè)物理空間：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：R0～R7，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。
⒉ 位尋址區(qū)
⑴地址:
從20H～2FH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)。
⑵用途：
存放各種標(biāo)志位信息和位數(shù)據(jù)。
⑶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
⒊ 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
內(nèi)RAM中30H～7FH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）
特殊功能寄存器地址映象表（二）
特殊功能寄存器地址映象表（三）
⑶ 程序狀態(tài)字寄存器PSW
PSW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，存放各有關(guān)標(biāo)志。其結(jié)構(gòu)和定義如下：
① Cy — 進(jìn)位標(biāo)志。
用于表示Acc.7有否向更高位進(jìn)位。
② AC — 輔助進(jìn)位標(biāo)志。
用于表示Acc.3有否向Acc.4進(jìn)位。
③ RS1、RS0 — 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）
④ OV — 溢出標(biāo)志。
表示Acc在有符號(hào)數(shù)算術(shù)運(yùn)算中的溢出。
⑤ P — 奇偶標(biāo)志。 表示Acc中“1”的個(gè)數(shù)的奇偶性。
⑥ F0 、F1 — 用戶標(biāo)志。
⑷ 數(shù)據(jù)指針DPTR
16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。
⑸ 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。
※ P0口的負(fù)載能力為8個(gè)LSTTL門電路；
P1～P3口的負(fù)載能力為4個(gè)LSTTL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
二、時(shí)鐘周期和機(jī)器周期
⑴ 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)。
⑵ 機(jī)器周期。
80C51單片機(jī)工作的基本定時(shí)單位，簡(jiǎn)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：
⑴ 復(fù)位方式；
⑵ 程序執(zhí)行方式；
⑶ 低功耗方式；
⑷ 片內(nèi)ROM編程（包括校驗(yàn)）方式。
一、復(fù)位方式
⒈ 復(fù)位條件
RST引腳保持2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平。
⒉ 復(fù)位電路
⒊ 復(fù)位后CPU狀態(tài)
PC： 0000H TMOD： 00H
Acc： 00H TCON： 00H
B： 00H TH0： 00H
PSW： 00H TL0： 00H
SP： 07H TH1： 00H
DPTR：0000H TL1： 00H
P0～P3：FFH SCON： 00H
IP：×××00000B SBUF： 不定
IE：0××00000B PCON： 0×××0000B
二、低功耗工作方式
⑴ 待機(jī)(休閑)方式（Idle）
⑵ 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PCON確定。
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。
⑶ 待機(jī)（休閑）狀態(tài)退出
①產(chǎn)生中斷；
②復(fù)位。
⒉ 掉電保護(hù)方式
⑴ 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；
● ALE、PSEN為低電平；
● Vcc可降至2V，但不能真正掉電。
⑵ 掉電保護(hù)狀態(tài)進(jìn)入
只要使PCON中PD位置1。
⑶ 掉電保護(hù)狀態(tài)退出
唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)不變，特殊功能寄存器內(nèi)容按復(fù)位狀態(tài)初始化。
工業(yè)種常用的PLC實(shí)際就是單片機(jī)系統(tǒng)，一般在家用電器（比如微波爐洗衣機(jī)彩電等），手機(jī)等 ，都是單片機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)然有8，16，和32位之分了。單片機(jī)叫“中介機(jī)”嗎？這種說法準(zhǔn)確嗎？單片因?yàn)橘Y源有限，自身沒有開發(fā)能力，必須借助開發(fā)工具來開發(fā)應(yīng)用它，以上是單片機(jī)原理的基礎(chǔ)介紹，這個(gè)東西還是需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)才能真正的理解，學(xué)好，建議您到電子論壇去學(xué)習(xí)
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