80C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

       ③暫存器TMP1、TMP2
       由圖1可知，ALU進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算前的兩個(gè)操作數(shù)來(lái)自暫存器TMP1、TMP2，所以暫存器TMP1、TMP2用于存放運(yùn)算前的兩個(gè)操作數(shù)。
       ④程序狀態(tài)字寄存器PSW
       程序狀態(tài)字寄存器PSW用來(lái)存放運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)標(biāo)志。PSW寄存器各位的含義如下，其中PSW.1未定義，其它各位說(shuō)明如下：

       邏輯地址空間來(lái)看，80C51單片機(jī)可分為三部分，即：程序存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。這3部分分別使用不同的地址指針，不同的訪問(wèn)指令。因此，下面按邏輯結(jié)構(gòu)介紹80C51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。
       （1）程序存儲(chǔ)器
       由圖3可知，程序存儲(chǔ)器以程序計(jì)數(shù)器PC作地址指針，通過(guò)16位地址總線，可尋址的地址空間為0000H~0FFFFH共64K(216=64K)字節(jié)，其訪問(wèn)指令為MOVC。用于存放程序指令碼與固定的數(shù)據(jù)表格等。

       80C51單片機(jī)中內(nèi)部和外部共64K字節(jié)程序存儲(chǔ)器的地址空間是統(tǒng)一的。對(duì)于有內(nèi)部ROM的單片機(jī)，在正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)把引腳接高電平，使程序從內(nèi)部ROM開始執(zhí)行。當(dāng)PC值超出內(nèi)部ROM的容量時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器空間。
       （2）片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
       由圖可知，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以DPTR作為地址指針，通過(guò)16位地址總線，可尋址的地址空間為0000H~0FFFFH共64K(216=64K)字節(jié)，其訪問(wèn)指令為MOVX。用于存放數(shù)據(jù)與運(yùn)算結(jié)果。
       （3）片內(nèi)據(jù)存儲(chǔ)器
       片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間從00H~FFH共256字節(jié)，其訪問(wèn)指令為MOV。其地址可由R0、R1寄存器提供。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是最靈活的地址空間，它分成物理上獨(dú)立且性質(zhì)上不同的2個(gè)區(qū)：00H~7FH單元組成的128字節(jié)RAM區(qū)，地址為80H~FFH的特殊功能寄存器區(qū)（簡(jiǎn)稱SFR區(qū)）。
       1）RAM區(qū)（00H~7FH）
       由圖2-3可知，RAM區(qū)又分為3個(gè)區(qū)：工作寄存器區(qū)、位地址區(qū)與數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
       ①工作寄存器區(qū)（00H~1FH）
       80C51單片機(jī)的內(nèi)部RAM區(qū)結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。
       ②位地址區(qū)（20H~2FH）
       內(nèi)部RAM的20H~2FH為位尋址區(qū)域，見表1所示。這16個(gè)單元的每一位都有一個(gè)位地址，位地址范圍為00H~7FH。通常把各種程序狀態(tài)標(biāo)志、位控制變量設(shè)在位尋址區(qū)內(nèi)。位尋址區(qū)的RAM單元也可以作為一般的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)使用。 
表1 內(nèi)部RAM區(qū)的位地址映像表

   ③數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
       數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址空間從30H~7FH共80個(gè)字節(jié)單元，用于存放數(shù)據(jù)與運(yùn)算結(jié)果，如加法運(yùn)算時(shí)，存放加數(shù)、被加數(shù)及運(yùn)算和。通常堆棧區(qū)也設(shè)置在該區(qū)內(nèi)。有些單片機(jī)將顯示緩沖區(qū)設(shè)置在該區(qū)內(nèi)。
       2）特殊功能寄存器SFR（80H~FFH）
       80C51單片機(jī)內(nèi)的I/O口鎖存器、狀態(tài)標(biāo)志寄存器、定時(shí)器、串行口、數(shù)據(jù)緩沖器以及各種控制寄存器統(tǒng)稱為特殊功能寄存器，它們離散地分布在內(nèi)部RAM地址空間（80H~0FFH）內(nèi)，表2列出了這些特殊功能寄存器的標(biāo)識(shí)符、名稱及地址。由表2-2可知累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)字PSW、I/O口P0~P3等均為特殊功能寄存器。
表2  特殊功能寄存器SFR

       注：帶“·”號(hào)的寄存器可按字節(jié)和按位尋址，其特征是直接地址能被8整除。帶“*”號(hào)的寄存器是與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2有關(guān)的寄存器，僅在80C52系列中存在。下面以一個(gè)實(shí)例說(shuō)明單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器。

       3．80C51單片機(jī)并行輸入/輸出口
       80C51單片機(jī)含有4 個(gè)8位并行I/O口P0、P1、P2和P3。每個(gè)口有8個(gè)引腳，如圖2-1所示，共有32個(gè)I/O引腳，每一個(gè)并行I/O口都能用作輸入或輸出。各口的第
一、第二功能如下：
       I/O口   引腳      第一功能      第二功能
       P0口   P0.0~P0.7  輸入與輸出    分時(shí)的傳送地址低8位與數(shù)據(jù)線
       P1口   P1.0~P0.7  輸入與輸出    無(wú)第二功能
       P2口   P2.0~P2.7  輸入與輸出    傳送地址的高8位
       P3口   P3.0~P3.7  輸入與輸出    P3.0——RXD：串行口輸入端

                                      P3.1——TXD：串行口輸出端

                                      P3.2—— ：外部中斷0中斷請(qǐng)求輸入端

                                      P3.3—— ：外部中斷1中斷請(qǐng)求輸入端

                                      P3.4——T0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入端

                                      P3.5——T1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端

                                      P3.6—— ：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)

                                      P3.7—— ：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)

       四個(gè)通道口都有一種特殊的線路結(jié)構(gòu)，每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器，即特殊功能寄存器P0~P3，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)（P3口有三個(gè)）三態(tài)緩沖器。這種結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)
輸出時(shí)，可以鎖存，即在重新輸出新的數(shù)據(jù)之前，口上的數(shù)據(jù)一直保持不變。但對(duì)于輸入信號(hào)是不鎖存的，所以外設(shè)欲輸入的數(shù)據(jù)必須保持到取數(shù)指令執(zhí)行（把數(shù)據(jù)讀取
后）為止。
       下面分別敘述各個(gè)端口的結(jié)構(gòu)、功能和使用方法。
       （1）P0口的組成與功能
       1）位結(jié)構(gòu)
       在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，P0口是一個(gè)真正的雙向數(shù)據(jù)總線口，并分時(shí)送出地址的低8位。圖2-4所示的是P0口的一位結(jié)構(gòu)圖。它包含兩個(gè)輸入緩沖器、一個(gè)輸出鎖存器以及輸出驅(qū)動(dòng)電路、輸出控制電路。輸出驅(qū)動(dòng)電路由兩只場(chǎng)效應(yīng)管V1和V2組成，其工作狀態(tài)受輸出控制電路的控制。輸出控制電路包括與門、反相器和多路模擬開關(guān)MUX。P0口既能用作通用I/O口，又能用作地址/數(shù)據(jù)總線。
2）作為通用I/O口
       P0口作為通用I/O口使用時(shí)，CPU令控制信號(hào)為低電平。這時(shí)多路開關(guān)MUX接通B端即輸出鎖存器的 端，同時(shí)使與門輸出低電平，場(chǎng)效應(yīng)管V1截止，因而輸出級(jí)為開漏輸出電路。

       ①作為輸出口
       當(dāng)用P0口輸出數(shù)據(jù)時(shí)，寫信號(hào)加在鎖存器的時(shí)鐘端CL上，此時(shí)與內(nèi)部總線相連的D端其數(shù)據(jù)經(jīng)反相后出現(xiàn)的 端上，再經(jīng)V2管反相，于是在P0口引腳上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)。由于輸出級(jí)為開漏電路，所以用作輸出口時(shí)應(yīng)外接上拉電阻。
       ②作為輸入口
       當(dāng)P0口用于輸入數(shù)據(jù)時(shí)，要使用端口中的兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器之一。這時(shí)有兩種工作方式：讀引腳和讀鎖存器。
       當(dāng)CPU執(zhí)行一般的端口輸入指令時(shí)，“讀引腳”信號(hào)使圖2-4中下面一個(gè)緩沖器開通，于是端口引腳上的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)緩沖器輸入到內(nèi)部總線上。
       當(dāng)CPU執(zhí)行“讀一修改一寫”一類指令時(shí)，“讀鎖存器”信號(hào)使圖2-4上面一個(gè)緩沖器開通，鎖存器Ｑ端的數(shù)據(jù)經(jīng)緩沖器輸入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。
       在P0口作為輸入口使用時(shí)，必須首先向端口鎖存器寫入“1”。這是因?yàn)楫?dāng)進(jìn)行讀引腳操作時(shí)，如果V2是導(dǎo)通的，那么不論引腳上的輸入狀態(tài)如何，都會(huì)變?yōu)榈碗娖健榱苏_讀入引腳上的邏輯電平，先要向鎖存器寫1，使其 端為0，V2截止。該引腳成為高阻抗的輸入端。
       3）作為地址/數(shù)據(jù)總線
       P0口還能作為地址總線低8位或數(shù)據(jù)總線，供系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)使用。這時(shí)控制信號(hào)為高電平，多路開關(guān)MUX接通A端。有兩種工作情況：一種是總線輸出，另一種是外部
數(shù)據(jù)輸入。作為總線輸出時(shí)，從“地址/數(shù)據(jù)”端輸入的地址或數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)與門驅(qū)動(dòng)V2，同時(shí)通過(guò)非門驅(qū)動(dòng)V2，結(jié)果在引腳上得到地址或數(shù)據(jù)輸出信號(hào)。
       作為數(shù)據(jù)總線輸入數(shù)據(jù)時(shí)，從引腳上輸入的外部數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)讀引腳緩沖器進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。對(duì)于80C51、87C51單片機(jī)，P0口能作為I/O口或地址/數(shù)據(jù)總線使用。對(duì)于80C31單片機(jī)，P0口只能用作地址/數(shù)據(jù)總線。
       綜上所述，P0口既可以作為地址/數(shù)據(jù)總線口，這時(shí)它是真正的雙向口，也可作通用的I/O口，但只是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。準(zhǔn)雙向口的特點(diǎn)是：復(fù)位時(shí)，口鎖存器均置“1”，8根引腳可當(dāng)一般輸入線使用，而在某引腳由原輸出狀態(tài)變成輸入狀態(tài)時(shí)，則應(yīng)先寫入“1”，以免錯(cuò)讀引腳上的信息。一般情況下，P0口已當(dāng)作地址/數(shù)據(jù)總線口使用時(shí)，就不能再作通用I/O口使用。

       （2）P1口組成與功能
       P1口只用作通用I/O口，其一位結(jié)構(gòu)圖如圖所示。與P0口相比，P1口的位結(jié)構(gòu)圖中少了地址/數(shù)據(jù)的傳送電路和多路開關(guān)，上面一只MOS管改為上拉電阻。
       P1口作為一般I/O的功能和使用方法與P0口相似。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)先向端口寫“1”。它也有讀引腳和讀鎖存器兩種方式。所不同的是當(dāng)輸出數(shù)據(jù)時(shí)，由于內(nèi)部有了上拉電阻，所以不需要再外接上拉電阻。
      （3）P2口的組成與功能
       當(dāng)系統(tǒng)中接有外部存儲(chǔ)器時(shí)，P2口可用于輸出高8位地址，若當(dāng)作通用I/O口用，P2口則是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。因此說(shuō)P2口能用作通用I/O口或地址總線，其一位的結(jié)構(gòu)如圖所示。
       ①作為通用I/O口
       當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，多路開關(guān)接到B端，P2口作為通用I/O口使用，其功能和使用方法與P1口相同。
       ②作為地址總線
       當(dāng)控制端輸出高電平時(shí)，多路開關(guān)接到A端，地址信號(hào)經(jīng)反相器、V從引腳輸出。這時(shí)P2口輸出地址總線高8位，供系統(tǒng)擴(kuò)展使用。
       對(duì)80C51、87C51單片機(jī)，P2口能作為I/O口或地址總線作用。對(duì)于80C31單片機(jī)，P2口只能用作地址總線。
       （4）P3口組成與功能
       P3口能作通用I/O口，同時(shí)每一引腳還有第二功能。P3口的一位結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。
       作為通用I/O口：當(dāng)“第二功能輸出”端為高電平時(shí)，P3口用作通用I/O口。這時(shí)與非門對(duì)于輸入端Q來(lái)說(shuō)相當(dāng)于非門，位結(jié)構(gòu)與P2口完全相同，因此P3口用作通用I/O口時(shí)的功能和使用方法與P2口、P1口相同。
       用作第二功能： 當(dāng)P3口的某一位作為第二功能輸出使用時(shí)，應(yīng)將該位的鎖存器置“1”，使與非門的輸出狀態(tài)只受“第二功能輸出”端的控制?！暗诙δ茌敵觥倍说臓顟B(tài)經(jīng)與非門和驅(qū)動(dòng)管V輸出到該位引腳上。
       當(dāng)P3口的某一位作為第二功能輸入使用時(shí)，該位的鎖存器和“第二功能輸出”端都應(yīng)為“1”，這樣，該位引腳上的輸入信號(hào)經(jīng)緩沖器送入“第二功能輸入”端。

       至此，可以對(duì)組成一般單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)各個(gè)并行口的分工小結(jié)如下：
       P0口：分時(shí)的用作地址低8位與數(shù)據(jù)線，低8位地址由PC低8位或DPL提供。
       P1口：按位可編址的輸入輸出口。
       P2口：地址線的高8位，高8位地址由PC高8位或DPH提供。
       P3口：雙功能口，若不用第二功能，可作為一般的I/O口。

編輯：admin  最后修改時(shí)間：2018-06-27