51单片机原理介绍
2013-01-15 来源：51hei
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
§2-1 存储空间配置和功能
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） 。
一、程序存储器（ROM）
地址范围：0000H～FFFFH，共64KB。其中:
低段4KB：0000H～0FFFH
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，
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）
特殊功能寄存器地址映象表（三）
⑶ 程序状态字寄存器PSW
PSW也称为标志寄存器，了解这个对于了解单片机原理非常的重要，存放各有关标志。其结构和定义如下：
① Cy — 进位标志。
用于表示Acc.7有否向更高位进位。
② AC — 辅助进位标志。
用于表示Acc.3有否向Acc.4进位。
③ RS1、RS0 — 工作寄存器区选择控制位。
RS1、RS0 = 00 —— 0区（00H～07H）
RS1、RS0 = 01 —— 1区（08H～0FH）
RS1、RS0 = 10 —— 2区（10H～17H）
RS1、RS0 = 11 —— 3区（18H～1FH）
④ OV — 溢出标志。
表示Acc在有符号数算术运算中的溢出。
⑤ P — 奇偶标志。
表示Acc中“1”的个数的奇偶性。
⑥ F0 、F1 — 用户标志。
⑷ 数据指针DPTR
16位，由两个8位寄存器DPH、DPL组成。主要用于存放一个16位地址，作为访问外部存储器（外RAM和ROM）的地址指针。
⑸ 堆栈指针SP
专用于指出堆栈顶部数据的地址。
§2-3 I/O端口结构及工作原理
※ 有4个8位并行I/O口,共32条端线：
P0、P1、P2和P3口。
每一个I/O口都能用作输入或输出。
※ 用作输入时，均须先写入“1”；
用作输出时，P0口应外接上拉电阻。
※ P0口的负载能力为8个LSTTL门电路；
P1～P3口的负载能力为4个LSTTL门电路。
※ 在并行扩展外存储器或I/O口情况下，
P0口用于低8位地址总线和数据总线(分时传送)
P2口用于高8位地址总线，
P3口常用于第二功能，
用户能使用的I/O口只有P1口和未用作第二功能
的部分P3口端线。
§2-4 时钟和时序原理
一、时钟电路
二、时钟周期和机器周期
⑴ 时钟周期。
⑵ 机器周期。
§2-5 复位和低功耗工作方式
⑴ 复位方式；
⑵ 程序执行方式；
⑶ 低功耗方式；
⑷ 片内ROM编程（包括校验）方式。
一、复位方式
⒈ 复位条件
RST引脚保持2个机器周期以上的高电平。
⒉ 复位电路
⒊ 复位后CPU状态
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 待机(休闲)方式（Idle）
⑵ 掉电保护方式（Power Down）。
两种低功耗工作方式由电源控制寄存器PCON确定。
其中：
SMOD：波特率倍增位（在串行通信中使用）
GF1、GF0：通用标志位
PD：掉电方式控制位，
PD=1，进入掉电工作方式；
IDL：待机(休闲)方式控制位,
IDL=1,进入待机工作方式。
(1) 待机（休闲）方式
(2) 待机（休闲）状态进入
只要使PCON中IDL位置1。
⑶ 待机（休闲）状态退出
①产生中断；
②复位。
⒉ 掉电保护方式
⑴ 掉电保护方式状态
●片内振荡器停振，所有功能部件停止工作；
●片内RAM数据信息保存不变；
● ALE、PSEN为低电平；
● Vcc可降至2V，但不能真正掉电。
⑵ 掉电保护状态进入
只要使PCON中PD位置1。
⑶ 掉电保护状态退出
唯一方法是硬件复位，复位后片内RAM数据不变，特殊功能寄存器内容按复位状态初始化。
工业种常用的PLC实际就是单片机系统，一般在家用电器（比如微波炉洗衣机彩电等），手机等 ，都是单片机系统，当然有8，16，和32位之分了。单片机叫“中介机”吗？这种说法准确吗？单片因为资源有限，自身没有开发能力，必须借助开发工具来开发应用它，以上是单片机原理的基础介绍，这个东西还是需要进行大量的试验才能真正的理解，学好，建议您到电子论坛去学习
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