1、12:401第第3章章 80C51系列单片机的硬件基础系列单片机的硬件基础 8051系列单片机概述系列单片机概述3.180C51系列单片机引脚功能系列单片机引脚功能3.280C51系列单片机的编程结构系列单片机的编程结构3.3 80C51系列单片机的存储器系列单片机的存储器3.4 80C51单片机的工作方式单片机的工作方式3.5 80C51系列单片机的时序系列单片机的时序3.6 80C51单片机最小应用系统单片机最小应用系统3.712:402 单片机是一个大规模集成电路芯片，但仅有一单片机是一个大规模集成电路芯片，但仅有一块单片机不能完成特定的控制任务，只有块单片机不能完成特定的控制任务，只有
2、当它与当它与其他器件和设备有机地组合在一起并配以特定的其他器件和设备有机地组合在一起并配以特定的程序时，才能构成一个真正的单片机应用系统，程序时，才能构成一个真正的单片机应用系统，完成特定的任务。完成特定的任务。在单片机应用系统中单片机是核心器件，要在单片机应用系统中单片机是核心器件，要设计单片机应用系统，必须首先掌握单片机的硬设计单片机应用系统，必须首先掌握单片机的硬件基础知识。件基础知识。12:4033.1 8051系列单片机概述系列单片机概述1980年美国年美国INTEL公司推出了高性能的公司推出了高性能的8位单片机：位单片机：MCS-51系列单片机。系列单片机。系列单片机系列单片机是指
3、同一厂家生产的具有相同系统结构是指同一厂家生产的具有相同系统结构的多种型号的单片机的多种型号的单片机。MCS-51系列单片机又可分为系列单片机又可分为51和和52两个子系列两个子系列。3.1.1 MCS-51系列单片机系列单片机12:404各个子系列所含有的芯片型号及其硬件资源的区别如表各个子系列所含有的芯片型号及其硬件资源的区别如表3-1所示。所示。MCS-51系列系列型号型号片内片内ROM片内片内RAM定时器定时器/计数计数器器中断源数量中断源数量51子序列子序列(基本型基本型)8031无无128B216位位580514KB掩膜掩膜ROM128B216位位587514KB EPROM128
4、B216位位552子序列子序列(增强型增强型)8032无无256B316位位680528KB掩膜掩膜ROM256B316位位6在不同型号的在不同型号的MCS-51系列单片机中，除片内存储器系列单片机中，除片内存储器(ROM、RAM)容量与种类、定时器容量与种类、定时器/计数器的个数、中断源的数量有所不同外计数器的个数、中断源的数量有所不同外，指令系统和芯片引脚指令系统和芯片引脚是完全兼容的是完全兼容的。12:405它们的主要硬件特性：它们的主要硬件特性：(1)8位位CPU。(2)片内带振荡器片内带振荡器,振荡频率振荡频率fosc范围为范围为1.212MHz；可可有时钟输出。有时钟输出。(3)1
5、28/256B的片内数据存储器。的片内数据存储器。(4)0/4/8KB的片内程序存储器。的片内程序存储器。(5)程序存储器的寻址范围为程序存储器的寻址范围为64KB。(6)片外数据存储器的寻址范围为片外数据存储器的寻址范围为64KB。(7)21/26个字节专用寄存器。个字节专用寄存器。12:406(8)4个个8位并行位并行IO接口：接口：P0、P1、P2、P3。(9)1个个全双工串行全双工串行IO接口，可多机通信。接口，可多机通信。(10)2/3个个16位定时器计数器。位定时器计数器。(11)中断系统有中断系统有5/6个中断源，可编程为两个中断源，可编程为两级优先级。级优先级。(12)111条
6、指令条指令，含乘法指令和除法指令。，含乘法指令和除法指令。(13)含含布尔处理器布尔处理器，有强的位寻址、位处理能力。，有强的位寻址、位处理能力。(14)片内采用片内采用单总线单总线结构结构。(15)用单一用单一+5V电源。电源。12:407早期的早期的MCS-51系列单片机是采用系列单片机是采用HMOS工艺制造的，具有高速度、工艺制造的，具有高速度、高密度的特点，但功耗较大高密度的特点，但功耗较大。出于出于对降低功耗的要求，对降低功耗的要求，MCS-51系列单片机后来推出的产品采用系列单片机后来推出的产品采用了了CMOS和和HMOS结合的结合的CHMOS工艺工艺。采用采用CHMOS工艺制造的
7、工艺制造的51子系列对应的低功耗产品分别为子系列对应的低功耗产品分别为80C31、80C51、87C51，52子系列对应的低功耗产品分别为子系列对应的低功耗产品分别为80C32、80C52。12:408Features.Compatible with MCSR-51 Products4K Bytes of In-System Programmable(ISP)Flash Memory-Endurance:10,000 Write/Erase Cycles4.0V to 5.5V Operating RangeFully Static Operation:0 Hz to 33 MHzThree-
8、level Program Memory Lock1288-bit Internal RAM32 Programmable I/O LinesTwo 16-bit Timer/CountersSix Interrupt SourcesFull Duplex UART Serial ChannelLow-power Idle and Power-down ModesInterrupt Recovery from Power-down ModeWatchdog TimerDual Data PointerPower-off FlagFast Programming TimeFlexible ISP
9、 Programming(Byte and Page Mode)Green(Pb/Halide-free)Packaging Option特点：特点：lAT89S51是是51单片机家族中的一员，它可与家族中单片机家族中的一员，它可与家族中其他单片机兼容其他单片机兼容l该单片机片内有容量为该单片机片内有容量为4K bytes的的Flash存储器作为存储器作为程序存储器使用可进行在线编程，寿命为程序存储器使用可进行在线编程，寿命为10000次的擦次的擦写操作。写操作。l工作电压范围为工作电压范围为4.0V-5.5 Vl支持全静态操作，工作频率范围为支持全静态操作，工作频率范围为0Hz-33MHzl
10、三级程序存储器锁三级程序存储器锁l片内片内RAM容量为容量为128 x 8-bitl32个可编程个可编程If0口口l两个两个16位的定时位的定时/计数器计数器l6个中断源个中断源l全双工通用异步串行通信通道全双工通用异步串行通信通道l低功耗的休眠和停电模式低功耗的休眠和停电模式l停电模式下的中断恢复停电模式下的中断恢复l看门狗定时器看门狗定时器l双双DPTR指针寄存器指针寄存器l断电标志断电标志l快速编程时间快速编程时间l灵活的在线编程灵活的在线编程Byte和和Page模式模式)l环保封装选择环保封装选择(无铅无铅/无卤化物无卤化物)(a)技术特点英文描述技术特点英文描述 (b)技术特点中文翻
11、译技术特点中文翻译图图3-1 AT89C51单片机技术手册中关于特点的概述单片机技术手册中关于特点的概述12:409不同型号的不同型号的80C51单片机，内部资源或多或少有些单片机，内部资源或多或少有些差异，我们在选择时，可从以下几个方面考虑：差异，我们在选择时，可从以下几个方面考虑：1.程序存储器程序存储器 2.数据存储器数据存储器3.功耗功耗 4.体积体积 3.1.2 80C51系列单片机的选择依据系列单片机的选择依据12:4010 程序存储器用于存放单片机应用系统的目标程序。通过编程程序存储器用于存放单片机应用系统的目标程序。通过编程器或直接在系统编程器或直接在系统编程(ISP)将目标程
12、序写入单片机。将目标程序写入单片机。单片机的程序存储器目前供应的类型有单片机的程序存储器目前供应的类型有EPROM、OTPROM、Mask ROM和和Flash EEPROM。容量有容量有1KB、2KB、4KB、8KB、16KB、32KB和和64KB。由于由于EPROM型单片机使用不方便，现在己很少使用，普遍型单片机使用不方便，现在己很少使用，普遍采用采用Flash EEPROM型单片机代替；型单片机代替；OTP ROM单片机在中小批量的单片机产品中使用较多；单片机在中小批量的单片机产品中使用较多；Mask ROM型单片机由于其程序存储的高可靠性和低成本型单片机由于其程序存储的高可靠性和低成本
13、特点，适合于大批量的单片机应用场合。特点，适合于大批量的单片机应用场合。由于片内存储器成本的降低，由于片内存储器成本的降低，目前趋向于选择具有大容量的目前趋向于选择具有大容量的片内程序存储器的单片机，片外不用再扩展程序存储器。片内程序存储器的单片机，片外不用再扩展程序存储器。1.程序存储器程序存储器 12:4011 单片机片内数据存储器目前供应的类型有单片机片内数据存储器目前供应的类型有SRAM静态静态数据存储器，少数单片机片内有数据存储器，少数单片机片内有EEPROM非易失性数据存非易失性数据存储器。储器。51子系列片内子系列片内RAM有有128B，52子系列片内子系列片内RAM有有256B
14、，52子系列向下兼容子系列向下兼容51子系列，两者价格目前基本持子系列，两者价格目前基本持平，选择平，选择52子系列在使用上更为方便、灵活。子系列在使用上更为方便、灵活。2.数据存储器数据存储器 3.功耗功耗 许多公司都供应低电压的许多公司都供应低电压的80C51系列单片机，具有低功耗系列单片机，具有低功耗的特点，例如，的特点，例如，Atmel公司的公司的AT89LV51和和AT89LV52，它的工，它的工作电压范围为作电压范围为2.76V，可直接替换相应的，可直接替换相应的5V工作电压芯片。工作电压芯片。12:40124.体积体积 在应用系统的空间有限时，可选择相应型号的在应用系统的空间有限
15、时，可选择相应型号的PLCC和和QFP封装的单片机，外围芯片当然也要选择小型封装。在封装的单片机，外围芯片当然也要选择小型封装。在无外围扩展时也可选择非总线型的单片机，如无外围扩展时也可选择非总线型的单片机，如Atmel公司公司的的AT89C4051、AT89C2051和和AT89C1051，Philips公司的公司的P87LPCXXX系列。系列。新一代高性能的新一代高性能的80C51单片机增加了单片机增加了模模/数转换器数转换器(A/D)、脉宽调制输出脉宽调制输出(PWM)、第二串行口、串行扩展总线、第二串行口、串行扩展总线(I2C BUS)、现场总线、现场总线(CAN)，程序监视定时器，程
16、序监视定时器(WDT)、在系统、在系统编程编程ISP等功能，使用户在进行单片机应用系统设计时有等功能，使用户在进行单片机应用系统设计时有更大的选择范围。更大的选择范围。12:40133.2 80C51系列单片机引脚功能系列单片机引脚功能在在80C51系列单片机中，各种单片机的引脚是相互系列单片机中，各种单片机的引脚是相互兼容的，只是功能略有差异。兼容的，只是功能略有差异。在器件引脚的封装上，在器件引脚的封装上，80C51系列单片机常用的封系列单片机常用的封装有三种，分别为装有三种，分别为双列直插式双列直插式PDIP 40脚脚封装、封装、塑塑料扁平式料扁平式PQFP/TQFP 44脚封装脚封装和
17、和带引线的塑料芯带引线的塑料芯片封装片封装PLCC 44脚脚封装。封装。12:4014图3-2 PDIP封装引脚图 图3-3 PDIP实物图 3.2.1 引脚功能引脚功能概述概述12:4015图3-4 PQFP/TQFP封装引脚图图3-5 PQFP/TQFP封装实物图12:4016图3-6 PLCC/LCC封装引脚图图3-7 PLCC/LCC封装实物图12:401780C51单片机引脚主要分为主电源引脚、外接晶体单片机引脚主要分为主电源引脚、外接晶体引脚引脚、输入输出引脚与控制引脚四类，以、输入输出引脚与控制引脚四类，以PDIP封装的单片机为例，引脚介绍如下：封装的单片机为例，引脚介绍如下：1
18、.主电源引脚主电源引脚(2条条)2.外接晶体引脚外接晶体引脚(2条条)3.输入输入/输出（输出（I/O）引脚）引脚(32条)4.控制引脚控制引脚(4条条)12:40181.主电源引脚主电源引脚(2条条)VCC（40脚）和脚）和GND（20脚）：分别接电源的正端和地端。脚）：分别接电源的正端和地端。不同型号单片机接入对应电压的电源，常压为不同型号单片机接入对应电压的电源，常压为+5V、低压为、低压为+3.3V。2.外接晶体引脚外接晶体引脚(2条条)XTAL1（19脚）、脚）、XTAL2（18脚）：脚）：XTAL1为片内振荡电为片内振荡电路的输入端，路的输入端，XTAL2为片内振荡电路的输出端。为
19、片内振荡电路的输出端。80C51单片单片机的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，需在这两机的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，需在这两个脚外接石英晶体和振荡电容；另一种是外部时钟方式，即个脚外接石英晶体和振荡电容；另一种是外部时钟方式，即将将XTAL1接地，外部时钟信号从接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。脚输入。12:40193.输入输入/输出（输出（I/O）引脚）引脚(32条)输入输入/输出（输出（I/O）引脚共有）引脚共有P0口、口、P1口、口、P2口、口、P3口四口四组，每组组，每组8条引脚。条引脚。(1)P0口（口（39脚脚32脚）：分别为脚）：分别为P0.0P0.7，其
20、中，其中P0.7为为最高位，最高位，P0.0为最低位。这为最低位。这8条引脚有两种不同的功能：条引脚有两种不同的功能：1)作为通用输入输出作为通用输入输出(I/O口口)使用。使用。2)作为低作为低8位的地址位的地址/数据复用总线。数据复用总线。12:4020(2)P1口（口（1脚脚8脚）：分别为脚）：分别为P1.0P1.7，其中，其中P1.7为最为最高位，高位，P1.0为最低位。为最低位。P1口引脚也有两种不同的功能：口引脚也有两种不同的功能：1)作为准双向作为准双向I/O口使用。口使用。2)对对52子序列单片机，子序列单片机，P1.0引脚的第二功能为引脚的第二功能为T2定时器定时器/计计数器
21、的外部输入，数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装捕捉、重装触发，即触发，即T2的外部控制端。的外部控制端。12:4021(3)P2口（口（21脚脚28脚）：脚）：P2口的口的8条引脚也有两种不同的条引脚也有两种不同的功能：功能：1)准双向输入输出接口，每一位也可独立控制。准双向输入输出接口，每一位也可独立控制。2)在接有片外存储器或扩展在接有片外存储器或扩展IO接口时，接口时，P2口作为高口作为高8位地位地址总线。址总线。12:4022(4)P3口（口（10脚脚17脚）：脚）：P3口的口的8条引脚也有两种不同的功能：条引脚也有两种不同的功能：1)准双向输入
22、输出接口，每一位同样可独立控制。准双向输入输出接口，每一位同样可独立控制。2)P3口的每一条引脚都有第二功能，如表口的每一条引脚都有第二功能，如表3-4所示。所示。引脚引脚第二功能第二功能说说 明明P3.0RXD串行口输入串行口输入P3.1TXD串行口输出串行口输出P3.2外部中断外部中断0输入，低电平输入，低电平有效有效P3.3外部中断外部中断1输入，低电平输入，低电平有效有效P3.4T0定时器定时器/计数器计数器0的外部计的外部计数脉冲输入数脉冲输入P3.5T1定时器定时器/计数器计数器1的外部计的外部计数脉冲输入数脉冲输入P3.6片外数据存储器写允许，片外数据存储器写允许，低电平有效低电
23、平有效P3.7片外数据存储器读允许，片外数据存储器读允许，低电平有效低电平有效INT0WRRD12:4023单片机单片机通过通过I/O口表现出控制能力，口表现出控制能力，在第一功能时可以在第一功能时可以实现对外围输入实现对外围输入/输出设备，输出设备，如按键开关、键盘、发光如按键开关、键盘、发光二极管、数码管、液晶屏、电机、继电器等二极管、数码管、液晶屏、电机、继电器等的控制的控制。在在单片机内部的存储器、接口电路等不够用而需要进行单片机内部的存储器、接口电路等不够用而需要进行片外扩展时，这四组接口又表现出第二种功能，即作为片外扩展时，这四组接口又表现出第二种功能，即作为对外扩展芯片的地址总线
24、、数据总线与控制总线使用。对外扩展芯片的地址总线、数据总线与控制总线使用。每个端口的结构各部相同，它们在功能和用途上也每个端口的结构各部相同，它们在功能和用途上也存在存在差别。差别。总结：总结：12:402412:40254.控制引脚控制引脚(4条条)(1)RST(Reset，9引脚引脚)：复位信号输入端。：复位信号输入端。(2)ALE/(Address Latch Enable/Programming，30引脚引脚)：ALE为地址锁存允许信号，配合为地址锁存允许信号，配合P0口引脚的第二功能使用。口引脚的第二功能使用。为本引脚的第二功能，表示编程脉冲输入端。为本引脚的第二功能，表示编程脉冲输
25、入端。(3)/VPP(Enable Address/Voltage Pulse of Programing，31引脚引脚)：片内片外程序存储器选择控制端。：片内片外程序存储器选择控制端。(4)(Program Strobe Enable，29引脚引脚)：片外程序存储器：片外程序存储器(ROM)选通线。选通线。PROGPROGPSEN12:40263.2.2 引脚引脚与内部功能模块的关系与内部功能模块的关系图图3-9 单片机引脚和内部功能模块之间的关系单片机引脚和内部功能模块之间的关系12:4027图图3-10 80C51单片机对外三总线构成单片机对外三总线构成3.2.3 单片机单片机对外扩展时
26、三总线的构成对外扩展时三总线的构成12:4028四个四个I/O端口端口P0、P1、P2、P3的作用总结：的作用总结：P2口口负责输出高负责输出高8位地址，位地址，P0口口以分时方式承担输出低以分时方式承担输出低8位地址信息和数据输入位地址信息和数据输入/输出的输出的 双重任务。双重任务。P3口口则作为和外设沟通的控制线，则作为和外设沟通的控制线，P1口口可随意用作可随意用作I/O口。口。51系列单片机的对外三总线总结：系列单片机的对外三总线总结：AB(地址总线地址总线)：P2口口负责高负责高8位地址，位地址，P0口口输出低输出低8位地址。位地址。DB(地址总线地址总线)：P0口作为口作为8位位
27、数据输入数据输入/输出口。输出口。CB(地址总线地址总线)：P3口口作为和外设沟通的控制线。作为和外设沟通的控制线。12:40293.3 80C51系列单片机的编程结构系列单片机的编程结构 80C51系列单片机的编程结构包括系列单片机的编程结构包括中央处理器中央处理器(CPU)、内部存储器内部存储器(ROM、RAM)、并行、并行I/O接口、片内外设接口、片内外设(定时器定时器/计数器、中断系统、串行口计数器、中断系统、串行口)、振荡器、振荡器等部等部分，各部分之间通过片内总线进行连接。分，各部分之间通过片内总线进行连接。80C51系列系列单片机内部采用单总线结构，地址、数据与控制信息单片机内部
28、采用单总线结构，地址、数据与控制信息都通过一组总线流通。都通过一组总线流通。编程结构，编程结构，即是从编程人员角度所看到的单片机即是从编程人员角度所看到的单片机内部结构，该结构便于人们从软件编程的角度去了内部结构，该结构便于人们从软件编程的角度去了解单片机系统的操作和运行。解单片机系统的操作和运行。12:4030图3-11 80C51系列单片机的编程结构 12:40311.中央处理器中央处理器(CPU)80C51系列单片机系列单片机是是8位位CPU，它是整个单片机的核心部件，它是整个单片机的核心部件，主要完成运算和控制功能，由运算器和控制器组成主要完成运算和控制功能，由运算器和控制器组成。(1
29、)运算器运算器运算器由运算器由算术逻辑单元（算术逻辑单元（ALU）、累加器）、累加器A（Accumulator)、暂存器暂存器TMP以及程序状态字以及程序状态字PSW组成，用于算术运算和逻辑组成，用于算术运算和逻辑运算。运算。(2)控制器控制器控制器由控制器由程序计数器程序计数器PC(Program Counter)、指令寄存器、指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器、指令译码器ID(Instruction Decoder)、定时与控制电路等部分、定时与控制电路等部分组成，使单片机各部分协调工作，从组成，使单片机各部分协调工作，从而完成指令规定的操作。而完成指令
30、规定的操作。12:4032程序计数器程序计数器PC(Program Counter)是一个是一个16位的加位的加1计数器，计数器，其中存放的是其中存放的是ROM中存储单元的地址。中存储单元的地址。在开始执行程序时，给在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的存储赋以程序中第一条指令所在的存储单元的地址，然后每从存储单元取一次内容，单元的地址，然后每从存储单元取一次内容，PC中的内容就中的内容就会自动加会自动加1，以指向下一个存储单元，保证指令顺序执行。，以指向下一个存储单元，保证指令顺序执行。由此可见，由此可见，程序计数器程序计数器PC中存放的是下一条将要执行的指令中存放的是下一条将要
31、执行的指令所在的所在的ROM存储单元的地址。存储单元的地址。12:40332.内部存储器内部存储器80C51系列单片机的存储器有系列单片机的存储器有片内和片外片内和片外之分。之分。片内存储器片内存储器集成在芯片内部；集成在芯片内部；片外存储器（外部存储器片外存储器（外部存储器)是专用的存储器芯片，需要通过单片是专用的存储器芯片，需要通过单片机引脚提供的三总线机引脚提供的三总线(即即AB、DB和和CB）与）与80C51连接。连接。无论片内还是片外存储器，都可分为程序存储器和数据存储器。无论片内还是片外存储器，都可分为程序存储器和数据存储器。由于由于80C51单片机采用哈佛结构，因此程序存储器和数
32、据存储单片机采用哈佛结构，因此程序存储器和数据存储器相互独立，有各自的寻址空间。器相互独立，有各自的寻址空间。12:4034片内数据存储器片内数据存储器为随机存取存储器，用于为随机存取存储器，用于存放可读写的数据存放可读写的数据，常称为片内常称为片内RAM。80C51系列单片机的片内系列单片机的片内RAM共有共有128/256B。片内程序存储器片内程序存储器为只读存储器，用于为只读存储器，用于存放程序指令、常数及数据存放程序指令、常数及数据表格表格，常称为片内，常称为片内ROM。80C51系列单片机内部有系列单片机内部有0/4/8KB的的ROM。用于存放程序，也可以存放一些原始数据和表格等。用
33、于存放程序，也可以存放一些原始数据和表格等。12:40353.并行输入并行输入/输出端口输出端口(I/O口口)80C51片内有片内有4个个8位的位的I/O接口：接口：P0、P1、P2和和P3，每个每个I/O接接口内部都有一个口内部都有一个8位锁存器和一个位锁存器和一个8位驱动器，既可用作输出位驱动器，既可用作输出口，也可用作输入口。口，也可用作输入口。80C51单片机没有专门的单片机没有专门的I/O口操作指令，而是把口操作指令，而是把I/O口当作寄口当作寄存器使用，通过传送指令实现数据的输入和输出操作。存器使用，通过传送指令实现数据的输入和输出操作。12:40364.片内外设片内外设(1)定时
34、器定时器/计数器计数器51子序列单片机中有两个子序列单片机中有两个16位的定时器位的定时器/计数器，用于实现定计数器，用于实现定时或外部计数的功能。时或外部计数的功能。(2)中断系统中断系统中断系统的主要作用是对来自单片机内部或外部的中断请求进中断系统的主要作用是对来自单片机内部或外部的中断请求进行处理，完成中断源所要求的任务。行处理，完成中断源所要求的任务。51子系列共有子系列共有5个中断源，其中外部中断源有个中断源，其中外部中断源有2个，内部中断源个，内部中断源有有3个：个：2个定时器个定时器/计数器中断源和计数器中断源和1个串行口中断源。全部中个串行口中断源。全部中断可分为高级和低级两个
35、优先级别。断可分为高级和低级两个优先级别。12:4037(3)串行口串行口80C51单片机有一个全双工可编程串行口，用于实现单片机与外单片机有一个全双工可编程串行口，用于实现单片机与外部设备之间的串行数据传送。部设备之间的串行数据传送。5.振荡器振荡器振荡器用于产生单片机工作时所需的时钟脉冲。振荡器用于产生单片机工作时所需的时钟脉冲。12:40383.3.2 在在Keil Vision中观察寄存器中观察寄存器例例3-1 加法汇编加法汇编ORG 0000H ;设置起始地址设置起始地址MOV A,#6EH ;A=6EHADD A,#58H ;A=A+58H=C6H,PSW=44HMOV B,A ;
36、B=C6HSJMP$;程序在原地循环程序在原地循环END ;结束汇编结束汇编12:40393.3.2 在在Keil Vision中观察寄存器中观察寄存器图图3-12 Vision软件调试界面软件调试界面12:40403.3.2 在在Keil Vision中观察寄存器中观察寄存器(a)执行执行MOV A,#6EH (b)执行执行ADD A,#58H (c)执行执行MOV B,A图图3-13指令的执行和寄存器数值的变化指令的执行和寄存器数值的变化12:40413.4 80C51系列单片机的存储器系列单片机的存储器 存储器是用来存放程序或者程序中所需的数据的。不存储器是用来存放程序或者程序中所需的数
37、据的。不同的单片机，其存储器的类型与容量也不相同同的单片机，其存储器的类型与容量也不相同。3.4.1 半导体存储器半导体存储器1.随机存取存储器与只读存储器随机存取存储器与只读存储器(1)随机存取存储器随机存取存储器RAM(Random Access Memory)。CPU既可以将该存储器中的信息既可以将该存储器中的信息(数据数据)读出又可以将需要写入的读出又可以将需要写入的信息写入。信息写入。(2)只读存储器只读存储器ROM(Read Only Memory)。CPU只能读出存只能读出存放在该存储器中的信息，不能写入。放在该存储器中的信息，不能写入。12:4042表3-5 随机存取存储器与只
38、读存储器的对照表12:40432.随机存取存储器的分类随机存取存储器的分类按照存储信息的方式，随机存取存储器又可分为以下两种：按照存储信息的方式，随机存取存储器又可分为以下两种：静态静态RAM(SRAM：Static RAM)。只要有电加在存储器只要有电加在存储器上，数据就能长期保留。上，数据就能长期保留。动态动态RAM(DRAM：Dynamic RAM)。写入的信息只能写入的信息只能保留几保留几ms的时间，因此每隔一定时间需要重新写入一次的时间，因此每隔一定时间需要重新写入一次(称称为为“刷新刷新”)，所以动态所以动态RAM的电路比较复杂的电路比较复杂。12:4044图图3-14 SRAM的
39、存储单元的存储单元(1)静态静态RAM的存储单元的存储单元 12:4045图图3-15 88bit SRAM中的存储单元中的存储单元12:4046(2)动态动态RAM的存储单元的存储单元 图图3-16 DRAM的的一位一位存储单元存储单元12:4047(2)动态动态RAM的存储单元的存储单元(a)将将1写到存储单元中写到存储单元中(b)将将0写到存储单元中写到存储单元中图图3-17 DRAM的存储单元的操作的存储单元的操作12:4048(2)动态动态RAM的存储单元的存储单元(c)将将1从存储单元读出从存储单元读出(d)对保存的对保存的1进行刷新进行刷新图图3-17 DRAM的存储单元的操作的
40、存储单元的操作12:4049静态静态RAM与动态与动态RAM的对比的对比 12:40503.只读存储器的分类只读存储器的分类 E2PROM的最大缺点就是改写信息的速度慢，随着半导体存储技术的发展，各种新的可现场改写信息的非易失性存储器被推出，且发展速度很快，其中应用最广泛最流行的就是快擦写存储器(Flash Memory)。ROM存储器按固化信息方式存储器按固化信息方式(向芯片内写入信息向芯片内写入信息)的不同可的不同可分为以下分为以下4种：种：(1)掩膜掩膜ROM(MROM：Mask ROM)。(2)可编程可编程ROM(PROM：Programable ROM)。(3)可擦除可编程可擦除可编
41、程ROM(EPROM：Erasable PROM)。(4)电可擦除可编程电可擦除可编程ROM(E2 PROM：Electrically Erasable ROM)。12:4051(1)Mask ROM Mask ROM在生产时厂家会按照客户的要求把数据保存在在生产时厂家会按照客户的要求把数据保存在其中，一旦其中，一旦Mask ROM生产出来后，其中的数据是无法修改生产出来后，其中的数据是无法修改的，所以它通常存储一些不用修改而直接就拿来使用的数据信的，所以它通常存储一些不用修改而直接就拿来使用的数据信息。例如投影仪开机时显示的品牌名称和标志，计算机开机时息。例如投影仪开机时显示的品牌名称和标志
42、，计算机开机时显示的主板版本和厂商信息等。显示的主板版本和厂商信息等。(a)保存保存1 (b)保存保存0 图图3-18 Mask ROM的存储单元的存储单元12:4052(2)PROM PROM要比要比mask ROM稍微灵活一点，它提供给用户一次写稍微灵活一点，它提供给用户一次写入数据的机会，即用户可以在新买回来的入数据的机会，即用户可以在新买回来的PROM器件写入数器件写入数据，写入完毕后据，写入完毕后PROM就像一个就像一个Mask ROM使用，只能读取使用，只能读取其中的数据而不能擦除。其中的数据而不能擦除。图图3-19 PROM的存储单元结构的存储单元结构12:4053(3)EPRO
43、M EPROM 是是可擦除可编程只读存储器，就是说可擦除可编程只读存储器，就是说EPROM不但不但在新买回来时可以往芯片里面烧写数据，还可在任何时候将数在新买回来时可以往芯片里面烧写数据，还可在任何时候将数据擦除掉，再往其中写入新的数据，所以，据擦除掉，再往其中写入新的数据，所以，EPROM是一种可是一种可以重复编程的以重复编程的ROM器件。器件。EPROM有两种主要类型的有两种主要类型的器件器件：一一种是种是使用紫外线进行擦除的使用紫外线进行擦除的UV EPROM(ultraviolet light erasable programmable read-only memory)。另另一种是一
44、种是使用电信号进行擦除的使用电信号进行擦除的EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory)。12:4054(3)EPROM图图3-20 UV EPROM的透明小窗口的透明小窗口12:4055(3)EPROM图图3-20 UV EPROM擦除器擦除器12:4056(4)EEPROM 虽说虽说UV EPROM可进行多次擦写，但是每次擦除都需要可进行多次擦写，但是每次擦除都需要紫外线擦除器和花一定的时间毕竟不甚方便。于是使用电紫外线擦除器和花一定的时间毕竟不甚方便。于是使用电信号就能实现数据擦除和写入的信号就能实现数据擦除和写入
45、的EEPROM极大方便了数据极大方便了数据存储的需要。存储的需要。EEPROM的擦除不需要什么紫外线擦除器，直接用电信的擦除不需要什么紫外线擦除器，直接用电信号就能实现存储器中数据的擦除和写入。单片机就可以对号就能实现存储器中数据的擦除和写入。单片机就可以对EEPROM进行数据的擦除和写入，并在掉电后仍然保存这进行数据的擦除和写入，并在掉电后仍然保存这些数据。些数据。12:4057(5)Flash ROM Flash ROM芯片的出现满足了人们对存储器大容量、非芯片的出现满足了人们对存储器大容量、非易失性、在线擦写、快速访问与廉价的所有要求，而上面易失性、在线擦写、快速访问与廉价的所有要求，而
46、上面介绍的介绍的EEPROM、SRAM只是具备某个或者某几个特点，只是具备某个或者某几个特点，因此目前因此目前Flash ROM广泛应用在各种数码产品中。广泛应用在各种数码产品中。12:4058(5)Flash ROMFlash ROM的存储单元结构如图的存储单元结构如图3-22所示，其结构比较特所示，其结构比较特别，其中的别，其中的MOSFET包含两层栅极，一个是控制栅极（简包含两层栅极，一个是控制栅极（简称栅极），另一个是浮动栅，这种结构又称为叠栅称栅极），另一个是浮动栅，这种结构又称为叠栅结构结构。(a)浮动栅拥有大量电子时，数据为浮动栅拥有大量电子时，数据为0图图3-22 Flash
47、ROM的存储单元的存储单元(b)浮动浮动栅只有少数电子时，数据为栅只有少数电子时，数据为112:4059(5)Flash ROMFlash ROM的操作有的操作有3种：擦除操作、编程操作种：擦除操作、编程操作(也就是写也就是写操作操作)与读操作。与读操作。图图3-23 Flash ROM存储单元的擦除操作存储单元的擦除操作 擦除操作：擦除操作：擦除就是把擦除就是把Flash中的数据给抹去，使所有的中的数据给抹去，使所有的存储单元都变成存储单元都变成1。擦除操作如图。擦除操作如图3-23所示，通过栅极接地所示，通过栅极接地(0)和给和给S极加一个擦除电压极加一个擦除电压+VERASE，浮动栅上的
48、电子因为，浮动栅上的电子因为+VERASE的吸引而逃离，结果浮动栅电子缺失而使存储单元的吸引而逃离，结果浮动栅电子缺失而使存储单元变成了变成了1。在。在Flash编程操作之前都会先对所有存储单元进编程操作之前都会先对所有存储单元进行擦除操作。行擦除操作。12:4060(5)Flash ROM图图3-24 Flash ROM存储单元的编程操作存储单元的编程操作 编程操作编程操作：经过擦除操作后，所有经过擦除操作后，所有Flash存储单元都为存储单元都为1。编程操作如图编程操作如图3-24所示，如果想让某个存储单元为所示，如果想让某个存储单元为0，则在，则在栅极施加一个编程电压栅极施加一个编程电压
49、+VPROG，同时，同时S极接地。这样由于极接地。这样由于+VPROG的吸引，电子从的吸引，电子从S极跑到了浮动栅中，于是存储单元极跑到了浮动栅中，于是存储单元保存了保存了0。而如果想让存储单元保存。而如果想让存储单元保存1，则保留擦除之后的，则保留擦除之后的状态即可。状态即可。(a)写入写入0(b)写入写入112:4061(5)Flash ROM图图3-25 Flash ROM存储单元的读操作存储单元的读操作 读读操作操作(a)读出读出0(b)读出读出112:4062(5)Flash ROM图图3-26 Flash ROM内部结构示意图内部结构示意图Flash存储器是由以上存储单存储器是由以
50、上存储单元与比较器等电路构成的，元与比较器等电路构成的，结构如图结构如图3-26所示，每一次只所示，每一次只有一行被访问。如果某一个有一行被访问。如果某一个存储单元保存的是存储单元保存的是1，在读操，在读操作时会因作时会因MOSFET的导通使的导通使对应的位线产生电流，从而对应的位线产生电流，从而在有效负载上产生压降。这在有效负载上产生压降。这个压降在比较器中与参考电个压降在比较器中与参考电压相比会在数据线上输出压相比会在数据线上输出1。如果存储单元保存的是如果存储单元保存的是0，位，位线上就不会有电流，于是比线上就不会有电流，于是比较器的输出为较器的输出为0。12:40633.4.2 存储器
