浅析单片机——以80C51单片机为例

赵春阳

河南大学欧亚国际学院，河南 开封 475001



浅析单片机
——以80C51单片机为例

赵春阳*

河南大学欧亚国际学院，河南 开封 475001

本文以单片机中的经典型号80C51为例剖析了单片机基本概念、内部结构和应用领域

80C51单片机；基本概念；内部结构；应用领域

一、单片机的简介

单片微型计算机简称单片机(Single Chip Microcomputer)。单片机是一在块超大规模集成电路芯片上，集成了CPU(中央处理单元)、存储器(RAM、ROM)，其中RAM为Random-Access Memory(随机存取存储器)高速存取，读写时间相等，且与地址无关；ROM(Read Only Memory)只读存储器，是一种固态的半导体存储器。ROM的显著特性是资料储存后就无法再将之改变或删除。只读存储器的应用领域一般而言，应用在不需经常变更资料的电子设备和系统中，并且资料不会因为掉电而遗失。此外，还有定时器/计数器、中断控制电路和系统总线等电路的微型计算机。

(一)80C51单片机的概述

8051是英特尔公司，一家坐落在美国加州圣克拉的集成电子公司，生产的一系列单片机中最典型的单片机系统，MCS51是系列的总称。所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机。该系列其它的子单片机都是建立在8051的基础上进行功能的筛选和升级进而改变而来的。51子系列的有基本型，对应的芯片为8031、8051、8751、8951，依据片内不同的只读存储器的配置对应不同的芯片。51单片的鼻祖是51系列，后来又延伸出了许多子系列，其中C系列是较为著名的一个。如果单单是从外形和外部结构来看，二者并无较大的差异与不同，二者的操作指令系统、引脚信号基本完全一致，换言之，二者的程序可以互相移植，具有较高的可兼容性与可移植性，可以批量生产，只要相应的引脚顺序适当。但80C51与8051相比，制造工艺更加先进科学，最显著的特点就是低功耗。80C51有两个16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4个8位并行输入口。因为80C51的系统核心性能特点能更加满足系统数据收集以及处理的要求和时间精确性上的要求。此外，另一方面因为80C51产量较大，在市场上随处可见，应用时间长，技术也很成熟，故采80C51用来作为控制核心。

(二)80C51单片机内部结构

累加器ACC的主要功能是在运算前存放一个操作数，运算后存放一个操作结果。80C51系列单片机虽然在结构上仍然以累加器A作为重要部件。毋庸讳言，累加器A在数据的传输以及处理方面、逻辑指令的操作方面的重要作用得到一定程度上的衰减。但另一方面由于内部电路事先准备了预防性的措施，使得数据和逻辑指令在片内直接或者间接地址的存储器之间直接传送，实现直达，一步到位。而不必经过累加器A。但，加、减、乘、除等基本的算术运算指令的计算结果都须要存放在累加器A寄存器中。

CY：进位标志。它是累加器A的进位位，它的含义是若运算结果在最高位有进位或借位)时，则用于置1，否则将进位位清0。AC：半进位标志。它是累加器A中A4位接收A3位的进位，一般是低半字节的进位位，主要用于BCD码调整。低4位有进位(加法时)或向高4位有借位时(减法时)，AC是
1，否则，AC清0。OV：溢出标志位，用于表示有符号数算术运算的溢出。溢出时OV为1，否则OV为0。P：奇偶标志位。每个指令周期都需要由硬件来通过置位或者清零来表示累加器A中1的个数的奇偶性。若1的个数为奇数，则P置位；若1的个数为偶数，则清零。控制器是控制单片机各种操作的部件，用于完成指令规定的操作。它包括程序计数器PC、堆栈指针SP、指令寄存器、数据指针寄存器DPTR、定时控制逻辑时钟发生器、复位电路等。指令寄存器IR用来暂时存放当前取出的指令，并由指令译码器ID译码，产生相应的译码信号，并传送给定时控制电路，定时控制电路发出各种控制信号控制各器件
完成指令规定的操作。DPTR为16位寄存器。由于80C51单片机采用的是哈佛结构，而非冯诺依曼结构，程序指令和数据数传具有较高的独立性和并行性。因此，程序存储器的地址是由程序计数器PC提供，而数据存储器的地址是由数据指针DPTR提供的，所以DPTR用于存放片外数据存储器及I/O口的地址。为了使程序指令从内部只读存储器开始执行，对于有内部只读存储器的单片机，在正常运行时，应把引脚置1，并将其接高电平。其次由于80C51单片机系统中内部和外部程序存储器的地址空间是一致的，总共计64K字节。当寄存器PC指针计数值超出内部ROM的容量时，会立即转向外部程序存储器空间。80C51单片机内的特殊功能寄存器有状态标志寄存器、I/O口锁存器、数据缓冲器等它们离散地分布在内部RAM地址空间(80H-0FFH)内，表2列出了这些特殊功能寄存器的标识符、名称及地址。由表2-2可知累加器ACC、寄存器B、程序状态字PSW、I/O口P0-P3等均为特殊功能寄存器。

二、80C51单片机的应用

80C51单片机通常是指芯片本身以及最小系统，最小系统集成的是一些基本组成部分从而构成开发板以及学习板。是嵌入式系统的主要构成基础单元，即将其嵌入到对象环境中、结构里、体系中作为其中的一个基础组成部分和智能化控制单元实现基本功能比如计数、计时以及搭载OLED或者LCD屏幕来显示特定内容。80C51单片机的应用领域十分广泛，第一用单片机构成智能化产品：在智能仪器仪表中的应用；第二在家用产品中的应用；第三在医疗仪器中的应用以及在计算机外部设备中的应用等等不胜枚举。在商业方面，80C51由于其简单易操作的显著特点已经用于激光的噪声测量，频率计、洗衣机等商用或者家用电器。在日常生活方面，许多多功能四旋翼飞行器因搭载80C51微控制器可以实现全方面功能比如视频的拍摄、农业的喷洒以及温度湿度的测量。打印机、通信设备、现场总线控制单元等也大多采用80C51。在工业自动化方面：许多三轴加速度计配合80C51实现测量力、热、速度、加速度、位移等物理量。在智能仪器仪表方面：可以通过使用80C51来降低成本、其次也可以简并优化化系统的结构、提高整体装置的可靠性和实用性。

[1]《单片机原理及应用》.武汉科技学院电子信息工程学院.

[2]《80C51单片机的内部结构》.电工网.

赵春阳(1996-)，男，汉族，河南郑州人，河南大学欧亚国际学院，2014级本科生。

TP

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1006-0049-(2017)14-0283-01