80C51单片机的总线结构、逻辑结构及内部结构
mcs-51是intel公司生产的一个单片机系列名称，该系列生产工艺有hmos和chmos这两种，chmos是cmos和hmos的结合，既保持了hmos的高密度和高速度，还具有cmos低功耗的特点。
在产品型号中，带有字母c的即为chmos芯片，如80c51，该类型芯片的电平既与ttl兼容，又与cmos电平兼容。
在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有3种形式，即掩模rom、eprom或flash和rom less(无片内程序存储器)。
80c51是mcs-51系列中采用chmos工艺的一个典型品种，各厂商以80c51为基核(内核)开发出的chmos工艺单片机产品统称为80c51系列。
当前常用的80c51系列单片机主要产品有：
1)intel产品：80c31、80c51、87c51、80c32、80c52、87c52等;
2)ateml产品：89c51、89c52、89c2051等;
3)philips，华邦，siemens等公司以80c51为基核的许多产品。
80c51按总线结构可分为总线型和非总线型。
如常见到的89c51单片机就是总线结构，89c51单片机内部有数据总线，地址总线和控制总线。
但单片机由于芯片引脚数量的限制，数据总线和地址总线经常采用复用方式，且许多引脚还要与并行i/o口引脚复用。
20引脚的89s2051单片机就是一种非总线型的。其外部引脚很少，可使成本大大降低。
总线型单片机应用模式
1)如下左图为总线型单片机的总线应用模式，可以方便地将单片机配置成典型的三总线结构。
这种应用模式在扩展外围器件比较多的时候接线会比较复杂，系统的可靠性会降低。因此，在设计系统时，应尽量减少扩展器件的数量。
2)如下右图为总线型单片机的非总线应用模式，适用于大量i/o口需求的应用系统。
非总线型单片机应用模式
该模式已经将外部总线扩展用的i/o口线和控制功能线去掉，从而使单片机的引脚数减少，体积减少。对于不需进行并行外围扩展，装置体积要求苛刻且程序量不大的系统及其适用。
80c51典型成品的资源配置和引脚
由上表可见增强型与基本型有以下不同：
1)片内rom字节数从4kb增加到8kb;
2)片内ram字节数从128b增加到256b;
3)定时/计数器从2个增加到3个;
4)中断源由5个增加到6个。
下图为80c51系列单片机引脚图和逻辑符号，为标准的40脚dip封装。
这些引脚的功能描述如下：
1)电源引脚vcc和vssvcc
是电源端，接+5v;vss接地端。通常在vcc和vss引脚之间接0.1uf高频滤波电容。
2)时钟电路引脚xtal1和xtal2
xtal1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部ttl时钟，则该引脚必须接地。
xtal2：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部ttl时钟，则该引脚为外部时钟的输入。
3)地址锁存允许ale
在系统扩展时，ale用于控制地址锁存器锁存p0口输出的低8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。
当单片机上电正常工作以后，ale端通常以时钟频率的1/6的固定频率向外输出正脉冲信号，ale的负载能力为8个ls ttl器件。
ale(address lock enable)作用是在访问外部存储器时，p0口做为地址/数据复用口，ale信号用于锁存低8位地址。当ale信号为高电平时，p0口上的信息为低8位地址，在ale信号的下降沿时将p0口上的低8位地址送到地址锁存器锁存起来。 在ale为低电平期间p0口上的信息为指令或数据信息。在ale为低电平期间p0口上的信息为指令或数据信息，以实现低位地址与数据的分离。ale是自动运行的。
4)外部程序存储器读选通信号 ~psen
是读外部程序存储器的选通信号，低电平有效。cpu从外部存储器取指令时，它在每个机器周期中两次有效。因此，在一个机器周期内，cpu可以从程序存储器中读取两个字节的指令码。
5)程序存储器地址允许输入端 ~ea
当该引脚为高电平时，cpu执行片内程序存储器指令，但当pc中的值超过0fffh时，将自动转向执行片外程序存储器指令。
当该引脚为低电平时，cpu只执行片外程序存储器指令。对于8031，由于其无片内rom，故该引脚必须接低电平。
6)复位信号rst
该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。
此外，该引脚还有掉电保护功能，若在该引脚接+5v备用电源，在使用中若vcc掉电，可保护片内ram中信息不丢失。
7)输入/输出口引脚p0、p1、p2和p3
p0口(p0.0~p0.7)：该端口为漏极开路的8位准双向口，内部没有上拉电阻，该口在做i/o口使用时务必要外接上拉电阻，驱动能力为8个ls ttl负载，它是低8位地址线和8位数据线的复用端口。
p1口(p1.0~p1.7)：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向i/o口，p1的驱动能力为4个ls ttl负载。
p2口(p2.0~p2.7)：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向i/o口，p1的驱动能力为4个ls ttl负载。在访问外部程序存储器时，它作为存储器的高8位地址线。
p3口(p3.0~p3.7)：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向i/o口，p3口除了作为一般的i/o口外，还具有特殊功能。
80c51单片机的逻辑结构
80c51单片机采用的是冯·诺依曼提出的经典计算机体系结构框架，即一台计算机由运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备5个基本部分组成。
80c51单片机在一块芯片上集成了cpu，ram，rom，定时/计数器和多功能i/o口等。80c51单片机的系统结构框图如下所示。
由上图可以看出，单片机内部主要包含下列几个部件：
1)一个8位cpu
2)一个时钟电路
3)4kb程序存储器
4)128b数据存储器
5)两个16位定时/计数器
6)4个8位并行i/o端口
7)一个可编程串行接口
8)5个中断源，其中包括两个优先级嵌套中断
80c51单片机的内部结构
80c51单片机的内部结构框图如下所示。
1.cpu
cpu即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作，cpu由运算器和控制器两部分电路组成。
1)运算器电路
运算器电路包括alu算术逻辑单元，acc累加器，b寄存器，状态寄存器，暂存器1和暂存器2等部件。
运算器的功能是进行算术运算，逻辑运算，位变量处理和数据传送。
运算电路以alu为核心单元，可以完成半字节、单字节及多字节数据的运算操作，其中包括加减乘除，十进制调整等算术运算以及与，或，异或，求补和循环等逻辑操作，同时还具有一般微处理器所不具备的位处理功能，运算结果的状态由状态寄存器保存。
2)控制器电路
控制器电路包括程序计数器pc，pc加1寄存器，指令寄存器，指令译码器，数据指针dptr，堆栈指针sp，缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。
程序计数器pc用来存放即将要执行的指令地址。数据指针dptr为16位数据指针，它可以对外部数据存储器和i/o口进行寻址，它的低8位为dpl(地址为82h)，高8位为dph(地址为83h)，堆栈指针sp随时跟踪栈顶地址，按先进后出的原则存取数据。
2.定时/计数器
80c51单片机片内有两个16位的定时/计数器，可以用于定时控制，延时以及对外部事件的计数和检测等。
3.存储器
80c51系列单片机的存储器包括数据存储器和程序存储器，程序存储器和数据存储器的地址空间是相互独立的，物理结构也不相同。
4.并行i/o口
80c51单片机共有4个8位的i/o口，每条i/o线都能独立地用作输入或输出。
5.串行i/o口
80c51单片机有一个采用通用异步工作方式的全双工串行通信接口。
6.中断控制系统
80c51共有5个中断源，分为高级和低级两个中断优先级。
7.时钟电路
80c51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调电容必须外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。
8.总线
以上所有组成部分都是通过总线连接起来的，系统的地址信号，数据信号和控制信号都是通过总线传送的，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。
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在产品型号中，带有字母c的即为chmos芯片，如80c51，该类型芯片的电平既与ttl兼容，又与cmos电平兼容。
在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有3种形式，即掩模rom、eprom或flash和rom less(无片内程序存储器)。
80c51是mcs-51系列中采用chmos工艺的一个典型品种，各厂商以80c51为基核(内核)开发出的chmos工艺单片机产品统称为80c51系列。
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1)intel产品：80c31、80c51、87c51、80c32、80c52、87c52等;
2)ateml产品：89c51、89c52、89c2051等;
3)philips，华邦，siemens等公司以80c51为基核的许多产品。
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如常见到的89c51单片机就是总线结构，89c51单片机内部有数据总线，地址总线和控制总线。
但单片机由于芯片引脚数量的限制，数据总线和地址总线经常采用复用方式，且许多引脚还要与并行i/o口引脚复用。
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总线型单片机应用模式
1)如下左图为总线型单片机的总线应用模式，可以方便地将单片机配置成典型的三总线结构。
这种应用模式在扩展外围器件比较多的时候接线会比较复杂，系统的可靠性会降低。因此，在设计系统时，应尽量减少扩展器件的数量。
2)如下右图为总线型单片机的非总线应用模式，适用于大量i/o口需求的应用系统。
非总线型单片机应用模式
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80c51典型成品的资源配置和引脚
由上表可见增强型与基本型有以下不同：
1)片内rom字节数从4kb增加到8kb;
2)片内ram字节数从128b增加到256b;
3)定时/计数器从2个增加到3个;
4)中断源由5个增加到6个。
下图为80c51系列单片机引脚图和逻辑符号，为标准的40脚dip封装。
这些引脚的功能描述如下：
1)电源引脚vcc和vssvcc
是电源端，接+5v;vss接地端。通常在vcc和vss引脚之间接0.1uf高频滤波电容。
2)时钟电路引脚xtal1和xtal2
xtal1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部ttl时钟，则该引脚必须接地。
xtal2：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部ttl时钟，则该引脚为外部时钟的输入。
3)地址锁存允许ale
在系统扩展时，ale用于控制地址锁存器锁存p0口输出的低8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。
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6)复位信号rst
该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。
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p0口(p0.0~p0.7)：该端口为漏极开路的8位准双向口，内部没有上拉电阻，该口在做i/o口使用时务必要外接上拉电阻，驱动能力为8个ls ttl负载，它是低8位地址线和8位数据线的复用端口。
p1口(p1.0~p1.7)：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向i/o口，p1的驱动能力为4个ls ttl负载。
p2口(p2.0~p2.7)：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向i/o口，p1的驱动能力为4个ls ttl负载。在访问外部程序存储器时，它作为存储器的高8位地址线。
p3口(p3.0~p3.7)：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向i/o口，p3口除了作为一般的i/o口外，还具有特殊功能。
80c51单片机的逻辑结构
80c51单片机采用的是冯·诺依曼提出的经典计算机体系结构框架，即一台计算机由运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备5个基本部分组成。
80c51单片机在一块芯片上集成了cpu，ram，rom，定时/计数器和多功能i/o口等。80c51单片机的系统结构框图如下所示。
由上图可以看出，单片机内部主要包含下列几个部件：
1)一个8位cpu
2)一个时钟电路
3)4kb程序存储器
4)128b数据存储器
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6)4个8位并行i/o端口
7)一个可编程串行接口
8)5个中断源，其中包括两个优先级嵌套中断
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1.cpu
cpu即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作，cpu由运算器和控制器两部分电路组成。
1)运算器电路
运算器电路包括alu算术逻辑单元，acc累加器，b寄存器，状态寄存器，暂存器1和暂存器2等部件。
运算器的功能是进行算术运算，逻辑运算，位变量处理和数据传送。
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2.定时/计数器
80c51单片机片内有两个16位的定时/计数器，可以用于定时控制，延时以及对外部事件的计数和检测等。
3.存储器
80c51系列单片机的存储器包括数据存储器和程序存储器，程序存储器和数据存储器的地址空间是相互独立的，物理结构也不相同。
4.并行i/o口
80c51单片机共有4个8位的i/o口，每条i/o线都能独立地用作输入或输出。
5.串行i/o口
80c51单片机有一个采用通用异步工作方式的全双工串行通信接口。
6.中断控制系统
80c51共有5个中断源，分为高级和低级两个中断优先级。
7.时钟电路
80c51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调电容必须外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。
8.总线
以上所有组成部分都是通过总线连接起来的，系统的地址信号，数据信号和控制信号都是通过总线传送的，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。
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