AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理

1、第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 第第2章章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1 AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 2.2 AT89C51單片機(jī)引腳及其功能單片機(jī)引腳及其功能 2.3 AT89C51存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 2.4 AT89C51單片機(jī)工作方式單片機(jī)工作方式 2.5 AT89C51時(shí)鐘電路與時(shí)序時(shí)鐘電路與時(shí)序 習(xí)題與思考題習(xí)題與思考題 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1 AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)單片機(jī)的結(jié)構(gòu) AT89系列單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上基本相同，只是在個(gè)別模塊和功能上有些

2、區(qū)別。圖2-1是AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。它包含了作為微型計(jì)算機(jī)所必需的基本功能部件，各功能部件通過(guò)片內(nèi)單一總線連成一個(gè)整體，集成在一塊芯片上。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 P0驅(qū)動(dòng)器P2驅(qū)動(dòng)器P0鎖存器P2鎖存器RAMRAM地址寄存器BACCTMP1TMP2PSWP1驅(qū)動(dòng)器P1鎖存器P3驅(qū)動(dòng)器P3鎖存器OSC定時(shí)控制邏輯電路指令寄存器PCONSCONTMODTCONT2CONTH0TL0TH1TH2TL2RCAP2H*RCAP2L*中斷、串行口，定時(shí)器邏輯TL1SBUFIEIPFlash程序地址寄 存 器緩沖器PC加1器程序計(jì)數(shù)器D

3、PTRP0.0P0.7P2.0P2.7ALUSPP1.0P1.7P3.0P3.7PSENALERSTEAXTAL1XTAL2VCCGND*只在AT89C52中有圖2-1 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1.1 中央處理器(CPU) CPU是單片機(jī)內(nèi)部的核心部件，是一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)的中央處理單元，主要由運(yùn)算器、控制器和寄存器陣列構(gòu)成。 1. 運(yùn)算器 運(yùn)算器用來(lái)完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能，它是AT89C51內(nèi)部處理各種信息的主要部件。運(yùn)算器主要由算術(shù)邏輯單元(ALU)、累加器(ACC)、暫存寄存器(TMP1、TMP2)和

4、狀態(tài)寄存器(PSW)組成。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 (1) 算術(shù)邏輯單元(ALU)：AT89C51中的ALU由加法器和一個(gè)布爾處理器組成(圖中未具體畫(huà)出)。 (2) 累加器(ACC)：用來(lái)存放參與算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的一個(gè)操作數(shù)或運(yùn)算的結(jié)果。 (3) 暫存寄存器(TMP1、TMP2)：用來(lái)存放參與算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的另一個(gè)操作數(shù)，它對(duì)用戶不開(kāi)放。 (4) 狀態(tài)寄存器(PSW)：PSW是一個(gè)8位標(biāo)志寄存器，用來(lái)存放ALU操作結(jié)果的有關(guān)狀態(tài)。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 表2-1 PSW各位定義表位

5、編號(hào)PSW7PSW6PSW5PSW4PSW3PSW2PSW1PSW0位定義CYACF0RS1RS0OVP位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 進(jìn)位標(biāo)志位CY：表示累加器A在加減運(yùn)算過(guò)程中其最高位A7有無(wú)進(jìn)位或借位。 輔助進(jìn)位位AC：表示累加器A在加減運(yùn)算時(shí)低4位(A3)有無(wú)向高4位(A4)進(jìn)位或借位。 用戶標(biāo)志位F0：是用戶定義的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位，根據(jù)需要可以用軟件來(lái)使它置位或清除。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 寄存器選擇位RS1、RS0：AT89C51共

6、有四組，每組八個(gè)工作寄存器R0R7。編程時(shí)用于存放數(shù)據(jù)或地址。但每組工作寄存器在內(nèi)部RAM中的物理地址不同。RS1和RS0的四種狀態(tài)組合就是用來(lái)確定四組工作寄存器的實(shí)際物理地址的。RS1、RS0狀態(tài)與工作寄存器R0R7的物理地址關(guān)系如表2-2所示。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 表2-2 工作寄存器組R0R7的物理地址RS1 RS0工作寄存器組號(hào)R0R7的物理地址0 00 11 01 1012300H07H08H0FH16H17H18H1FH第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 溢出標(biāo)志位OV：當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令

7、時(shí)，由硬件自動(dòng)置位或清零，表示累加器A的溢出狀態(tài)。 奇偶標(biāo)志位P：用于指示運(yùn)算結(jié)果中1的個(gè)數(shù)的奇偶性，若累加器A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則P=1；若1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則P=0。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2. 控制器 控制器是單片機(jī)內(nèi)部按一定時(shí)序協(xié)調(diào)工作的控制核心，是分析和執(zhí)行指令的部件?？刂破髦饕沙绦蛴?jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID和定時(shí)控制邏輯電路等構(gòu)成。 程序計(jì)數(shù)器PC是專(zhuān)門(mén)用于存放現(xiàn)行指令的16位地址的。CPU就是根據(jù)PC中的地址到ROM中去讀取程序指令碼和數(shù)據(jù)，并送給指令寄存器IR進(jìn)行分析。 第第2 2章章 AT89C51AT89

8、C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 指令寄存器IR用于存放CPU根據(jù)PC地址從ROM中讀出的指令操作碼。 指令譯碼器ID是用于分析指令操作的部件，指令操作碼經(jīng)譯碼后產(chǎn)生相應(yīng)于某一特定操作的信號(hào)。 定時(shí)控制邏輯中定時(shí)部件用來(lái)產(chǎn)生脈沖序列和多種節(jié)拍脈沖。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 3寄存器陣列 寄存器陣列是單片機(jī)內(nèi)部的臨時(shí)存儲(chǔ)單元或固定用途單元，包括通用寄存器組和專(zhuān)用寄存器組。 通用寄存器組用來(lái)存放過(guò)渡性的數(shù)據(jù)和地址，提高CPU的運(yùn)行速度。 專(zhuān)用寄存器組主要用來(lái)指示當(dāng)前要執(zhí)行指令的內(nèi)存地址，存放特定的操作數(shù)，指示指令運(yùn)行的狀態(tài)等。 第第2 2

9、章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1.2 存儲(chǔ)器 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有256個(gè)字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和4KB的閃存程序存儲(chǔ)器(Flash)，當(dāng)不夠使用時(shí)，可分別擴(kuò)展為64 KB外部RAM存儲(chǔ)器和64 KB外部程序存儲(chǔ)器。它們的邏輯空間是分開(kāi)的，并有各自的尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式。這種結(jié)構(gòu)的單片機(jī)稱為哈佛型結(jié)構(gòu)單片機(jī)。 程序存儲(chǔ)器是可讀不可寫(xiě)的，用于存放編好的程序和表格常數(shù)。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是既可讀也可寫(xiě)的，用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果，進(jìn)行數(shù)據(jù)暫存及數(shù)據(jù)緩沖等。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1.3 I/O端口 AT

10、89C51單片機(jī)對(duì)外部電路進(jìn)行控制或交換信息都是通過(guò)I/O端口進(jìn)行的。單片機(jī)的I/O端口分為并行I/O端口和串行I/O端口，它們的結(jié)構(gòu)和作用并不相同。 1并行I/O端口 AT89C51有四個(gè)8位并行I/O端口，分別命名為P0口、P1口、P2口和P3口，它們都是8位準(zhǔn)雙向口，每次可以并行輸入或輸出8位二進(jìn)制信息。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2串行I/O端口 AT89C51有一個(gè)全雙工的可編程串行I/O端口，它利用了P3口的第二功能，即將P3.1引腳作為串行數(shù)據(jù)的發(fā)送線TXD，將P3.0引腳作為串行數(shù)據(jù)的接收線RXD。 第第2 2章章 AT89C

11、51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1.4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 AT89C51內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，簡(jiǎn)稱為定時(shí)器0(T0)和定時(shí)器1(T1)，T0和T1分別由兩個(gè)8位寄存器構(gòu)成，其中T0由TH0(高8位)和TL0(低8位)構(gòu)成，T1由TH1(高8位)和TL1(低8位)構(gòu)成。TH0、TL0、TH1、TL1都是SFR中的特殊功能寄存器(見(jiàn)表2-4)。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 T0和T1在定時(shí)器控制寄存器TCON和定時(shí)器方式選擇寄存器TMOD的控制下(TCON、TMOD為特殊功能寄存器)，可工作在定時(shí)器模式或計(jì)數(shù)器模

12、式下，每種模式下又有不同的工作方式。當(dāng)定時(shí)或計(jì)數(shù)溢出時(shí)還可申請(qǐng)中斷。詳細(xì)情況參見(jiàn)第6章。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1.5 中斷系統(tǒng) 單片機(jī)中的中斷是指CPU暫停正在執(zhí)行的原程序轉(zhuǎn)而為中斷源服務(wù)(執(zhí)行中斷服務(wù)程序)，在執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后再回到原程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷系統(tǒng)是指能夠處理上述中斷過(guò)程所需要的部分電路。 AT89C51的中斷系統(tǒng)由中斷源、中斷允許控制器IE、中斷優(yōu)先級(jí)控制器IP、定時(shí)器控制器TCON(中斷標(biāo)志寄存器)等構(gòu)成，IE、IP、TCON均為SFR特殊功能寄存器(見(jiàn)表2-2)。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)

13、結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1.6 內(nèi)部總線 總線是用于傳送信息的公共途徑。總線可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線。單片機(jī)內(nèi)的CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等單元部件都是通過(guò)總線連接到一起的。采用總線結(jié)構(gòu)可以減少信息傳輸線的根數(shù)，提高系統(tǒng)可靠性，增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性。 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.2 AT89C51單片機(jī)引腳及其功能單片機(jī)引腳及其功能 AT89C51有40條引腳，與其他51系列單片機(jī)引腳是兼容的。這40條引腳可分為I/O端口線、電源線、控制線、外接晶體線四部

14、分。其封裝形式有兩種：雙列直插封裝(DIP)形式和方形封裝形式，如圖2-2所示。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221(T2)P1.0(T 2EX)P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST(RXD)P3.0(TXD)P3.1(T0)P3.4(T1)P3.5XTAL2XTAL1GND(TNT0)P3.2(TNT1)P3.3(WR)P3.6(RD)P3.7VCCP0.0(AD0)P0.1(AD1)

15、P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)P2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)P2.4(A12)P2.3(A11)P2.2(A10)P2.1(A9)P2.0(A8)EA/VPPALE/PROGPSENP1.5P1.6P1.7RST(RXD)P3.0NC(TXD)P3.1(INT0)P3.2(INT1)P3.3(T0)P3.4(T1)P3.5P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)EA/VPPNCALE/PROGPSENP2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)7891

16、01112131415161739383736353433323130291819202122232425262728P1.4P1.3P1.2P1.1(T 2EX)P1.0(T 2)NCVCCP0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)(WR)P3.6(RD)P3.7XTAL2XTAL1GNDNC(A8)P2.0(A9)P2.1(A10)P2.2(A11)P2.3(A12)P2.46543214443424140(a)(b)圖2-2 AT89C51封裝和引腳分配圖(a) 雙列直插式封裝；(b) 方形封裝第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片

17、機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.2.1 I/O端口功能 1P0口 P0口有八條端口線，命名為P0.0P0.7，其中P0.0為低位，P0.7為高位。每條線的結(jié)構(gòu)組成如圖2-3所示。它由一個(gè)輸出鎖存器，兩個(gè)三態(tài)緩沖器，輸出驅(qū)動(dòng)電路和輸出控制電路組成。P0口是一個(gè)三態(tài)雙向I/O口，它有兩種不同的功能，用于不同的工作環(huán)境。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 DCLQQP0.X鎖存器MUXT2T1VCC控制地址/數(shù)據(jù)讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)鎖存器讀引腳P0.X圖2-3 P0口位結(jié)構(gòu)圖第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2. P1口 P1口有

18、八條端口線，命名為P1.0P1.7，每條線的結(jié)構(gòu)組成如圖2-4所示。P1口是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，只作普通的I/O口使用，其功能與P0口的第一功能相同。作輸出口使用時(shí)，由于其內(nèi)部有上拉電阻，所以不需外接上拉電阻；作輸入口使用時(shí)，必須先向鎖存器寫(xiě)入“1”，使場(chǎng)效應(yīng)管T截止，然后才能讀取數(shù)據(jù)。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 DCLQQP1.X鎖存器讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)鎖存器讀引腳VCCP1.XT圖2-4 P1口位結(jié)構(gòu)圖第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 3. P2口 P2口有八條端口線，命名為P2.0P2.7，每條線的結(jié)

19、構(gòu)如圖2-5所示。P2口也是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，它有兩種使用功能：一種是當(dāng)系統(tǒng)不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，作普通I/O口使用，其功能和原理與P0口第一功能相同，只是作為輸出口時(shí)不需外接上拉電阻；另一種是當(dāng)系統(tǒng)外擴(kuò)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口作系統(tǒng)擴(kuò)展的地址總線口使用，輸出高8位的地址A7A15，與P0口第二功能輸出的低8位地址相配合，共同訪問(wèn)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(64 KB)，但它只確定地址并不能像P0口那樣還可以傳送存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 DCLQQP2.X鎖存器MUXTVCC控制內(nèi)部上拉電阻讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)鎖存器讀引腳P2.X地址圖2-5 P

20、2口位結(jié)構(gòu)圖第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 4. P3口 P3口有八條端口線，命名為P3.0P3.7，每條線的結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。P3口是一個(gè)多用途的準(zhǔn)雙向口。第一功能是作普通I/O口使用，其功能和原理與P1口相同。第二功能是作控制和特殊功能口使用，這時(shí)八條端口線所定義的功能各不相同，如表2-3所示。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 DCLQQP3.X鎖存器讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)鎖存器讀引腳VCCP3.XT內(nèi)部上拉電阻第二輸出功能第二輸入功能圖2-6 P3口位結(jié)構(gòu)圖第第2 2章章 AT89C51AT89C5

21、1單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 表2-3 P3口各位的第二功能第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 5I/O口的讀寫(xiě) P0P3口都可作為普通I/O口來(lái)使用。當(dāng)作為輸入口使用時(shí)，必須先向該口的鎖存器中寫(xiě)入“1”，然后再?gòu)淖x引腳緩沖器中讀入引腳狀態(tài)，這樣的讀入結(jié)果才正確(前面已分析過(guò))。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.2.2 電源線 AT89C51單片機(jī)的電源線有以下兩種： (1) VCC：+5 V電源線。 (2) VSS：接地線。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和

22、原理 2.2.3 外接晶體引腳 AT89C51單片機(jī)的外接晶體引腳有以下兩種： (1) XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘工作的輸入端。采用內(nèi)部振蕩器時(shí)，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個(gè)引腳。 (2) XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。采用外部振蕩器時(shí)，該引腳懸空。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.2.4 控制線 AT89C51單片機(jī)的控制線有以下幾種： (1) RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。 (2) ALE/ ：地址鎖存允許/編程線。 (3) ：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通線。 (4) /V

23、PP：片外ROM允許訪問(wèn)端/編程電源端。 PROGPSENEA第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.3 AT89C51存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 AT89C51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)采用哈佛型結(jié)構(gòu)，即將程序存儲(chǔ)器(ROM)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)分開(kāi)，它們有各自獨(dú)立的存儲(chǔ)空間、尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式。其典型結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 1EA 內(nèi)部0FFFH0000H0EA 外部外部FFFFH1000H內(nèi)部RAM專(zhuān)用寄存器外部00H80H7FH00H0000HFFFFH(a)(b)圖2-7 AT89C51存儲(chǔ)

24、器結(jié)構(gòu)圖(a) 程序存儲(chǔ)器地址分配；(b) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址分配第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.3.1 程序存儲(chǔ)器 AT89C51程序存儲(chǔ)器有片內(nèi)和片外之分。片內(nèi)有4 KB字節(jié)的Flash程序存儲(chǔ)器，地址范圍為0000H0FFFH。當(dāng)不夠使用時(shí)，可以擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器，因程序計(jì)數(shù)器PC和程序地址指針DPTR都是16位的，所以片外程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的最大空間是64 KB，地址范圍為0000HFFFFH。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 AT89C51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也有片內(nèi)和片外之分。片內(nèi)

25、有256個(gè)字節(jié)RAM，地址范圍為00HFFH。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可擴(kuò)展64 KB存儲(chǔ)空間，地址范圍為0000HFFFFH，但兩者的地址空間是分開(kāi)的，各自獨(dú)立的，結(jié)構(gòu)分配如圖2-7(b)所示。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 1. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 AT89C51單片機(jī)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可分為兩部分：00H7FH單元空間的128字節(jié)為RAM區(qū)；80HFFH單元空間的128字節(jié)為專(zhuān)用寄存器(SFR)區(qū)。兩部分的地址空間是連續(xù)的。 (1) 片內(nèi)RAM區(qū)：共128字節(jié)，它又可劃分為通用寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、普通RAM區(qū)，如圖2-8所示。第第2 2章章 AT89C51A

26、T89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 7FH 30H2FH7F7E7D7C7B7A7978 2EH7776757473727170 2DH6F6E6D6C6B6A6968 2CH6766656463626160 2BH5F5E5D5C5B5A5958 2AH5756555453525150 29H4F4E4D4C4B4A4948 28H4746454443424140位尋址區(qū)27H3F3E3D3C3B3A3938 26H373635343332313025H2F2E2D2C2B2A2928 24H2726252423222120 23H1F1E1D1C1B1A1918 22H17161

27、51413121110 21H0F0E0D0C0B0A0908 20H0706050403020100 1FH 3組 18H 17H 2組 10H通用寄存器區(qū)0FH 1組 08H 07H 0組 00H圖2-8 AT89C51內(nèi)部RAM空間分配第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 通用寄存器區(qū)：00H1FH這32個(gè)單元為通用寄存器區(qū)，分為四組，每組占八個(gè) RAM單元，地址由小到大分別用代號(hào)R0R7表示。通過(guò)設(shè)置程序狀態(tài)字PSW中的RS1、RS0狀態(tài)來(lái)決定哪一組寄存器工作，如表2-2所示。 位尋址區(qū)：20H2FH這16個(gè)單元為位尋址區(qū)。它有雙重尋址功能，既可

28、以進(jìn)行位尋址操作，也可以同普通RAM單元一樣按字節(jié)尋址操作。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 普通RAM區(qū)：30H7FH這80個(gè)單元為普通RAM區(qū)。用于存放用戶數(shù)據(jù)，只能按字節(jié)存取。 堆棧區(qū)：堆棧是片內(nèi)RAM存儲(chǔ)器中的特殊群體。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 棧頂棧底(SP)34B33H32H31H30H圖2-9 堆棧結(jié)構(gòu)圖第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 (2) 專(zhuān)用寄存器區(qū)：片內(nèi)80HFFH這一區(qū)間，AT89C51集合了一些特殊用途的寄存器，一般稱之為特殊

29、功能寄存器SFR。每個(gè)SFR占有一個(gè)RAM單元。它們離散地分布在80HFFH地址范圍內(nèi)，如表2-4所示。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 表2-4 AT89C51特殊功能寄存器SFR一覽表第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 沒(méi)有被SFR占據(jù)的地址可能在片內(nèi)并不存在。對(duì)這些地址讀出時(shí)，通常會(huì)得到隨機(jī)的數(shù)據(jù)，而寫(xiě)入時(shí)將會(huì)有不確定的效應(yīng)，因此軟件設(shè)計(jì)時(shí)不要使用這些單元。特殊功能寄存器通常用寄存器尋址，但也可以用直接尋址方式進(jìn)行字節(jié)訪問(wèn)。其

30、中11個(gè)寄存器還可進(jìn)行位尋址(表2-4中帶*號(hào)的寄存器)操作，其位地址的分配如表2-5所示。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 表2-5 SFR中的位地址分配寄存器符號(hào)位地址字節(jié)地址D7D6D5D4D3D2D1D0BF7F6F5F4F3F2F1F0F0HACCE7E6E5E4E3E2E1E0E0HPSWD7D6D5D4D3D2D1D0D0HIP BCBBBAB9B8B8HP3B7B6B5B4B3B2B1B0B0HIEAF ACABAAA9A8A8HP2A7A6A5A4A3A2A1A0A0HSCON9F9E9D9C9B9A999898HP19796959

31、49392919090HTCON8F8E8D8C8B8A898888HP0878685848382818080H第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 AT89C51單片機(jī)可擴(kuò)展片外64 KB空間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址范圍為0000HFFFFH，它與程序存儲(chǔ)器的地址空間是重合的，但兩者的尋址指令和控制線不同。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.4 AT89C51單片機(jī)工作方式單片機(jī)工作方式 2.4.1 復(fù)位方式 單片機(jī)在開(kāi)機(jī)時(shí)或在工作中因干擾而使程序失控或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)等情況下都需

32、要復(fù)位。復(fù)位的作用是使中央處理器CPU以及其他功能部件都恢復(fù)到一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 AT89C51單片機(jī)的復(fù)位靠外部電路實(shí)現(xiàn)，信號(hào)由RESET(RST)引腳輸入，高電平有效，在振蕩器工作時(shí)，只要保持RST引腳高電平兩個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)即復(fù)位。復(fù)位后，PC程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容為0000H，其他特殊功能寄存器的復(fù)位狀態(tài)如表2-4所示。片內(nèi)RAM中內(nèi)容不變。 復(fù)位電路一般有上電復(fù)位、手動(dòng)開(kāi)關(guān)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位電路三種，如圖2-10所示。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原

33、理 VCCRSTVSS89C515 VC10 FR8.2 kVCCRSTVSS89C515 VC10 FR8.2 kVCCRSTP1.089C515 VWDIMAX750WDOPESET10 k10 F12(a)(b)(c)1 k89C51圖2-10 單片機(jī)復(fù)位電路圖(a) 上電復(fù)位電路；(b) 手動(dòng)復(fù)位電路；(c) 自動(dòng)復(fù)位電路第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.4.2 程序執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式，也就是執(zhí)行用戶編寫(xiě)好并存放在ROM中的程序。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.4

34、.3 省電方式 AT89系列單片機(jī)提供了兩種通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的省電運(yùn)行方式，即空閑方式和掉電方式。省電方式可以使單片機(jī)在供電困難的環(huán)境中功耗最小，僅在需要正常工作時(shí)才正常運(yùn)行。單片機(jī)正常工作時(shí)消耗1020 mA電流，空閑方式工作時(shí)消耗1.75 mA電流，掉電方式工作時(shí)消耗550 A電流，可見(jiàn)在省電方式下單片機(jī)耗能很小。 在空閑和掉電方式下，單片機(jī)內(nèi)部硬件控制電路如圖2-11所示。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 時(shí)鐘發(fā)生器OSCXTAL2XTAL1中斷、串行口定時(shí)器CPUPDIDL圖2-11 空閑和掉電方式內(nèi)部電路圖第第2 2章章 AT89C51

35、AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.4.4 EPROM編程和校驗(yàn)方式 1簽名字節(jié)的讀出 簽名字節(jié)是生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)89系列單片機(jī)時(shí)寫(xiě)入到存儲(chǔ)器中的信息。信息內(nèi)容包括生產(chǎn)廠家、編程電壓和單片機(jī)型號(hào)。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2Flash存儲(chǔ)器編程方式 這里的編程是指利用特殊手段將用戶編寫(xiě)好的程序代碼寫(xiě)入AT89C51片內(nèi)4 KB字節(jié)Flash存儲(chǔ)器的過(guò)程(89C52方法相同)。編程前必須先確定編程電壓。AT89系列單片機(jī)只有兩種編程電壓，一種是低壓編程方式，用5 V電壓；另一種是高壓編程方式，用12 V電壓。這一編程電壓可從器件

36、封裝表面讀取或從簽名字節(jié)中讀取。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 (1) 在地址線上輸入要編程單元的地址。(2) 在數(shù)據(jù)線上輸入要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)字節(jié)。(3) 在 /Vpp端加入編程電壓(5 V或12 V)。(4) 激活相應(yīng)的控制信號(hào)。(5) 在ALE/ 端加入一個(gè)編程負(fù)脈沖，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)字節(jié)就寫(xiě)入地址線上對(duì)應(yīng)的Flash存儲(chǔ)器單元地址中了。EAPROG第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 P1P2.6P2.7P3.6P3.7XTAL2XTAL1GNDVCCP0ALERSTEAPSEN5 V編程代碼PROGVIH

37、VPP(5 V/12 V)C1C25 VA7A0A11A8地址0000H0FFFHP2.0P2.3圖2-12 Flash編程硬件邏輯電路圖第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 3程序的校驗(yàn)方式 程序校驗(yàn)方式是指對(duì)編程中寫(xiě)入的程序代碼進(jìn)行讀出，并與程序?qū)懭肭按a進(jìn)行比較驗(yàn)證的過(guò)程。 4EPROM加密方式 用戶編寫(xiě)好的程序通過(guò)編程和校驗(yàn)無(wú)誤，寫(xiě)入到EPROM中后，可進(jìn)行加密保護(hù)以防止非法讀出受保護(hù)的應(yīng)用軟件。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 5程序擦除工作方式 AT89C51單片機(jī)的片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器可多次編程

38、，但在每次對(duì)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行編程前必須先執(zhí)行擦除操作，使存儲(chǔ)器單元內(nèi)容變?yōu)槿獸FH狀態(tài)(包括簽名字節(jié))。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.5 AT89C51時(shí)鐘電路與時(shí)序時(shí)鐘電路與時(shí)序 2.5.1 振蕩器與時(shí)鐘電路 單片機(jī)內(nèi)各部件之間有條不紊的協(xié)調(diào)工作，其控制信號(hào)是在一種基本節(jié)拍的指揮下按一定時(shí)間順序發(fā)出的，這些控制信號(hào)在時(shí)間上的相互關(guān)系就是CPU時(shí)序。而產(chǎn)生這種基本節(jié)拍的電路就是振蕩器和時(shí)鐘電路。 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的單級(jí)反相放大器，如圖2-13所示。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)

39、構(gòu)和原理 內(nèi)部時(shí)鐘電路VCCQ2RfQ3Q4GNDXTAL2Q1D1D2R1XTAL1PD圖2-13 AT89C51內(nèi)部振蕩器電路圖第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 引腳XTAL1為反相器輸入端，XTAL2為反相器輸出端。當(dāng)在放大器兩個(gè)引腳上外接一個(gè)晶體(或陶瓷振蕩器)和電容組成的并聯(lián)諧振電路作為反饋元件時(shí)，便構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，如圖2-14所示。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 內(nèi)部時(shí)鐘電路GNDXTAL1R1RfVCCC1C2XTAL2石英晶體或陶瓷振蕩器(外部)PD圖2-14 內(nèi)部振蕩器等效電路圖第

40、第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 單片機(jī)也可采用外部振蕩器向內(nèi)部時(shí)鐘電路輸入一固定頻率的時(shí)鐘源信號(hào)。此時(shí)，外部信號(hào)接至XTAL1端，輸入給內(nèi)部時(shí)鐘電路，而XTAL2端浮空即可，如圖2-15所示。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 AT89C51XTAL2XTAL1GND1NC外部振蕩器信號(hào)圖2-15 外部時(shí)鐘電路圖第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.5.2 時(shí)序 1振蕩周期 振蕩周期指由單片機(jī)片內(nèi)或片外振蕩器所產(chǎn)生的，為單片機(jī)提供時(shí)鐘源信號(hào)的周期(其值為1/fos

41、c)。 2時(shí)鐘周期 時(shí)鐘周期又稱為狀態(tài)周期S，由內(nèi)部時(shí)鐘電路產(chǎn)生，是振蕩周期的二倍。每個(gè)時(shí)鐘周期分為P1和P2兩個(gè)節(jié)拍，前半周期P1節(jié)拍信號(hào)有效，后半周期P2節(jié)拍信號(hào)有效，每個(gè)節(jié)拍完成不同的邏輯操作。第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 3機(jī)器周期 一個(gè)機(jī)器周期由六個(gè)狀態(tài)周期(12個(gè)振蕩周期)組成，六個(gè)狀態(tài)周期用S1S6表示，每一狀態(tài)周期的兩個(gè)節(jié)拍用P1、P2表示，則一個(gè)機(jī)器周期的12個(gè)節(jié)拍就可用S1P1、S1P2、S2P1、S6P1、S6P2來(lái)表示。 第第2 2章章 AT89C51AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 4指令周期 執(zhí)行一條指令所占用的全部