AT89S51單片機

1、AT89S51AT89S51單片機的硬件組成單片機內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)如圖 2-1所示。XTAL1XTAL2 T816位2個JIAT89S518腎ALE,圖2-1AT89S51單片機片內(nèi)結(jié)構(gòu)特殊功能 寄存盞 (SFR)CPU(運算器)(控制器)飛疆器PO P2程序存儲器4KB Flash ROM看門 狗定 時器用行口定時器/計數(shù)器中斷系統(tǒng)PSEN RESETP1有如下功能部件和特性:(1) 8位微處理器(CPU);(2)數(shù)據(jù)存儲器(128B RAM);(3)程序存儲器(4KB Flash ROM );(4)4 個 8 位可編程并行 I/OD(P0 口、P1 口、P2 口和 P3 口)；(5) 1個全

2、雙工的異步串行口；(6) 2個可編程的16位定時器/計數(shù)器；(7) 1個看門狗定時器；(8)中斷系統(tǒng)具有5個中斷源、5個中斷向量；(9)特殊功能寄存器(SFR) 26個；(10)低功耗模式有空閑模式和掉電模式，且具有掉電模式下的中斷恢復模式;(11) 3個程序加密鎖定位。與AT89C51相比，AT89S51有更突生的優(yōu)點：(1)增加在線可編程功能 ISP (In System Program),字節(jié)和頁編程，現(xiàn)場程序調(diào)試和修改更加方便靈活；(2)數(shù)據(jù)指針增加到兩個，方便了對片外 RAM的訪問過程；(3)增加了看門狗定時器，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力；(4)增加斷電標志；(5)增加掉電狀態(tài)下的中斷恢

3、復模式。單片機內(nèi)各功能部件通過片內(nèi)單一總線連接而成(見圖2-1),基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)微機結(jié)構(gòu)。CPU對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器(SFR, Special Function Register)的集中控制方式。單片機內(nèi)部件功能1) CPU (微處理器)8位的CPU,與通用CPU基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，還有面向控制的位處理功能。2)數(shù)據(jù)存儲器(RAM )片內(nèi)為128B （52子系列為256B）,片外最多可擴 64KB。片內(nèi)128B的RAM以高速RAM的形式集成，可 加快單片機運行的速度和降低功耗。3）程序存儲器（Flash ROM）片內(nèi)集成有4

4、KB的Flash存儲器（AT89S52則為8KB ; AT89C55片內(nèi)20KB）,如片內(nèi)容量不夠，片外可外 擴至64KB。4）中斷系統(tǒng)具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權。5）定時器/計數(shù)器2個16位定日寸器/計數(shù)器（52子系列有3個），4種工作方式。6） 1個看門狗定時器 WDT當CPU由于干擾使程序陷入死循環(huán)或跑飛時，WDT可使程序恢復正常運行。7）串行口 1個全雙工的異步串行口，4種工作方式?？蛇M行串行通信，擴展并行I/O 口，還可與多個單片機構(gòu)成多機系統(tǒng)。8） P0 口、P1 口、P2 口和 P3 口4個8位并行I/O 口。9）特殊功能寄存器（SFR）26個，對片內(nèi)各功能部件管理、控制和監(jiān)

5、視。是各個功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，映射在片內(nèi)RAM區(qū)80HFFH內(nèi)。AT89S51完全兼容AT89C51,在充分保留原來軟、硬件條件下，完全可以用AT89S51直接代換。AT89S51的引腳功能AT89S51與51系列中各種型號芯片的引腳互相兼容。目前多采用40只引腳雙列直插，如圖2-2所示。引腳按其功能可分為如下 3類： 1）電源及時鐘引腳一VCC、 VSS; XTAL1 、XTAL2 。2）控制引腳一PSEN、ALE/ PROG、EA/VPP、RST （RESET）3） I/O 口引腳 P0、P1、P2、P3,為 4 個 8 位 I/O 口電源及時鐘引腳1 .電源引腳1） VCC

6、 （40 腳）：+5V 電源。2） VSS （20腳）:數(shù)字地。2 .時鐘引腳1） XTAL1 （19腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器電路輸入端。用片內(nèi)振蕩器時，該腳接外部石英 晶體和微調(diào)電容。外接時鐘源時，該腳接外部時鐘振蕩器的信號。2） XTAL2 （18腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當使用片內(nèi)振蕩器，該腳連接外部石英晶體和微調(diào) 電容。當使用外部時鐘源時，本腳懸空。3 .控制引腳1） RST（RESET, 9腳）復位信號輸入，在引腳加上持續(xù)時間大于2個機器周期的高電平，可使單片機復位。正常工作，此腳電平應 0 0.5V。當看U定時器溢出輸出時，該腳將輸出長達96個時鐘振蕩周期的

7、高電平。2） EA /VPP （Enable Address/Voltage Pulse of Programing , 31 腳）EA引腳第一功能：外部程序存儲器訪問允許控制端。=1 :在PC值不超出0FFFH （即不超出片內(nèi)4KB Flash存儲器的地址范圍）時，單片機讀片內(nèi)程序存儲器 （4KB） 中的程序，但 PC值超出0FFFH （即超出片內(nèi) 4KB Flash地址范圍）時，將自動轉(zhuǎn)向讀取片外60KB（1000H-FFFFH ）程序存儲器空間中的程序。EA=0:只讀取外部的程序存儲器中的內(nèi)容，讀取的地址范圍為0000HFFFFH,片內(nèi)的4KB Flash程序存儲器不起作用。VPP：引腳

8、第二功能,對片內(nèi) Flash編程，接編程電壓。3） ALE/ PROG （Address Latch Enable/PROGramming , 30 腳）ALE為CPU訪問外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器提供地址鎖存信號，將低8位地址鎖存在片外的地址鎖存器中。此外，單片機正常運行時，ALE端一直有正脈沖信號輸出，此頻率為時鐘振蕩器頻率fosc的1/6?？捎米魍獠慷〞r或觸發(fā)信號。注意，每當 AT89S51訪問外部RAM時（執(zhí)行 MOVX類指令），要丟失一個 ALE脈沖。如需要，可將特殊功能寄存器 AUXR （地址為8EH,將在后面介紹）的第 0位（ALE禁止位）置1,來禁 止ALE操作，但執(zhí)行訪問

9、外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器指令“MOVC ”或“ MOVX ”時，ALE仍然有效。即ALE禁止位不影響對外部存儲器的訪問。PROG :引腳第二功能，對片內(nèi) Flash編程，為編程脈沖輸入腳。prodPL1匚124039Ziv0cJPO-OPL2匚338 P0JPL3匚437 P0JP1.4C536 P0.3MOSDP1,5C635 P0.4MISO/P1.6C734 P0.5SCK7PL7 匚833二IP0.6RSTC932 P05RXD/P3.0C10 ATS9S51 31 EA/VppTXD/P3.1 匚1130 ALE/PROGNT0/P32 匚12293 PSENINT1/P33C

10、1328 P2.7T0/P3.4 匚1427 P2.6T1/P3.5 C1526 P2.5WR/P3 6 匚1625 P2.4RD/P3.7 匚1724 P23XTAL2C23 P2.2XTALI 匚V聆匚19202221 P2.1一）”門圖2-2 AT89S51雙列直插封裝方式的引腳Jr W4) PSEN (Program Strobe ENable , 29 腳)片外程序存儲器讀選通信號,低電平后效。弁行I/O 口引腳1） P0 口： 8位，漏極開路的雙向I/O 口當外擴存儲器及I/O接口芯片時，P0 口作為低8位地址總線及數(shù)據(jù)總線的分時復用端口。P0 口也可用作通用的I/O 口，需加上拉

11、電阻，這時為準雙向口。作為通用I/O輸入，應先向端口寫入 1。可驅(qū)動8個LS型TTL負載。2） P1 口： 8位，準雙向I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。準雙向I/O 口，作為通用I/O輸入時，應先向端口鎖存器寫1。P1 口可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P1.5/MOSI、P1.6/MISO 和 P1.7/SCK可用于對片內(nèi)Flash存儲器串行編程和校驗，它們分別是串行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈沖引腳。3） P2 口： 8位，準雙向I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。當AT89S51擴展外部存儲器及I/O 口時，P2 口作為高8位地址總線用，輸出高 8位地址。P2 口也可作為普通的I/O 口使用。當作為通用I

12、/O輸入時，應先向端口輸出鎖存器寫1。P2 口可驅(qū)動4個LS型TTL負載。4） P3 口： 8位，準雙向I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。可作為通用的I/O 口使用。作為通用I/O輸入，應先向端口輸出鎖存器寫入1?？沈?qū)動4個LS型TTL負載。P3 口還可提供第二功能。第二功能定義見表2-1,應熟記。引腳第二功能說明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)輸入口P3.1TXD串行數(shù)據(jù)輸出口P3.2INT0外部中斷0輸入P3.3INT1外部中斷1輸入P3.4T0定時器0外部計數(shù)輸入P3.5T1定時器1外部計數(shù)輸入P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通輸出P3.7rD外部數(shù)據(jù)存儲器讀寫通輸出表2-1 P3 口的第二功能定義綜上

13、所述，P0 口可作為總線口，為雙向口。作為通用的 I/O 口使用時，為準雙向口，這時需加上拉電阻。P1 口、P2 口、P3 口均為準雙向口。注意：準雙向口與雙向口的差別。準雙向口僅有兩個狀態(tài)。而P0 口作為總線使用，口線內(nèi)無上拉電阻，處于高阻“懸浮”態(tài)。故 P0 口為雙向三態(tài)I/O 口。為什么P0 口要有高阻“懸浮”態(tài)？準雙向I/O 口則無高阻的“懸浮”狀態(tài)。另外，準雙向口作通用 I/O的輸入口使用時，一定要向該口先寫入“1”。以上的準雙向口與雙向口的差別，讀者在閱讀2.5節(jié)后，將會有深刻的理解。至此，40個引腳已介紹完，應熟記每一引腳功能對應用系統(tǒng)硬件電路設計十分重要。AT89S51 的 C

14、PU(p41)由圖2-1可見，CPU由運算器和控制器構(gòu)成。一、運算器對操作數(shù)進行算術、邏輯和位操作運算。主要包括算術邏輯運算單元ALU、累加器A、位處理器、程序狀態(tài)字寄存器PSW及兩個暫存器等。1 .算術邏輯運算單元 ALU可對8位變量邏輯運算(與、或、異或、循環(huán)、求補和清零) ，還可算術運算(加、減、乘、除)ALU還有位操作功能，對位變量進行位處理，如置“1”、清“0”、求補、測試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”、“或”等。2 .累加器A使用最頻繁的寄存器，可寫為 Acc。"A”與“Acc”書寫上的差別，將在第 3章介紹。作用如下：1) ALU單元的輸入數(shù)據(jù)源之一，又是 ALU運算結(jié)果存放單元。2

15、)數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器A,相當于數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站。為解決“瓶頸堵塞”問題， AT89S51增加了一部分可以不經(jīng)過累加器的傳送指令。A的進位標志Cy是特殊的，因為它同時又是位處理機的位累加器3.程序狀態(tài)字寄存器 PSWPSW (Program Status Word)位于片內(nèi)特殊功能寄存器區(qū)，字節(jié)地址為D0H。包含了程序運行狀態(tài)的信息，其中4位保存當前指令執(zhí)行后的狀態(tài)，供程序查詢和判斷。格式如圖2-3所示。D7 D6 D5 D4 D3 D2 DI DOPSWcyAcFORSIRSOOVpDOH圖2-3 PSW的格式PSW中各個位的功能: 1) Cy (PSW.7)進位標志位可寫為Co在算術和邏輯

16、運算時，若有進位 /借位，Cy=1;否則，Cy=0o在位處理器中，它是位累加器。在BCD碼運算整。即當 D3位向位時，Ac = 1;否則，RS1 RS0所選的四組寄存器000區(qū)(內(nèi)部RAM地址00H-07H)3) F0 ( PSW用由用戶使用的一指令來使它置 1或011區(qū)(內(nèi)部 RAM地址08H-0FH)102區(qū)(內(nèi)部 RAM地址10H-17H)向。用戶應充分利113區(qū)(內(nèi)部RAM地址18H-1FH)4 ) RS1 、 RS0組工作寄存器區(qū)選擇2) Ac (PSW.6)輔助進位標志位選擇片內(nèi)RAM區(qū)中的4組工作寄存器區(qū)中的某一組為當前工作寄存區(qū)見表2-2。5) OV (PSW.2)溢出標志位時

17、，用作十進位調(diào)D4位產(chǎn)生進位或借Ac = 0。戶設定標志位個狀態(tài)標志位，可用 清0,控制程序的流 用。(PSW.4、PSW.3) 4OV=1 ;否貝U, OV=0。當執(zhí)行算術指令時，用來指示運算結(jié)果是否產(chǎn)生溢出。如果結(jié)果產(chǎn)生溢出,6) PSW.1 位 保留位7) P (PSW.0)奇偶標志位指令執(zhí)行完，累加器 A中“ 1”的個數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)。P=1,表示A中“1”的個數(shù)為奇數(shù)。P=0,表示A中“1”的個數(shù)為偶數(shù)。此標志位對串行通信有重要的意義，常用奇偶檢驗的方法來檢驗數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)目煽啃浴１?-2 RS1 RS0與四組寄存器區(qū)的對應關系二、控制器任務識別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機各功能

18、部件，從而保證單片機各部分能自動協(xié)調(diào)地工作。控制器包括：程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、定時及控制邏輯電路等。功能是控制指令的讀入、 譯碼和執(zhí)行，從而對各功能部件進行定時和邏輯控制。程序計數(shù)器PC是一個獨立的16位計數(shù)器，不可訪問。單片機復位時，PC中內(nèi)容為0000H,從程序存儲器0000H單元取指令，開始執(zhí)行程序。PC工作過程是：CPU讀指令時，PC的內(nèi)容作為所取指令的地址，程序存儲器按此地址輸出指令字節(jié)，同時PC自動加1。PC中內(nèi)容變化軌跡決定程序流程。當順序執(zhí)行程序時自動加1;執(zhí)行轉(zhuǎn)移程序或子程序、中斷子程序調(diào)用時，自動將其內(nèi)容更改成所要轉(zhuǎn)移的目的地址。PC的計數(shù)寬度決定了程序存儲器

19、的地址范圍。PC為16位，故可對64KB （=216B）尋址?；竟ぷ鞣绞剑?）程序計數(shù)器自動加 12）執(zhí)行有條件或無條件轉(zhuǎn)移指令時，程序計數(shù)器將被置入新的數(shù)值，從而使程序的流向發(fā)生變化。3）執(zhí)行子程序調(diào)用或中斷調(diào)用時完成下列操作：PC的當前值保護 將子程序入口地址或中斷向量的地址送入PC。PC變化的軌跡決定程序的流程。AT89S51存儲器的結(jié)構(gòu)存儲器的結(jié)構(gòu)特點之一是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開（哈佛結(jié)構(gòu)），并有各自的訪問指令。存儲器空間可分為 4類。1 .程序存儲器空間片內(nèi)和片外兩部分。片內(nèi)4KB Flash ,編程和擦除完全是電氣實現(xiàn)?？捎猛ㄓ镁幊唐鲗ζ渚幊?，也可在線編程。當片內(nèi)4KB F

20、lash存儲器不夠用時，可片外擴展，最多可擴展至64KB程序存儲器。2 .數(shù)據(jù)存儲器空間片內(nèi)與片外兩部分。片內(nèi)有128 B RAM （52子系列為256B）。片內(nèi)RAM 不夠用時，在片外可擴展至64KB RAM 。3 .特殊功能寄存器 SFR （Special Function Register）片內(nèi)各功能部件的控制寄存器及狀態(tài)寄存器。SFR綜合反映了整個單片機基本系統(tǒng)內(nèi)部實際的工作狀態(tài)及工作方式。4 .位地址空間共有211個可尋址位，構(gòu)成了位地址空間。它們位于內(nèi)部 RAM （共128位）和特殊功能寄存器區(qū)（共 83 位）中。程序存儲器空間存放程序和表格之類的固定常數(shù)。片內(nèi)為4KB的Flash

21、 ,地址為0000H0FFFH。16位地址線，可外擴的程序存儲器空間最大為64KB,地址為0000HFFFFH。使用時應注意以下問題：1）分為片內(nèi)和片外兩部分，訪問片內(nèi)的還是片外的程序存儲器，由引腳電平確定。=1時，CPU從片內(nèi)0000H開始取指令，當 PC值沒有超出0FFFH時，只訪問片內(nèi) Flash存儲器，當PC值超出0FFFH自動轉(zhuǎn)向讀片外程序存儲器空間1000HFFFFH內(nèi)的程序。=0時，只能執(zhí)行片外程序存儲器（0000HFFFFH）中的程序。不理會片內(nèi)4KB Flash存儲器。2）程序存儲器某些固定單元用于各中斷源中斷服務程序入口。64KB程序存儲器空間中有 5個特殊單元分別對應于

22、5個中斷源的中斷入口地址，見表2-3。通常這5個中斷入口地址處都放一條跳轉(zhuǎn)指令跳向?qū)闹袛喾兆映绦?，而不是直接存放中斷服務子?序。表2-3五個中斷源的中斷入口地址中斷源入口地址外部中斷00003H定時器T0000BH外部中斷10013H定時器T1001BH串行口0023H用戶kame絳m缸十竹而在孱蟀Km 7和中r笆a潞X第，茸IFfb-*r而K內(nèi)O的LF件安有希爾數(shù)據(jù)存儲器空間 片內(nèi)與片外兩部分。1 .片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（RAM ）共128個單元，字節(jié)地址為 00H7FH。圖2-4為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu)。00H1FH的32個單元是4組通用工作寄存器區(qū)，每區(qū)包含 8B,為R7R

23、0?？赏ㄟ^指令改變 RS1、RS0 兩位來選擇。20H2FH的16個單元的128位可位尋址，也可字節(jié)尋址。30H7FH的單元只能字節(jié)尋址，用作存數(shù)據(jù)以及作為堆棧區(qū)。2 .片外數(shù)據(jù)存儲器當片內(nèi)128B的RAM不夠用時，需外擴，最多可外擴64KB的RAM。注意，片內(nèi) RAM與片外RAM兩個空間是相互獨立的， 片內(nèi)RAM與片外RAM的低128B的地址是相同的， 但由于使用的是不同的訪問指令， 所以不會發(fā)生沖突。特殊功能寄存器（SFR采用特殊功能寄存器集中控制各功能部件。特殊功能寄存器映射在片內(nèi)RAM的80HFFH區(qū)域中，共26個。表2-4 SFR的名稱及其分布。有些還可位尋址，位地址見表2-4。與

24、AT89C51 相比，新增 5 個 SFR: DP1L、DP1H、AUXR、AUXR1 和 WDTRST ,已在表 2-4 中標出。凡是可位尋址的 SFR,字節(jié)地址末位只能是 0H或8H。另外，若讀/寫未定義單元，將得到一個不確定的隨 機數(shù)。下面介紹某些SFR,余下的SFR將在后面介紹。表2-4 EFR的名稱及其分布序號特殊功能 寄存器符號S 稱季節(jié) 地址位地址復位值1P0ponSOH87H£ OHFFH2Fsp雄核指81HL：匕DP0L數(shù)據(jù)指科口口 TRD候字節(jié)注組06H4DP OH數(shù)據(jù)指斜DPTRO高字節(jié)83HOCH5DPLL數(shù)據(jù)指針DPMI低字節(jié)E4HOCH6DFLfi數(shù)據(jù)指釬

25、DETK1高字節(jié)SdMOCH1 7PCON電源控制寄存器S7H-OX XX 0000B1 &TCON定時器計數(shù)器控制寄存器S8HSFH-SSHOCH【集TMOD定時器計數(shù)器方式控制&9HOCH10TLO定時器讓數(shù)睛口（低字節(jié)| iiIL!定時器計數(shù)器f （任字節(jié)）8BH00H|_12THO定時騫計數(shù)器0 （高字節(jié)）8 CH00H隼表T713TH1定時器注數(shù)器1 f高字節(jié)SDHOOH14AUXR鋪助寄存器SEHX X X Q ox XOE15PlPE口雷仔器FFH16SCON串行控寄存器98H（X）H17SELT串行發(fā)送救據(jù)緩沖器9gHX X X X X X X X B18P2F

26、二口擊仃器AOHA7H-AOHFFH19AUXIU輔助擊盲器A2 n-1X XX X X X X 0 B20V.TJTK5T著口狗復位寄殍器A5H冗X乂" X X XX B21IE中斷允許控制寄存器A8HATII- A8IIOX XO 0000B22P3P3 口寄存器BCHS7H-BflHFFH23IP中斷優(yōu)先級控制寄存器X XQO OOOOB24PSW程序狀念宇宙存疆DOHD7H - DOHOOH25A 或 ACC)累加器EQHE7HE0HCKJH16BE寄存器FQHMH1 .堆棧指針SP指示堆棧頂部在內(nèi)部 RAM塊中的位置。堆棧結(jié)構(gòu)一向上生長型。單片機復位后，SP為07H,使得堆

27、棧實際上從 08H單元開始，由于08H1FH單元分別是屬于13組的工作寄存器區(qū)，最好在復位后把SP值改置為60H或更大的值，避免堆棧與工作寄存器沖突。堆棧是為子程序調(diào)用和中斷操作而設，主要用來保護斷點和現(xiàn)場。1）保護斷點。無論是子程序調(diào)用操作還是中斷服務子程序調(diào)用，最終都要返回主程序。應預先把主程序的 斷點在堆棧中保護起來，為程序正確返回做準備。2）現(xiàn)場保護。執(zhí)行子程序或中斷服務子程序時，要用到一些寄存器單元，會破壞原有內(nèi)容。要把有關寄存器單元的內(nèi)容保存起來，送入堆棧，這就是所謂的“現(xiàn)場保護”。兩種操作：數(shù)據(jù)壓入（PUSH）堆棧，數(shù)據(jù)彈出（POP）堆棧。數(shù)據(jù)壓入堆棧，SP自動加1;數(shù)據(jù)彈出堆棧

28、， SP自動減1。2 .寄存器B為執(zhí)行乘法和除法而設。在不執(zhí)行乘、除法操作的情況下，可把它當作一個普通寄存器來使用。乘法，兩乘數(shù)分別在 A、B中，執(zhí)行乘法指令后，乘積在 BA中除法，被除數(shù)取自 A,除數(shù)取自B,商存放在A中，余數(shù)存B中。3 . AUXR寄存器AUXR是輔助寄存器，其格式如圖 2-5所示：D7 D6 D5 D4 D3 D2 DI DOAUXRWDTDLEDISRTODISALE8EH圖2-5 AUXR?存器的格式其中：DISALE : ALE的禁止/允許位。0: ALE有效，發(fā)出脈沖；1: ALE僅在執(zhí)行MOVC和MOVX類指令時有效，不訪問外部存儲器時，ALE不輸出脈沖信號。D

29、ISRTO :禁止/允許 WDT溢出時的復位輸出。0: WDT溢出時，在 RST引腳輸出一個高電平脈沖；1: RST引腳僅為輸入腳。WDIDLE : WDT在空閑模式下的禁止 /允許位。0: WDT在空閑模式下繼續(xù)計數(shù)；1: WDT在空閑模式下暫停計數(shù)。4 .數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1雙數(shù)據(jù)指針寄存器，便于訪問數(shù)據(jù)存儲器。DPTR0 : AT89C51單片機原有的數(shù)據(jù)指針；DPTR1 :新增加的數(shù)據(jù)指針。AUXR1的DPS位用于選擇兩個數(shù)據(jù)指針。當 DPS=0時，選用 DPTR0;當DPS=1時，選用 DPTR1。數(shù)據(jù)指針可彳為一個 16位寄存器來用，也可彳為兩個獨立的8位寄存器DP0H

30、（或DP1H）和DP0L （或DP1L）來用。5 . AUXR1寄存器AUXR1是輔助寄存器，格式如圖 2-6所示：DPS:數(shù)據(jù)指針寄存器選擇位。0:選擇數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR0 ;1 :選擇數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR1 。D7 D6 D5 D4 D3 D2 DI DOAUXR1-DPSA2H6.看門狗定時器WDTWDT包含一個14位計數(shù)器和看門狗定時器復位寄存器一一（ WDTRST）。當CPU由于干擾，程序陷入死循環(huán)或跑飛狀態(tài)時，WDT提供了一種使程序恢復正常運行的有效手段。有關WDT在抗干擾設計中的應用以及低功耗模式下運行的狀態(tài)，將在相應的章節(jié)中具體介紹。上面介紹的特殊功能寄存器，除了前兩

31、個 SP和B以外，其余的均為 AT89S51在AT89C51基礎上新增加的SFR。位地址空間211個尋址位的位地址，位地址范圍為00HFFH,其中00H7FH這128位處于片內(nèi) RAM 字節(jié)地址20H2FH單元中，如表2-5所示。其余的83個可尋址位分布在特殊功能寄存器SFR中，見表2-6?？杀晃粚ぶ返奶厥饧拇嫫饔?1個，共有位地址88個，5個位未用，其余 83個位的位地址離散地分布于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器區(qū)字節(jié)地址為80HFFH的范圍內(nèi)，其最低的位地址等于其字節(jié)地址，且其字節(jié)地址的末位都為0H或8H。表2-5 AT89551片內(nèi)RAM的可尋讓位及其位址比字節(jié)地址位地址D7D6D5D4D3D2DIDO

32、2FH7FH7EH7DH7 CH7BH7 AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H7OH2DH6FH6EH6DH6 CH6EH6 AH69H68H2CH67H66H65H64H63H62 H6LH60H2BH5FH5EHSDH5 CH5EH5 AH59H58H2AH57H56H55H?4H53H52H51H5 OH29H4FH4EH4DH4 CH4BH4 AH49H4SH28 H47H46H45H44H43H42H41H4 OH27H5FH3EH3DH3 CH3BH3 AH39H38H26H37H36H35H34H33H32H31H3 OH25H2FH2EH2DH2 C

33、H2BH2 AH29H28H24H27H26H25H24H23H22H21H20H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H特殊功能 寄存器位地址字節(jié)地址D7D6D5D4D3D2D1D0BF7HF6HF5HF4HF3HF2HF1HF0HF0HAccE7HE6HE5HE4HE3HE2HE1HE0HE0HPSWD7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HD0HIP一BCHBBHBAHB9HB8HB8HP3B7HB6HB5HB4HB3HB2HB1HB0HB0HIEAFHACHABHAAHA9HA8HA8HP2A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HA0HA0HSCON9FH9EH9

34、DH9CH9BH9AH99H98H98HP197H96H95H94H93H92H91H90H90HTCON8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H88HP087H86H85H84H83H82H81H80H80H作為對AT89S51存儲器結(jié)構(gòu)的總結(jié)，圖 2-7為各類存儲器的結(jié)構(gòu)圖。從圖中可清楚看出各類存儲器在存儲 器空間的位置。CFFFHOQOOHFFFFHFFFFHOtXWH片內(nèi)ROM外部ROM片內(nèi)RAM外部RAM外部RAM程序存儲器區(qū)圖2-7 AT89S51單片機的存儲器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲器區(qū)AT89S51的弁行I/O端口4個雙向的8位并行I/O端口，分別記為 P0、P1、P2和P3,其中

35、輸出鎖存器屬于特殊功能寄存器。端口的每一位均由輸出鎖存器、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器組成,P0 口4個端口按字節(jié)輸入/輸出外，也可位尋址。P0 是一個雙功能的 8位并行端口，字節(jié)地址為80H,位地址為80H87H。端口的各位具有完全相同但又相互獨立的電路結(jié)構(gòu)，P0 口某一位的位電路結(jié)構(gòu)如圖2-8所示。地址/數(shù)據(jù)控制讀鎖存罌。內(nèi)部總線寫入。BUF1Q鎖存器QBUF2讀引腳。圖2-8P0 某一位的位電路結(jié)構(gòu)1 .位電路結(jié)構(gòu)P0 口某一位的電路包括：1） 一個數(shù)據(jù)輸出的鎖存器，用于數(shù)據(jù)位的鎖存。2）兩個三態(tài)的數(shù)據(jù)輸入緩沖器，分別是用于讀鎖存器數(shù)據(jù)的輸入緩沖器BUF1和讀引腳數(shù)據(jù)的輸入緩沖器BUF2。3）

36、 一個多路轉(zhuǎn)接開關MUX ,它的一個輸入來自鎖存器的端，另一個輸入為地址/數(shù)據(jù)信號的反相輸出。MUX由“控制”信號控制，實現(xiàn)鎖存器的輸出和地址/數(shù)據(jù)信號之間的轉(zhuǎn)接。4）數(shù)據(jù)輸出的控制和驅(qū)動電路，由兩個場效應管（ FET）組成。2工作過程分析1 ） P0 口用作地址/數(shù)據(jù)總線外擴存儲器或I/O時，P0 口作為單片機系統(tǒng)復用的地址/數(shù)據(jù)總線使用。當作為地址或數(shù)據(jù)輸出時， “控制”信號為 1 ，硬件自動使轉(zhuǎn)接開關MUX 打向上面，接通反相器的輸出，同時使與門處于開啟狀態(tài)。當輸出的地址/數(shù)據(jù)信息為1 時，與門輸出為1 ，上方的場效應管導通，下方的場效應管截止，P0.x 引腳輸出為1 ；當輸出的地址/數(shù)

37、據(jù)信息為0 時，上方的場效應管截止，下方的場效應管導通，P0.x 引腳輸出為 0。輸出電路是上、下兩個場效應管形成的推拉式結(jié)構(gòu)，大大提高了負載能力，上方的場效應管這時起到內(nèi)部上拉電阻的作用。當P0 口作為數(shù)據(jù)輸入時，僅從外部存儲器（或 I/O）讀入信息，對應的“控制”信號為0, MUX接通鎖存器的端。由于P0 口作為地址/數(shù)據(jù)復用方式訪問外部存儲器時，CPU自動向P0 口寫入FFH,使下方場效應管截止，上方場效應管由于控制信號為0 也截止，從而保證數(shù)據(jù)信息的高阻抗輸入，從外部存儲器輸入的數(shù)據(jù)信息直接由P0.x 引腳通過輸入緩沖器BUF2 進入內(nèi)部總線。具有高阻抗輸入的I/O 口應具有高電平、低

38、電平和高阻抗3種狀態(tài)的端口。因此， P0 口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時是一個真正的雙向端口，簡稱雙向口。2 ） P0 口用作通用I/O 口當P0 口不作為系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)總線使用時，此時P0 口也可作為通用的I/O 口使用。作通用的I/O 口時， 對應的 “控制” 信號為0， MUX 打向下面，接通鎖存器的端， “與門” 輸出為0，上方場效應管截止，形成的P0 口輸出電路為漏極開路輸出。P0 口作輸出口時，來自CPU 的“寫”脈沖加在 D 鎖存器的CP 端，內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)寫入D 鎖存器，并由引腳P0.x 輸出。當 D 鎖存器為1 時， 端為0，下方場效應管截止，輸出為漏極開路，此時，必須外接上

39、拉電阻才能有高電平輸出；當D 鎖存器為0 時，下方場效應管導通，P0 口輸出為低電平。P0 口作輸入口使用時，有兩種讀入方式： “讀鎖存器”和“讀引腳”。當 CPU 發(fā)出“讀鎖存器”指令時，鎖存器的狀態(tài)由 Q 端經(jīng)上方的三態(tài)緩沖器BUF1 進入內(nèi)部總線；當 CPU 發(fā)出“讀引腳”指令時，鎖存器的輸出狀態(tài) =1（即 端為0） ，而使下方場效應管截止，引腳的狀態(tài)經(jīng)下方的三態(tài)緩沖器BUF2 進入內(nèi)部總線。3 P0 口的特點P0 口為雙功能口地址/數(shù)據(jù)復用口和通用I/O 口。1）當P0 口用作地址/數(shù)據(jù)復用口時，是一個真正的雙向口，輸出低8位地址和輸出/輸入8位數(shù)據(jù)。2）當P0 口用作通用I/O 口時

40、，由于需要在片外接上拉電阻，端口不存在高阻抗（懸?。顟B(tài)，因此是一個準雙向口。為保證引腳信號的正確讀入，應首先向鎖存器寫1 。單片機復位后，鎖存器自動被置1 ；當 P0 口由原來輸出轉(zhuǎn)變?yōu)檩斎霑r，應先置鎖存器為1 ，方可執(zhí)行輸入操作。P0 口大多作為地址/數(shù)據(jù)復用口使用，就不能再作為通用I/O 口使用。P1 口單功能的I/O 口，字節(jié)地址為 90H,位地址為 90H97H。P1 口某一位的位電路結(jié)構(gòu)如圖2-9所示。1 位電路結(jié)構(gòu)P1 口位電路結(jié)構(gòu)由以下三部分組成：2 ）一個數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于輸出數(shù)據(jù)位的鎖存。2)兩個三態(tài)的數(shù)據(jù)輸入緩沖器BUF1和BUF2,分別用于讀鎖存器數(shù)據(jù)和讀引腳數(shù)據(jù)的輸

41、入緩沖。3)數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動電路，由一個場效應管( FET)和一個片內(nèi)上拉電阻組成。3 .工作過程分析P1 口只能作為通用的I/O 口使用。1) P1 口作輸出口時，若 CPU輸出1, Q=1,=0,場效應管截止，P1 口引腳的輸出為1;若CPU輸出0,Q=0,=1,場效應管導通，P1 口引腳的輸出為0。2) P1 口作為輸入口時，分為“讀鎖存器”和“讀引腳”兩種方式?！白x鎖存器”時，鎖存器的輸出端 Q的狀態(tài)經(jīng)輸入緩沖器 BUF1進入內(nèi)部總線；“讀引腳”時，先向鎖存器寫 1,使場效應管截止，P1.x引腳上的 電平經(jīng)輸入緩沖器 BUF2進入內(nèi)部總線。3) P1 口的特點由于內(nèi)部上拉電阻，無高阻抗輸入

42、狀態(tài)，故為準雙向口。P1 口 “讀引腳”輸入時，必須先向鎖存器寫入1。P2 口1 .位電路結(jié)構(gòu)P2 口某一位的電路包括：1) 一個數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于輸出數(shù)據(jù)位的鎖存。2)兩個三態(tài)數(shù)據(jù)輸入緩沖器BUF1和BUF2 ,分別用于讀鎖存器數(shù)據(jù)和讀引腳數(shù)據(jù)的輸入緩沖。3) 一個多路轉(zhuǎn)接開關 MUX , 一個輸入是鎖存器的 Q端，另一個輸入是高 8位地址。4)輸出驅(qū)動電路，由場效應管(FET)和內(nèi)部上拉電阻組成。2.工作過程分析1) P2 口用作地址總線在控制信號作用下，MUX與“地址”接通。當“地址”為。時，場效應管導通，P2 口引腳輸出為0;當“地 址”線為1時，場效應管截止，P2 口引腳輸出1。2

43、) P2 口用作通用I/O 口在內(nèi)部控制信號作用下，MUX與鎖存器的Q端接通。CPU輸出1時，Q=1,場效應管截止，P2.x引腳輸出1; CPU輸出0時，Q=0,場效應管導通，P2.x引腳輸出0。P2 口輸入時，分 “讀鎖存器”和“讀引腳”兩種方式 ：“讀鎖存器”時，Q端信號經(jīng)輸入緩沖器 BUF1進入內(nèi)部總線“讀引腳”時，先向鎖存器寫1,使場效應管截止，P2.x引腳上的電平經(jīng)輸入緩沖器BUF2進入內(nèi)部總線。3) P2 口的特點作為地址輸出線時，P2 口高8位地址，P0 口輸出的低8位地址尋址64KB地址空間。作為通用I/O 口時，P2 口為準雙向口。功能與 P1 口一樣。一般情況下，P2 口大

44、多作為高8位地址總線口使用，這時就不能再作為通用I/O 口。P3 口由于引腳數(shù)目有限，在 P3 口增加了第二功能。每 1位都可以分別定義為第二輸入功能或第二輸出功能。P3口字節(jié)地址為 B0H,位地址B0HB7H。P3 口某一位的位電路結(jié)構(gòu)見圖 2-11。1 .位電路結(jié)構(gòu)P3 口某一位的電路包括：1) 1個數(shù)據(jù)輸出鎖存器，鎖存輸出數(shù)據(jù)位。2) 3個三態(tài)數(shù)據(jù)輸入緩沖器 BUF1、BUF2和BUF3 ,分別用于讀鎖存器、讀引腳數(shù)據(jù)和第二功能數(shù)據(jù)的輸3) 工作過程分析1) P3 口用作第二輸入/輸出功能當選擇第二輸出功能時，該位的鎖存器需要置1,使與非門為開啟狀態(tài)。當?shù)诙敵鰹?時，場效應管截止，P3

45、.x引腳輸出為1;當?shù)诙敵鰹椤r，場效應管導通，P3.x引腳輸出為0。當選擇第二輸入功能時，該位的鎖存器和第二輸出功能端均應置1,保證場效應管截止，P3.x引腳的信息由輸入緩沖器BUF3的輸出獲得。2) P3 用作第一功能一一通用I/O 口用作第一功能通用輸出時，第二輸出功能端應保持高電平，與非門開啟。CPU輸出1時，Q=1,場效應管截止，P3.x引腳輸出為1; CPU輸出0時，Q=0,場效應管導通，P3.x引腳輸出為0。用作第一功能通用輸入時，P3.x位的輸出鎖存器和第二輸出功能均應置1,場效應管截止，P3.x引腳信息通過輸入BUF3和BUF2進入內(nèi)部總線，完成“讀引腳”操作。當P3 第一

46、功能通用輸入時，也可執(zhí)行“讀鎖存器”操作，此時Q端信息經(jīng)過緩沖器 BUF1進入內(nèi)部總線。3) P3 口的特點P3 口內(nèi)部有上拉電阻，無高阻抗輸入態(tài) -準雙向口。 P3 口作為第二功能的輸出/輸入，或第一功能通用 輸入，均須將相應位的鎖存器置 1。實際應用中，由于復位后 P3 口鎖存器自動置1,滿足第二功能所需的 條件，所以不需任何設置工作，就可以進入第二功能操作。當某位不作為第二功能用時，可作為第一功能通用I/O使用。引腳輸入部分有兩個緩沖器，第二功能的輸入信號取自緩沖器BUF3的輸出端，第一功能的輸入信號取自緩沖器BUF2的輸出端。P3 的第二功能定義見表 2-1,讀者應熟記。P1P3 口驅(qū)

47、動LED發(fā)光二極管P0 口與P1、P2、P3 口相比，P0 口的驅(qū)動能力較大，每位可驅(qū)動8個LSTTL輸入，而P1、P2、P3 口的每一位的驅(qū)動能力，只有 P0 口的一半。當P0 口某位為高電平時，可提供 400 A的電流；當P0 某位為低電平(0.45V)時，可提供3.2mA 的灌電流。如低電平允許提高，灌電流可相應加大。所以，任何一個口要想獲得較大的驅(qū)動能力，只能用低電平 輸出。例如，使用單片機的并行口 P1P3直接驅(qū)動發(fā)光二極管，電路如圖2-12。由于P1P3內(nèi)部有30kQ左右的上拉電阻。如高電平輸出，則強行從 P1、P2和P3 口輸出的電流Id會造成單片機端口的損壞，如圖 2-12 (

48、a)所 示。如端口引腳為低電平， 能使電流Id從單片機外部流入內(nèi)部， 則將大大增加流過的電流值，如圖2-12(b)所示。所以，當P1P3 口驅(qū)動LED發(fā)光二極管時，應該采用低電平驅(qū)動。4-5 Vc引腳ZTJ(a)不恰當?shù)倪B接：高電平驅(qū)動圖2-12發(fā)光二極管與(b)恰當?shù)倪B接：低電平驅(qū)動AT89S51并行口的直接連接AT89s51時鐘電路與時序時鐘電路產(chǎn)生AT89S51工作時所必需的控制信號，在時鐘信號的控制下，嚴格按時序執(zhí)行指令。執(zhí)行指令時，CPU首先到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時序電路產(chǎn)生一 系列控制信號完成指令所規(guī)定的操作。CPU發(fā)的時序信號兩類，一類用對片內(nèi)各個

49、功能部件控制，用戶無須了解；另一類用于對片外存儲器或I/O 的控制，這部分時序?qū)τ诜治?、設計硬件接口電路至關重要。 時鐘電路設計時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。1 .內(nèi)部時鐘方式AT89S51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，輸入端為芯片引腳XTAL1 ,輸出端為引腳XTAL2 。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，圖2-13是AT89S51內(nèi)部時鐘方式的電路。AT89S51XIAL1外部提踢黑晶振信號懸空AT89S51X7AL1XIAL2 u

50、至內(nèi)部時鈍電路X1AL2GND圖2-13內(nèi)部時鐘方式電路圖2-14 AT89S51的外部時鐘方式電路C1和C2的典型值通常選擇為 30pF。電容大小會影響振蕩器頻率高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。 晶振頻率范圍通常是 1.212MHz。晶體頻率越高，單片機速度就越快。速度快對存儲器的速度要求就高, 印制電路板的工藝要求也高，即線間的寄生電容要小。晶體和電容應盡可能與單片機靠近，以減少寄生電 容，保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。為提高溫度穩(wěn)定性，采用溫度穩(wěn)定性能好的電容。常選6MHz或12MHz的石英晶體。隨著集成電路制造工藝技術的發(fā)展，單片機的時鐘頻率也在逐步提高， 已達33MHz。2 .外部

51、時鐘方式用現(xiàn)成的外部振蕩器產(chǎn)生脈沖信號，常用于多片AT89S51同時工作，以便于多片 AT89S51單片機之間的同步，一般為低于12MHz的方波。外部時鐘源直接接到 XTAL1端，XTAL2端懸空，見圖2-14。機器周期、指令周期與指令時序各種指令時序與時鐘周期相關。1 .時鐘周期時鐘控制信號的基本時間單位。若晶振頻率為fosc,則時鐘周期 Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz , Tosc=166.7ns。2 .機器周期CPU完成一個基本操作所需時間為機器周期。執(zhí)行一條指令分為幾個機器周期。每個機器周期完成一個基本操作，如取指令、讀或?qū)憯?shù)據(jù)等。每12個時鐘周期為1個機器周期。1個機器周期包括 12個時鐘周期，分 6個狀態(tài)：S1S6。每個狀態(tài)又分兩拍：P1和P2。因此，一個機器周期中的12個時鐘周期表示為 S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P2,如圖2-16所示。SI I S2 I S3 I S4 I S5 I S6 I SI I S2 I S3 I S4 I S5 I S6 I S1Pl Pz|pi P2|pi P2pi P2卜 1 Pa|pi P2卜 1 P2|pi P2卜】P2|pi P2)Pl Papi P2卜】ALE -j_I圖2-1