DPJ第2章單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

1、1第第2章章 AT89C51單片機(jī)單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)單片機(jī)單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)2.1 AT89C51單片機(jī)的硬件組成單片機(jī)的硬件組成2.3 AT89C51的的CPU2.2 AT89C51單片機(jī)的引腳單片機(jī)的引腳2.4 AT89C51單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)2.5 AT89C51單片機(jī)的并行單片機(jī)的并行I/O端口端口 22.1 AT89C51單片機(jī)的硬件組成單片機(jī)的硬件組成片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)如圖如圖2-1所示所示:片內(nèi)功能部件如下：片內(nèi)功能部件如下：（1）微處理器（）微處理器（CPU）；）；（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；）；（3）程序存儲(chǔ)器（）程序存儲(chǔ)器（4KB Flas

2、h ROM）；）；（4）4個(gè)個(gè)8位可編程并行位可編程并行I/O口口 （P0口、口、P1口、口、P2口、口、P3口）；口）；（5）1個(gè)全雙工串行口；個(gè)全雙工串行口；（6）2個(gè)個(gè)16位定時(shí)器位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)器；（7）中斷系統(tǒng)；）中斷系統(tǒng)；（8）特殊功能寄存器（）特殊功能寄存器（SFR）。）。 3圖圖2-1片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)4 上述各功能部件上述各功能部件通過(guò)片內(nèi)單一總線連接而成通過(guò)片內(nèi)單一總線連接而成），其），其基基本結(jié)構(gòu)本結(jié)構(gòu)依舊是依舊是CPU CPU 加上外圍芯片的加上外圍芯片的傳統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模傳統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模式。式。 CPUCPU對(duì)各種功能部件的控制是對(duì)各種功能部件的控制

3、是采用特殊功能寄存器采用特殊功能寄存器 （Special Function RegisterSpecial Function Register，SFRSFR）的）的集中控制方式集中控制方式。n片內(nèi)各部件簡(jiǎn)單介紹：片內(nèi)各部件簡(jiǎn)單介紹：1.CPU1.CPU（微處理器）（微處理器） 包括了包括了運(yùn)算器運(yùn)算器和和控制器控制器兩大部分，只是兩大部分，只是增加了面向控增加了面向控制的位處理制的位處理功能。功能。52.2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAMRAM） 片內(nèi)為片內(nèi)為128128個(gè)字節(jié)（個(gè)字節(jié)（5252子系列的為子系列的為256256個(gè)字節(jié)）個(gè)字節(jié)）3.3.程序存儲(chǔ)器（程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROMR

4、OM/EPROM） 8031:8031:無(wú)此部件；無(wú)此部件； 8051:8051:4K4K字節(jié)字節(jié)ROMROM； 8751:8751:4K4K字節(jié)字節(jié)EPROM EPROM ； 89C51/89C52/89C55:89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 4K/8K/20K 字節(jié)閃存字節(jié)閃存。4. 4. 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)5. 5. 定時(shí)器定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器6. 6. 串行口串行口 1 1個(gè)個(gè)全雙工全雙工的異步串行口，具有的異步串行口，具有四種四種工作方式工作方式。67. 7. 4 4個(gè)個(gè)并行并行8 8位位I/OI/O口口 P1P1口、口、P2P2口、口、P3P3口、口、P0

5、P0口口8. 8. 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）共有共有2121個(gè)個(gè)，是一個(gè)具有特殊功能的，是一個(gè)具有特殊功能的RAMRAM區(qū)。區(qū)。實(shí)際上是片內(nèi)各個(gè)實(shí)際上是片內(nèi)各個(gè)功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器 。映射在映射在片內(nèi)片內(nèi)RAMRAM區(qū)區(qū)80H80HFFHFFH的區(qū)間內(nèi)。的區(qū)間內(nèi)。 72.2 AT89C512.2 AT89C51單片機(jī)的引腳單片機(jī)的引腳 4040只引腳只引腳雙列直插封裝雙列直插封裝（DIPDIP）。）。引腳引腳按功能分為按功能分為3類(lèi)類(lèi)： （1）電源及時(shí)鐘引腳）電源及時(shí)鐘引腳: Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2。 （2）控制

6、引腳：）控制引腳： PSEN*、EA* 、ALE、RESET （即（即RST）。）。 （3）I/O口引腳：口引腳：P0、P1、P2、P3，為，為4個(gè)個(gè)8位位I/O口的外部引腳口的外部引腳。82.2.1 2.2.1 電源及時(shí)鐘引腳電源及時(shí)鐘引腳 1 1電源引腳電源引腳 （1 1）VccVcc（4040腳）腳）：+5V+5V電源；電源； （2 2）VssVss（2020腳）腳）：接地。：接地。2 2時(shí)鐘引腳時(shí)鐘引腳 （1 1）XTAL1XTAL1（1919腳）腳）：接外部晶體，如果采用外接振蕩器時(shí)，：接外部晶體，如果采用外接振蕩器時(shí)，振蕩器的輸出振蕩器的輸出應(yīng)接到此引腳上。應(yīng)接到此引腳上。（2 2

7、）XTAL2XTAL2（1818腳）腳）：接外部晶體的另一端或采用外接振蕩：接外部晶體的另一端或采用外接振蕩器時(shí)懸空。器時(shí)懸空。92.2.2 2.2.2 控制引腳控制引腳 提供控制信號(hào)，有的引腳還具有提供控制信號(hào)，有的引腳還具有復(fù)用復(fù)用功能。功能。 (1) RST/VPD(9(1) RST/VPD(9腳腳) )：復(fù)位與備用電源。：復(fù)位與備用電源。 (2) EA(2) EA* */VPP(Enable/VPP(Enable Address/Voltage Pulse of ProgRam Address/Voltage Pulse of ProgRam- -inging，3131腳腳) ) EA

8、 EA* *：為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。 EAEA* *=1=1，訪問(wèn)訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但在，但在PCPC（程序計(jì)數(shù)器）值（程序計(jì)數(shù)器）值超超過(guò)過(guò)0FFFH0FFFH（對(duì)于（對(duì)于80518051、87518751）時(shí)，即）時(shí)，即超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的4K4K字字節(jié)地址范圍節(jié)地址范圍時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。 EAEA* *=0=0，單片機(jī)則單片機(jī)則只訪問(wèn)只訪問(wèn)外部外部程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器。10VPPVPP：本引腳的第二功能。用于：本引腳的第二功能。用于施加編程電壓施加編程電壓

9、（例如（例如+21V+21V或或+12V+12V）。對(duì)）。對(duì)AT89C51AT89C51，加在，加在VPPVPP腳的腳的編程電壓編程電壓為為+12V+12V或或+5V+5V。(3) ALE/PROG(3) ALE/PROG* *（3030腳）：腳）： 第一功能第一功能: :ALEALE為地址鎖存允許，可驅(qū)動(dòng)為地址鎖存允許，可驅(qū)動(dòng)8 8個(gè)個(gè)LSLS型型TTLTTL負(fù)負(fù)載。載。 第二功能第二功能: :PROGPROG* *為編程脈沖輸入端。為編程脈沖輸入端。11此外，單片機(jī)在運(yùn)行時(shí)，此外，單片機(jī)在運(yùn)行時(shí)，ALEALE端一直有正脈沖信號(hào)輸出，此頻端一直有正脈沖信號(hào)輸出，此頻率為時(shí)鐘振蕩器頻率率為時(shí)鐘

10、振蕩器頻率f foscosc的的1/61/6。 其他作用：其他作用：該正脈沖信號(hào)可以作時(shí)鐘源或定時(shí)信號(hào)使用。該正脈沖信號(hào)可以作時(shí)鐘源或定時(shí)信號(hào)使用。注意注意: :每當(dāng)每當(dāng)AT89C51AT89C51單片機(jī)訪問(wèn)外部單片機(jī)訪問(wèn)外部RAMRAM時(shí)（即執(zhí)行時(shí)（即執(zhí)行MOVXMOVX類(lèi)指令類(lèi)指令時(shí)），要時(shí)），要丟失丟失1 1個(gè)個(gè)ALEALE脈沖。因此，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，脈沖。因此，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，ALEALE還不宜作為還不宜作為精確的時(shí)鐘源或定時(shí)信號(hào)。精確的時(shí)鐘源或定時(shí)信號(hào)。PROGPROG* *為該引腳的第二功能，在對(duì)片內(nèi)為該引腳的第二功能，在對(duì)片內(nèi)FlashFlash存儲(chǔ)器編程時(shí)，此存儲(chǔ)器編程時(shí)，此引腳作為編程脈

11、沖輸入端。引腳作為編程脈沖輸入端。 (4) PSEN(4) PSEN* * （2929腳）：腳）：外部程序存儲(chǔ)器的外部程序存儲(chǔ)器的讀選通讀選通信號(hào)。在單片信號(hào)。在單片機(jī)讀外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳輸出脈沖的機(jī)讀外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳輸出脈沖的負(fù)跳沿負(fù)跳沿作為讀外部作為讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 12 2.2.3 2.2.3 并行并行I/OI/O口引腳口引腳(1) (1) P0P0口口：當(dāng)當(dāng)89C5189C51擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器及擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器及I/OI/O接口芯片時(shí)，接口芯片時(shí)，P0P0口口作為作為地址總線（低地址總線（低8 8位）位）及數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用端口。為及數(shù)據(jù)總線

12、的分時(shí)復(fù)用端口。為雙向雙向I/OI/O口?？凇Ｒ部勺鳛橐部勺鳛橥ㄓ玫耐ㄓ玫腎/OI/O口口使用，但需加上拉電阻，這時(shí)為使用，但需加上拉電阻，這時(shí)為準(zhǔn)雙向準(zhǔn)雙向口口。當(dāng)作為普通的。當(dāng)作為普通的I/OI/O輸入時(shí)，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫(xiě)入輸入時(shí)，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫(xiě)入1 1。 P0P0口可驅(qū)動(dòng)口可驅(qū)動(dòng)8 8個(gè)個(gè)LSLS型型TTLTTL負(fù)載。負(fù)載。(2) (2) P1P1口口：8 8位位準(zhǔn)雙向準(zhǔn)雙向I/OI/O口，可驅(qū)動(dòng)口，可驅(qū)動(dòng)4 4個(gè)個(gè)LSLS型型TTLTTL負(fù)載。負(fù)載。(3) (3) P2P2口口：8 8位位準(zhǔn)雙向準(zhǔn)雙向I/OI/O口，與地址總線（高口，與地址總線（高8 8位）復(fù)用，可位

13、）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)4 4個(gè)個(gè)LSLS型型TTLTTL負(fù)載。負(fù)載。13 (4) (4) P3P3口口：8 8位位準(zhǔn)雙向準(zhǔn)雙向I/OI/O口，口，雙功能雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4 4個(gè)個(gè)LSLS型型TTLTTL負(fù)載。負(fù)載。P3P3口還可提供第二功能?？谶€可提供第二功能。14綜上所述，綜上所述，P0P0口口作為地址總線（低作為地址總線（低8 8位）及數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，位）及數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，為為雙向口雙向口。作為通用的。作為通用的I/OI/O口使用時(shí)，為準(zhǔn)雙向口，這時(shí)需加口使用時(shí)，為準(zhǔn)雙向口，這時(shí)需加上拉電阻。上拉電阻。P1P1口、口、P2P2口、口、P3P3口口均為均為準(zhǔn)雙向口準(zhǔn)雙向口。要特

14、別注意要特別注意準(zhǔn)雙向口準(zhǔn)雙向口與與雙向口雙向口的差別。的差別。準(zhǔn)雙向口準(zhǔn)雙向口僅有兩個(gè)狀態(tài)。僅有兩個(gè)狀態(tài)。雙向口雙向口P0P0口的口線內(nèi)無(wú)固定上拉電阻，由兩個(gè)口的口線內(nèi)無(wú)固定上拉電阻，由兩個(gè)MOSMOS管串接開(kāi)漏管串接開(kāi)漏輸出，處于高阻的輸出，處于高阻的“懸浮懸浮”狀態(tài)，故又為雙向三態(tài)狀態(tài)，故又為雙向三態(tài)I/OI/O口。這口。這是由于是由于P0P0口作為數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，必須要有高阻的口作為數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，必須要有高阻的“懸浮懸浮”狀狀態(tài)。而準(zhǔn)雙向態(tài)。而準(zhǔn)雙向I/OI/O口則無(wú)需高阻的口則無(wú)需高阻的“懸浮懸浮”狀態(tài)。狀態(tài)。15總結(jié)總結(jié): :準(zhǔn)雙向口與雙向三態(tài)口的差別準(zhǔn)雙向口與雙向三態(tài)口的差別。

15、（1 1）當(dāng)）當(dāng)3 3個(gè)準(zhǔn)雙向個(gè)準(zhǔn)雙向I/OI/O口作口作輸入口使用輸入口使用時(shí)，要向該口時(shí)，要向該口先寫(xiě)先寫(xiě)“1”1”。（2 2）準(zhǔn)雙向）準(zhǔn)雙向I/OI/O口口無(wú)高阻無(wú)高阻 “ “浮空浮空”狀態(tài)。狀態(tài)。 2.3 AT89C512.3 AT89C51的的CPUCPU 由由運(yùn)算器運(yùn)算器和和控制器控制器所構(gòu)成所構(gòu)成2.3.1 2.3.1 運(yùn)算器運(yùn)算器 1 1算術(shù)邏輯運(yùn)算單元算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALUALU 進(jìn)行進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算算術(shù)、邏輯運(yùn)算，還具有，還具有位操作位操作功能功能16172 2累加器累加器A A 使用最頻繁的寄存器，使用最頻繁的寄存器，可寫(xiě)為可寫(xiě)為AccAcc。 A A的作用：的作用：（

16、1 1）是）是ALUALU的的輸入之一輸入之一，又是，又是運(yùn)算結(jié)果運(yùn)算結(jié)果的存放單元。的存放單元。（2 2）數(shù)據(jù)傳送）數(shù)據(jù)傳送大多都通過(guò)累加器大多都通過(guò)累加器A A。5151單片機(jī)單片機(jī)增加增加了一部分可了一部分可以以不經(jīng)過(guò)累加器的傳送指令不經(jīng)過(guò)累加器的傳送指令，即可加快數(shù)據(jù)的傳送速度，又減，即可加快數(shù)據(jù)的傳送速度，又減少少A A的的“瓶頸堵塞瓶頸堵塞”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 A A的進(jìn)位的進(jìn)位標(biāo)志標(biāo)志CyCy同時(shí)又是同時(shí)又是位處理機(jī)的位處理機(jī)的位累加器位累加器。3 3程序狀態(tài)字寄存器程序狀態(tài)字寄存器PSWPSW 格式如格式如圖圖2-32-3。18（1 1）CyCy（PSW.7PSW.7）進(jìn)位標(biāo)志位進(jìn)位

17、標(biāo)志位（2 2）Ac(PSW.6) Ac(PSW.6) 輔助進(jìn)位標(biāo)志位，用于輔助進(jìn)位標(biāo)志位，用于BCDBCD碼的十碼的十 進(jìn)制調(diào)整運(yùn)算。進(jìn)制調(diào)整運(yùn)算。（3 3）F0F0（PSW.5PSW.5）用戶使用的狀態(tài)標(biāo)志位。用戶使用的狀態(tài)標(biāo)志位。 （4 4）RS1RS1、RS0RS0（PSW.4PSW.4、PSW.3PSW.3）：4 4組組工作寄存器區(qū)選擇控工作寄存器區(qū)選擇控制制位位1 1和和位位0 0。如。如表表2-22-2。19 RS1RS1、RS0RS0與與4 4組工作寄存器區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系組工作寄存器區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 RS1 RS0 RS1 RS0 所選的所選的4 4組寄存器組寄存器 0 0 00 0

18、0區(qū)（內(nèi)部區(qū)（內(nèi)部RAMRAM地址地址00H00H07H07H） 0 1 10 1 1區(qū)（內(nèi)部區(qū)（內(nèi)部RAMRAM地址地址08H08H0FH0FH） 1 0 21 0 2區(qū)（內(nèi)部區(qū)（內(nèi)部RAMRAM地址地址10H10H17H17H） 1 1 31 1 3區(qū)（內(nèi)部區(qū)（內(nèi)部RAMRAM地址地址18H18H1FH1FH）（5 5）OVOV（PSW.2PSW.2）溢出標(biāo)志位）溢出標(biāo)志位 指示運(yùn)算是否溢出。注意各種算術(shù)運(yùn)算指令指示運(yùn)算是否溢出。注意各種算術(shù)運(yùn)算指令對(duì)該位的影響對(duì)該位的影響（6 6）PSW.1PSW.1位位: : 保留位，未用保留位，未用 （7 7）P(PSW.0)P(PSW.0)奇偶標(biāo)志

19、位奇偶標(biāo)志位 P=1P=1，A A中中“1”1”的個(gè)數(shù)為的個(gè)數(shù)為奇數(shù)奇數(shù)P=0P=0，A A中中“1”1”的個(gè)數(shù)為的個(gè)數(shù)為偶數(shù)偶數(shù)202.3.2 2.3.2 控制器控制器程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PCPC是控制器中最基本的寄存器是控制器中最基本的寄存器 ，存放存放下一條下一條要執(zhí)要執(zhí)行的指令在程序存儲(chǔ)器中的地址。行的指令在程序存儲(chǔ)器中的地址。 基本工作方式有以下幾種：基本工作方式有以下幾種： （1 1）程序計(jì)數(shù)器）程序計(jì)數(shù)器自動(dòng)加自動(dòng)加1 1 （2 2）執(zhí)行）執(zhí)行有條件轉(zhuǎn)移有條件轉(zhuǎn)移或或無(wú)條件轉(zhuǎn)移無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令時(shí)，指令時(shí)， PCPC將被置入新將被置入新的數(shù)值，從而使程序的的數(shù)值，從而使程序的流向流向

20、發(fā)生變化。發(fā)生變化。 （3 3）執(zhí)行）執(zhí)行子程序調(diào)用或中斷調(diào)用子程序調(diào)用或中斷調(diào)用，完成下列操作：，完成下列操作： PCPC的的現(xiàn)行值保護(hù)現(xiàn)行值保護(hù) 將子將子程序入口地址程序入口地址或或中斷向量的地址中斷向量的地址送入送入PCPC。21程序計(jì)數(shù)器的程序計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寬度計(jì)數(shù)寬度決定了程序存儲(chǔ)器的地址范圍。決定了程序存儲(chǔ)器的地址范圍。AT89C51AT89C51單片機(jī)中的單片機(jī)中的PCPC位數(shù)為位數(shù)為1616位位，故可對(duì)，故可對(duì)64KB64KB（ = = 2 21616B B）的）的程序存儲(chǔ)器進(jìn)行尋址。程序存儲(chǔ)器進(jìn)行尋址。 2.4 AT89C512.4 AT89C51單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)單片機(jī)存儲(chǔ)器

21、的結(jié)構(gòu)哈佛哈佛結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)器空間可劃分為存儲(chǔ)器空間可劃分為4 4類(lèi)類(lèi)：1.1.程序存儲(chǔ)器空間程序存儲(chǔ)器空間 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器為片內(nèi)程序存儲(chǔ)器為4KB 4KB 的的 Flash Flash 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 2.2.片內(nèi)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間：128B 128B 3.3.特殊功能寄存器特殊功能寄存器 SFRSFR-Special Function Register-Special Function Register4.4.位地址空間位地址空間: : 211211個(gè)個(gè)可尋址位?？蓪ぶ肺?。222.4.1 2.4.1 程序存儲(chǔ)器空間程序存儲(chǔ)器空間 存放存放應(yīng)用程序應(yīng)用程序和和表格表格之類(lèi)的固定常

22、數(shù)。之類(lèi)的固定常數(shù)。分為片內(nèi)和片外兩部分，由分為片內(nèi)和片外兩部分，由EAEA* *引腳引腳上所接的電平確定。上所接的電平確定。程序存儲(chǔ)器中的程序存儲(chǔ)器中的0000H0000H地址是系統(tǒng)地址是系統(tǒng)程序的啟動(dòng)地址程序的啟動(dòng)地址 5 5個(gè)單元個(gè)單元具有特殊用途，為具有特殊用途，為5 5個(gè)中斷源的中斷入口地址個(gè)中斷源的中斷入口地址外中斷外中斷0 0003H0 0003H定時(shí)器定時(shí)器T0T0 000BH 000BH外中斷外中斷1 0013H 1 0013H 定時(shí)器定時(shí)器T1T1 001BH 001BH 串行口串行口 0023H0023H232.4.2 2.4.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間 1

23、28128個(gè)字節(jié)，個(gè)字節(jié)， 字節(jié)地址為字節(jié)地址為00H00H7FH7FH。l00H1FH：32個(gè)單元個(gè)單元，是，是4組組通用工作寄存器通用工作寄存器區(qū)。區(qū)。l20H2FH：16個(gè)單元個(gè)單元，可進(jìn)行，可進(jìn)行128位的位尋址位的位尋址l30H7FH：用戶用戶RAM區(qū)，只能區(qū)，只能字節(jié)尋址字節(jié)尋址，用作，用作數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以及區(qū)以及堆棧區(qū)堆棧區(qū)。242.4.3 2.4.3 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR） CPUCPU對(duì)片內(nèi)各種功能部件的控制對(duì)片內(nèi)各種功能部件的控制采用特殊功能寄存器集采用特殊功能寄存器集中控制中控制方式，方式，共共2121個(gè)個(gè)。有的。有的SFRSFR可進(jìn)行可進(jìn)行位

24、尋址位尋址。 表表2-42-4是是SFRSFR的名稱及其分布。的名稱及其分布。 其其字節(jié)地址的末位是字節(jié)地址的末位是0H0H或或8H8H可可位尋址位尋址。 下面介紹下面介紹SFRSFR塊中的某些寄存器。塊中的某些寄存器。25表表2-4 SFR2-4 SFR的的名稱及其分布名稱及其分布26 1 1堆棧指針堆棧指針SPSP 指示指示堆棧頂部堆棧頂部在在內(nèi)部?jī)?nèi)部RAMRAM塊塊中的位置中的位置 復(fù)位后，復(fù)位后，SPSP中的內(nèi)容為中的內(nèi)容為07H07H。（1 1）保護(hù)斷點(diǎn)）保護(hù)斷點(diǎn)（2 2）現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)）現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)堆棧堆棧向上生長(zhǎng)向上生長(zhǎng) 2. 2. 數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTRDPTR 高位字節(jié)寄存器用高位字

25、節(jié)寄存器用DPHDPH表示，低位字節(jié)寄存器用表示，低位字節(jié)寄存器用DPLDPL表示。表示。 3. 3. 寄存器寄存器B B 為執(zhí)行為執(zhí)行乘法乘法和和除法除法操作設(shè)置的。在操作設(shè)置的。在不執(zhí)行乘、除不執(zhí)行乘、除的情況下，的情況下，可當(dāng)作一個(gè)可當(dāng)作一個(gè)普通寄存器普通寄存器來(lái)使用。來(lái)使用。272.4.4 2.4.4 位地址空間位地址空間211211個(gè)（個(gè)（128128個(gè)個(gè)+83+83個(gè)）尋址位個(gè)）尋址位。位地址范圍為：。位地址范圍為：00H00HFFHFFH。 內(nèi)部?jī)?nèi)部RAMRAM的可尋址位的可尋址位128128個(gè)個(gè)( (字節(jié)地址字節(jié)地址20H20H2FH)2FH)見(jiàn)見(jiàn)表表2-52-5（P24P24

26、）。特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR為為8383個(gè)個(gè)可尋址位，見(jiàn)可尋址位，見(jiàn)表表2-62-6。28表表2-5 2-5 內(nèi)部?jī)?nèi)部RAMRAM的的可尋可尋址位址位及位及位地址地址29 表表2-6 SFR2-6 SFR中的位地址分布中的位地址分布30可被位尋址的寄存器有可被位尋址的寄存器有1111個(gè)，共有位地址個(gè)，共有位地址8888個(gè)，其中個(gè)，其中5 5個(gè)位未個(gè)位未用，其余用，其余8383個(gè)位的位地址個(gè)位的位地址離散地分布離散地分布于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)字節(jié)地址為字節(jié)地址為80H80HFFHFFH的范圍內(nèi)。的范圍內(nèi)。其最低的位地址其最低的位地址等于其字節(jié)地址等于其字節(jié)地址，并且

27、其字節(jié)地址的，并且其字節(jié)地址的末位都為末位都為0H0H或或8H8H。圖圖2-52-5為各類(lèi)存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)器空間的位置。為各類(lèi)存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)器空間的位置。 31圖圖2-52-532物理上物理上分為：分為：4個(gè)空間個(gè)空間，即片內(nèi)，即片內(nèi)ROM、片外、片外ROM 片內(nèi)片內(nèi)RAM、片外、片外RAM邏輯上邏輯上分為分為: : 3個(gè)空間個(gè)空間， 即程序內(nèi)存（片內(nèi)、外）統(tǒng)一編址即程序內(nèi)存（片內(nèi)、外）統(tǒng)一編址 MOVC 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（片內(nèi)）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（片內(nèi)） MOV 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（片外）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（片外） MOVX物理物理、邏輯邏輯上的分區(qū)上的分區(qū)332.5 AT89C512.5 AT89C51單片機(jī)的并行單片機(jī)的并

28、行I/OI/O端口端口 4 4個(gè)個(gè)雙向的雙向的8 8位并行位并行I/OI/O端口端口(Port) (Port) ，記作，記作P0P0P3P3，屬于特殊功，屬于特殊功能寄存器，還可能寄存器，還可位尋址位尋址。 3451的并行的并行I / O 口邏輯圖口邏輯圖352.5.1 P02.5.1 P0端口端口 361.1.位電路結(jié)構(gòu)位電路結(jié)構(gòu)P0P0口某一位的電路包括：口某一位的電路包括：(1) (1) 一個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于數(shù)據(jù)位的鎖存一個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于數(shù)據(jù)位的鎖存(2) (2) 兩個(gè)三態(tài)的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。兩個(gè)三態(tài)的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。(3) (3) 一個(gè)多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)一個(gè)多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)MUXMUX，

29、使使P0P0口可作口可作通用通用I/OI/O口口，或，或地址地址/ /數(shù)數(shù)據(jù)線口據(jù)線口。(4) (4) 數(shù)據(jù)輸出的驅(qū)動(dòng)和控制電路，由兩只場(chǎng)效應(yīng)管（數(shù)據(jù)輸出的驅(qū)動(dòng)和控制電路，由兩只場(chǎng)效應(yīng)管（FETFET）組成，）組成，上面的場(chǎng)效應(yīng)管上面的場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成構(gòu)成上拉電路上拉電路。2. 2. 工作過(guò)程分析工作過(guò)程分析 （1 1）P0P0口作為地址或數(shù)據(jù)總線使用口作為地址或數(shù)據(jù)總線使用CPUCPU發(fā)出控制信號(hào)為發(fā)出控制信號(hào)為高電平高電平，打開(kāi)上面的與門(mén)，使，打開(kāi)上面的與門(mén)，使MUXMUX打向上打向上37邊邊，使內(nèi)部地址，使內(nèi)部地址/ /數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)線與下面的場(chǎng)效應(yīng)管下面的場(chǎng)效應(yīng)管反相接通。此時(shí)由于反相接通。

30、此時(shí)由于上下兩個(gè)上下兩個(gè)FETFET處于反相處于反相，形成，形成推拉式推拉式電路結(jié)構(gòu)，大大電路結(jié)構(gòu)，大大提高負(fù)載能提高負(fù)載能力。力。（2 2） P0P0口作通用的口作通用的I/OI/O口使用口使用CPUCPU發(fā)來(lái)的發(fā)來(lái)的“控制控制”信號(hào)為信號(hào)為低電平低電平，上拉場(chǎng)效應(yīng)管截止，上拉場(chǎng)效應(yīng)管截止，MUXMUX打打向下邊向下邊，與，與D D鎖存器的鎖存器的Q Q*端接通。端接通。a. P0a. P0作輸出口使用作輸出口使用來(lái)自來(lái)自CPUCPU的的“寫(xiě)入寫(xiě)入”脈沖脈沖加在加在D D鎖存器鎖存器的的CPCP端，內(nèi)部總線上的數(shù)端，內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)寫(xiě)入據(jù)寫(xiě)入D D鎖存器，并向端口引腳鎖存器，并向端口引腳P0

31、.xP0.x輸出。輸出。注意：注意：由于輸出電路是由于輸出電路是漏極開(kāi)路漏極開(kāi)路（因?yàn)檫@時(shí)上拉場(chǎng)效應(yīng)管截（因?yàn)檫@時(shí)上拉場(chǎng)效應(yīng)管截38止），止），必須外接上拉電阻必須外接上拉電阻才能有才能有高電平輸出高電平輸出（這時(shí)就（這時(shí)就不為雙不為雙向口向口）。）。b. P0b. P0作輸入口使用作輸入口使用區(qū)分區(qū)分“讀引腳讀引腳”和和“讀鎖存器讀鎖存器”?！白x引腳讀引腳”信號(hào)把下方緩沖器打開(kāi)，引腳上的狀態(tài)經(jīng)緩沖器信號(hào)把下方緩沖器打開(kāi)，引腳上的狀態(tài)經(jīng)緩沖器讀入內(nèi)部總線；讀入內(nèi)部總線；“讀鎖存器讀鎖存器”信號(hào)打開(kāi)上面的緩沖器把鎖存器信號(hào)打開(kāi)上面的緩沖器把鎖存器Q Q端的狀態(tài)讀入端的狀態(tài)讀入內(nèi)部總線。內(nèi)部總線。

32、3 3P0P0口的特點(diǎn)口的特點(diǎn)P0P0口具有如下特點(diǎn)：口具有如下特點(diǎn)：P0P0口為口為雙功能口雙功能口地址地址/ /數(shù)據(jù)復(fù)用口和數(shù)據(jù)復(fù)用口和通用通用I/OI/O口?？凇?9（1 1）當(dāng)當(dāng)P0P0口用口用作地址作地址/ /數(shù)據(jù)復(fù)用口數(shù)據(jù)復(fù)用口時(shí)，為一個(gè)真正的時(shí)，為一個(gè)真正的雙向口雙向口，用作外擴(kuò)存儲(chǔ)器，輸出低用作外擴(kuò)存儲(chǔ)器，輸出低8 8位地址和輸出位地址和輸出/ /輸入輸入8 8位數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)。 （2 2）當(dāng)當(dāng)P0P0口用口用作通用作通用I/OI/O口口時(shí)，由于需要在片外接上拉電阻，時(shí)，由于需要在片外接上拉電阻，端口不存在高阻抗（懸?。顟B(tài)，因此為一個(gè)端口不存在高阻抗（懸浮）狀態(tài)，因此為一個(gè)準(zhǔn)雙

33、向口準(zhǔn)雙向口。為保為保證引腳信號(hào)的正確讀入，應(yīng)首先向鎖存器寫(xiě)證引腳信號(hào)的正確讀入，應(yīng)首先向鎖存器寫(xiě)1 1。當(dāng)。當(dāng)P0P0口口由原來(lái)的由原來(lái)的輸出狀態(tài)輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)檩斎霠顟B(tài)輸入狀態(tài)時(shí)，應(yīng)首先置鎖存器為時(shí)，應(yīng)首先置鎖存器為1 1，方可執(zhí)行輸，方可執(zhí)行輸入操作。入操作。一般情況下，如果一般情況下，如果P0P0口已作為地址口已作為地址/ /數(shù)據(jù)復(fù)用口，就不能再作為數(shù)據(jù)復(fù)用口，就不能再作為通用通用I/OI/O口使用?？谑褂?。402.5.2 P12.5.2 P1端口端口 P1P1口是口是單功能單功能的的I/OI/O口，字節(jié)地址口，字節(jié)地址90H90H，位地址位地址90H90H97H97H。 P1P1

34、口某一位的位電路結(jié)構(gòu)如口某一位的位電路結(jié)構(gòu)如圖圖2-72-7所示。所示。41p P1口作為口作為輸入口輸入口時(shí)，分為時(shí)，分為“讀鎖存器讀鎖存器”和和“讀引腳讀引腳”兩種方式。兩種方式。 “讀鎖存器讀鎖存器”時(shí)，鎖存器的輸出端時(shí)，鎖存器的輸出端Q的狀態(tài)經(jīng)輸入緩沖的狀態(tài)經(jīng)輸入緩沖器器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線；進(jìn)入內(nèi)部總線； “讀引腳讀引腳”時(shí)，先向鎖存器寫(xiě)時(shí)，先向鎖存器寫(xiě)1，使場(chǎng)效應(yīng)管截止，使場(chǎng)效應(yīng)管截止，P1.x引腳上的電平經(jīng)輸入緩沖器引腳上的電平經(jīng)輸入緩沖器BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線。進(jìn)入內(nèi)部總線。pP1P1口的特點(diǎn)口的特點(diǎn) P1P1口由于有內(nèi)部上拉電阻，沒(méi)有高阻抗輸入狀態(tài)，稱口由于有內(nèi)部上拉電阻，沒(méi)有

35、高阻抗輸入狀態(tài)，稱為準(zhǔn)雙向口。作為輸出口時(shí)，不需要在片外接上拉電阻。為準(zhǔn)雙向口。作為輸出口時(shí)，不需要在片外接上拉電阻。 P1P1口口“讀引腳讀引腳”輸入時(shí)，必須先向鎖存器寫(xiě)輸入時(shí)，必須先向鎖存器寫(xiě)1 1。 422.5.3 2.5.3 P2P2口口 P2P2口是一個(gè)雙功能口，口是一個(gè)雙功能口，字節(jié)地址為字節(jié)地址為A0HA0H，位地址位地址A0HA0HA7HA7H。 某一位的位電路結(jié)構(gòu)如某一位的位電路結(jié)構(gòu)如圖圖2-82-8所示。所示。 圖圖2-82-8431 1工作過(guò)程分析工作過(guò)程分析（1 1）P2P2口用作地址總線口用作地址總線在內(nèi)部控制信號(hào)作用下，在內(nèi)部控制信號(hào)作用下，MUXMUX與與 “ “

36、地址地址”接通。當(dāng)接通。當(dāng)“地址地址”線為線為0 0時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P2P2口引腳輸出口引腳輸出0 0；當(dāng)；當(dāng)“地址地址”線為線為1 1時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管截止，時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P2P2口引腳輸出口引腳輸出1 1。（2 2）P2P2口用作通用口用作通用I/OI/O口口在內(nèi)部控制信號(hào)作用下，在內(nèi)部控制信號(hào)作用下，MUXMUX與與 鎖存器的鎖存器的Q Q端接通。端接通。CPUCPU輸出輸出1 1時(shí)，時(shí)，Q=1Q=1，場(chǎng)效應(yīng)管截止，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P2.xP2.x引腳輸出引腳輸出1 1；CPUCPU輸出輸出0 0時(shí)，時(shí)，Q=0Q=0，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P2.xP2.x引腳輸出引

37、腳輸出0 0。44輸入時(shí)輸入時(shí)，分為，分為“讀鎖存器讀鎖存器”和和“讀引腳讀引腳”兩種方式。兩種方式。“讀鎖存器讀鎖存器”時(shí)，時(shí)，Q Q端信號(hào)經(jīng)上方的輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部端信號(hào)經(jīng)上方的輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線?？偩€?！白x引腳讀引腳”時(shí)，先向鎖存器寫(xiě)時(shí)，先向鎖存器寫(xiě)1 1，使場(chǎng)效應(yīng)管截止，使場(chǎng)效應(yīng)管截止，P2.xP2.x引腳上的電平經(jīng)下方的輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線。引腳上的電平經(jīng)下方的輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線。2 2P2P2口的特點(diǎn)口的特點(diǎn)作為作為地址輸出線地址輸出線使用時(shí)，使用時(shí)，P2P2口可以輸出外存儲(chǔ)器的高口可以輸出外存儲(chǔ)器的高8 8位位地址，與地址，與P0P0口輸出的低口輸出的低8 8位地址一起

38、構(gòu)成位地址一起構(gòu)成1616位地址線。位地址線。作為作為通用通用I/OI/O口口使用時(shí)，使用時(shí)，P2P2口為一個(gè)準(zhǔn)雙向口。功能與口為一個(gè)準(zhǔn)雙向口。功能與P1P1口一樣?？谝粯印?52.5.42.5.4 P3 P3口口 由于由于AT89C51AT89C51的引腳有限，因此在的引腳有限，因此在P3P3口電路中增加了引腳口電路中增加了引腳的第二功能。的第二功能。P3P3的每一位都可以分別定義為第二功能。的每一位都可以分別定義為第二功能。46P3P3口的特點(diǎn)口的特點(diǎn)P3P3口內(nèi)部有上拉電阻，不存在高阻抗輸入狀態(tài)，為口內(nèi)部有上拉電阻，不存在高阻抗輸入狀態(tài)，為準(zhǔn)雙準(zhǔn)雙向口向口。P3P3口作為第二功能的輸出口

39、作為第二功能的輸出/ /輸入，或第一功能通用輸入，輸入，或第一功能通用輸入，均須將相應(yīng)位的鎖存器置均須將相應(yīng)位的鎖存器置1 1。實(shí)際應(yīng)用中，由于復(fù)位后實(shí)際應(yīng)用中，由于復(fù)位后P3P3口鎖存器自動(dòng)置口鎖存器自動(dòng)置1 1，滿足第二功能條件，所以不需要任何，滿足第二功能條件，所以不需要任何設(shè)置工作，就可以進(jìn)入第二功能操作。設(shè)置工作，就可以進(jìn)入第二功能操作。當(dāng)某位不作為第二功能使用時(shí)當(dāng)某位不作為第二功能使用時(shí)，可作為第一功能通用，可作為第一功能通用I/OI/O使用。使用。472.6 2.6 時(shí)鐘電路與時(shí)序時(shí)鐘電路與時(shí)序時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生89C5189C51單片機(jī)工作所必需的時(shí)鐘單片機(jī)工作所

40、必需的時(shí)鐘控制信號(hào)控制信號(hào)。2.6.1 2.6.1 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的直接影響單片機(jī)的速度速度，電路的質(zhì)量電路的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有常用的時(shí)鐘電路有兩種方式兩種方式：內(nèi)部時(shí)鐘內(nèi)部時(shí)鐘方式和方式和外部時(shí)鐘外部時(shí)鐘方式。方式。1. 1. 內(nèi)部時(shí)鐘方式內(nèi)部時(shí)鐘方式 片內(nèi)一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的片內(nèi)一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器高增益反相放大器，反相放大器的，反相放大器的輸入端為芯片引腳輸入端為芯片引腳XTAL1XTAL1，輸出端為引腳，輸出端為引腳XTAL2XTAL2。見(jiàn)。見(jiàn)圖圖2-102-10。48C1和和C2典型值通常選擇

41、為典型值通常選擇為30pF左右。左右。晶體的振蕩頻率晶體的振蕩頻率在在1.2MHz12MHz之間。某些高速單之間。某些高速單片機(jī)芯片的時(shí)鐘頻率已達(dá)片機(jī)芯片的時(shí)鐘頻率已達(dá)40MHz（如（如89S52） 。492. 2. 外部時(shí)鐘方式外部時(shí)鐘方式 常用于常用于多片多片89C5189C51單片機(jī)同時(shí)工作。單片機(jī)同時(shí)工作。外部時(shí)鐘源直接接到外部時(shí)鐘源直接接到XTAL1XTAL1端，端，XTAL2XTAL2端懸空，其電路見(jiàn)端懸空，其電路見(jiàn)圖圖2-112-11。 503. 時(shí)鐘信號(hào)的輸出時(shí)鐘信號(hào)的輸出為應(yīng)用系統(tǒng)中的為應(yīng)用系統(tǒng)中的其它芯片提供時(shí)鐘其它芯片提供時(shí)鐘，但需增加驅(qū)動(dòng)能力。，但需增加驅(qū)動(dòng)能力。 圖圖

42、2-122-12512.6.2 2.6.2 機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序單片機(jī)執(zhí)行的指令的單片機(jī)執(zhí)行的指令的各種時(shí)序均與時(shí)鐘周期各種時(shí)序均與時(shí)鐘周期有關(guān)有關(guān)1.1.時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期單片機(jī)的單片機(jī)的基本時(shí)間單位基本時(shí)間單位。若時(shí)鐘的晶體的振蕩頻率為。若時(shí)鐘的晶體的振蕩頻率為foscfosc，則時(shí)鐘周期則時(shí)鐘周期ToscTosc=1/fosc=1/fosc。；。； 例如例如：foscfosc=6MHz=6MHz，ToscTosc=166.7ns=166.7ns。2.2.機(jī)器周期機(jī)器周期CPUCPU完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱為稱為機(jī)器周期機(jī)器周

43、期。執(zhí)行一條指令分為幾個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行一條指令分為幾個(gè)機(jī)器周期。每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基。每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作。本操作。AT89C51AT89C51單片機(jī)單片機(jī)每每1212個(gè)個(gè)時(shí)鐘周期為時(shí)鐘周期為1 1個(gè)個(gè)機(jī)器周期，機(jī)器周期，52一個(gè)機(jī)器周期又分為一個(gè)機(jī)器周期又分為6 6個(gè)個(gè)狀態(tài)狀態(tài)：S1S1S6S6。每個(gè)狀態(tài)又分為兩每個(gè)狀態(tài)又分為兩拍拍：P1P1和和P2P2。 因此，因此，一個(gè)機(jī)器周期中的一個(gè)機(jī)器周期中的1212個(gè)個(gè)時(shí)鐘周期表示為：時(shí)鐘周期表示為： S1P1S1P1、S1P2S1P2、S2P1S2P1、S2P2S2P2、S6P2S6P2。 圖圖2-132-13533. 3. 指令周期指令周期 執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間。 執(zhí)行一條指令的時(shí)間也不同。對(duì)于簡(jiǎn)單的單字節(jié)指令，執(zhí)行一條指令的時(shí)間也不同。對(duì)于簡(jiǎn)單的單字節(jié)指令，取出指令立即執(zhí)行，只需一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。而有些復(fù)雜取出指令立即執(zhí)行，只需一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。而有些復(fù)雜的指令，如轉(zhuǎn)移、乘、除指令則需兩個(gè)或多個(gè)機(jī)器周期。