單片機引腳及其功能

（優(yōu)選）第章單片機引腳及其功能當(dāng)前1頁，總共138頁。第2章89C51單片機硬件結(jié)構(gòu)和原理§2.1 89C51單片機芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點§2.2 89C51單片機引腳及其功能§2.3 89C51單片機存儲器配置§2.4 時鐘電路及89C51CPU時序§2.5 復(fù)位操作§2.6 89C51單片機的低功耗工作方式§2.7 輸出/輸入端口結(jié)構(gòu)當(dāng)前2頁，總共138頁?！?.1 89C51單片機芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點§2.1.189C51單片機的基本組成§2.1.289C51單片機芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)當(dāng)前3頁，總共138頁?！?.1.189C51單片機的基本組成89C51CPU振蕩器和時序OSC64KB總線擴展控制器數(shù)據(jù)存儲器256BRAM/SFR2×16位定時器/計數(shù)器可編程I/O程序存儲器4KBFLASHROM可編程全雙工串行口外中斷內(nèi)中斷控制并行口串行通信外部時鐘源外部事件計數(shù)當(dāng)前4頁，總共138頁。2.1.189C51單片機的基本組成另外89C51是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式

1.在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時器/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。此時的電流可降到大約為正常工作方式的15%。

2.在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，故只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。

這種方式下的電流可降到15μA以下，最小可降到0.6μA。當(dāng)前5頁，總共138頁。2.1.189C51單片機的基本組成89C51單片機還有一種低電壓的型號，即89LV51，除了電壓范圍有區(qū)別之外，其余特性與89C51完全一致。89C51/LV51是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機。它采用了CMOS工藝和高密度非易失性存儲器（NURAM）技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS51兼容；片內(nèi)的FlashROM允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程。因此89C51/LV51是一種功能強、靈活性高，且價格合理的單片機，可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。當(dāng)前6頁，總共138頁?！?.1.289C51單片機芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)圖二、結(jié)構(gòu)組成當(dāng)前7頁，總共138頁。一、結(jié)構(gòu)圖由中央處理單元（CPU）、存儲器（ROM及RAM）和I/O接口組成。89C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。當(dāng)前8頁，總共138頁。P0驅(qū)動器P2驅(qū)動器P0鎖存器P2鎖存器RAM地址寄存器128BRAM4KBROMB寄存器暫存器1暫存器2ACCSP程序地址寄存器緩沖器PC增1PCDPTR中斷、串行口和定時器PSWP1鎖存器P1驅(qū)動器P3鎖存器P3驅(qū)動器定時控制指令寄存器指令譯碼器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1XTAL2PSENALEEARESET89C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖返回運算器控制器存儲器I/O接口當(dāng)前9頁，總共138頁。二、結(jié)構(gòu)組成（一）、中央處理單元（CPU）（二）、存儲器（三）、I/O接口返回當(dāng)前10頁，總共138頁。1、中央處理單元（89C51CPU）1）運算器返回2）控制器當(dāng)前11頁，總共138頁。1）運算器

（1）8位的ALU：可對4位、8位、16位數(shù)據(jù)進行操作。（2）8位累加器ACC（A）：它經(jīng)常作為一個運算數(shù)經(jīng)暫存器2進入ALU的輸入端，與另一個來自暫存器1的運算數(shù)進行運算，運算結(jié)果又送回ACC。（3）8位程序狀態(tài)寄存器PSW：指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)信息供程序查詢和判別用。（4）8位寄存器B：在乘除運算時，用來存放一個操作數(shù)也用來存放運算后的一部分結(jié)果；如不能做乘除運算時，作為通用寄存器（5）布爾處理器：專門用于處理位操作的，以PSW中的C為其累加器。（6）2個8位暫存器：ALU的兩個入口處當(dāng)前12頁，總共138頁。2）控制器（1）程序計數(shù)器PC（16位）（2）指令寄存器IR及指令譯碼器ID（3）振蕩器和定時電路返回當(dāng)前13頁，總共138頁。（1）程序計數(shù)器PC（16位）由兩個8位計數(shù)器PCH、PCL組成。PC是程序的字節(jié)地址計數(shù)器，PC內(nèi)容為將要執(zhí)行的指令地址。改變PC內(nèi)容，改變執(zhí)行的流向。PC可對64KB的ROM直接尋址，也可對89C51片內(nèi)RAM尋址。返回當(dāng)前14頁，總共138頁。（2）指令寄存器IR及指令譯碼器ID由PC中的內(nèi)容指定ROM地址取出來的指令經(jīng)IR送至ID由ID對指令譯碼產(chǎn)生一定序列的控制信號，以執(zhí)行指令所規(guī)定的操作。返回當(dāng)前15頁，總共138頁。（3）振蕩器和定時電路89C51單片機片內(nèi)有振蕩電路，只需外接石英晶體和頻率微調(diào)電容（2個30pF左右），其頻率范圍為1.2MHz~12MHz。該信號作為89C51工作的基本節(jié)拍即時間的最小單位。返回當(dāng)前16頁，總共138頁。2、存儲器1）程序存儲器（ROM）2）數(shù)據(jù)存儲器（RAM）返回當(dāng)前17頁，總共138頁。1）程序存儲器（ROM）89C51片內(nèi)為4KBFlashROM。地址從0000H開始。用于存放程序和表格常數(shù)。返回當(dāng)前18頁，總共138頁。2）數(shù)據(jù)存儲器（RAM）89C51RAM均為128B，地址為00H～7FH。用于存放運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存以及數(shù)據(jù)緩沖等。這128B的RAM中有32個字節(jié)單元可指定為工作寄存器。片內(nèi)還有21個特殊功能寄存器（SFR），它們同128字節(jié)RAM統(tǒng)一編址，地址為80H～FFH。后面詳細(xì)介紹。返回當(dāng)前19頁，總共138頁。3、I/O接口89C51有四個8位并行I/O接口P0～P3。它們都是雙向端口，每個端口各有8條I/O線。P0-P3口四個鎖存器同RAM統(tǒng)一編址，可作為SFR來尋址。當(dāng)前20頁，總共138頁?！?.2.1 89C51單片機引腳圖2-3是89C51/LV51的引腳結(jié)構(gòu)圖，有雙列直插封裝(DIP)方式和方形封裝方式。當(dāng)前21頁，總共138頁。圖2-389C51/LV51的引腳結(jié)構(gòu)

當(dāng)前22頁，總共138頁。一、電源引腳：Vcc和Vss1．Vcc(40腳)：電源端，為+5V。2．Vss(20腳)：接地端。當(dāng)前23頁，總共138頁。二、時鐘電路引腳：XTAL1和XTAL2XTAL2（18腳）：片內(nèi)它是振蕩電路反向放大器的輸出端XTAL1（19腳）：在片內(nèi)它是振蕩電路反向放大器的輸入端當(dāng)前24頁，總共138頁。三、控制信號引腳：

RST、ALE、PSEN和EARST/VPD（9腳）：RST：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持兩個機器周期的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。當(dāng)前25頁，總共138頁。三、控制信號引腳：

RST、ALE、PSEN和EAALE/PROG（30腳）：ALE：地址鎖存允許信號端。當(dāng)89c51上電正常后，ALE引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為震蕩頻率的1/6可以用作對外輸出的時鐘或定時信號。CPU訪問片外存儲器時，該引腳輸出信號作為鎖存低8位地址的控制信號。PROG:對片內(nèi)帶有4KBFlashROM的89C51單片機編程寫入時，作為編程脈沖輸入端。當(dāng)前26頁，總共138頁。三、控制信號引腳：

RST、ALE、PSEN和EAPSEN（29腳）：程序存儲器允許信號輸出端。當(dāng)89C51由片外程序存儲器取指令時，每個機器周期兩次PSEN有效（即輸出2個脈沖。）但在此期間內(nèi)每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將部出現(xiàn)。在訪問片外ROM時，定時輸出負(fù)脈沖作為讀片外ROM的選通信號，接片外ROM

的OE端。它的負(fù)載能力為8個LS型TTL負(fù)載。當(dāng)前27頁，總共138頁。三、控制信號引腳：

RST、ALE、PSEN和EAEA/Vpp（31腳）：EA：

外部程序存儲器地址允許輸入端。當(dāng)該引腳接高電平時，CPU訪問片內(nèi)ROM并執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器中的指令，但當(dāng)PC值超過0FFFH（片內(nèi)ROM為4KB）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外ROM中的程序。當(dāng)該引腳接低電平時，CPU只訪問片外ROM并執(zhí)行外部程序存儲器中的程序。當(dāng)前28頁，總共138頁。EA/Vpp（31腳）：Vpp：對89C51片內(nèi)

FlashROM固化編程時，編程電壓輸入端（12-21V）。三、控制信號引腳：

RST、ALE、PSEN和EA當(dāng)前29頁，總共138頁。四、輸入/輸出端口P0、P1、P2、P3準(zhǔn)雙向當(dāng)I/O口作為輸入時，應(yīng)先向此口鎖存器寫入全1，此時該口引腳浮空，可作高阻抗輸入。當(dāng)前30頁，總共138頁。漏極開路的8位準(zhǔn)雙向I/O口，每位能驅(qū)動8個LS型TTL負(fù)載。在CPU訪問片外存儲器時，P0口為分時復(fù)用的低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線。在FlashROM編程時，P0端口接受指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。1、P0口：當(dāng)前31頁，總共138頁。2、P1口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位能驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。用做輸入口時，需對端口寫1，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電位。在對FlashROM編程和校驗時，接收低8位地址當(dāng)前32頁，總共138頁。3、P2口：P2口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位能驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。在CPU訪問片外存儲器時，它輸出高8位地址。在對FlashROM編程和校驗時，接收高位地址和控制信號當(dāng)前33頁，總共138頁。4、P3口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位能驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P3口除作為一般I/O口外，每個引腳都有第二功能。在對FlashROM編程和校驗時，接收控制信號當(dāng)前34頁，總共138頁。表2-1P3端口引腳與復(fù)用功能表當(dāng)前35頁，總共138頁。§2.3 89C51存儲器配置§2.3.1 89C51存儲器分類§2.3.2 程序存儲器地址空間§2.3.3 數(shù)據(jù)存儲器地址空間當(dāng)前36頁，總共138頁。1、普林斯頓結(jié)構(gòu)一般的微機結(jié)構(gòu)：通常只有一個地址空間，而ROM和RAM可以隨意安排在一個地址范圍內(nèi)的不同空間，即ROM和RAM的地址在同一個隊列里的分配不同的地址空間，CPU訪問時一個地址對應(yīng)唯一的一個存儲單元，可以是ROM也可以是RAM，并用同類訪問指令。2.3.1 89C51存儲器分類當(dāng)前37頁，總共138頁。2、89C51-物理結(jié)構(gòu)（哈佛結(jié)構(gòu)）片內(nèi)程序存儲器片外程序存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器片外數(shù)據(jù)存儲器89C51存儲器程序存儲器ROM數(shù)據(jù)存儲器RAM2.3.1 89C51存儲器分類當(dāng)前38頁，總共138頁。3、用戶角度2.3.1 89C51存儲器分類從用戶角度89C51存儲器分為3類片內(nèi)外統(tǒng)一編址0000H~FFFFH的64KB程序存儲器地址空間（用16位地址）64KB片外數(shù)據(jù)存儲器地址空間，地址也從0000H~FFFFH編址256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器地址空間用8位地址當(dāng)前39頁，總共138頁。3、用戶角度-存儲器的空間配置片外FFFF0FFF0000EA=0片外EA=1片內(nèi)PSEN

片外RAM&I/O端口FFFF0000片內(nèi)SFRRAM007F80FFRDWR2.3.1 89C51存儲器分類程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器當(dāng)前40頁，總共138頁。1、片內(nèi)、外統(tǒng)一編址的64K程序存儲器地址空間。CPU訪問片內(nèi)、片外ROM指令用MOVC。2、64K的片外數(shù)據(jù)存儲器地址空間。訪問片外RAM指令用MOVX。3、256字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址空間。訪問片內(nèi)RAM指令用MOV。當(dāng)前41頁，總共138頁。一、用途：二、編址：三、尋址方式：當(dāng)前42頁，總共138頁。一、用途：用于存放編好的程序和表格常數(shù)。程序存儲器通過16位程序計數(shù)器尋址。§2.3.2程序存儲器地址空間二、編址：89C51片內(nèi)FlashROM的容量為4KB。地址為0000H～0FFFH。片外最多可擴至64KBROM/EPROM，地址為1000H～FFFFH。片內(nèi)外統(tǒng)一編址。當(dāng)前43頁，總共138頁。三、尋址方式：1、當(dāng)EA=“1”時：89C51的PC在0000～0FFFH范圍內(nèi)執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序，當(dāng)指令地址超過0FFFH后就自動轉(zhuǎn)向片外ROM中取指令。2、當(dāng)EA=”0”時：89C51片內(nèi)ROM不起作用，CPU只能從片ROM/EPROM中取指令。可以從0000H

開始尋址。由于8031片內(nèi)不帶ROM

，所以使用時必須EA=”0”。當(dāng)前44頁，總共138頁。片外FFFF0FFF0000EA=0EA=1PSEN片內(nèi)片外當(dāng)前45頁，總共138頁。三、尋址方式：3、89C51從片內(nèi)ROM和片外ROM取指的速度相同。當(dāng)前46頁，總共138頁。三、尋址方式：4、程序存儲器低地址的40多個單元是保留存儲單元，是留給系統(tǒng)使用的。如表2-2所示。

表2-2保留的存儲單元當(dāng)前47頁，總共138頁。三、尋址方式：1、0000H～0002H三個單元：用作89C51上電復(fù)位后引導(dǎo)程序的存放單元。因為復(fù)位后PC的內(nèi)容為0000H，CPU總是從0000H開始執(zhí)行程序。將轉(zhuǎn)移指令存放到這三個單元，程序就被引導(dǎo)到指定的程序存儲器空間去執(zhí)行。當(dāng)前48頁，總共138頁。三、尋址方式：（2）0003H～002AH單元：均分為五段，每段8個字節(jié)，用作5個中斷服務(wù)程序的入口。當(dāng)前49頁，總共138頁。四.執(zhí)行外部程序時硬件連接圖89C51

P1P0EAALEP3P2PSEN74HC373片外程序存儲器指令

地址OE當(dāng)前50頁，總共138頁。一、用途：用于存放運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。分為片內(nèi)，片外數(shù)據(jù)存儲器

片外RAM&I/O端口FFFF0000片內(nèi)SFRRAM007F80FFRDWR§2.3.3數(shù)據(jù)存儲器地址空間當(dāng)前51頁，總共138頁。二、片外RAM：（一）片內(nèi)RAM地址空間（二）低128字節(jié)RAM（00H～7FH）（三）高128字節(jié)RAM（80H～FFH）：

——特殊功能寄存器SFR區(qū)§2.3.3數(shù)據(jù)存儲器地址空間當(dāng)前52頁，總共138頁。1.片內(nèi)128字節(jié)RAM：用MOV指令尋址2.片外64KB空間RAM:用MOVX指令89C51

P1P0EAALE

WDP3WR鎖存器RAM

地址數(shù)據(jù)

6116I/O頁面地址WEOEVCCP2當(dāng)前53頁，總共138頁。（1）片內(nèi)RAM地址空間尋址：用指令MOV最大可尋址256個單元。低128B（00H-7FH）：真正RAM區(qū)高128B（80H-FFH）：特殊功能寄存器（SFR）區(qū)地址：00H-FFH二、片內(nèi)RAM：§2.3.3數(shù)據(jù)存儲器地址空間當(dāng)前54頁，總共138頁。FFH80H7FHSFR只通過直間尋址方式訪問RAM可通過直間和間接尋址方式訪問高128字節(jié)區(qū)低128字節(jié)區(qū)0二、片內(nèi)RAM：§2.3.3數(shù)據(jù)存儲器地址空間當(dāng)前55頁，總共138頁。（2）工作寄存器區(qū)（00H~1FH）由四組（32個）工作寄存器組成，每組8個寄存器（R0-R7），共占32個單元。見表2-4。通過程序狀態(tài)寄存器PSW中RS1、RS0兩位設(shè)定來選擇CPU的當(dāng)前工作寄存器組。復(fù)位時，第0組為當(dāng)前的工作寄存器。若不需要四組，則其余可作為一般RAM單元。二、片內(nèi)RAM-低128位RAM：§2.3.3數(shù)據(jù)存儲器地址空間當(dāng)前56頁，總共138頁。低128字節(jié)RAM（00H~7FH）787068605850484038302820181008003組2組1組797169615951494139312921191109017A726A625A524A423A322A221A120A027B736B635B534B433B332B231B130B037C746C645C544C443C342C241C140C047D756D655D554D453D352D251D150D057E766E665E564E463E362E261E160E067F776F675F574F473F372F271F170F07通用的RAM位地址字節(jié)地址R7R0R7R0R7R0R7R0缺省寄存器組（0組）7F302F2E2D2C2B2A292827262524232221201F1817100F080700可位尋址RAM區(qū)域SP復(fù)位值通用工作寄存器當(dāng)前57頁，總共138頁。表2-4工作寄存器地址表當(dāng)前58頁，總共138頁。低128字節(jié)RAM-尋址方式訪問128個位地址用位尋址方式訪問128個字節(jié)單元用直接尋址和間接尋址。這樣就能區(qū)分開00H-7FH是位地址還是字節(jié)地址這些可尋址位，通過執(zhí)行指令可直接對某一位操作，如置0，清0，或判1，判0等，可用作軟件標(biāo)志位或用于位（布爾）處理當(dāng)前59頁，總共138頁。（3）高128字節(jié)RAM（80H~FFH）有21個特殊功能功能寄存器。地址分布在80H～FFH的RAM空間。尋址時只允許使用直接尋址方式二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：§2.3.3數(shù)據(jù)存儲器地址空間當(dāng)前60頁，總共138頁。F0E0D0B8B0A8A0不可尋址位9890不可尋址位不可尋址位不可尋址位不可尋址位不可尋址位88不可尋址位不可尋址位不可尋址位不可尋址位80F1E1\B9B1A9A199918981F2E2D2BAB2AAA29A928A82F3E3D3BBB3ABA39B938B83F4E4D4BCB4ACA49C948C84F5E5D5\B5\A59D958D85F6E6D6\B6\A69E968E86F7E7D7\B7AFA79F978F87圖2-9高128字節(jié)RAM區(qū)（SFR區(qū)，特殊功能寄存器區(qū)）字節(jié)地址

FFF0E0D0B8B0A8A09998908D8C8B8A89888783828180BACCPSWIPP3IEP2SBUFSCONP1TH1TH0TL1TL0TMDTCONPCONDPHDPLSPP0當(dāng)前61頁，總共138頁。（三）高128字節(jié)RAM（80H~FFH）-尋址方式訪問特殊功能的寄存器只允許用直接尋址方式21個特殊功能寄存器中字節(jié)地址可被8整除的具有11個，這11個寄存器具有位尋址能力。二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：當(dāng)前62頁，總共138頁。部分特殊功能寄存器介紹累加器ACC（E0H）：用A作為ACC的助記符。用于存放第一個操作數(shù)及運算結(jié)果。在乘法運算中存放一個乘數(shù)和乘積的低八位數(shù)在除法運算中存放被除數(shù)和商。二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：當(dāng)前63頁，總共138頁。部分特殊功能寄存器介紹寄存器B（F0H）：在乘法指令中，B用于存放乘數(shù)和乘積的高8位。在除法指令中用于存放除數(shù)和余數(shù)。在其它指令中用作一般的寄存器或RAM單元。二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：當(dāng)前64頁，總共138頁。部分特殊功能寄存器介紹PSW程序狀態(tài)寄存器（D0H）：PSW是一個8位特殊功能的寄存器，包含了程序執(zhí)行后的狀態(tài)信息，供程序查詢或判斷用。二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：ACCYP—OVRS0RS1F0PSW（D0H）D7D6D5D4D3D2D1D0表2-6PSW程序狀態(tài)字奇/偶保留溢出寄存器組選擇用戶標(biāo)定鋪進進、借位地址位名稱位意義當(dāng)前65頁，總共138頁。PSW各位的含義（1）CY位（PSW.7）：進（借）位標(biāo)志位。執(zhí)行加法（減法）運算指令時，如運算結(jié)果最高位（D7）向前有進位（借位），CY=1；否則，CY=0。在布爾處理器中以CY為其累加器，專門用于處理位操作，如可執(zhí)行置位、位清0、位取反、位等于1轉(zhuǎn)移，位等于0轉(zhuǎn)移、位等于1轉(zhuǎn)移并清0,以及位累加器C與其他可位尋址的空間之間進行信息傳送等位操作，也可使C與其他可尋址位之間進行邏輯與、邏輯或、操作，結(jié)果存放在進位標(biāo)志位中。二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：當(dāng)前66頁，總共138頁。PSW各位的含義（2）AC位（PSW.6）：半進位標(biāo)志位（輔助進位標(biāo)志）。執(zhí)行加法（減法）運算指令時，如運算結(jié)果（和或差）的低半字節(jié)（D3）向高半字節(jié)有進位（借位），AC=1；否則，AC=0。二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：當(dāng)前67頁，總共138頁。PSW各位的含義（3）FO位（PSW.5)：用戶標(biāo)志。用戶可根據(jù)自己的需求對F0賦予一定的含義由用戶自己定義、置位、復(fù)位，以作為軟件標(biāo)志。二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：當(dāng)前68頁，總共138頁。PSW各位的含義（4）RS0、RS1位（PSW.3和PSW.4）：工作寄存器組選擇控制位。由用戶用軟件改變RS0和RS1的值，以切換當(dāng)前選用的工作寄存器組。RS0，RS1的組合關(guān)系如表2-8

所示。上電復(fù)位時，（RS0）=（RS1）=0，CPU自然選擇第0組為當(dāng)前工作寄存器組。根據(jù)需求，可利用傳送指令對PSW整字節(jié)操作或用位操作指令改變RS1和RS2的狀態(tài)二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：當(dāng)前69頁，總共138頁。RS1 RS0 寄存器組 片內(nèi)RAM地址0 0 第0組 00H～07H 0 1 第1組 08H～0FH 1 0 第2組 10H～17H 1 1 第3組 18H～1FH 表2-8RS0，RS1的組合關(guān)系當(dāng)前70頁，總共138頁。PSW各位的含義（5）OV位（PSW.2）：溢出標(biāo)志位。如有溢出，即運算結(jié)果超出-128～+127的范圍時，OV=1；無溢出時，OV=0。（由硬件自動設(shè)置）返回二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：當(dāng)前71頁，總共138頁。PSW各位的含義（6）P位（PSW.0）：奇偶檢驗位。每條指令執(zhí)行后，該位始終跟蹤指示累加器A中1的個數(shù)。A中“1”的個數(shù)為奇數(shù)，則P=1；否則，P=0。常用于校驗串行通信中的數(shù)據(jù)傳送是否出錯。當(dāng)前72頁，總共138頁。部分特殊功能寄存器介紹堆棧指針SP（81H）：8位特殊功能寄存器，SP的內(nèi)容可指向片內(nèi)RAM00H—7FH的任何單元。系統(tǒng)復(fù)位時，SP初始化為07H，即指向07H的RAM單元堆棧：在片內(nèi)的RAM中專門開辟出來一個區(qū)域，數(shù)據(jù)的存取是以‘后進先出的方式處理，好像沖鋒槍壓入子彈，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方式對于處理中斷，調(diào)用子程序非常方便。二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：當(dāng)前73頁，總共138頁。堆棧有兩中操作：數(shù)據(jù)壓入，數(shù)據(jù)彈出若有8個RAM單元，每個單元都在其右面編有地址，棧頂由堆棧指針SP自動管理。每次進行壓入彈出操作后，堆棧指針便自動調(diào)整以保持指示堆棧頂部的位置。棧底：在使用堆棧之前部分特殊功能寄存器介紹二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：當(dāng)前74頁，總共138頁。A2A1堆棧操作676665646362616061A3A2A1A5A4A3A2A167666564636261606766656463626160SP6264A16766656463626160A4A3A2A16766656463626160SPSPSPSP6361二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：部分特殊功能寄存器介紹當(dāng)前75頁，總共138頁。部分特殊功能寄存器介紹數(shù)據(jù)指針DPTR（83H，82H）：DPTR是一個16位的特殊功能寄存器。高位字節(jié)寄存器用DPH（83H），低位字節(jié)用DPL（82H）組成。DPH，DPL可以單獨使用。主要是對片外的64KB片外數(shù)據(jù)存儲器做間接尋址二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：當(dāng)前76頁，總共138頁。部分特殊功能寄存器介紹返回I/O端口P0、P1、P2、P3（80H、90H、A0H、B0H）：分別為四個并行端口的鎖存器，每一個口鎖存器還有位地址，所以每一條I/O線可獨立輸入或輸出。輸出時，可以鎖存；輸入時，可以緩沖。二、片內(nèi)RAM-高128位RAM：當(dāng)前77頁，總共138頁。F0E0D0B8B0A8A0不可尋址位9890不可尋址位不可尋址位不可尋址位不可尋址位不可尋址位88不可尋址位不可尋址位不可尋址位不可尋址位80F1E1\B9B1A9A199918981F2E2D2BAB2AAA29A928A82F3E3D3BBB3ABA39B938B83F4E4D4BCB4ACA49C948C84F5E5D5\B5\A59D958D85F6E6D6\B6\A69E968E86F7E7D7\B7AFA79F978F87圖2-9高128字節(jié)RAM區(qū)（SFR區(qū)，特殊功能寄存器區(qū)）字節(jié)地址

FFF0E0D0B8B0A8A09998908D8C8B8A89888783828180BACCPSWIPP3IEP2SBUFSCONP1TH1TH0TL1TL0TMDTCONPCONDPHDPLSPP0當(dāng)前78頁，總共138頁?！?.4 時鐘電路及89C51CPU時序§2.4.1片內(nèi)時鐘信號的產(chǎn)生§2.4.2 CPU取指、執(zhí)指時序

微機從FlashROM中取出指令和執(zhí)行指令過程中的各種微操作都是按一定節(jié)拍有序進行的，片內(nèi)的振蕩脈沖電路就是這個節(jié)拍的發(fā)生器當(dāng)前79頁，總共138頁。§2.4.1 片內(nèi)時鐘信號的產(chǎn)生返回89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容器Ｃ１和Ｃ２通常取30pF左右，可穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)作用。振蕩脈沖頻率范圍為fOSC=0～24MHz。晶體振蕩器的頻率為fOSC，振蕩信號從XTAL2端輸入到片內(nèi)的時鐘發(fā)生器上，如圖2-12所示。當(dāng)前80頁，總共138頁。電容器Ｃ１和Ｃ２通常取30pF左右，可穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)作用。振蕩脈沖頻率范圍為fOSC=0～24MHz。圖2-2189C51的片內(nèi)振蕩器及時鐘發(fā)生器§2.4.1片內(nèi)時鐘信號的產(chǎn)生高增益反向放大器晶體振蕩器的頻率為fOSC，振蕩信號從XTAL2端輸入到片內(nèi)的時鐘發(fā)生器上，如圖2-12所示。當(dāng)前81頁，總共138頁?！?.4.1 片內(nèi)時鐘信號的產(chǎn)生1、節(jié)拍與狀態(tài)周期

2、機器周期和指令周期3、基本時序定時單位當(dāng)前82頁，總共138頁。1、節(jié)拍與狀態(tài)周期

時鐘發(fā)生器是一個2分頻的觸發(fā)器電路，它將振蕩器的信號頻率fOSC除以2，向CPU提供兩相時鐘信號P1和P2。時鐘信號的周期稱為機器狀態(tài)周期S(STATE)，是振蕩周期的2倍。在每個時鐘周期(即機器狀態(tài)周期S)的前半周期，相位1(P1)信號有效，在每個時鐘周期的后半周期，相位2(P2，節(jié)拍2)信號有效。每個時鐘周期(以后常稱狀態(tài)S)有兩個節(jié)拍(相)P1和P2，CPU就以兩相時鐘P1和P2為基本節(jié)拍指揮89C51單片機各個部件協(xié)調(diào)地工作?！?.4.1 片內(nèi)時鐘信號的產(chǎn)生當(dāng)前83頁，總共138頁。圖2-1289C51的片內(nèi)振蕩器及時鐘發(fā)生器當(dāng)前84頁，總共138頁。2、機器周期和指令周期一個機器周期是指CPU訪問存儲器一次所需的時間。例如，取指令、讀存儲器、寫存儲器等等。他是執(zhí)行一條指令所需時長的單位一個機器周期包括12個振蕩周期，分為6個S狀態(tài)：S1~S6。每個狀態(tài)又分為兩拍，稱為P1和P2。因此，一個機器周期中的12個振蕩周期表示為S1P1，S1P2，S2P1，···，S6P1，S6P2。若采用6MHz晶體振蕩器，則狀態(tài)周期及機器周期各為多少？§2.4.1 片內(nèi)時鐘信號的產(chǎn)生當(dāng)前85頁，總共138頁。2、機器周期和指令周期指令周期：執(zhí)行一條指令所需的時間。每條指令的指令周期都由一個或幾個機器周期組成。有單周期指令、雙周期指令、和四周期指令。機器周期數(shù)少則執(zhí)行速度快。其中四周期指令包括乘除指令。其余都為單周期或雙周期。§2.4.1 片內(nèi)時鐘信號的產(chǎn)生當(dāng)前86頁，總共138頁。3、基本時序定時單位綜上所述，89C51或其他80C51單片機的基本時序定時單位有如下4個振蕩周期：晶振的振蕩周期，為最小的時序單位。狀態(tài)周期：振蕩頻率經(jīng)單片機內(nèi)的二分頻器分頻后提供給片內(nèi)CPU的時鐘周期。因此，一個狀態(tài)周期包含2個振蕩周期。機器周期（MC）：1個機器周期由6個狀態(tài)周期即12個振蕩周期組成，是計算機執(zhí)行一種基本操作的時間單位。指令周期：執(zhí)行一條指令所需的時間。一個指令周期由1～4個機器周期組成，依據(jù)指令不同而不同，見附錄A?！?.4.1 片內(nèi)時鐘信號的產(chǎn)生當(dāng)前87頁，總共138頁。4種時序單位中，振蕩周期和機器周期是單片機內(nèi)計算其他時間值（例如，波特率、定時器的定時時間等）的基本時序單位。4個時序單位從小到大依次是節(jié)拍（振蕩脈沖周期，1/fOSC）、狀態(tài)周期（時鐘周期）、機器周期和指令周期，如圖2-13所示。單片機外接晶振頻率12MHz時的各種時序單位的大小。3、基本時序定時單位§2.4.1 片內(nèi)時鐘信號的產(chǎn)生當(dāng)前88頁，總共138頁?！?.4.2 CPU取指、執(zhí)指時序每條指令的執(zhí)行都可以包括取指和執(zhí)指兩個階段。在取指階段，CPU從內(nèi)部或外部ROM中取出指令操作碼及操作數(shù)，然后再執(zhí)行這條指令。根據(jù)各種操作的繁簡程度，單字節(jié)和雙字節(jié)的指令都可能是單機器周期或雙周期，而三字節(jié)指令都是雙周期的，只有乘、除指令占四周期。CPU取指、執(zhí)指時序如

圖2-14所示當(dāng)前89頁，總共138頁。當(dāng)前90頁，總共138頁?！?.5 復(fù)位操作§2.5.1 復(fù)位操作的主要功能§2.5.2 復(fù)位信號及其產(chǎn)生§2.5.3 復(fù)位電路當(dāng)前91頁，總共138頁。§2.5.1 復(fù)位操作的主要功能一、復(fù)位是單片機的初始化操作。二、主要功能：三、寄存器的復(fù)位狀態(tài)：當(dāng)前92頁，總共138頁。2.5.1復(fù)位操作主要功能復(fù)位是單片機的初始化操作(使CPU及各部件處于確定的初態(tài)，并從初態(tài)開始工作)程序地址指針PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動。當(dāng)前93頁，總共138頁。表2-8各特殊寄存器的復(fù)位值當(dāng)前94頁，總共138頁?！?.5.2 復(fù)位信號及其產(chǎn)生一、復(fù)位信號：RST引腳為復(fù)位信號輸入端。當(dāng)RST引腳為高電平，且有效時間持續(xù)24個振蕩周期以上，才能復(fù)位。二、產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯圖：如圖2-15所示。當(dāng)前95頁，總共138頁?！?.5.3 復(fù)位電路1、上電自動復(fù)位：是通過外部復(fù)位電路的電容充電實現(xiàn)。如圖2-16(a)所示。2、手動復(fù)位：手動復(fù)位方式：如圖2-16(b)所示。當(dāng)前96頁，總共138頁。圖2-16(a)上電復(fù)位電路VCCCRVCCRST/VPDVSS1KΩ22μF89C511）復(fù)位過程2）復(fù)位條件：只要Vcc的上升時間不超過1ms，就自動上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)復(fù)位。3）參數(shù)選擇：1、上電自動復(fù)位OSC=6MHZC=22uFR=1KΩOSC=12MHZC=10UFR=8.2KΩ當(dāng)前97頁，總共138頁。1）復(fù)位方式：通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與VCC電源接通而實現(xiàn)。VCCCR2VCCRST/VPDVSS1KΩ22μF89C51R1200ΩRESET2.手動復(fù)位圖2-16(b)按鍵電平復(fù)位電路當(dāng)前98頁，總共138頁?！?.5.3 復(fù)位電路復(fù)位電路具有非常重要作用，一個單片機能否正常運行，首先檢查是否復(fù)位成功。初步檢查可用示波器監(jiān)視RST引腳，按下復(fù)位鍵，觀察是否有足夠幅度的波形輸出（瞬時的），還可以通過改變復(fù)位電路電阻容量。當(dāng)前99頁，總共138頁?！?.6 89C51單片機的低功耗工作方式89C51屬于CHMOS的單片機，運行時耗電少，而且還提供兩種節(jié)電工作方式，即空閑（等待、待機）方式和掉電（停機）工作方式，以進一步降低功耗。圖2-17所示為實現(xiàn)這兩種方式的內(nèi)部電路。由圖2-17可見，若IDL=0，則89C51將進入空閑運作方式。掉電方式下（PD=1），振蕩器凍結(jié)。當(dāng)前100頁，總共138頁。§2.689C51單片機的低功耗工作方式圖2-17

空閑和掉電方式控制電路圖2-17中，PD和IDL均為PCON中PD和IDL觸發(fā)器的輸出端。當(dāng)前101頁，總共138頁。§2.6.1 方式的設(shè)定空閑方式和掉電方式是通過對SFR中的PCON（地址87H)相應(yīng)位置1而啟動的。圖2-18所示為89C51電源控制寄存器PCON各位的分布情況。HMOS器件的PCON只包括一個SMOD位，其他4位是CHMOS器件獨有的。3個保留位用戶不得使用，因為硬件沒有做出安排，可能在今后的MCS51新產(chǎn)品中代表某特定的功能。圖2-18電源控制寄存器PCON當(dāng)前102頁，總共138頁。圖2-18中各符號的名稱和功能如下。SMOD：波特率倍頻位。若此位為1，則串行口方式1、方式2和方式3的波特率加倍。GF1和GF0：通用標(biāo)志位。PD：掉電方式位。此位寫1即啟動掉電方式。由圖217可見，此時時鐘凍結(jié)。IDL：空閑方式位。此位寫1即啟動空閑方式。這時CPU因無時鐘控制而停止運作。如果同時向PD和IDL兩位寫1，則PD優(yōu)先。89C51中PCON的復(fù)位值為0×××0000B?！?.6.1 方式的設(shè)定圖2-18電源控制寄存器PCON當(dāng)前103頁，總共138頁?！?.6.2 空閑（等待、待機）工作方式當(dāng)CPU執(zhí)行完置IDL=1(PCON.1）的指令后，系統(tǒng)進入空閑工作方式。這時，內(nèi)部時鐘不向CPU提供，而只供給中斷、串行口、定時器部分。CPU的內(nèi)部狀態(tài)維持，即包括堆棧指針SP、程序計數(shù)器PC、程序狀態(tài)字PSW、累加器ACC所有的內(nèi)容保持不變，端口狀態(tài)也保持不變。ALE和PSEN保持邏輯高電平。當(dāng)前104頁，總共138頁?！?.6.2 空閑（等待、待機）工作方式進入空閑方式后，有兩種方法可以使系統(tǒng)退出空閑方式。一是任何的中斷請求被響應(yīng)都可以由硬件將PCON.0（IDL）清0而中止空閑工作方式。當(dāng)執(zhí)行完中斷服務(wù)程序返回到主程序時，在主程序中，下一條要執(zhí)行的指令將是原先使IDL置位指令后面的那條指令。PCON中的通用標(biāo)志位GF1和GF0可以用來指明中斷是在正常操作還是在待機方式期間發(fā)生的。在待機方式時，除用指令使IDL=1外，還可先用指令使GF1或GF0置1。當(dāng)由于中斷而停止待機方式時，在中斷服務(wù)程序中可以檢查這些標(biāo)志位，說明是從待機方式進入中斷的。當(dāng)前105頁，總共138頁?！?.6.2 空閑（等待、待機）工作方式另一種退出空閑方式的方法是硬件復(fù)位，由于在空閑工作方式下振蕩器仍然工作，因此硬件復(fù)位僅需2個機器周期便可完成。而RST端的復(fù)位信號直接將PCON.0(IDL)清0，從而退出空閑狀態(tài)，CPU則從進入空閑方式的下一條指令開始重新執(zhí)行程序。當(dāng)前106頁，總共138頁。當(dāng)CPU執(zhí)行一條置PCON.1位（PD）為1的指令后，系統(tǒng)進入掉電工作方式。在這種工作方式下，內(nèi)部振蕩器停止工作。由于沒有振蕩時鐘，因此，所有的功能部件都停止工作。但內(nèi)部RAM區(qū)和特殊功能寄存器的內(nèi)容被保留，而端口的輸出狀態(tài)值都保存在對應(yīng)的SFR中，ALE和PSEN都為低電平?！?.6.3 掉電（停機）工作方式當(dāng)前107頁，總共138頁?！?.6.3 掉電（停機）工作方式退出掉電方式的惟一方法是由硬件復(fù)位，復(fù)位后將所有特殊功能寄存器的內(nèi)容初始化，但不改變片內(nèi)RAM區(qū)的數(shù)據(jù)。在掉電工作方式下，VCC可以降到2V，但在進入掉電方式之前，VCC不能降低。而在準(zhǔn)備退出掉電方式之前，VCC必須恢復(fù)正常的工作電壓值，并維持一段時間（約10ms），使振蕩器重新啟動并穩(wěn)定后方可退出掉電方式。當(dāng)前108頁，總共138頁?！?.7 輸出/輸入端口結(jié)構(gòu)I/O端口概述§2.7.1P1口§2.7.2P2口§2.7.3P0口§2.7.4P3口§2.7.5端口的負(fù)載能力和接口要求返回當(dāng)前109頁，總共138頁。 I/O端口概述返回1．89C51單片機有四個8位并行I/O端口：P0、P1、P2和P3。2．每個端口都是8位準(zhǔn)雙向口，共占32根引腳。3．每一條I/O線都能獨立地用作輸入或輸出。4．每個端口都包括一個鎖存器（即特殊功能寄存器P0~P3），一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器，作輸出是數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時數(shù)據(jù)可以緩沖。當(dāng)前110頁，總共138頁?！?.7.1P1口一、P1口結(jié)構(gòu)二、P1口用作通用I/O當(dāng)前111頁，總共138頁?！?.7.1 P1口一、P1口結(jié)構(gòu)：其電路結(jié)構(gòu)見圖2-19，輸出驅(qū)動部分與P0口不同，內(nèi)部有上拉負(fù)載電阻與電源相連。實質(zhì)上，電阻是兩個場效應(yīng)管FET并在一起：一個FET為負(fù)載管，其電阻固定。另一個FET可工作在導(dǎo)通或截止兩種狀態(tài)，使其總電阻值變化近似為0或阻值很大兩種情況。當(dāng)阻值近似為0時，可將引腳快速上拉至高電平；當(dāng)阻值很大時，P1口為高阻輸入狀態(tài)。返回當(dāng)前112頁，總共138頁。圖2-19

P1口某位的結(jié)構(gòu)當(dāng)前113頁，總共138頁?！?.7.1 P1口二、P1口用作通用I/OP1口也是一個準(zhǔn)雙向口。在端口用作輸入時，也必須先向?qū)?yīng)的鎖存器寫入1，使FET截止。當(dāng)P1口輸出高電平時，能向外提供拉電流負(fù)載，所以不必再接上拉電阻。返回當(dāng)前114頁，總共138頁。§2.7.2P2口一、P2口結(jié)構(gòu)二、P2口用作一般I/O口三、P2口用作高8位地址總線返回當(dāng)前115頁，總共138頁。一、P2口結(jié)構(gòu)如圖2-20所示，P2口某位的結(jié)構(gòu)與P0口類似，有MUX開關(guān)。驅(qū)動部分與P1口類似，但比P1口多了一個轉(zhuǎn)換控制部分。返回當(dāng)前116頁，總共138頁。圖2-20

P2口某位的結(jié)構(gòu)圖返回當(dāng)前117頁，總共138頁。二、P2口用作一般I/O口1、當(dāng)執(zhí)行MOV指令（片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲器）或EA=1時，執(zhí)行MOVC指令（片內(nèi)的程序存儲器）時，由內(nèi)部硬件自動使開關(guān)MUX倒向鎖存器的Q端，這時，P2口為一般I/O口。2、當(dāng)執(zhí)行MOVX(片外的RAM)或EA=0時執(zhí)行MOVC指令（片外的ROM）時，開關(guān)倒向地址端。輸出高8位地址。當(dāng)前118頁，總共138頁。二、P2口用作一般I/O口1.當(dāng)系統(tǒng)擴展片外RAM和ROM時，訪問片外的RAM和ROM接連不斷，所以P2口無法用作通用的輸入輸出口。2、在只需擴展256B片外RAM的系統(tǒng)中，使用“MOVXA,@Ri”類指令訪問片外RAM時，尋址范圍是256B，只需低8位地址線就可以實現(xiàn)。P2口不受該指令影響，仍可作通用I/O口。當(dāng)前119頁，總共138頁。二、P2口用作一般I/O口3、若擴展的RAM容量超過256B，使用“MOVXA,@DPTR”類指令的尋址范圍是64KB，此時，高8位地址總線用P2口輸出。在片外RAM讀/寫周期內(nèi)，P2口鎖存器仍保持原來端口的數(shù)據(jù)；在訪問片外RAM周期結(jié)束后，多路開關(guān)MUX自動切換倒鎖存器Q端。由于CPU對RAM的訪問不是經(jīng)常的，在這種情況下，P2口在一定的限度內(nèi)仍可用作通用I/O口。當(dāng)前120頁，總共138頁?！?.7.3P0口一、結(jié)構(gòu)二、P0口作為一般I/O口使用三、P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用返回當(dāng)前121頁，總共138頁。一、結(jié)構(gòu)P0口某位的結(jié)構(gòu)由一個輸出鎖存器、二個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動電路及控制電路組成。如圖2-21所示。當(dāng)C=0時，開關(guān)MUX被控為如圖示位置，P0口為通用I/O口；當(dāng)C=1時，開關(guān)撥向反相器3的輸出端，P0口分時作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。當(dāng)前122頁，總共138頁。圖2-21

P0口某位的結(jié)構(gòu)圖當(dāng)C=0時，開關(guān)MUX被控為如圖示位置，P0口為通用I/O口；當(dāng)C=1時，開關(guān)撥向反相器3的輸出端，P0口分時作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。當(dāng)前123頁，總共138頁。二、P0口作為一般I/O口使用1、P0口用作輸出口2、P0口作輸入口返回當(dāng)前124頁，總共138頁。1、P0口用作輸出口當(dāng)CPU執(zhí)行輸出指令時，寫脈沖加在D鎖存器的CL上，這樣，與內(nèi)部總線相連的D端的數(shù)據(jù)取反后就出現(xiàn)在Q端上，又經(jīng)輸出級FET（T2）反相，在P0端口上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。這是一般的數(shù)據(jù)輸出情況。返回當(dāng)前125頁，總共138頁。2、P0口作輸入口當(dāng)執(zhí)行一條由端口輸入的指令時，“讀引腳”脈沖把三態(tài)緩沖器2打開，這樣，端口上的數(shù)據(jù)經(jīng)過緩沖器2讀入到內(nèi)部總線。在端口進行輸入操作前，應(yīng)先向端口鎖存器寫入1，也就是使鎖存器Q=0。因為控制線C=0，因此T1和T2全截止，引腳處于懸浮狀態(tài)，可作高阻抗輸入。當(dāng)前126頁，總共138頁。3、P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用1．P0口用作輸出地址/數(shù)據(jù)總線以P0口引腳輸出低8位地址或數(shù)據(jù)信息，MUX開關(guān)把CPU內(nèi)部地址/數(shù)據(jù)線經(jīng)反向器3與驅(qū)動場效應(yīng)管FET（