单片机AT89C51简介教材

1、单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束AT89C51的结构和原理的结构和原理 教学目标教学目标2.1 AT89C51单片机的结构单片机的结构2.2 AT89C51单片机外形及引脚功单片机外形及引脚功能能2.3 AT89C51存储器存储器2.4 AT89C51单片机工作方式单片机工作方式2.5 AT89C51时钟电路与时序时钟电路与时序本章小结本章小结思考题与习题思考题与习题单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束教学目标教学目标 1. 总体了解总体了解AT89C51单片机内部结构。单片机内部结构。 2. 熟悉熟悉AT89C51单片机单片机40个引脚

2、及其功能。个引脚及其功能。 3. 熟悉熟悉AT89C51三个不同存储空间配置及地址范三个不同存储空间配置及地址范 围，了解不同存储空间的操作指令和控制信号。围，了解不同存储空间的操作指令和控制信号。 4. 熟悉熟悉AT89C51片内片内RAM低低128B分区结构和作用。分区结构和作用。 5. 了解特殊功能寄存器地址分布范围，理解了解特殊功能寄存器地址分布范围，理解ACC、 B、SP、DPTR的作用和功能，重点掌握的作用和功能，重点掌握PSW结构结构 组成和各位作用。组成和各位作用。 通过本章教学，要求达到以下目标：通过本章教学，要求达到以下目标：单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下

3、一页结结 束束 6. 理解程序计数器理解程序计数器PC的功能。的功能。 7. 了解了解AT89C51 4个个I/O端口结构及工作原理。端口结构及工作原理。 8. 理解在扩展外存储器情况下，理解在扩展外存储器情况下，P0、P2及及 P3口的功能作用。口的功能作用。 9. 了解堆栈指针了解堆栈指针SP及堆栈的作用；及堆栈的作用； 10. 掌握堆栈的设置及使用方式；掌握堆栈的设置及使用方式； 11. 熟悉熟悉AT89C51复位条件、复位电路和复位后复位条件、复位电路和复位后 常用的常用的SFR的状态。的状态。 12. 理解时钟电路组成、时钟和机器周期的概念。理解时钟电路组成、时钟和机器周期的概念。

4、单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束课前预习和复习检测课前预习和复习检测1号题号题2号题号题3号题号题4号题号题5号题号题6号题号题7号题号题8号题号题9号题号题单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束温故知新温故知新检测检测 微机中常用的进制有哪些？微机中常用的进制有哪些？ 各有何特点？各有何特点？1号题号题单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束温故知新温故知新检测检测 什么是什么是BCD码和码和BCD数？数？ BCD数的加减运算有何特点？数的加减运算有何特点？2号题号题单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一

5、页结结 束束温故知新检测温故知新检测 什么是原码、反码和补码？什么是原码、反码和补码？ 3号题号题单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束温故知新温故知新检测检测 4号题号题1101101.1011B =？H单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束温故知新温故知新检测检测5号题号题AT89C51系列单片机内部系列单片机内部包含哪些主要功能部件？包含哪些主要功能部件？ 单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束温故知新温故知新检测检测 程序计数器程序计数器PC的作用是什么？的作用是什么？ 6号题号题单片机原理及应用回目录回目录上一页

6、上一页下一页下一页结结 束束温故知新温故知新检测检测AT89C51的的CPU主要主要由哪几部分组成由哪几部分组成? 7号题号题单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束温故知新温故知新检测检测单片机单片机CPU运算器的核心运算器的核心部件是什么？部件是什么？其主要功能有哪些？其主要功能有哪些？8号题号题单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束温故知新温故知新检测检测AT89C51单片机内部单片机内部有多少字节的有多少字节的RAM和和FlashROM？ 9号题号题单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束2.1 AT89C51单片机的

7、结构单片机的结构 单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束2.1 AT89C51单片机的结构单片机的结构时序和振荡时序和振荡电路电路程序存储程序存储器器 ROM数据存储器数据存储器RAM2个个16位定时位定时/计数器计数器CPU内部内部8位数据总线位数据总线中断中断系统系统并行并行I/OI/O口口 串行串行I/OI/O口口内部中断内部中断外部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD时钟源时钟源外部事件外部事件图图2.1 AT89C51单片机内部结构框图单片机内部结构框图单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束RAMRAM128BRAMRA

8、M地址寄存器地址寄存器P3P3口口P1P1口口P2P2口口P0P0口口锁存器锁存器锁存器锁存器锁存器锁存器锁存器锁存器中断中断定时定时/ /计数器计数器串行口串行口SPSPB BACCACC暂存器暂存器1 1暂存器暂存器2 2PSWPSW指令寄存器指令寄存器IRIR指令译码器指令译码器IDIDDPLDPL缓冲器缓冲器程序计数器程序计数器PCPCPCPC增量器增量器地址寄存器地址寄存器ARAR定时与控制定时与控制4K4KROMROMALUALUDPHDPH图图2.2 AT89C51单片机的内部结构示意单片机的内部结构示意单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 2.1.1

9、中央处理器中央处理器( (CPU) ) CPUCPU是单片机内部的核心部件，是一个是单片机内部的核心部件，是一个8 8位位二进制数的中央处理单元，主要由二进制数的中央处理单元，主要由运算器运算器、控制器控制器和寄存器阵列构成。和寄存器阵列构成。 1. 运算器运算器 运算器用来完成算术运算和逻辑运算功能，运算器用来完成算术运算和逻辑运算功能，它是它是AT89C51AT89C51内部处理各种信息的主要部件。内部处理各种信息的主要部件。运算器主要由算术逻辑单元运算器主要由算术逻辑单元(ALU)(ALU)、累加器、累加器(ACC)(ACC)、暂存寄存器、暂存寄存器(TMP1(TMP1、TMP2)TMP

10、2)和状态寄存和状态寄存器器(PSW)(PSW)组成。组成。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束1. 运算器运算器 (1) 算术逻辑单元算术逻辑单元(ALU)：AT89C51中的中的ALU由加法器和一个布尔处理器组成。由加法器和一个布尔处理器组成。 (2) 累加器累加器(ACC)：用来存放参与算术运算：用来存放参与算术运算和逻辑运算的一个操作数或运算的结果。和逻辑运算的一个操作数或运算的结果。 (3) 暂存寄存器暂存寄存器(TMP1、TMP2)：用来存放：用来存放参与算术运算和逻辑运算的另一个操作数，它参与算术运算和逻辑运算的另一个操作数，它对用户不开放。对用户不开放

11、。 (4) 状态寄存器状态寄存器(PSW)：PSW是一个是一个8位标志位标志寄存器，用来存放寄存器，用来存放ALU操作结果的有关状态。操作结果的有关状态。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束表表2.1 PSW各位定义表各位定义表位编号位编号PSW7PSW6PSW5PSW4PSW3PSW2PSW1PSW0位定义位定义CYCYACF0RS1RS0OVP位地址位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H 进位标志位进位标志位CY：表示累加器：表示累加器A在加减运算过程中其最高位在加减运算过程中其最高位 A7有无有无 进位或借位。进位或借位。 辅助进位位辅助进位位A

12、C：表示累加器：表示累加器A在加减运算时低在加减运算时低4位位(A3)有无向高有无向高4 位位(A4)进位或借位。进位或借位。 用户标志位用户标志位F0：是用户定义的一个状态标志位，根据需要可以用：是用户定义的一个状态标志位，根据需要可以用 软件来使它置位或清除。软件来使它置位或清除。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 1. 运算器运算器 寄存器选择位寄存器选择位RS1RS1、RS0RS0：AT89C51AT89C51共有四共有四组，每组八个工作寄存器组，每组八个工作寄存器R0R0R7R7。编程时。编程时用于存放数据或地址。但每组工作寄存器用于存放数据或地址。但每组

13、工作寄存器在内部在内部RAMRAM中的物理地址不同。中的物理地址不同。RS1RS1和和RS0RS0的的四种状态组合就是用来确定四组工作寄存四种状态组合就是用来确定四组工作寄存器的实际物理地址的。器的实际物理地址的。RS1RS1、RS0RS0状态与工状态与工作寄存器作寄存器R0R0R7R7的物理地址关系如表的物理地址关系如表2.2 2.2 所示。所示。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束表表2.2 工作寄存器组工作寄存器组R0R7的物理地址的物理地址RS1 RS0工作寄存器组号工作寄存器组号R0R1的物理地址的物理地址0 00 11 01 1012300H 07H08H

14、 0FH10H 17H18H 1FH 溢出标志位溢出标志位OV：当执行算术指令时，由硬件自动置位或：当执行算术指令时，由硬件自动置位或 清零，表示累加器清零，表示累加器A的溢出状态。的溢出状态。 奇偶标志位奇偶标志位P：用于指示运算结果中：用于指示运算结果中1的个数的奇偶性，的个数的奇偶性， 若累加器若累加器A中中1的个数为奇数，则的个数为奇数，则P=1；若；若1的个数为偶的个数为偶 数，则数，则P=0。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 2. 控制器控制器 控制器是单片机内部按一定时序协调工控制器是单片机内部按一定时序协调工作的控制核心，是分析和执行指令的部件。作

15、的控制核心，是分析和执行指令的部件。控制器主要由程序计数器控制器主要由程序计数器PC、指令寄存器指令寄存器IR、指令译码器指令译码器ID和和定时控制逻辑电路定时控制逻辑电路等构成。等构成。 程序计数器程序计数器PC是专门用于存放现行指令是专门用于存放现行指令的的16位地址的。位地址的。CPU就是根据就是根据PC中的地址到中的地址到ROM中去读取程序指令码和数据，并送给指中去读取程序指令码和数据，并送给指令寄存器令寄存器IR进行分析。进行分析。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 2. 控控 制制 器器 指令寄存器指令寄存器IR用于存放用于存放CPU根据根据PC地址从地

16、址从ROM中读出的指令操作码。中读出的指令操作码。 指令译码器指令译码器ID是用于分析指令操作的部件，是用于分析指令操作的部件，指令操作码经译码后产生相应于某一特定操作指令操作码经译码后产生相应于某一特定操作的信号。的信号。 定时控制逻辑中定时部件用来产生脉冲序定时控制逻辑中定时部件用来产生脉冲序列和多种节拍脉冲。列和多种节拍脉冲。 单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束3寄存器阵列寄存器阵列 寄存器阵列是单片机内部的临时存储单元寄存器阵列是单片机内部的临时存储单元或固定用途单元，包括通用寄存器组和专用寄或固定用途单元，包括通用寄存器组和专用寄存器组。存器组。 通用寄存

17、器组用来存放过渡性的数据和地通用寄存器组用来存放过渡性的数据和地址，提高址，提高CPU的运行速度。的运行速度。 专用寄存器组主要用来指示当前要执行指专用寄存器组主要用来指示当前要执行指令的内存地址，存放特定的操作数，指示指令令的内存地址，存放特定的操作数，指示指令运行的状态等。运行的状态等。 单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 2.1.2 存储器存储器 AT89C51单片机内部有单片机内部有256个字节的个字节的RAM数据数据存储器和存储器和4KB的闪存程序存储器的闪存程序存储器(Flash)，当不够，当不够使用时，可分别扩展为使用时，可分别扩展为64 KB外部外部

18、RAM存储器和存储器和64 KB外部程序存储器。它们的逻辑空间是分开的，外部程序存储器。它们的逻辑空间是分开的，并有各自的寻址机构和寻址方式。这种结构的单并有各自的寻址机构和寻址方式。这种结构的单片机称为哈佛型结构单片机。片机称为哈佛型结构单片机。 程序存储器程序存储器是可读不可写的，用于存放编好是可读不可写的，用于存放编好的程序和表格常数。的程序和表格常数。 数据存储器是既可读也可写的，用于存放运数据存储器是既可读也可写的，用于存放运算的中间结果，进行数据暂存及数据缓冲等。算的中间结果，进行数据暂存及数据缓冲等。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 AT89C51单

19、片机对外部电路进行控制或单片机对外部电路进行控制或交换信息都是通过交换信息都是通过I/O端口进行的。单片机的端口进行的。单片机的I/O端口分为并行端口分为并行I/O端口和串行端口和串行I/O端口，它端口，它们的结构和作用并不相同。们的结构和作用并不相同。 1并行并行I/O端口端口 AT89C51有有四个四个8位位并行并行I/O端口，分别端口，分别命名为命名为P0口、口、P1口、口、P2口和口和P3口，它们都是口，它们都是 8位准双向口，每次可以并行输入或输出位准双向口，每次可以并行输入或输出8位位二进制信息。二进制信息。 2.1.3 I/O端口端口单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页

20、下一页结结 束束 AT89C51有一个全双工的可编程串行有一个全双工的可编程串行I/O端口，它利用了端口，它利用了P3口的第二功能，即将口的第二功能，即将P3.1引脚作为串行数据的发送线引脚作为串行数据的发送线TXD，将，将P3.0引引脚作为串行数据的接收线脚作为串行数据的接收线RXD。 2串行串行I/OI/O端口端口单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束2.1.4 定时器定时器/ /计数器计数器 AT89C51内部有两个内部有两个16位可编程定时器位可编程定时器/计计数器，简称为定时器数器，简称为定时器0(T0)和定时器和定时器1(T1)，T0和和T1分别由两个分别由

21、两个8位寄存器构成，其中位寄存器构成，其中T0由由TH0(高高8位位)和和TL0(低低8位位)构成，构成，T1由由TH1(高高8位位)和和TL1(低低8位位)构成。构成。TH0、TL0、TH1、TL1都是都是SFR中的特殊功能寄存器。中的特殊功能寄存器。 T0和和T1在在TCON和和TMOD的控制下可工作的控制下可工作在定时器模式或计数器模式下，每种模式下又在定时器模式或计数器模式下，每种模式下又有不同的工作方式。当定时或计数溢出时还可有不同的工作方式。当定时或计数溢出时还可申请中断。详细情况参见第申请中断。详细情况参见第6章。章。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束

22、2.1.5 中断系统中断系统 单片机中的中断是指单片机中的中断是指CPU暂停正在执行的原暂停正在执行的原程序转而为中断源服务程序转而为中断源服务(执行中断服务程序执行中断服务程序)，在执，在执行完中断服务程序后再回到原程序继续执行。中断行完中断服务程序后再回到原程序继续执行。中断系统是指能够处理上述中断过程所需要的部分电路。系统是指能够处理上述中断过程所需要的部分电路。 AT89C51的中断系统由中断源、中断允许控制的中断系统由中断源、中断允许控制器器IE、中断优先级控制器、中断优先级控制器IP、定时器控制器、定时器控制器TCON(中断标志寄存器中断标志寄存器)等构成，等构成，IE、IP、TC

23、ON均为均为SFR特殊功能寄存器特殊功能寄存器(见表见表2.2)。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束2.1.6 内部总线内部总线 总线是用于传送信息的公共途径。总线总线是用于传送信息的公共途径。总线可分为可分为数据总线、数据总线、地址总线地址总线和和控制总线。单控制总线。单片机内的片机内的CPU、存储器、存储器、I/O接口等单元部件接口等单元部件都是通过总线连接到一起的。采用总线结构都是通过总线连接到一起的。采用总线结构可以减少信息传输线的根数，提高系统可靠可以减少信息传输线的根数，提高系统可靠性，增强系统灵活性。性，增强系统灵活性。 AT89C51单片机内部总线是

24、单总线结构，单片机内部总线是单总线结构，即数据总线和地址总线是公用的。即数据总线和地址总线是公用的。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束2.2 AT89C51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能 AT89C51有有40条引脚，与其他条引脚，与其他51系列系列单片机引脚是兼容的。这单片机引脚是兼容的。这40条引脚可分为条引脚可分为I/O端口线、电源线、控制线、外接晶体线端口线、电源线、控制线、外接晶体线四部分。其封装形式有两种：双列直插封装四部分。其封装形式有两种：双列直插封装(DIP)形式和方形封装形式，如图形式和方形封装形式，如图2.2所示。所示。单片机原理及应用回

25、目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束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)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)P2.

26、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)7891011121314151617393837363534333231302918192021222324252627

27、28P1.4P1.3P1.2P1.1(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)图图2.2 AT89C51封装和引脚分配图封装和引脚分配图(a) 双列直插式封装双列直插式封装 (b) 方形封装方形封装2.2 AT89C51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能AT89C51AT89C51单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页

28、结结 束束 1P0口口 P0口有八条端口线，命名为口有八条端口线，命名为P0.0P0.7，其其中中P0.0为为低位低位，P0.7为为高位高位。每条线的结构组。每条线的结构组成如图成如图2.3所示。它由一个输出锁存器，两个三所示。它由一个输出锁存器，两个三态缓冲器，输出驱动电路和输出控制电路组成。态缓冲器，输出驱动电路和输出控制电路组成。P0口是一个口是一个三态双向三态双向I/O口口，它有两种不同的，它有两种不同的功能，用于不同的工作环境。功能，用于不同的工作环境。2.2.1 I/O端口功能端口功能单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束DCLQQP0.X锁存器MUXT2T

29、1VCC控制地址/数据读锁存器内部总线写锁存器读引脚P0.X图图2.3 P0口位结构图口位结构图1P0口口单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 P1口有八条端口线，命名为口有八条端口线，命名为P1.0P1.7，每条线的结构组成如图每条线的结构组成如图2.4所示。所示。P1口是一个口是一个准双向口，只作普通的准双向口，只作普通的I/O口使用，其功能与口使用，其功能与P0口的第一功能相同。作输出口使用时，由于口的第一功能相同。作输出口使用时，由于其内部有上拉电阻，所以不需外接上拉电阻；其内部有上拉电阻，所以不需外接上拉电阻；作输入口使用时，必须先向锁存器写入作输入口使用时

30、，必须先向锁存器写入“1”，使场效应管使场效应管T截止，然后才能读取数据。截止，然后才能读取数据。2. P1口口单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束DCLQQP1.X锁存器读锁存器内部总线写锁存器读引脚VCCP1.XT图图2. 4 P1口位结构图口位结构图2. P1口口单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 P2P2口有八条端口线，命名为口有八条端口线，命名为P2.0P2.0P2.7P2.7，每条线的结构如图每条线的结构如图2.52.5所示。所示。P2P2口也是一个准口也是一个准双向口，它有两种使用功能：一种是当系统不双向口，它有两种使用功能：

31、一种是当系统不扩展外部存储器时，作普通扩展外部存储器时，作普通I/OI/O口使用，其功口使用，其功能和原理与能和原理与P0P0口第一功能相同，只是作为输出口第一功能相同，只是作为输出口时不需外接上拉电阻；另一种是当系统外扩口时不需外接上拉电阻；另一种是当系统外扩存储器时，存储器时，P2P2口作系统扩展的地址总线口使用，口作系统扩展的地址总线口使用，输出高输出高8 8位的地址位的地址A A7 7A A1515，与，与P0P0口第二功能输口第二功能输出的低出的低8 8位地址相配合，共同访问外部程序或位地址相配合，共同访问外部程序或数据存储器数据存储器(64 KB)(64 KB)，但它只确定地址并不

32、能，但它只确定地址并不能像像P0P0口那样还可以传送存储器的读写数据。口那样还可以传送存储器的读写数据。3. P2口口单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束DCLQQP2.X锁存器MUXTVCC控制内部上拉电阻读锁存器内部总线写锁存器读引脚P2.X地址图图2.5 P2口位结构图口位结构图3. P2口单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 P3口有八条端口线，命名为口有八条端口线，命名为P3.0P3.7，每条线的结构如图每条线的结构如图2.6所示。所示。P3口是一个多用口是一个多用途的准双向口。第一功能是作普通途的准双向口。第一功能是作普通I/O口

33、使用，口使用，其功能和原理与其功能和原理与P1口相同。第二功能是作控制口相同。第二功能是作控制和特殊功能口使用，这时八条端口线所定义的和特殊功能口使用，这时八条端口线所定义的功能各不相同，如表功能各不相同，如表2.3所示。所示。4. P3口口单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束DCLQQP3.X锁存器读锁存器内部总线写锁存器读引脚VCCP3.XT内部上拉电阻第二输出功能第二输入功能图图2.6 P3口位结构图口位结构图4. P3口口单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束表表2.3 P3口各位的第二功能口各位的第二功能引脚引脚第二功能第二功能功功

34、能能 说说 明明 P3.0RXD串行数据输入端串行数据输入端 P3.1TXD串行数据输出端串行数据输出端 P3.2INT0外部中断外部中断0中断请求信号输入端中断请求信号输入端P3.3INT1外部中断外部中断1中断请求信号输入端中断请求信号输入端P3.4T0定时定时/计数器计数器0外部计数脉冲输入端外部计数脉冲输入端P3.5T1定时定时/计数器计数器1外部计数脉冲输入端外部计数脉冲输入端P3.6WR片外片外RAM写选通信号输出端写选通信号输出端 P3.7RD片外片外RAM读选通信号输出端读选通信号输出端 单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 在单片机中，口是一个集数据

35、输入缓冲、在单片机中，口是一个集数据输入缓冲、数据输出驱动及锁存等多项功能于一体的数据输出驱动及锁存等多项功能于一体的I/O电路。电路。AT89C51的的4个口在电路结构上基本相个口在电路结构上基本相同，同， P0P3口都可作为普通口都可作为普通I/O口来使用。但口来使用。但又各具特点，因此在功能和使用上各口之间有又各具特点，因此在功能和使用上各口之间有一定的差异。各口用作输入时，均须先写入一定的差异。各口用作输入时，均须先写入“1”；P0口用作输出时，应外接上拉电阻。口用作输出时，应外接上拉电阻。5I/O口的读写口的读写单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 (1)(

36、1) VCC：+5 V电源线。电源线。 (2)(2) VSS：接地线。：接地线。2.2.2 电源线电源线 2.2.3 外接晶体引脚外接晶体引脚 (1)(1) XTAL1：片内振荡器反相放大器的片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。引脚。 (2)(2) XTAL2：片内振荡器反相放大器的输片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。采用外部振荡器时，该引脚悬空。采用外部振荡器时，该引脚悬空

37、。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 AT89C51单片机的控制线有如下几种：单片机的控制线有如下几种： (1)(1) RST：复位输入端，高电平有效。：复位输入端，高电平有效。 (2)(2) ALE/ ：地址锁存允许：地址锁存允许/编程线。编程线。 (3)(3) ：外部程序存储器的读选通线。：外部程序存储器的读选通线。 (4)(4) /VPP：片外：片外ROM允许访问端允许访问端/编编 程电源端。程电源端。 PROGPSENEA2.2.4 控制线控制线单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束2.3 AT89C51存储器存储器 AT89C51单

38、片机存储器结构采用哈佛单片机存储器结构采用哈佛型结构，即将型结构，即将程序存储器程序存储器(ROM)和和数据存储数据存储器器(RAM)分开，它们有各自独立的存储空间、分开，它们有各自独立的存储空间、寻址机构和寻址方式。其典型结构如图寻址机构和寻址方式。其典型结构如图2.7所示。所示。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束图图2.7 AT89C51存储器结构图存储器结构图(a) 程序存储器地址分配；程序存储器地址分配；(b) 数据存储器地址分配数据存储器地址分配FFFFHFFFFH1000H1000H外部外部ROM0000H0000H内部内部ROMEA=1EA=1外部外部

39、ROMEA=0EA=0工作工作寄存器寄存器区区 位寻位寻 址区址区 数据数据 缓冲区缓冲区00H00H20H20H30H30H80H80H 外部外部 RAM0000H0000HFFFFHFFFFH0FFFH0FFFHSFRFFHFFH2.3 AT89C51存储器存储器单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 AT89C51程序存储器有片内和片外之分。程序存储器有片内和片外之分。片内有片内有4 KB字节的字节的Flash程序存储器，地址范程序存储器，地址范围为围为0000H0FFFH。当不够使用时，可以扩当不够使用时，可以扩展片外程序存储器，因程序计数器展片外程序存储器，因

40、程序计数器PC和程序和程序地址指针地址指针DPTR都是都是16位位，片外程序存储器扩，片外程序存储器扩展的最大空间是展的最大空间是64 KB，地址范围为地址范围为0000HFFFFH。 2.3.1 程序存储器程序存储器单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 AT89C51数据存储器也有片内和片外之分。数据存储器也有片内和片外之分。片内有片内有256个字节个字节RAM，地址范围为，地址范围为00HFFH。按功能又可分为两部分；。按功能又可分为两部分；低低128字节字节（地址为（地址为00H7FH）为一般）为一般RAM区，区，高高128字节（地址为字节（地址为80HFFH）

41、为特殊功能寄存器）为特殊功能寄存器(SFR)区。片外数据存储器可扩展区。片外数据存储器可扩展64 KB存储空存储空间，地址范围为间，地址范围为0000HFFFFH，但两者的地，但两者的地址空间是分开的，各自独立的，结构分配如图址空间是分开的，各自独立的，结构分配如图2.7(b)所示。所示。 2.3.2 数据存储器数据存储器单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 AT89C51单片机片内数据存储器可分为单片机片内数据存储器可分为 两部分：两部分： 00H7FH单元空间的单元空间的128字节为字节为RAM区；区； 0HFFH单元空间的单元空间的128字节为专用寄存器字节为专

42、用寄存器 (SFR)区。两部分的地址空间是连续的。区。两部分的地址空间是连续的。 (1) 片内片内RAM区：共区：共128字节，它又可划分字节，它又可划分为通用寄存器区、位寻址区、普通为通用寄存器区、位寻址区、普通RAM区，区，如表如表2.4所示。所示。1. 片内数据存储器片内数据存储器单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束7FH 30H2FH7F7E7D7C7B7A7978 2EH7776757473727170 2DH6F6E6D6C6B6A6968 2CH6766656463626160 2BH5F5E5D5C5B5A5958 2AH575655545352515

43、0 29H4F4E4D4C4B4A4948 28H474645444342414027H3F3E3D3C3B3A3938 26H373635343332313025H2F2E2D2C2B2A2928 24H2726252423222120 23H1F1E1D1C1B1A1918 22H1716151413121110 21H0F0E0D0C0B0A0908 20H0706050403020100 1FH3 3组组 18H 17H2 2组组 10H0FH1 1组组 08H 07H 0 0组组 00H 表表2.4 AT89C51片内数据存储器片内数据存储器位寻址区位寻址区通用寄存器区通用寄存器区单

44、片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 通用寄存器区：通用寄存器区：00H1FH这这32个单元为通个单元为通用寄存器区，分为四组，每组占八个用寄存器区，分为四组，每组占八个 RAM单元，单元，地址由小到大分别用代号地址由小到大分别用代号R0R7表示。通过设表示。通过设置程序状态字置程序状态字PSW中的中的RS1、RS0状态来决定哪状态来决定哪一组寄存器工作，如表一组寄存器工作，如表2.2所示。所示。 位寻址区：位寻址区：20H2FH这这16个单元为位寻址区。个单元为位寻址区。它有双重寻址功能，既可以按位寻址操作，也它有双重寻址功能，既可以按位寻址操作，也可以普通可以普通R

45、AM单元那样按字节寻址操作。单元那样按字节寻址操作。 (1) (1) 片内片内RAM区区单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 普通普通RAM区：区： 30H7FH这这80个单元为普通个单元为普通RAM区。用于区。用于 存放用户数据，存放用户数据，只能按字节存取。只能按字节存取。 堆栈区：堆栈区： 堆栈是片内堆栈是片内RAM中的特殊群体。用来暂时存中的特殊群体。用来暂时存 放诸如子程序端口地址、中断端口地址以及放诸如子程序端口地址、中断端口地址以及 其它需要保护的数据。其它需要保护的数据。 (1) (1) 片内片内RAM区区单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页

46、下一页结结 束束图图2.8 堆栈结构图堆栈结构图栈顶栈顶栈底（可用软件设置）栈底（可用软件设置）35H34H33H32H31H30H堆栈指针（堆栈指针（SP）单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 片内片内80HFFH区间，区间，AT89C51集合了一些集合了一些特殊用途的寄存器，一般称之为特殊功能寄存特殊用途的寄存器，一般称之为特殊功能寄存器（器（SFR）。）。 AT89C51单片机共有单片机共有21个个SFR，每个每个SFR占一个占一个RAM单元。它们离散地分布在单元。它们离散地分布在80HFFH地址范围内，如表地址范围内，如表2.5所示。所示。(2) (2) 专用

47、寄存器区专用寄存器区单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束表表2.5 AT89C51特殊功能寄存器一览表特殊功能寄存器一览表SFR符号符号地址地址复位值复位值功能名称功能名称*ACC0E0H00000000B 累加器累加器*B0F0H00000000B B寄存器寄存器*PSW0D0H00000000B 程序状态字程序状态字SP81H00000111B 堆栈指针堆栈指针DPL82H00000000B 数据寄存器指针（低数据寄存器指针（低8位）位）DPH83H00000000B 数据寄存器指针（高数据寄存器指针（高8位）位）*P080H11111111B P0口锁存器口锁存

48、器*P190H11111111B P1口锁存器口锁存器*P20A0H11111111B P2口锁存器口锁存器*P30B0H11111111B P3口锁存器口锁存器*IP0B8HXXX00000B 中断优先级控制寄存器中断优先级控制寄存器单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束表表2.5 AT89C51特殊功能寄存器一览表（续）特殊功能寄存器一览表（续）SFR符号符号地址地址复位值复位值功能名称功能名称*IE0A8HXXX00000H中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器TMOD89H000000000B定时定时/计数器方式控制寄存器计数器方式控制寄存器*TCON88H000

49、00000B定时定时/计数器控制寄存器计数器控制寄存器TH08CH00000000B定时定时/计数器计数器0高字节高字节TL08AH00000000B定时定时/计数器计数器0低字节低字节TH18DH00000000B定时定时/计数器计数器1高字节高字节TL18BH00000000B定时定时/计数器计数器1低字节低字节*SCON98H00000000B串行控制寄存器串行控制寄存器SBUF99H不定不定串行数据缓冲器串行数据缓冲器PCON87H0XXX0000B电源控制寄存器电源控制寄存器单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 没有被没有被SFR占据的地址占据的地址可能在片

50、内并不可能在片内并不存在存在。对这些地址读出时，通常会得到随机的。对这些地址读出时，通常会得到随机的数据，而写入时将会有不确定的效应，因此软数据，而写入时将会有不确定的效应，因此软件设计时不要使用这些单元。特殊功能寄存器件设计时不要使用这些单元。特殊功能寄存器通常用寄存器寻址，但也可以用直接寻址方式通常用寄存器寻址，但也可以用直接寻址方式进行字节访问。其中进行字节访问。其中11个寄存器还可进行位寻个寄存器还可进行位寻址（表址（表2.5中带中带*号的寄存器）操作，其位地址号的寄存器）操作，其位地址的分配如表的分配如表2.6所示。所示。(2) (2) 专用寄存器区专用寄存器区单片机原理及应用回目录

51、回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束表表2.6 SFR中的位地址分配中的位地址分配寄存器寄存器符号符号位地址位地址字节字节地址地址D7D6D5D4D3D2D1D0BF7F6F5F4F3F2F1F0F0HACCE7E6E5E4E3E2E1E0E0HPSWD7D6D5D4D3D2D1D0D0HIP BCBBBAB9B8B8HP3B7B6B5B4B3B2B1B0B0HIEAF ACABAAA9A8A8HP2A7A6A5A4A3A2A1A0A0HSCON9F9E9D9C9B9A999898HP1979695949392919090HTCON8F8E8D8C8B8A898888HP087868584

52、8382818080H单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 AT89C51单片机可扩展片外单片机可扩展片外64 KB空间空间的数据存储器，地址范围为的数据存储器，地址范围为0000HFFFFH，它与程序存储器的地址空间是重合的，但两它与程序存储器的地址空间是重合的，但两者的寻址指令和控制线不同。如表者的寻址指令和控制线不同。如表2.7所示。所示。 2片外数据存储器片外数据存储器存储器类别存储器类别访问指令访问指令控制线控制线 ROM MOVC PSEN片外片外RAM MOVX WR、 RD表表2.7 存储器的存储器的访问指令及控制线访问指令及控制线单片机原理及应用回目

53、录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束2.4 AT89C51单片机工作方式单片机工作方式 2.4.1 复位方式复位方式 单片机在开机时或在工作中因干扰而单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控或工作中程序处于某种死循环状使程序失控或工作中程序处于某种死循环状态等情况下都需要复位。复位的作用是使中态等情况下都需要复位。复位的作用是使中央处理器央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 1.复位原理复位原理： AT89C51单片

54、机的复位靠外部电路实现，单片机的复位靠外部电路实现，信号由信号由RESET(RST)引脚输入，高电平有效，引脚输入，高电平有效，在振荡器工作时，只要保持在振荡器工作时，只要保持RST引脚高电平两引脚高电平两个机器周期，单片机即复位。复位后，个机器周期，单片机即复位。复位后，PC程程序计数器的内容为序计数器的内容为0000H，其他特殊功能寄存，其他特殊功能寄存器的复位状态如表器的复位状态如表2.5所示。片内所示。片内RAM中内容中内容不变。不变。 2. 常用复位电路：常用复位电路： 一般有上电复位、手动开关复位和自动复一般有上电复位、手动开关复位和自动复位电路三种，如图位电路三种，如图2.9所示

55、。所示。 2.4.1 复位方式复位方式单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束VCCRSTVSS89C515 VC10 FR8.2 kVCCRSTVSS89C515 VC10 FR8.2 kVCCRSTP1.089C515 VWDIMAX750WDOPESET10 k10 F12(a )(b )(c )1 k89C51图图2.9 单片机复位电路图单片机复位电路图(a) 上电复位电路；上电复位电路；(b) 手动复位电路；手动复位电路；(c) 自动复位电路自动复位电路2. 常用复位电路常用复位电路单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 程序执行方式是单

56、片机的基本工作方式，即执行程序执行方式是单片机的基本工作方式，即执行用户编写好并存放在用户编写好并存放在ROM中的程序。中的程序。2.4.2 程序执行方式程序执行方式 2.4.3 省电方式省电方式 AT89系列单片机有两种省电运行方式，即空闲系列单片机有两种省电运行方式，即空闲方式和掉电方式。省电方式可使单片机功耗最小。方式和掉电方式。省电方式可使单片机功耗最小。 单片机正常工作时消耗单片机正常工作时消耗1020 mA电流，空闲方电流，空闲方式工作时消耗式工作时消耗1.75 mA电流，掉电方式工作时消耗电流，掉电方式工作时消耗550 A电流。电流。 在空闲和掉电方式下，单片机内部硬件控制电路在

57、空闲和掉电方式下，单片机内部硬件控制电路如图如图2.10所示所示。 单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束时钟发生器OSCXTAL2XTAL1中断、串行口定时器CPUPDIDL图图2.10 空闲和掉电方式内部电路图空闲和掉电方式内部电路图单片机省电方式下内部控制电路单片机省电方式下内部控制电路单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 2.5 AT89C51时钟电路与时序时钟电路与时序 2.5.1 振荡器与时钟电路振荡器与时钟电路 单片机内各部件之间有条不紊的协调工作，单片机内各部件之间有条不紊的协调工作，其控制信号是在一种基本节拍的指挥下按一定其控

58、制信号是在一种基本节拍的指挥下按一定时间顺序发出的，这些控制信号在时间上的相时间顺序发出的，这些控制信号在时间上的相互关系就是互关系就是CPU时序。而产生这种基本节拍的时序。而产生这种基本节拍的电路就是振荡器和时钟电路。电路就是振荡器和时钟电路。 AT89C51单片机内部有一个用于构成振荡器单片机内部有一个用于构成振荡器的单级反相放大器，如图的单级反相放大器，如图2.11所示。所示。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束内部时钟电路VCCQ2RfQ3Q4GNDXTAL2Q1D1D2R1XTAL1PD图图2.11 AT89C51内部振荡器电路图内部振荡器电路图AT89C5

59、1内部振荡器电路内部振荡器电路单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束 引脚引脚XTAL1为为反相器输入端反相器输入端，XTAL2为为反相器输出端。反相器输出端。当在放大器两个引脚上外接一当在放大器两个引脚上外接一个晶体个晶体(或陶瓷振荡器或陶瓷振荡器)和电容组成的并联谐振和电容组成的并联谐振电路作为反馈元件时，便构成一个自激振荡器，电路作为反馈元件时，便构成一个自激振荡器，如图如图2.12所示所示。 AT89C51内部振荡器电路内部振荡器电路 单片机也可采用外部振荡器向内部时钟电路单片机也可采用外部振荡器向内部时钟电路输入一固定频率的时钟源信号。此时，外部信输入一固定频

60、率的时钟源信号。此时，外部信号接至号接至XTAL1端，输入给内部时钟电路，而端，输入给内部时钟电路，而XTAL2端浮空即可，如图端浮空即可，如图2.13所示。所示。单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束内部时钟电路GNDXTAL1R1RfVCCC1C2XTAL2石英晶体或陶瓷振荡器(外部)PD图图2.12 内部振荡器等效电路图内部振荡器等效电路图反相器输入端反相器输入端反相器输出端反相器输出端AT89C51内部振荡器电路内部振荡器电路单片机原理及应用回目录回目录上一页上一页下一页下一页结结 束束AT89C51XTAL2XTAL1GND1NC外部振荡器信号图图2.13 外