单片机应用项目化教程 教案 AT89C51技术手册

单片机应用技术课程知识导学AT89C51单片机技术手册AT89C51描述 AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）。和128字节的存取数据存储器（RAM），这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与MCS-51系列的单片机兼容。片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C51单片机能够被应用到控制领域中。功能特性AT89C51提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/O口，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外，AT89C51还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。引脚描述VCC：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。P0口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。P1口：P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。P2口：P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个运行期间不变。闪烁编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一组带有内部电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲故可驱动4个TTL电路。对P3口写如“1”时，它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时，被外部拉低的P3口将用电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：端口引脚第二功能P3.0RXDP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP3.7RDP3口还接收一些用于闪烁存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当震荡器工作时，RET引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。ALE/：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的1/16输出固定的正脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲。如果必要，可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。这个位置后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用。此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号不出现。EA/VPP：外部访问允许。欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平。需要注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平，CPU则执行内部程序存储器中的指令。闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1：震荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：震荡器反相放大器的输出端。时钟震荡器AT89C51中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自然震荡器。外接石英晶体及电容C1，C2接在放大器的反馈回路中构成并联震荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF±10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF±10PF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。图1内部振荡电路图2外部振荡电路闲散节电模式AT89C51有两种可用软件编程的省电模式，它们是闲散模式和掉电工作模式。这两种方式是控制专用寄存器PCON中的PD和IDL位来实现的。PD是掉电模式，当PD=1时，激活掉电工作模式，单片机进入掉电工作状态。IDL是闲散等待方式，当IDL=1，激活闲散工作状态，单片机进入睡眠状态。如需要同时进入两种工作模式，即PD和IDL同时为1，则先激活掉电模式。在闲散工作模式状态，中央处理器CPU保持睡眠状态，而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，片内随机存取数据存储器和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。闲散模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。终止闲散工作模式的方法有两种，一是任何一条被允许中断的事件被激活，IDL被硬件清除，即刻终止闲散工作模式。程序会首先影响中断，进入中断服务程序，执行完中断服务程序，并紧随RETI指令后，下一条要执行的指令就是使单片机进入闲散工作模式，那条指令后面的一条指令。二是通过硬件复位也可将闲散工作模式终止。需要注意的是：当由硬件复位来终止闲散工作模式时，中央处理器CPU通常是从激活空闲模式那条指令的下一条开始继续执行程序的，要完成内部复位操作，硬件复位脉冲要保持两个机器周期有效，在这种情况下，内部禁止中央处理器CPU访问片内RAM，而允许访问其他端口，为了避免可能对端口产生的意外写入：激活闲散模式的那条指令后面的一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令。掉电模式在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器的内容在中指掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将从新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容，在VCC恢复到正常工作电平前，复位应无效切必须保持一定时间以使振荡器从新启动并稳定工作。闲散和掉电模式外部引脚状态。模式程序存储器ALEP0P1P2P3闲散模式内部11数据数据数据数据闲散模式内部11浮空数据地址数据掉电模式外部00数据数据数据数据掉电模式外部00数据数据数据数据程序存储器的加密AT89C51可使用对芯片上的三个加密位LB1，LB2，LB3进行编程（P）或不编程（U）得到如下表所示的功能：程序加密位保护类型1UUU没有程序保护功能2PUU禁止从外部程序存储器中执行MOVC指令读取内部程序存储器的内容3PPU除上表功能外，还禁止程序校验4PPP除以上功能外，同时禁止外部执行当LB1被编程时，在复位期间，EA端的电平被锁存，如果单片机上电后一直没有复位，锁存起来的初始值是一个不确定数，这个不确定数会一直保存到真正复位位置。为了使单片机正常工作，被锁存的EA电平与这个引脚当前辑电平一致。机密位只能通过整片擦除的方法清除。目前，单片机已渗透到我们的生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹，它“如影随形”是我们身边“最熟悉的陌生人”。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通信与数据传输，工业自动化过程的摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具，电子宠物等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，认识单片机、学习单片机、掌握单片机的开发与应用是电子信息过程、自动控制等专业领域工程技术人员必备的知识。什么是计算机？计算机（computer）是一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可进行逻辑计算，还具有记忆功能，是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代智能电子设备。计算机有硬件系统和软件系统组成。硬件系统是借助电、磁、光、机械等原理构成的各种物理部件的有机组合，是计算机赖以工作的实体；软件系统是各种程序和文件，用于指挥全系统按指定的要求进行工作。计算机硬件系统和软件系统缺一不可。计算机发展：随着电子技术、控制理论是发展，计算机系统向两个方向发展，即:一方面想着高速度、通用化、大型化发展。例如我国研制的银河系统巨型机。另一方面想着微型化、专业化方向发展。例如日常使用的个人计算机、单片机。计算机分类：1、按照信息和数据的处理方式可分为数字计算机和模拟计算机。数字计算机：是用不连续的数字量，即“0”和“1”来表示各种信息，基本运算部件是数字逻辑电路。数字计算机的精度高、存储量大、通用性强，能够胜任科学计算、信息处理、实时控制、智能模拟等方面的工作。模拟计算机：是用连续变化的模拟量，即电压表示信息，基本运算部件是放大器构成的微分器、积分器等运算电路。模拟电子计算机解题速度快、但精度不高、信息不易存储、通用性差。模拟混合计算机：是综合数字模拟两种计算机的长处设计，既处理数字量，又处理模拟量。结构复杂。2、按照规模和处理能力可分为:巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。其中微型机发展最快。3、按照应用领域可分为专用计算机和通用计算机两类。微型计算机组成及工作原理计算机历经电子管数字机（1958-1964）。集成电路数字机（1964-1970）和大规模集成电路机（1970-今）四代的发展。1971年美国硅谷诞生了第一台微处理器芯片，开创了微型计算机时代，成为了计算机领域的重要分支之一。微型计算机不但具有计算速度快、精确、程序控制等特点，而且体积小、功耗低、价格便宜。被广泛应用于社会生产、生活中。1、硬件系统微型计算机硬件系统通常由运算器、控制器、存储器、输入输出接口和外围设备等组成。运算器和控制器够成中央处理单元（CPU），是整个微机的核心。存储器分为程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM），是用来存放程序和数据的存储空间。输出输入接口（I/O）是连接外围设备的通道和桥梁。外围设备是微型机采集数据和被控制的对象。微型计算机通过内部总线将CPU、存储器、I/O口和外设连接在一起，形成微型计算机系统。2、软件系统微型计算机所使用的各种程序的总称，称为软件系统。通常分为系统软件和应用软件两大类。①系统软件系统软件是指控制和协调计算机及外设，支持应用如何开发和运行的系统。是无需用户干预的各种程序的集合。例如：Windows7软件。系统软件主要功能是调度计算机、监督和维护计算机系统；负责管理计算机系统中各种独立硬件，使它们可以协调工作。系统软件主要分为：操作系统（OS）；程序设计语言（机器语言、汇编语言和高级语言）；语言处理程序（汇编和编译）；数据库管理程序以及系统辅助处理程序等。②应用软件应用软件是用户可使用的各种程序设计语言，以及各种程序设计语言编写的应用程序集合。3、微型计算机的工作原理1946年，美籍匈牙利数学家冯•诺依曼提出“存储程序和程序控制”的计算机基本工作原理。称为“存储程序控制”原理。时至今日，尽管计算机软、硬技术的飞速发展，但计算机本身的体系结构并没有明显的突破，当今的计算机仍属于冯•诺依曼架构。该原理的主要内容是:①计算机硬件设备由运算器（ALU）、控制器（CPU）、存储器（ROM+RAM）、输入设备和输出设备五部分组成；②采用二进制形式表示各种指令及数据；③存储程序思想：把计算过程描述为由许多命令按照一定顺序组成的程序，并预先存放在存储器中，计算机在工作的时候能够高速地从存储器中取出指令，并加以执行；最后将结果输出。微型计算机的工作过程：1、将程序和数据通过输入设备送入存储器（ROM）；2、计算机启动后（上电），自动从存储器中取出程序指令（或数据）送到控制器去识别，分析该指令要做事的内容；3、控制器根据指令的含义发出相应的命令，将存储单元中存放的操作数取出送往运算器进行运算，再把运算结果反送回存储器指定的单元中；4、当运算任务完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出。单片微型计算机（Microcontrouers）1、定义：单片微型计算机（Single-ChipMicrocomputer），又称单片机或者微控制器（MCU）是将微型计算机的基本部分微型化的集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、存储器（ROM+RAM），多种输入输出接口（I/O）以及中断系统、定时/计数器、A/D转换等外围电路集成到一块硅片上构成一个小而完善的计算机系统。由于单片机的重要应用领域为智能化电子产品，一般需要将其嵌入仪器设备内，故单片机单片机又称为嵌入式微控制器（EembeddedMicrontroller）。单片机特别适合控制领域，故又称微控制器（MicroControlUnit）。中文“单片机”的称呼是由英文名称“Single-