第2章AT89C51单片机单片机的硬件结构.ppt
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1、 第第2 2章章 AT89C51AT89C51单片机单片机的硬件结构单片机单片机的硬件结构2.1 AT89C512.1 AT89C51单片机的硬件组成单片机的硬件组成片内硬件结构片内硬件结构如图如图2-1所示所示:片内功能部件如下:片内功能部件如下:(1)微处理器()微处理器(CPU););(2)数据存储器()数据存储器(RAM););(3)程序存储器()程序存储器(4KB Flash ROM););(4)4个个8位可编程并行位可编程并行I/O口(口(P0口、口、P1口、口、P2口、口、P3口);口);(5)1个全双工串行口;个全双工串行口;(6)2个个16位定时器位定时器/计数器;计数器;(
2、7)中断系统;)中断系统;(8)特殊功能寄存器()特殊功能寄存器(SFR)。)。图图2-12-1上述各功能部件上述各功能部件通过片内单一总线连接而成通过片内单一总线连接而成(见图(见图2-12-1),),其其基本结构基本结构依旧是依旧是CPU CPU 加上外围芯片的加上外围芯片的传统微型计算机结构模传统微型计算机结构模式。式。CPUCPU对各种功能部件的控制是对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器采用特殊功能寄存器(Special Special Function RegisterFunction Register,SFRSFR)的)的集中控制方式集中控制方式。对对图图2-12-1所示的片内
3、各部件做一简单介绍:所示的片内各部件做一简单介绍:1.CPU1.CPU(微处理器)(微处理器)包括了包括了运算器运算器和和控制器控制器两大部分,只是两大部分,只是增加了面向控制的位处增加了面向控制的位处理理功能。功能。2.2.数据存储器(数据存储器(RAMRAM)片内为片内为128128个字节(个字节(5252子系列的为子系列的为256256个字节)个字节)3.3.程序存储器(程序存储器(ROM/EPROMROM/EPROM)8031:8031:无此部件;无此部件;8051:8051:4K4K字节字节ROMROM;8751:8751:4K4K字节字节EPROM EPROM;89C51/89C5
4、2/89C55:89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 4K/8K/20K 字节闪存字节闪存。4.4.中断系统中断系统5.5.定时器定时器/计数器计数器6.6.串行口串行口 1 1个个全双工全双工的异步串行口,具有的异步串行口,具有四种四种工作方式工作方式。7.7.4 4个个并行并行8 8位位I/OI/O口口 P1P1口、口、P2P2口、口、P3P3口、口、P0P0口口8.8.特殊功能寄存器(特殊功能寄存器(SFRSFR)共有共有2121个个,是一个具有特殊功能的,是一个具有特殊功能的RAMRAM区。区。实际上是片内各个实际上是片内各个功能部件的控制寄存器和状态寄存器功能部件的
5、控制寄存器和状态寄存器 。映射在映射在片内片内RAMRAM区区80H80HFFHFFH的区间内。的区间内。2.2 AT89C512.2 AT89C51单片机的引脚介绍单片机的引脚介绍 4040只引脚只引脚双列直插封装双列直插封装(DIPDIP)。)。图图2-22-24040只引脚只引脚按功能分为按功能分为3 3类类:(1 1)电源及时钟引脚)电源及时钟引脚:VccVcc、VssVss;XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL2。(2 2)控制引脚:控制引脚:PSEN*PSEN*、EA*EA*、ALEALE、RESET RESET(即(即RSTRST)。)。(3 3)I/OI/O口口引引脚脚:P
6、0P0、P1P1、P2P2、P3P3,为为4 4个个8 8位位I/OI/O口口的的外外部部引引脚。脚。2.2.1 2.2.1 电源及时钟引脚电源及时钟引脚 1 1电源引脚电源引脚 (1 1)VccVcc(4040脚)脚):+5V+5V电源;电源;(2 2)VssVss(2020脚)脚):接地。:接地。2 2时钟引脚时钟引脚 (1 1)XTAL1XTAL1(1919脚脚):接接外外部部晶晶体体,如如果果采采用用外外接接振振荡荡器器时时,振荡器的输出振荡器的输出应接到此引脚上。应接到此引脚上。(2 2)XTAL2XTAL2(1818脚)脚):接外部晶体的另一端或采用外接振荡器:接外部晶体的另一端或
7、采用外接振荡器时悬空。时悬空。2.2.2 2.2.2 控制引脚控制引脚 提供控制信号,有的引脚还具有提供控制信号,有的引脚还具有复用复用功能。功能。(1)RST/VPD(9(1)RST/VPD(9脚脚):复位与备用电源。:复位与备用电源。(2)EA(2)EA*/VPP(EnableVPP(Enable Address/Voltage Pulse of Address/Voltage Pulse of ProgRamProgRam-inging,3131脚脚)EA EA*:为内外程序存储器选择控制端为内外程序存储器选择控制端。EAEA*=1=1,访问访问片内程序存储器片内程序存储器,但在,但在P
8、CPC(程序计数器)值(程序计数器)值超超 过过0FFFH0FFFH(对对于于80518051、87518751)时时,即即超超出出片片内内程程序序存存储储器器的的4K4K字字节地址范围节地址范围时,将自动转向执行外部程序存储器内的程序。时,将自动转向执行外部程序存储器内的程序。EAEA*=0=0,单片机则单片机则只访问只访问外部外部程序存储器程序存储器。VPPVPP:本本引引脚脚的的第第二二功功能能。用用于于施施加加编编程程电电压压(例例如如+21V+21V或或+12V+12V)。对)。对AT89C51AT89C51,加在,加在VPPVPP脚的脚的编程电压编程电压为为+12V+12V或或+5
9、V+5V。(3)ALE/PROG(3)ALE/PROG*(3030脚):脚):第一功能第一功能:ALEALE为地址锁存允许,可驱动为地址锁存允许,可驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。第二功能第二功能:PROGPROG*为编程脉冲输入端。为编程脉冲输入端。此外,单片机在运行时,此外,单片机在运行时,ALEALE端一直有正脉冲信号输出,此频率端一直有正脉冲信号输出,此频率为时钟振荡器频率为时钟振荡器频率f foscosc的的1/61/6。该正脉冲信号可以作时钟源或定时信号使用。该正脉冲信号可以作时钟源或定时信号使用。注意注意:每当每当AT89C51AT89C51单片机访问外部单片机
10、访问外部RAMRAM时(即执行时(即执行MOVXMOVX类指令时),要类指令时),要丢失丢失1 1个个ALEALE脉冲。因此,严格来说,脉冲。因此,严格来说,ALEALE还不宜作为精确的还不宜作为精确的时钟源或定时信号。时钟源或定时信号。PROG*PROG*为该引脚的第二功能,在对片内为该引脚的第二功能,在对片内FlashFlash存储器编程时,此存储器编程时,此引脚作为编程脉冲输入端。引脚作为编程脉冲输入端。(4)PSEN(4)PSEN*(2929脚):脚):外部程序存储器的外部程序存储器的读选通读选通信号。在单片信号。在单片机读外部程序存储器时,此引脚输出脉冲的负跳沿作为读外机读外部程序存
11、储器时,此引脚输出脉冲的负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。部程序存储器的选通信号。2.2.3 2.2.3 并行并行I/OI/O口引脚口引脚(1)(1)P0P0口口:当当89C5189C51扩展外部存储器及扩展外部存储器及I/OI/O接口芯片时,接口芯片时,P0P0口口作为作为地址总线(低地址总线(低8 8位)位)及数据总线的分时复用端口。为及数据总线的分时复用端口。为双双向向I/OI/O口。口。也可作为也可作为通用的通用的I/OI/O口口使用,但需加上拉电阻,这时为使用,但需加上拉电阻,这时为准双向准双向口口。当作为普通的。当作为普通的I/OI/O输入时,应先向端口的输出锁存器写输入时,应
12、先向端口的输出锁存器写入入1 1。P0P0口可驱动口可驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(2)(2)P1P1口口:8 8位位准双向准双向I/OI/O口,可驱动口,可驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(3)(3)P2P2口口:8 8位位准准双双向向I/OI/O口口,与与地地址址总总线线(高高8 8位位)复复用用,可可驱动驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(4)(4)P3P3口口:8 8位位准准双双向向I/OI/O口口,双双功功能能复复用用口口,可可驱驱动动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。P3P3口还可提供第二功能,定义如口还可提供第二
13、功能,定义如表表2-12-1所列,应熟记。所列,应熟记。综综上上所所述述,P0P0口口作作为为地地址址总总线线(低低8 8位位)及及数数据据总总线线使使用用时时,为为双双向向口口。作作为为通通用用的的I/OI/O口口使使用用时时,为为准准双双向向口口,这这时时需需加上拉电阻。加上拉电阻。P1P1口、口、P2P2口、口、P3P3口口均为均为准双向口准双向口。要特别注意要特别注意准双向口准双向口与与双向口双向口的差别。的差别。准双向口准双向口仅有两个状态。仅有两个状态。双双向向口口P0P0口口的的口口线线内内无无固固定定上上拉拉电电阻阻,由由两两个个MOSMOS管管串串接接开开漏漏输输出出,处处于
14、于高高阻阻的的“悬悬浮浮”状状态态,故故又又为为双双向向三三态态I/OI/O口口。这这是是由由于于P0P0口口作作为为数数据据总总线线使使用用时时,必必须须要要有有高高阻阻的的“悬悬浮浮”状态。而准双向状态。而准双向I/OI/O口则无需高阻的口则无需高阻的“悬浮悬浮”状态。状态。总结总结:准双向口与双向三态口的差别准双向口与双向三态口的差别。(1 1)当当3 3个个准准双双向向I/OI/O口口作作输输入入口口使使用用时时,要要向向该该口口先先写写“1”1”。(2 2)准双向)准双向I/OI/O口口无高阻无高阻“浮空浮空”状态。状态。2.3 AT89C512.3 AT89C51的的CPUCPU
15、由由运算器运算器和和控制器控制器所构成所构成2.3.1 2.3.1 运算器运算器 1 1算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALUALU 进行进行算术、逻辑运算算术、逻辑运算,还具有,还具有位操作位操作功能功能2 2累加器累加器A A 使用最频繁的寄存器,使用最频繁的寄存器,可写为可写为AccAcc。A A的作用:的作用:(1 1)是)是ALUALU的的输入之一输入之一,又是,又是运算结果运算结果的存放单元。的存放单元。(2 2)数数据据传传送送大大多多都都通通过过累累加加器器A A。5151单单片片机机增增加加了了一一部部分分可可以以不不经经过过累累加加器器的的传传送送指指令令,即即可可加加快快
16、数数据据的的传传送送速速度度,又又减减少少A A的的“瓶颈堵塞瓶颈堵塞”现象。现象。A A的进位的进位标志标志CyCy同时又是同时又是位处理机的位处理机的位累加器位累加器。3 3程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW 格式如格式如图图2-32-3。(1 1)CyCy(PSW.7PSW.7)进位标志位进位标志位(2 2)Ac(PSW.6)Ac(PSW.6)辅辅 助助 进进 位位 标标 志志 位位,用用 于于 BCDBCD码码 的的 十十 进制调整运算。进制调整运算。(3 3)F0F0(PSW.5PSW.5)用户使用的状态标志位。用户使用的状态标志位。(4 4)RS1RS1、RS0RS0(P
17、SW.4PSW.4、PSW.3PSW.3):4 4组组工工作作寄寄存存器器区区选选择择控控制制位位1 1和和位位0 0。如。如表表2-22-2。图图2-32-3 表表2-2 2-2 RS1RS1、RS0RS0与与4 4组工作寄存器区的对应关系组工作寄存器区的对应关系 RS1 RS0 RS1 RS0 所选的所选的4 4组寄存器组寄存器 0 0 00 0 0区(内部区(内部RAMRAM地址地址00H00H07H07H)0 1 10 1 1区(内部区(内部RAMRAM地址地址08H08H0FH0FH)1 0 21 0 2区(内部区(内部RAMRAM地址地址10H10H17H17H)1 1 31 1
18、3区(内部区(内部RAMRAM地址地址18H18H1FH1FH)(5 5)OVOV(PSW.2PSW.2)溢出标志位溢出标志位 指示运算是否溢出。注意各种算术运算指令指示运算是否溢出。注意各种算术运算指令对该位的影响对该位的影响(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)奇偶标志位奇偶标志位 P=1P=1,A A中中“1”1”的个数为的个数为奇数奇数P=0P=0,A A中中“1”1”的个数为的个数为偶数偶数2.3.2 2.3.2 控制器控制器程程序序计计数数器器PCPC是是控控制制器器中中最最基基本本的的寄寄存存器器,存存放放下下一一
19、条条要要执执行的指令在程序存储器中的地址。行的指令在程序存储器中的地址。基本工作方式有以下几种:基本工作方式有以下几种:(1 1)程序计数器)程序计数器自动加自动加1 1 (2 2)执执行行有有条条件件转转移移或或无无条条件件转转移移指指令令时时,PCPC将将被被置置入入新新的数值,从而使程序的的数值,从而使程序的流向流向发生变化。发生变化。(3 3)执行)执行子程序调用或中断调用子程序调用或中断调用,完成下列操作:,完成下列操作:PCPC的的现行值保护现行值保护 将子将子程序入口地址程序入口地址或或中断向量的地址中断向量的地址送入送入PCPC。程序计数器的程序计数器的计数宽度计数宽度决定了程
20、序存储器的地址范围。决定了程序存储器的地址范围。AT89C51AT89C51单片机中的单片机中的PCPC位数为位数为1616位位,故可对,故可对64KB64KB(=2 21616B B)的程序存储器进行寻址。的程序存储器进行寻址。2.4 AT89C512.4 AT89C51单片机存储器的结构单片机存储器的结构哈佛哈佛结构结构 存储器空间可划分为存储器空间可划分为4 4类类:1.1.程序存储器空间程序存储器空间 片内程序存储器为片内程序存储器为4KB 4KB 的的 Flash Flash 存储器存储器 2.2.片内片内数据存储器空间数据存储器空间:128B 128B 3.3.特殊功能寄存器特殊功
21、能寄存器 SFRSFR-Special Function Register-Special Function Register4.4.位地址空间位地址空间:211211个个可寻址位。可寻址位。2.4.1 2.4.1 程序存储器空间程序存储器空间 存放存放应用程序应用程序和和表格表格之类的固定常数。之类的固定常数。分为片内和片外两部分,由分为片内和片外两部分,由EAEA*引脚引脚上所接的电平确定。上所接的电平确定。程序存储器中的程序存储器中的0000H0000H地址是系统地址是系统程序的启动地址程序的启动地址 5 5个单元个单元具有特殊用途,为具有特殊用途,为5 5个中断源的中断入口地址个中断源
22、的中断入口地址 表表2-3 52-3 5个中断源的中断入口地址个中断源的中断入口地址外中断外中断0 0 0003H 0003H定时器定时器T0T0 000BH 000BH外中断外中断1 1 0013H 0013H 定时器定时器T1T1 001BH 001BH 串行口串行口 0023H0023H2.4.2 2.4.2 内部数据存储器空间内部数据存储器空间 128128个,字节地址为个,字节地址为00H00H7FH7FH。00H00H1FH1FH:3232个单元,是个单元,是4 4组组通用工作寄存器区通用工作寄存器区20H20H2FH2FH:1616个单元,可进行个单元,可进行128128位的位寻
23、址位的位寻址30H30H7FH7FH:用户用户RAMRAM区,只能区,只能字节寻址字节寻址,用作,用作数据缓冲数据缓冲区以及区以及堆堆栈区栈区。2.4.3 2.4.3 特殊功能寄存器(特殊功能寄存器(SFRSFR)CPUCPU对片内各种功能部件的控制对片内各种功能部件的控制采用特殊功能寄存器集中控制采用特殊功能寄存器集中控制方方式,式,共共2121个个。有的。有的SFRSFR可进行可进行位寻址位寻址。表表2-42-4是是SFRSFR的名称及其分布。的名称及其分布。其其字节地址的末位是字节地址的末位是0H0H或或8H8H可可位寻址位寻址。下面介绍下面介绍SFRSFR块中的某些寄存器。块中的某些寄
24、存器。表表2-4 SFR2-4 SFR的名称及其分布的名称及其分布1 1堆栈指针堆栈指针SPSP 指示指示堆栈顶部堆栈顶部在在内部内部RAMRAM块块中的位置中的位置 复位后,复位后,SPSP中的内容为中的内容为07H07H。(1 1)保护断点保护断点(2 2)现场保护)现场保护堆栈堆栈向上生长向上生长 2.2.数据指针数据指针DPTRDPTR 高位字节寄存器用高位字节寄存器用DPHDPH表示,低位字节寄存器用表示,低位字节寄存器用DPLDPL表示。表示。3.3.寄存器寄存器B B 为为执执行行乘乘法法和和除除法法操操作作设设置置的的。在在不不执执行行乘乘、除除的的情情况况下下,可当作一个可当
25、作一个普通寄存器普通寄存器来使用。来使用。2.4.4 2.4.4 位地址空间位地址空间211211个(个(128128个个+83+83个)寻址位个)寻址位。位地址范围为:。位地址范围为:00H00HFFHFFH。内部内部RAMRAM的可寻址位的可寻址位128128个个(字节地址字节地址20H20H2FH)2FH)见见表表2-2-5 5(P24P24)。特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR为为8383个个可寻址位,见可寻址位,见表表2-62-6。表表2-5 2-5 内部内部RAMRAM的可寻址位及位地址的可寻址位及位地址 表表2-6 SFR2-6 SFR中的位地址分布中的位地址分布可被位寻址
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