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1、2 2.4 .4 时钟电路及时钟电路及89C51 CPU89C51 CPU时序时序2 2.6 .6 输入输入/ /输出端口结构输出端口结构第二章第二章 89C5189C51单片机硬件结构和原理单片机硬件结构和原理2 2.2 .2 89C51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能内容提要:2 2.1 89C51.1 89C51单片机内部结构及特点单片机内部结构及特点2 2.3 89C51.3 89C51存储器配置存储器配置2.5 2.5 单片机的低功耗工作方式单片机的低功耗工作方式2.1 89C512.1 89C51单片机芯片内部结构及特点单片机芯片内部结构及特点一、一、89C51单片机的基本组成
2、单片机的基本组成 图图2-1所示位所示位89C51带闪存带闪存(Flash ROM)单片机的基本结构单片机的基本结构框图。框图。1、中央处理单元中央处理单元CPU（8位）位） 用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位）用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位）2、片内片内4K程序存储器程序存储器Falsh ROM 用于存放程序、一些原始数据和表格用于存放程序、一些原始数据和表格3、随机存取存取器随机存取存取器RAM（256B） 用于存放可以读用于存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。果以及欲显示的数据等。4、并行输入并行输入/输出
3、口输出口 I / O（32线）线） 用作系统总线、扩展外存、用作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片接口芯片5、串行输入串行输入/输出口输出口 UART （二线）二线） 串行通信、扩展串行通信、扩展I / O接口芯片接口芯片图图2-16、两个定时器两个定时器/计数器计数器 T（16位增量可编程）位增量可编程） 它与它与CPU之间各自独立工作，当它计数满时向之间各自独立工作，当它计数满时向CPU中断中断7、时钟电路时钟电路 fosc 分为内部振荡器、外接振荡电路分为内部振荡器、外接振荡电路8、中断系统中断系统 五源中断、两级优先，可编程进行控制。五源中断、两级优先，可编程进行控制。图图2-1二
4、、二、89C51单片机内部结构单片机内部结构 89C51单片机与早期单片机与早期Intel的的8051/8751/8031芯片芯片的外部引脚和指令系统完全兼容，只不过用的外部引脚和指令系统完全兼容，只不过用Flash ROM替代了替代了ROM/EPROM而已。而已。 89C51单片机内部结构如图单片机内部结构如图2-2所示。所示。1、中央处理单元（、中央处理单元（89C51 CPU）CPU是单片机的核心，是计算机的控制和指挥中心，由运算是单片机的核心，是计算机的控制和指挥中心，由运算器和控制器等部件组成。如器和控制器等部件组成。如图图2-2。n运算器运算器ALU8位算术和逻辑运算位算术和逻辑运
5、算n对对4位位(半字节半字节)、8位位(字节字节)、16位位(双字节双字节)操作操作n算术运算算术运算 - 加、减、乘、除、加加、减、乘、除、加1、减、减1、BCD数十进制数十进制调整、比较调整、比较n逻辑运算逻辑运算 - 与、或、非、异或、求补、移位与、或、非、异或、求补、移位TMP1，TMP2 8位暂存器位暂存器ACC 8位累加器位累加器n累加器累加器ACC经常作为一个操作数经经常作为一个操作数经TMP2进入进入ALU，与，与来自来自TMP1的另一个操作数进行运算，结果存入的另一个操作数进行运算，结果存入ACC中中n作为作为89C51内部数据传送的中间寄存器内部数据传送的中间寄存器n大部分
6、指令中用注记符大部分指令中用注记符A表示，进出堆栈指令时用注记表示，进出堆栈指令时用注记符符ACC表示表示nB - 8位寄存器位寄存器 如如图图2-2乘除运算指令中存放一个操作数，操作结束时存放一乘除运算指令中存放一个操作数，操作结束时存放一部分结果部分结果乘除指令运算之外时可作通用寄存器乘除指令运算之外时可作通用寄存器nPSW - 程序状态字寄存器程序状态字寄存器指示指令执行后的状态信息指示指令执行后的状态信息PSW各位单元可供程序查询和判别各位单元可供程序查询和判别n布尔处理器布尔处理器PSW中的中的Cy 进位标志位，专门用于处理位操作进位标志位，专门用于处理位操作置位、清置位、清0、位取
7、反、位等于、位取反、位等于1转移、位等于转移、位等于0转移、位转移、位等于等于1转移并清转移并清0Cy与其它可寻址位之间进行传送与其它可寻址位之间进行传送Cy与其它可寻址位之间进行逻辑与、逻辑或操作，结与其它可寻址位之间进行逻辑与、逻辑或操作，结果在果在Cy中中指令中用指令中用C表示表示Cy（2）控制器）控制器 如如图图2-22、存储器、存储器（1）程序存储器（）程序存储器（Flash ROM） 89C51片内程序存储器容量为片内程序存储器容量为4KB，地址从，地址从0000H开始，开始，用于存放程序和表格常数。用于存放程序和表格常数。（2）数据存储器（）数据存储器（RAM） 89C51片内数
8、据存储器为片内数据存储器为128字节，地址为字节，地址为00H-7FH，用，用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲。于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲。3、I/O接口接口89C51有有4个与外部交换信息的个与外部交换信息的8位并行接口，即位并行接口，即P0-P3。有一个可编程的全双工串行口（有一个可编程的全双工串行口（UART)89C51/LV51单片单片机外部引脚机外部引脚封装形式，见右封装形式，见右图：图：P P1 1. .0 0P P1 1. .7 7SSV1XTAL2XTALR RD DP P3 3. .7 7/ /WWR RP P3 3. .6 6/ /P P3 3.
9、.5 5/ /T T1 1P P3 3. .4 4/ /T T0 0I IN NT T1 1P P3 3. .3 3/ /I IN NT T0 0P P3 3. .2 2/ /P P3 3. .1 1/ /T TX XD DP P3 3. .0 0/ /R RX XD DRSTP P2 2. .0 0P P2 2. .7 7CCVP P0 0. .0 0P P0 0. .7 7PSENPROGALE /EA Vpp182018191716151413121110921284039322930312.2 89C51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能89C511. 电源电源VCC：电源端，：电源
10、端，+5VVSS：接地，：接地，GND2. 外接晶体引脚外接晶体引脚XTAL1和和XTAL2XTAL1：片内振荡器反向放大器输入端，接外部晶体振荡：片内振荡器反向放大器输入端，接外部晶体振荡器一个脚；由外部输入时钟信号时，该脚接地器一个脚；由外部输入时钟信号时，该脚接地XTAL2：片内振荡器反向放大器输出端，接外部晶体振荡：片内振荡器反向放大器输出端，接外部晶体振荡器一个脚；外部输入时钟信号时由该脚接入器一个脚；外部输入时钟信号时由该脚接入XTAL1、XTAL2外接晶体振荡器的谐振频率决定时钟电路外接晶体振荡器的谐振频率决定时钟电路的振荡频率的振荡频率图图2-32图图2-33、控制或复位引脚
11、RST / VPD 当出现两个机器周期高电平时，单片机复位 。复位后，P0 P3 输出高电平；SP寄存器为07H；其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。参考复位电路如下：图图2-389C5189C5189C51图2-3= 0 时，只访问外部程序存储器时，只访问外部程序存储器,即外即外ROM= 1 时，访问内部程序存储器时，访问内部程序存储器,即内即内ROM / Vpp 内内/外外ROM选择端选择端 在在Flash ROM编程期间编程期间，该端施加编程电压，该端施加编程电压4、输入、输入/输出引脚输出引脚 P0.0 P0.7 ； P1.0 P1.7 ； P2.0 P2.7 ；P3.0 P3.7四
12、个四个I / O口，每口八条线；还兼作地址口，每口八条线；还兼作地址/数据线。数据线。EAEAEAALE / /PROG 地址锁存控制端地址锁存控制端提供提供1/6 fosc振荡频率；为其内的振荡频率；为其内的Flash ROM输入编程脉冲输入编程脉冲/PSEN 外部程序存储器的读选通信号端外部程序存储器的读选通信号端图图2-3时钟时钟发生器发生器内部内部结构结构2-2-3 89C513 89C51存储器配置存储器配置一、一、89C51单片机的内存结构单片机的内存结构0 00 00 00 0H H0 00 08 80 0H H内内部部R RA AMM0 00 0F FF FH H能能寄寄存存器
13、器特特殊殊功功0 0F FF FF FF FH H）（外部外部K64RAM 数据存储器数据存储器0 0F FF FF FF FH H0 0F FF FF FH HROMEA=0外部ROM EA1内部Flash H0000 程序存储器程序存储器H00001000H1000H0 00 07 7F FH H物理上分为：物理上分为：4个空间，即片内个空间，即片内Flash ROM、片外片外ROM 片内片内RAM、片外片外RAM逻辑上分为逻辑上分为: 3个空间，个空间， 片内、片外统一编址程序存储器片内、片外统一编址程序存储器: 0000H-FFFFH MOVC 片内数据存储器片内数据存储器: 00H-
14、FFH MOV 片外数据存储器片外数据存储器: 0000H-FFFFH MOVX二、程序存储器二、程序存储器寻址范围：寻址范围：0000H FFFFH 容量容量64KB，即即地址长度：地址长度：16位位 1EA ，寻址内部寻址内部ROM；0EA ，寻址外部寻址外部ROM。 当当PC值超过片内值超过片内ROM容量时会自动转向容量时会自动转向 外部外部存储器空间。存储器空间。EA8031单片机单片机接低电平。接低电平。作作 用：用： 存放程序及程序运行时所需的常数。存放程序及程序运行时所需的常数。七个具有特殊含义的单元是：七个具有特殊含义的单元是： 0000H 系统复位，系统复位，PC指向此处；指
15、向此处； 0003H 外部中断外部中断0入口入口 000BH T0溢出中断入口溢出中断入口 0013H 外中断外中断1入口入口 001BH T1溢出中断入口溢出中断入口 0023H 串口中断入口串口中断入口 ( 002BH T2溢出中断入口溢出中断入口 )组组通通用用寄寄存存器器区区第第0组组通通用用寄寄存存器器区区第第1组组通通用用寄寄存存器器区区第第2组组通通用用寄寄存存器器区区第第3）（位位地地址址位位寻寻址址区区FH7H00区区用用户户 RAMH00H08/H07H10/FH0H18/H17H20/FH1H30/FH2FH7三、内部数据存储器三、内部数据存储器物理上分为两大区域：物理上
16、分为两大区域：00H 7FH即即128B内内RAM区区 80H FFH即即SFR区。区。R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7即可位寻址，又可字节寻址即可位寻址，又可字节寻址数据缓冲区、堆栈区、工作数据缓冲区、堆栈区、工作单元单元位寻址区（位寻址区（20H2FH）16个字节。个字节。16*8=128位，每一位都有一个位地址，范围为：位，每一位都有一个位地址，范围为：00H7FH，位位地址区也可作为一般地址区也可作为一般RAM使用。使用。位寻址区位寻址区单单元元地地址址位位地地址址EH2FH2H20H21H77FH7H76EH7H75DH7H74CH7H73BH7H72AH7H71H79H70H78H07FH0H06EH0H05DH0H04CH0H03BH0H02AH0H01H09H00H08四、特殊功能寄存器四、特殊功能寄存器MCS-51单片机内共有单片机内共有22个特殊功能寄存器，包括个特殊功能寄存器，包括PC及及SFR。PC为程序计数器。它是一个双字节寄存器为程序计数器。它是一个双字节寄存器,寻址范围为寻址范围为: 0000H FFFFH，即即0 64KB。SFR为特殊功能
