單片機并行接口擴展技術(shù)第二章文檔

1、第二章 AT89S51 單片機的硬件結(jié)構(gòu)     本章“從內(nèi)到外”主要講述關(guān)于AT89S51單片機的一些基礎(chǔ)知識。首先介紹AT89S51單片機的組成、CPU 、存儲器組織以及特殊功能寄存器（SFR），然后，詳細講解了AT89S51的引腳分布及其功能；最后，討論了使用AT89S51單片機時的時鐘和復(fù)位電路。 2.1 AT89S51 單片機的組成     如前所述，AT89S51單片機與MCS-51完全兼容，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：        從功能上分

2、，它包括如下部件：一個8位中央處理器（CPU）；4K可在線編程Flash ；128字節(jié)RAM與特殊功能寄存器；2個16位定時/計數(shù)器；中斷邏輯控制電路；一個全雙工串行接口（UART）；32條可編程的IO口線；另外，還包括一些寄存器如程序計數(shù)器PC 、程序狀態(tài)寄存器PSW 、堆棧指針寄存器SP 、數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR等部件。 2.2 AT89S51 單片機 CPU 的結(jié)構(gòu)     CPU是單片機的核心，它主要由運算器（ALU）、時序控制邏輯電路（控制器）以及各種寄存器等部件組成。    （ 1 ）運算器的功能是進行算術(shù)和邏輯

3、運算。它主要由算術(shù)邏輯單元ALU（Arithmetic Logic Unit）和寄存器組成，實現(xiàn)“加、減、乘、除、比較”等算術(shù)運算和“與、或、異或、求補、循環(huán)”等邏輯操作。運算器中還包含一個布爾處理器，可以執(zhí)行置位、清零、求補、取反、測試、邏輯與、邏輯或等操作，為單片機的應(yīng)用提供了極大的便利。   （ 2 ）控制器的主要功能是產(chǎn)生各種控制信號和時序。在CPU內(nèi)部協(xié)調(diào)各寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送，完成ALU的各種算術(shù)或邏輯運算操作；在CPU訪問外部存儲器或端口時，提供地址鎖存信號ALE、外部程序存貯器選通信號PSEN以及讀（/RD）、寫（/WR）等控制信號。 &

4、#160; （ 3 ）寄存器。CPU中還有一些寄存器，如累加器（ACC）、程序狀態(tài)字（PSW）、B寄存器、程序計數(shù)器PC 、堆棧指針（SP）、指令寄存器（IR）等，這些寄存器有的在片內(nèi)特殊功能寄存器空間有地址映像，它們既可看作CPU的寄存器，也可看作具有確定單元的存儲單元。      累加器ACC（Accumulator）。ACC是一個8位的寄存器，也是CPU中最重要、最繁忙的寄存器，許多運算中的數(shù)據(jù)和結(jié)果都要經(jīng)過累加器。      程序狀態(tài)字PSW（Program Status Wo

5、rd）。PSW是一個8位的寄存器，用于存放程序運行結(jié)果的一些特征，本書擬在特殊功能寄存器一節(jié)詳細介紹。      B寄存器。B寄存器主要是和ACC配合完成乖法和除法運算，存放運算結(jié)果，不進行乖、除運算時，B寄存器可作為RAM使用。      程序計數(shù)器PC。程序計數(shù)器PC用來存放即將執(zhí)行的指令地址。它是一個獨立的16位寄存器，沒有內(nèi)存映射單元，總是指向?qū)⒁獔?zhí)行的指令的地址，并具有內(nèi)容自動加l功能。       堆棧指針SP（Stack Point

6、er）。為一個指向堆棧頂部的指針，當執(zhí)行子程序調(diào)用或中斷服務(wù)程序時，需要將下一條要執(zhí)行的指令地址即PC值壓入堆棧保存起來，當子程序或中斷返回時，再將SP指向單元的內(nèi)容回送到程序計數(shù)器PC中。這是一個很重要的指針。      指令寄存器IR（Instruction Register）。指令寄存器的功能是存放指令代碼，CPU執(zhí)行指令時，由程序存儲器中讀取指令代碼送入指令寄存器，經(jīng)譯碼器譯碼后，由定時與控制部分發(fā)出相應(yīng)的控制信號，以完成指令功能，它也沒有內(nèi)存映射單元。    （ 4 ）布爾（位）處理器。除對字節(jié)

7、（Byte）進行操作外，AT89S51單片機借用PSW中的C可以直接對位（Bit）進行操作，在進行位操作時，C就類似進行字節(jié)操作的ACC用作數(shù)據(jù)源或存放結(jié)果。通過位操作指令可以實現(xiàn)置位、清零、取反以及位邏輯運算等操作。 2.3 AT89S51 單片機系統(tǒng)的存貯器組織     單片機系統(tǒng)中，存放程序的存儲器稱為程序存儲器，類似與通用計算機系統(tǒng)中的ROM，只能進行讀操作，存放數(shù)據(jù)的存儲器稱為數(shù)據(jù)存儲器，相當于通用計算機系統(tǒng)中的RAM。與通用計算機系統(tǒng)不同，單片機系統(tǒng)中的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都有各自的讀信號（PSEN 、/RD ），換言之，單片機系統(tǒng)的存儲器

8、可以分成兩個物理存儲器，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，它們的范圍都是64KB 。       3 ） RAM區(qū)。30H 7FH共80個字節(jié)稱為RAM區(qū)，RAM區(qū)一般作為普通的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和堆棧區(qū)使用。    （ 2 ）專用功能寄存器區(qū)。專用功能寄存器(SFR)也稱為特殊功能寄存器，主要用于控制、管理單片機內(nèi)部各種部件如算術(shù)邏輯部件、IO口、串行口（UART）、定時計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作，用戶通過編程專用功能寄存器設(shè)定對應(yīng)模塊的工作方式。各專用功能寄存器名稱、符號、地址以及復(fù)位值如表

9、 2.3 所示：    AT89S51單片機共有22個專用功能寄存器，各專用功能寄存器和RAM統(tǒng)一編址，離散地分布在80H 0FFH之間，訪問這些專用寄存器僅允許使用直接尋址方式，對 80H FFH 之間未定義的單元進行讀操作時，將得到一個隨機數(shù)，寫操作無任何意義。專用功能寄存器中，如果字節(jié)地址末位是0或8 ，則該寄存器還可進行位尋址。 AT89S51單片機共有256個可尋址的位，前128個（位地址00H 7FH）位于字節(jié)地址20H2FH中，如表2.2所示，后128個（位地址80H8FH）位于SFR中，如表2.4 所示：   

10、; 1 ）累加器ACC和B寄存器在2.2節(jié)已經(jīng)介紹過，這里不再贅述。    2 ）程序狀態(tài)字寄存器（PSW）。PSW是8位寄存器，用于反映操作或運算結(jié)果的狀態(tài)，字節(jié)地址為0D0H，是一個可進行位尋址的寄存器，各位具體定義如表2.5所示：       P ：奇偶標志（Parity flag）。如果ACC中有奇數(shù)個1，則P為l，否則P為0 。      OV ：溢出標志（Overflow flag）。有符號數(shù)運算時，如果發(fā)生溢出，則OV被置l，否則清

11、0。對于有符號數(shù)，如果用最高位表示符號，則一個字節(jié)能表示的數(shù)的范圍為-128 +127 。如果運算結(jié)果超出了這個數(shù)值范圍，就會發(fā)生溢出，此時，OV被置l；在乘法運算中，如果乘積超過255，則OV被置l；在除法運算中，除數(shù)為0時，OV被置l。       RS1 、RS0 ：工作寄存器組選擇位（Register bank Select control bits），當前工作寄存器組的選擇如表2.6 所示。      用戶可以用軟件改變RS1和RS0的值以切換當前選用的工作寄存器組。單片機在復(fù)位時，

12、RS1、RS0均為0，故復(fù)位啟動后，當前工作寄存器的缺省選擇為第0組。      F0 ：用戶標志。由用戶置位或復(fù)位。PSW.1為保留位（Reserved）。      AC ：輔助進位標志（Auxiliary Carry flag）。AC主要用于BCD碼運算，當進行加法(或減法)運算時，如果低半字節(jié)（D3）向高半字節(jié)（D4）有進位(或借位)，則AC置1，否則清0。      C ：進位標志（Carry flag）。在進行加法(或減法)運算時，如

13、果操作結(jié)果的最高位（D7）有進位，則C置1，否則清0。在進行位操作時，C作為操作位累加器。    3 ）堆棧指針寄存器（SP，Stack Pointer register）。堆棧指針寄存器是一個8位專用功能寄存器，主要用于指示堆棧頂部在RAM中的位置。堆棧是向上生成的，即當執(zhí)行PUSH或ALL指令時，SP的值就會增加。系統(tǒng)復(fù)位后，SP被初始化為07H，堆棧實際上是從08H單元開始的，考慮到08H1FH為工作寄存器區(qū)，20H 2FH為位尋址區(qū)，程序可能會用到這些區(qū)域，所以，程序初始時最好把SP初值設(shè)為2FH以后的位置如60H單元。在使用堆棧時要注意，堆棧一

14、般設(shè)置在RAM的頂部，由于堆棧減少了內(nèi)部RAM的可利用單元，不能設(shè)得太低，但也不能設(shè)得太高，如果在壓棧過程中，SP超過07FH（對于AT89S51單片機），就會引起程序運行出錯，這是單片機初學者常犯的錯誤之一。    4 ）數(shù)據(jù)指針（Data Pointer）。 AT89S51單片機有兩個數(shù)據(jù)指針寄存器，即DPTR0、DPTR1，它們都是16位寄存器，主要用于訪問外部64KB數(shù)據(jù)存儲器時存放地址。它們也可以分別作為兩個8位的寄存器DPLx和DPHx（x=0,1）使用。    5 ） P0、P1、P2和P3。P0、P

15、1、P2、P3分別為單片機P0 P3口的鎖存器。     6 ）串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器（SBUF ，Serial Data Buffer register）。SBUF 實際上是兩個獨立的寄存器，即發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖寄存器和接收數(shù)據(jù)緩沖寄存器，兩個寄存器共用一個地址（SBUF），當發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)被送往發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖寄存器；當接收數(shù)據(jù)時，接收到的數(shù)據(jù)被送往接收數(shù)據(jù)緩沖寄存器。    7 ） TH0 、TL0 、TH1 和 TL1。單片機有2個16位的定時/計數(shù)器，即T0和T1，TH0、TL0 和TH1、TL1分別為T0和T1計數(shù)

16、寄存器的高8位和低8位。    8 ） IP、IE、TMOD、TCON、SCON和PCON。這些SFR包含了單片機的中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器以及串行口等部件的工作方式和狀態(tài)位，詳解見第四章。    9 ）輔助寄存器AUXR（Auxiliary Register）。AUXR的地址為08EH，各位功能如表2.7 所示：       DISALE ：禁止或允許（Disable/Enable）ALE信號。為1時，僅當執(zhí)行MOVX和MOXC 指令時，ALE才激活（出現(xiàn)）；為0時

17、，ALE信號始終以振蕩器1/6的頻率出現(xiàn)在單片機的ALE引腳上。      DISRTO ：禁止或允許WDT溢出時的復(fù)位輸出（Disable/Enable Reset-out）。為1時，單片機的復(fù)位引腳僅用于輸入；為0時，在WDT溢出后，單片機的復(fù)位引腳輸出一個高電平脈沖。       WDIDLE ：在空閑模式下禁止或允許WDT的計數(shù)器計數(shù)。為1時，空閑模式時WDT的計數(shù)停止計數(shù)；為0時，空閑模式時WDT的計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)。      “”保留位

18、，用于擴展。    系統(tǒng)復(fù)位后，AUXR的值為：xxx00xx0，即復(fù)位后，單片機系統(tǒng)缺省的狀態(tài)是：ALE信號始終出現(xiàn)在單片機的ALE引腳；WDT溢出后，單片機的復(fù)位引腳輸出一個寬度為98個機器周期的高電平脈沖；空閑模式時WDT的計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)。    10 ）輔助寄存器AUXR1（Auxiliary Register 1）。AUXR1的地址為0A2H ，各位功能如表2.8所示：       DPS ：數(shù)據(jù)指針寄存器選擇（Data Pointer Register Selec

19、t）。為 1 時，選擇           DP1L和DP1H為當前DPTR；為 0 時，選擇DP0L和DP0H為當前DPTR ；      “”保留位，用于擴展。    系統(tǒng)復(fù)位后，DPS為0，即選擇DP0L和DP0H為當前DPTR。    11 ） WDTRST ：看門狗定時器復(fù)位（Watchdog Timer Reset）專用功能寄存器。    單片機系統(tǒng)在正常工作時，CPU常會受到各種干擾，使程序陷入死循環(huán)或

20、跑飛狀態(tài)，看門狗定時器（WDT ，Watchdog Timer）是一種能使程序自動恢復(fù)到正常的運行狀態(tài)的有效方法。 AT89S51 單片機內(nèi)部包含了一個WDT，它包含了一個14位的計數(shù)器和一個看門狗定時器復(fù)位（WDTRST）SFR ，WDTRST的地址為0A6H 。當WDT使能后，只要振蕩器在工作，每個機器周期都會使WDT計數(shù)器的值加1 。 WDT的工作原理如下：    正常情況下，程序周期性地在WDT計數(shù)器的值到達3FFFH之前對其進行清0，如果CPU受到干擾使程序進入非正常運行狀態(tài)，這種清零操作將不再被執(zhí)行，當WDT的計數(shù)器的值到達 3FFFH時，便產(chǎn)生溢出，引起單片機

21、復(fù)位，在單片機的RST引腳上輸出一寬度為98個振蕩周期的正脈沖，同時，置PC的值為0000H ，程序從頭開始重新執(zhí)行，恢復(fù)到正常的運行狀態(tài)。    單片機上電復(fù)位后，WDT的缺省狀態(tài)是禁止，為了使能WDT ，用戶必須按順序依次向 WDTRST寫入1EH 和 0E1H兩字節(jié)數(shù)據(jù)。WDT 一旦使能，將無法通過軟件禁止，用戶必須在最長 16383個機器周期時間內(nèi)對WDT的計數(shù)器清0 ，計數(shù)器清0操作同使能WDT一樣，也是按順序依次向WDTRST寫入1EH 和 0E1H 兩字節(jié)數(shù)據(jù)，換言之，每次按順序依次向WDTRST寫入1EH和0E1H 兩字節(jié)數(shù)據(jù)后，WDT計數(shù)器都從0重新開始計

22、數(shù)。WDTRST是一個只寫寄存器，而WDT的計數(shù)器既不能讀，也不能寫。    當單片機工作在掉電模式（Power-down mode）時，振蕩器停止，這時WDT的計數(shù)器也停止計數(shù)，用戶程序可以不再對其進行清0操作。硬件復(fù)位和低電平觸發(fā)的外部中斷都可以使單片機退出掉電模式。如果是硬件復(fù)位退出掉電模式，以后對WDT操作和正常系統(tǒng)復(fù)位時的操作完全相同；如果是低電平中斷引起退出掉電模式，則要求引起中斷的低電平信號要有足夠的寬度，以保證振蕩器在低電平期間能進入穩(wěn)定的工作狀態(tài)。為了避免在中斷信號為低電平期間，WDT引起復(fù)位，WDT計數(shù)器在中斷信號變成高電平后才開始計數(shù)。一般情況下，進入

23、中斷服務(wù)程序時，要對WDT的計數(shù)器清0。為了避免在剛退出掉電模式的幾個機器周期內(nèi)產(chǎn)生復(fù)位，最好在進入掉電模式前，先對WDT的計數(shù)器執(zhí)行一次清0操作。    SFR AUXR中的WDIDLE位決定了空閑（IDLE mode）模式時WDT的計數(shù)器是否繼續(xù)計數(shù)，若 WDIDLE為0（缺省值），則在空閑模式時，WDT的計數(shù)器會繼續(xù)計數(shù)，為了避免在空閑模式時， WDT引起AT89S51單片機復(fù)位，用戶程序總是設(shè)置一個定時器，周期性地退出空閑模式，對 WDT的計數(shù)器清0 ，然后，再進入空閑模式。當WDIDLE為1時，在空閑模式，WDT的計數(shù)器停止計數(shù)，退出空閑模式時，WDT的計數(shù)器恢復(fù)

24、計數(shù)。    （ 3 ）外部數(shù)據(jù)存儲器。當內(nèi)部RAM不夠用，就需要擴展外部數(shù)據(jù)存儲器，原則最大可擴展64KB。按照訪問方式的不同，外部數(shù)據(jù)存儲器也可分成二塊，最低的256字節(jié)（0000H00FFH）既通過DPTR尋址，也可能通過R0和R1間接尋址，而0100H0FFFFH只能通過DPTR 間接尋址。    實際使用中，可以通過分頁技術(shù)使外部數(shù)據(jù)存儲器的容量遠遠超過64KB；另一種方法是使用非并行接口的存儲器芯片，如使用I2C接口的存儲器芯片或SPI接口的存儲器芯片，可使數(shù)據(jù)存儲器的容量擴至數(shù)百兆。單片機的外部數(shù)據(jù)存儲器和端口是統(tǒng)一編址的，也就是說，如果某

25、一個單元作了端口，就不能再作為存儲器單元，反之，如果某一個單元作為存儲器單元，就不能再作為端口。 2.4 AT89S51 單片機引腳及功能     AT89S51單片機有4種封裝形式，分別為40-lead PDIP、44-lead PLCC、40-lead TQFP和 42-lead PDIP，其中40腳 PDIP 封裝的引腳分布如圖2.5所示，引腳描述如下：     （ 1 ）電源引腳（2條，VCC、GND）          VCC（40 P

26、in）接+5V電源；          GND（20 Pin）接地。    （ 2 ）外接晶體引腳（2條，XTAL1、XTAL2）          XTAL1（19 Pin）外接石英晶體和微調(diào)電容，在單片機內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。         

27、; XTAL2（18 Pin）：外接石英晶體和微調(diào)電容的另一端，在單片機內(nèi)部，它接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸出端。當采用外部振蕩器時，該引腳接收外部振蕩器信號，即外部振蕩器通過XTAL2被送到單片機內(nèi)部的時鐘發(fā)生器輸入端。   （ 3 ）控制類引腳（4條，RST、ALE、/EA和/PSEN）          RST（9 Pin）復(fù)位信號（Reset）引腳。RST為輸入引腳，當振蕩器在運行時，該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，即可引起單片機復(fù)位，復(fù)位一般有兩種，即上電或手

28、動復(fù)位以及WDT超時復(fù)位。如果DISRTO允許復(fù)位輸出，則當WDT引起復(fù)位時，會在RST引輸出一個寬度為98個機器周期的正脈沖。           ALE（30 Pin）地址鎖存允許信號（Address Latch Enable）。ALE是輸出信號引腳，用于鎖存訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時的低8位地址。在正常情況下，ALE信號總以固定頻率（振蕩器頻率的1/6）周期地出現(xiàn)，可用作對外定時或為其它芯片提供時鐘，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將會丟失一個ALE脈沖。如果需要，ALE信號也可通過設(shè)置SRF(8EH)位而被禁

29、止。          /EA（30 Pin）外部存取允許（External Access Enable）信號。/EA為輸入信號引腳，當使用外部程序存儲器時，即希望程序從外部程序存儲器的0000H開始執(zhí)行程序時， /EA必須接GND ；當/EA為高電平時，單片機復(fù)位后，將從內(nèi)部 Flash的0000H開始取指。當需要對單片機內(nèi)部Flash編程時，該引腳（/PROG）也接收12V的編程電壓。          /PSE

30、N（29 Pin）：外部程序存儲器“讀”選通信號，在訪問外部程序存儲器期間，每個機器周期，該信號兩次有效，但當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不會出現(xiàn)。   （ 4 ）I/O 端口引腳（32條，P0、P1、P2、P3）          AT89S51單片機共有4個并行IO端口，每個端口是8位雙向端口，共32條引腳。每個端口的結(jié)構(gòu)基本相同，即都包含有鎖存器，輸出驅(qū)動和輸入緩沖，但在對輸出的控制上有很大差別，因此，在功能和用途上各不相同，在沒有外擴程序或數(shù)據(jù)存

31、儲器系統(tǒng)中，這四個端口的每一位都可作為I/O口使用。    1）P0口。P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口，P0.x的結(jié)構(gòu)如圖 2.6 所示。V1、V2構(gòu)成輸出驅(qū)動器，與門3、反向器4以及多路模擬開關(guān)MUX構(gòu)成輸出控制電路，三態(tài)門1、2組成輸入緩沖器。P0口有兩種功能，即地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用總線和I/O接口。     當單片機系統(tǒng)有外接存儲器時，P0口用作地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用總線。當需要輸出地址信息時，控制信號為“1”，CPU控制多路開關(guān)MUX 使AC相接，地址信息經(jīng)過反向器4 到達P0口引腳；當需要輸出數(shù)據(jù)時，控

32、制信號為“0”，CPU控制多路開關(guān)MUX使AB相接，數(shù)據(jù)經(jīng)過鎖存器的/Q端到達P0口引腳；當需要從P0口引腳輸入數(shù)據(jù)時，控制信號仍為“0”，CPU會自動先向鎖存器寫1，使/Q端為低電平，從而V1截止，引腳上的輸入信號經(jīng)緩沖器1進入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。當單片機系統(tǒng)沒有外擴存儲器時，P0口可作為準雙向I/O口使用，這時，控制信號為“0”， V2截止，需要外接上拉電阻。    2）P1口。P1口8位雙向I/O端口，內(nèi)含有上拉電阻。P1口的結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。輸出數(shù)據(jù)時（即寫數(shù)據(jù)到引腳），數(shù)據(jù)被寫到P1口的鎖存器，若寫的數(shù)據(jù)為“1”，則鎖存器的/Q端為低電平，V截止，

33、P1.x引腳為高電平；反之，若寫的數(shù)據(jù)為“0”，則鎖存器的/Q端為高電平，V導(dǎo)通，P1.x 引腳為低電平。    輸入數(shù)據(jù)時（即讀引腳數(shù)據(jù)），必須先向鎖存器寫“1”，使V截止，引腳數(shù)據(jù)經(jīng)過緩沖器1進入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。如果讀引腳時，鎖存器的Q端為“0”，則V導(dǎo)通，讀到的信息永遠為“0”。單片機復(fù)位后，P1口鎖存器的值為0FFH 。    另外，在進行串行Flash編程和校驗操作時，P1.5（MOSI）、P1.6（MISO）、P1.7（SCK）分別是串行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈沖引腳。   &

34、#160;3）P2口。P2口具有內(nèi)部上拉的電阻的準8位雙向I/O口，結(jié)構(gòu)如圖2.8所示。它有兩種功能，當系統(tǒng)有外部存儲器時，P2口用作地址總線，提供高8位地址（A15A8），這時控制信號為“1”，MUX的AC相接，地址信號經(jīng)過緩沖器3到達P2.x 當系統(tǒng)沒有外部存儲器，P2可作為通用的I/O口使用，工作原理與P1口相同。    4） P3口。P3口也是具有內(nèi)部上拉的電阻的準8位雙向I/O口，P3口的每條線都有兩種功能，即作為I/O和第二功能。結(jié)構(gòu)如圖2.9所示。    P3口用作輸出時，數(shù)據(jù)由鎖存器的Q端經(jīng)與非門3

35、和反相器到達P3.x ；輸入數(shù)據(jù)時，鎖存器的Q端必須為高電平，V管截止，數(shù)據(jù)信號從P3.x經(jīng)緩沖器4和1最后進入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。    P3口的每條線都有第二功能，如表2.9所示。P3口作為第二功能使用時，其鎖存器的Q端必須為高電平，否則，若Q為低電平，則與非門3將輸出高電平，使V管導(dǎo)通，第二功能輸入時， P3.x 被鉗成低電平，使得第二功能輸入信號恒為低電平；第二功能輸出時，若Q為“0”，則與非門3的輸出恒為高電平，V管導(dǎo)通，P3.x恒為低電平。      P0、P1、P2、P3口可總結(jié)如下： 

36、      從結(jié)構(gòu)上講，每個端口均有鎖存器、輸出驅(qū)動和輸入緩沖等組成       P1、P2、P3口內(nèi)部均有上拉電阻，當它們用作通用輸入口（即讀引腳狀態(tài)）時，對應(yīng)位的鎖存器Q端必須先置為“1”；P0口內(nèi)部無上拉電阻，作為I/O口使用時，必須外接上拉電阻，讀引腳時，對應(yīng)的鎖存器也必須先置“1”。       當系統(tǒng)有外部存儲器時，P0一般分時用作地址/數(shù)據(jù)總線，P2用作高8位地址總線， P3口的P3.7和P3.6負責提供外部數(shù)據(jù)存儲器的讀、寫信號；當系統(tǒng)沒有

37、外部存儲器時，P0、 P1、P2、P3均可用作I/O口。 2.5 AT89S51 的時鐘電路     單片機系統(tǒng)中的各個部件是在一個統(tǒng)一的時鐘脈沖控制下有序地進行工作，時鐘電路是單片機系統(tǒng)最基本、最重要的電路。 2.5.1 時鐘電路    AT89S51單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端，如果在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接上晶體振蕩器(晶振)或陶瓷振蕩器就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩電路，該振蕩器電路的輸出可直接送入內(nèi)部時序電路。AT89S51單片機的時鐘可由兩

38、種方式產(chǎn)生，即內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。    （ 1 ）內(nèi)部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式即是由單片機內(nèi)部的高增益反相放大器和外部跨接的晶振、微調(diào)電容構(gòu)成時鐘電路產(chǎn)生時鐘的方法，其工作原理如圖 2.10（ a ）所示。    外接晶振（陶瓷振蕩器）時，C1、C2的值通常選擇為30pF（40pF）左右；C1、C2對頻率有微調(diào)作用，晶振或陶瓷諧振器的頻率范圍可在1.2MHz 12MHz之間選擇。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機引腳XTALl 和XTAL2靠近。由于內(nèi)部時鐘方式外部

39、電路接線簡單，單片機應(yīng)用系統(tǒng)中大多采用這種方式。內(nèi)部時鐘方式產(chǎn)生的時鐘信號的頻率就是晶振的固有頻率，常用fsoc來表示。如選擇12MHz 晶振，則 fsoc=12×106Hz。    （ 2 ）外部時鐘方式。外部時鐘方式即完全用單片機外部電路產(chǎn)生時鐘的方法，外部電路產(chǎn)生的時鐘信號被直接接到單片機的XTAL1引，此時XTAL2開路，具體電路如圖2.10（ b ）所示。 2.5.2 CPU 工作周期。      CPU在執(zhí)行指令時，都是按照一定順序進行的，由于指令的字節(jié)數(shù)不同，取指所需時間也就不同，即使是字節(jié)數(shù)相同的指

40、令，執(zhí)行操作也會有很大差別，不同的指令的執(zhí)行時間當然也不相同，即CPU在執(zhí)行各個指令時，所需要的節(jié)拍數(shù)是不同的。為了便于對CPU時序的理解，人們按指令的執(zhí)行過程定義了幾個名詞，即時鐘周期、機器周期和指令周期。     （ 1 ）時鐘周期。時鐘周期也稱為振蕩周期，定義為時鐘脈沖頻率(fOSC)的倒數(shù)，是單片機中最基本的、最小的時間單位。由于時鐘脈沖控制著計算機的工作節(jié)奏，對同一型號的單片機，時鐘頻率越高，計算機的工作速度顯然就會越快。然而，受硬件電路的限制，時鐘頻率也不能無限提高，對某一種型號的單片機，時鐘頻率都有一個范圍，如對AT89S51單片機，其時鐘

41、頻率范圍是0 33MHz。為方便描述，振蕩周期一般用P（pause）表示。      （ 2 ）機器周期。完成一個最基本操作（讀或?qū)懀┧枰臅r問稱為機器周期。 AT89S51單片機的機器周期是固定的，即一個機器周期由12個時鐘周期組成。采用6MHz的時鐘頻率時，一個機器周期就是2s ，采用12MHz的時鐘頻率時，一個機器周期就是1s 。      （ 3 ）指令周期。指令周期是執(zhí)行一條指令所需要的時間，一般由若干個機器周期組成，指令不同，后需要的機器周期數(shù)也不同。對于一些簡單的單字節(jié)指令，分指令周期可能和機器周期

42、時間相同；而對于一些比較復(fù)雜的指令，如乘除運算則需要多個機器周期才能完成，這時指令周期大于機器周期。      通常，一個機器周期即可完成的指令稱為單周期指令，兩個機器周期才能完成的指令稱為雙周期指令。 AT89S51單片機中的大多數(shù)指令都是單周期或雙周期指令，只有乘、除運算為四周期指令。2.6 AT89S51 的復(fù)位電路     大規(guī)模集成電路在上電時一般都需要進行一次復(fù)位操作，以便使芯片內(nèi)的一些部件處于一個確定的初始狀態(tài)，復(fù)位是一種很重要的操作。器件本身一般不具有自動上電復(fù)位能力，需要借助外部復(fù)位電路提供的復(fù)位

43、信號才能進行復(fù)位操作。 2.6.1 復(fù)位電路設(shè)計     AT89S51單片機的第9腳（RST）為復(fù)位引腳，系統(tǒng)上電后，時鐘電路開始工作，只要RST 引腳上出現(xiàn)大于兩個機器周期時間的高電平即可引起單片機執(zhí)行復(fù)位操作。有兩種方法可以使AT89S51單片機復(fù)位，即在RST引腳加上大于兩個機器周期時間的高電平或WDT計數(shù)溢出。單片機復(fù)位后，PC=0000H，CPU從程序存儲器的0000H開始取指執(zhí)行。復(fù)位后，單片機內(nèi)部各SFR 的值如表2.3所示。單片機的外部復(fù)位電路有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種。   （ 1 ）上電復(fù)位電路。

44、最簡單的上電復(fù)位電路由電容和電阻串聯(lián)構(gòu)成，如圖2.11所示。    上電瞬間，由于電容兩端電壓不能突變，RST引腳電壓端為VR為VCC，隨著對電容的充電， RST引腳的電壓呈指數(shù)規(guī)律下降，到t1時刻，VR降為3.6V，隨著對電容充電的進行，VR最后將接近0V。RST引腳的電壓變化如圖2.12所示。為了確保單片機復(fù)位，t1必須大于兩個機器周期的時間，機器周期取決于單片機系統(tǒng)采用的晶振頻率，圖2.11中，R不能取得太小，典型值 8.2k；t1與RC 電路的時間常數(shù)有關(guān)，由晶振頻率和R可以算出C的取值。   （ 2 ）上電復(fù)位和按鍵復(fù)位組合電路     圖2.13上電復(fù)位和按鍵復(fù)位組合電路，R2的阻值一般很小，只有幾十歐姆，當按下復(fù)位按鍵后，電容迅速通過R2放電，放電結(jié)束時的VR為（R1*Vcc）/