-2AT89S51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

1、AT89S51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)本章主要內(nèi)容189S51單片機(jī)的硬件組成289S51的引腳功能389S51的CPU4AT89S51單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)5AT89S51單片機(jī)的并行IO端口6時(shí)鐘電路與時(shí)序789S51工作方式889S51單片機(jī)最小系統(tǒng)89S51單片機(jī)的根本組成一個(gè)8位 的微處理器CPU。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM128B: 用以存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器Flash ROM4KB: 用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。89S51單片機(jī)的根本組成四個(gè)8位并行I/O輸入/輸出接口P0P3:每個(gè)口可以用作輸入，也可以用作輸出，還兼有其它復(fù)合功能

2、。兩個(gè)可編程16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器: 每個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以 對(duì) 外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。一個(gè)看門狗定時(shí)器一個(gè)全雙工UART的串行I/O口: 可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與單片機(jī)或其它微機(jī)之間串行通信。 UART:Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步接收/發(fā)送裝置 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路: 但需外接晶振和電容。五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。89S51單片機(jī)的根本組成AT89S51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)AT89S51的引腳功能PLCCDIPTQFP按功能分類

3、I/O口線：P0、P1、P2、P3共32條控制口線：PSEN、ALE、EA/VPP、RESET 共4條電源：Vcc、Vss 共2條時(shí)鐘：XTAL1、XTAL2 共2條主電源和時(shí)鐘振蕩電路引腳VCC 40腳運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)接+5V電源VSS 20腳)地線XTAL119腳 用作晶體振蕩電路的反相器輸入端，內(nèi)部接至振蕩器的反相放大器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí), 該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。 XTAL2 18腳 片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器，該腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部時(shí)鐘源時(shí)，本腳懸空。AT89S51的引腳功能P0口有三個(gè)功能：外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)做數(shù)據(jù)總線外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器

4、時(shí)，當(dāng)作地址總線不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無(wú)上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。當(dāng)作為輸入時(shí)，上拉電阻將其電位拉高，假設(shè)輸入為低電平那么可提供電流源；所以如果P0口作為輸入時(shí)，處在高阻抗?fàn)顟B(tài)，只有外接一個(gè)上拉電阻才能有效。 P1口只做I/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。P2口有兩個(gè)功能：擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線使用做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻；P3口有兩個(gè)功能：除了作為I/O使用外其內(nèi)部有上拉電阻，還有一些特殊功能，由特殊存放器來(lái)設(shè)置。P3各端口引腳與復(fù)用功能口線第二功能功能含義P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2INT0外部中斷 0 申

5、請(qǐng)P3.3INT1外部中斷 1 申請(qǐng)P3.4T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入P3.5T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)輸入P3.6WR外部RAM寫選通P3.7RD外部RAM讀選通控制信號(hào)引腳RST/VPD9引腳：RST為復(fù)位信號(hào)輸入端。高電平復(fù)位CPU，低電平CPU工作。當(dāng)RST端保持2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)，單片機(jī)完成復(fù)位操作。第二功能VPD為內(nèi)部RAM的備用電源輸入端。當(dāng)主電源VCC發(fā)生斷電，降到一定電壓值時(shí)，可通過(guò)VPD為單片機(jī)內(nèi)部RAM提供電源，以保護(hù)片內(nèi)RAM中的信息不喪失，上電后能繼續(xù)正常運(yùn)行。復(fù)位使單片機(jī)進(jìn)入某種確定的初始狀態(tài)：1 PC (Programe Counter)值歸零(00

6、00H)2各個(gè)SFR被賦予初始值3退出處于節(jié)電工作方式的停頓狀態(tài)、退出一切程序進(jìn)程、退出程序的死循環(huán)，從頭開始?？刂菩盘?hào)引腳ALE/ PROG 30引腳 ：地址鎖存允許/編程脈沖信號(hào)端當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。P0口是數(shù)據(jù)/地址復(fù)用口， ALE低電平時(shí)， P0口出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息； ALE高電平時(shí)， P0口出現(xiàn)地址信息。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE信號(hào)下降沿用于控制把P0口輸出的低8位地址送入鎖存器鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低8位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。由于ALE是以1/6晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，故可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。 ALE可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL門。第二功能

7、PROG為89C51內(nèi)部Flash Rom編程時(shí)的編程脈沖輸入端。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。如果在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效?？刂菩盘?hào)引腳PSEN 29引腳 ：外部程序存儲(chǔ)器ROM讀選通信號(hào)訪問(wèn)外部ROM時(shí)，PSEN產(chǎn)生負(fù)脈沖作為外部ROM選通信號(hào)。訪問(wèn)外部RAM或內(nèi)部ROM時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生有效的PSEN信號(hào)。 PSEN可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL門。EA/VPP31引腳：EA為訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器ROM控制信號(hào)

8、當(dāng)EA為高電平時(shí)，假設(shè)訪問(wèn)的地址空間在04KBPC0FFFH 時(shí)，CPU將自動(dòng)訪問(wèn)外部ROM。EA保持低電平，那么訪問(wèn)外部ROM。對(duì)于8031， EA必須接地，只能訪問(wèn)外部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源VPP。有內(nèi)部EPROM的單片機(jī)芯片例如8751，為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號(hào)也是由信號(hào)引腳的形式提供的，即：編程脈沖：30腳ALE/PROG編程電壓：31腳EA/Vpp有些印刷線路板上會(huì)有一個(gè)電池，這就是單片機(jī)的備用電源，當(dāng)外接電源下降到下限值時(shí)，備用電源就會(huì)經(jīng)第二功能的方式由第9腳即RST/VPD引入，以保護(hù)內(nèi)部RAM中的信息不會(huì)喪失。例：

9、SRAM6264的擴(kuò)展89C516264ALE8D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7G(LE)EAOECE2*RDWRWECE1*+5V鎖存器74LS3738031鎖存器74LS373ALEPSEN8D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROM PSEN(Program Store Enable) 低有效 ，尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)選通外部ROM的讀控制端(OE)。Note:讀取外部ROM時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生兩次PSEN有效信號(hào)； 執(zhí)行片內(nèi)ROM取指時(shí)，不產(chǎn)生PSEN信號(hào)。CPU的功能單元運(yùn)算器算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU累加器ACC存放器BPSW控制器程序計(jì)數(shù)器PC指令存放

10、器IR定時(shí)與控制邏輯其他存放器數(shù)據(jù)指針DPTR堆棧指針SP工作存放器R0R7AT89S51的CPUCPU是單片機(jī)內(nèi)部的核心部件，完成運(yùn)算和控制操作。包括運(yùn)算器、控制器以及假設(shè)干存放器等部件組成運(yùn)算器以算術(shù)邏輯單元ALU為核心，加上累加器ACC、存放器B、暫存器TMP1和TMP2、 程序狀態(tài)存放器PSW、十進(jìn)制調(diào)整電路及專門用于位操作的布爾處理機(jī)組成的。功能：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運(yùn)算，位變量處理和數(shù)據(jù)傳送操作。1算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU 算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除； 邏輯運(yùn)算：與、或、異或、循環(huán)、求補(bǔ)和清零； 位操作：置“1、清“0、求反、測(cè)試轉(zhuǎn)移等。2累加器A字節(jié)地址為E0H，復(fù)位值為00H。最常用

11、的一個(gè)8位存放器，在使用匯編語(yǔ)言編程時(shí)，有些場(chǎng)合必須寫為Acc作用如下：1ALU單元的輸入數(shù)據(jù)源之一大局部單操作數(shù)指令的操作數(shù)取自A，很多雙操作數(shù)指令的一個(gè)操作數(shù)取自A，又是ALU運(yùn)算結(jié)果存放單元。2位尋址功能：A的進(jìn)位標(biāo)志Cy是特殊的，因?yàn)樗瑫r(shí)又是位處理機(jī)的位累加器。3數(shù)據(jù)傳送大多都通過(guò)累加器A，相當(dāng)于數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站。為解決“瓶頸堵塞問(wèn)題，AT89S51增加了一局部可以不經(jīng)過(guò)累加器的傳送指令。3. 存放器B 8位特殊功能存放器，字節(jié)地址為F0H，復(fù)位值為00H。 為執(zhí)行乘法和除法而設(shè)。在不執(zhí)行乘、除法操作的情況下，可把它當(dāng)作一個(gè)普通存放器來(lái)使用。 乘法，兩乘數(shù)分別在A、B中，執(zhí)行乘法指令后，

12、乘積在BA中 除法，被除數(shù)取自A，除數(shù)取自B，商存放在A中，余數(shù)存B中。PSW是一個(gè)8位的標(biāo)志存放器，它保存指令執(zhí)行結(jié)果的特征信息，以供程序查詢和判別。 PSW格式及含義如下: CY 進(jìn)位標(biāo)志位AC 輔助進(jìn)位或稱半進(jìn)位標(biāo)志 F0 由用戶定義的標(biāo)志位。復(fù)位時(shí)該位為“0 RS1和RS0 PSW.4 和 PSW.3 工作存放器組選擇位 OV 溢出標(biāo)志位。 由硬件置位或清零。 未定義位 P 奇偶標(biāo)志位A中1的個(gè)數(shù)：偶0 ，奇1 位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位標(biāo)志CYACF0RS1RS0OVPPSW程序狀態(tài)字CY是PSW中最為常用的標(biāo)志位，共有4項(xiàng)

13、功能：在加法運(yùn)算中存放進(jìn)位標(biāo)志，有進(jìn)位時(shí)CY置1，無(wú)進(jìn)位時(shí)CY清0；在減法運(yùn)算中存放借位標(biāo)志，有借位時(shí)CY置1，無(wú)借位時(shí)CY清0；在位操作中作累加位使用，在位傳送和位運(yùn)算中都要用到CY；在帶進(jìn)位的移位操作中用于構(gòu)成循環(huán)移位通路?！咀⒁狻繉?duì)于加/減運(yùn)算，無(wú)論參與運(yùn)算的數(shù)是帶符號(hào)數(shù)還是無(wú)符號(hào)數(shù)，都按無(wú)符號(hào)數(shù)的原那么來(lái)設(shè)置進(jìn)/借位標(biāo)志位CY。 CY 進(jìn)位標(biāo)志位PSW程序狀態(tài)字在加減運(yùn)算中，當(dāng)?shù)?4 位向高 4 位有進(jìn)借位時(shí)，AC由硬件置位，否那么AC被清0。在進(jìn)行十進(jìn)制數(shù)運(yùn)算時(shí)需要十進(jìn)制調(diào)整，此時(shí)要用到AC位的狀態(tài)進(jìn)行判斷。 AC 半進(jìn)位標(biāo)志位 F0 用戶標(biāo)志位 由用戶定義使用的標(biāo)志位。用戶可根據(jù)需

14、要用軟件方法置位或復(fù)位。PSW程序狀態(tài)字 這兩個(gè)選擇位的狀態(tài)由軟件設(shè)置，被選中的工作存放器組即為當(dāng)前工作存放器組。 RS1和RS0PSW.4 和 PSW.3 工作存放器組選擇位 RS1 RS0所選寄存器組R0R7地址0 0第 0 組00H 07H0 1第 1 組08H 0FH1 0第 2 組10H 17H1 1第 3 組18H 1FH P 奇偶標(biāo)志位說(shuō)明累加器A中1的個(gè)數(shù)的奇偶性：假設(shè)1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，那么P=0；假設(shè)1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，那么P=1 。在每個(gè)指令周期由硬件根據(jù)A的內(nèi)容對(duì)P位進(jìn)行置位或復(fù)位。PSW程序狀態(tài)字片內(nèi)RAM前32個(gè)單元(00H1FH)是工作存放器區(qū) (由PSW中的RS1、RS

15、0決定) 系統(tǒng)復(fù)位后，PSW=00H，自動(dòng)選擇00-07h單元，工作存放器區(qū)0，默認(rèn)設(shè)置。00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)R0R2R1R3R4R5R6R707H02H01H00H06H04H05H03H08H1FH工作寄存器區(qū)3工作寄存器區(qū)2工作寄存器區(qū)1工作寄存器區(qū)0在加減運(yùn)算中，如果OV=1，那么表示運(yùn)算結(jié)果超出了累加器A所能表示的符號(hào)數(shù)的有效范圍-128 +127，運(yùn)算結(jié)果是錯(cuò)誤的，即產(chǎn)生了溢出；否那么， OV=0，那么表示運(yùn)算結(jié)果正確，即未產(chǎn)生溢出。溢出的判斷：OV=C6C7在乘法運(yùn)算中，OV=1表示乘積超過(guò)255

16、，即乘積分別在B高8位與A低8位中；否那么，OV=0表示乘積只在A中。在除法運(yùn)算中，OV=1表示除數(shù)為0，除法不能進(jìn)行；否那么，OV=0表示除數(shù)不為0，除法可正常進(jìn)行?！咀⒁狻繉?duì)于加減運(yùn)算，無(wú)論參與運(yùn)算的數(shù)是帶符號(hào)數(shù)還是無(wú)符號(hào)數(shù)，都按帶符號(hào)數(shù)的原那么來(lái)設(shè)置溢出標(biāo)志位。 OV 溢出標(biāo)志位PSW程序狀態(tài)字1程序計(jì)數(shù)器PC16位2指令存放器IR及指令譯碼器ID3定時(shí)和控制邏輯電路 控制器控制器的主要任務(wù)是識(shí)別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機(jī)各功能部件，從而保證單片機(jī)各局部自動(dòng)協(xié)調(diào)的工作。主要包括： 功能是控制指令的讀入、譯碼和執(zhí)行，從而對(duì)各功能部件進(jìn)行定時(shí)和邏輯控制。1程序計(jì)數(shù)器PC16位程序計(jì)數(shù)器

17、PC是一個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器PCH、PCL組成，不可訪問(wèn)。單片機(jī)復(fù)位時(shí)，PC中的內(nèi)容為0000H，從程序存儲(chǔ)器0000H單元取指令，開始執(zhí)行程序。PC是程序的字節(jié)地址計(jì)數(shù)器，PC內(nèi)容為將要執(zhí)行的指令地址。改變PC內(nèi)容，改變執(zhí)行的流向。PC工作過(guò)程是：CPU讀指令時(shí)，PC的內(nèi)容作為所取指令的地址，程序存儲(chǔ)器按此地址輸出指令字節(jié)，同時(shí)PC自動(dòng)加1?？刂破?指令存放器IR及指令譯碼器ID由PC中的內(nèi)容指定ROM地址，取出來(lái)的指令經(jīng)IR送至ID，由ID對(duì)指令譯碼產(chǎn)生一定序列的控制信號(hào)，以執(zhí)行指令所規(guī)定的操作。3振蕩器和定時(shí)電路89S51單片機(jī)片內(nèi)有振蕩電路，只需外接石英晶體和頻率微調(diào)

18、電容2個(gè)30pF左右，其頻率范圍為1.2MHz12MHz。該信號(hào)作為89S51工作的根本節(jié)拍即時(shí)間的最小單位。89S51單片機(jī)的存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)不同：一般微機(jī)通常是程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間，屬于Von Neumann結(jié)構(gòu)馮諾依曼型89S51單片機(jī)把程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器相互別離開來(lái)，屬于Harvard結(jié)構(gòu)哈佛型AT89S51單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器ALU算邏部件ALU控制部件中央處理器 CPU輸入/輸出部件輸入/輸出部件算邏部件ALU控制部件中央處理器 CPU程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)馮諾依曼型哈佛型89S51存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM片內(nèi)程序存儲(chǔ)器片外程序存

19、儲(chǔ)器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT89S51單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)89S51的存儲(chǔ)器組織分3個(gè)不同的存儲(chǔ)地址空間：64KB的程序存儲(chǔ)器地址空間包括片內(nèi)ROM和片外ROM64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間256B的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間匯編語(yǔ)言對(duì)這3個(gè)不同的存儲(chǔ)器空間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，必須分別采用3種不同形式的指令。AT89S51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)AT89S51存儲(chǔ)器按功能分為兩類：用不同的指令訪問(wèn)RAM，CPU在運(yùn)行時(shí)能隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀出，但在關(guān)閉電源時(shí)，其所存儲(chǔ)的信息將喪失。用來(lái)存放暫時(shí)性的輸入輸出數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間結(jié)果或用作堆棧。FLASH，斷電后，其中的信息保存不變。用來(lái)存放固定的程序或數(shù)據(jù)，如

20、系統(tǒng)監(jiān)控程序、常數(shù)表格等。對(duì)單片機(jī)來(lái)講，ROM或FLASH 和RAM的尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式是分開的。內(nèi)部 ROM4KBEA=1外部 ROM4KBEA=0內(nèi)部 RAM128B0FFFH0000H0FFFH0000HFFFFH1000H外部 RAM64KB特殊功能存放器(21個(gè)SFR)外部 ROM60KBFFH80H7FH00H程序存儲(chǔ)器地址空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間FFFFH0000HMOV 指令操作域MOVX 指令操作域MOVC 指令操作域89S51單片機(jī)存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu) 程序存儲(chǔ)器ROMROM用于存放程序及表格常數(shù)，讀取ROM的指令為“MOVC。89S51片內(nèi)有4KB的ROM，外部可用16位地址線擴(kuò)

21、展到最大64KB的ROM空間。片內(nèi)ROM和外部擴(kuò)展ROM是統(tǒng)一編址的。當(dāng)芯片引腳EA為高電平時(shí)，程序計(jì)數(shù)器PC在0000H0FFFH4KB地址時(shí)從內(nèi)部ROM取指令，超過(guò)4KB時(shí)，CPU自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部ROM執(zhí)行程序。如果EA為低電平接地，那么所有取指令操作均在外部ROM中進(jìn)行，這時(shí)外部擴(kuò)展的ROM從0000H開始編址。8031單片機(jī)無(wú)片內(nèi)ROM，只能使用外部擴(kuò)展ROM且從0000H開始編址，EA必須接低電平。程序存儲(chǔ)器ROMAT89S51的程序存儲(chǔ)器配置片內(nèi)與片外程序存儲(chǔ)器的選擇EA引腳接高電平-片內(nèi)+片外EA引腳接地-片外ROM中的某些特定單元是給系統(tǒng)默認(rèn)使用的0000H單元是復(fù)位入口，單片機(jī)復(fù)

22、位后，CPU總是從0000H單元開始執(zhí)行程序。0000H 0002H單元安排一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，使之轉(zhuǎn)向主程序的入口地址。0003H 002AH共40個(gè)單元均勻地分為5段，分別作為5個(gè)中斷源的中斷地址區(qū)。中斷響應(yīng)后，系統(tǒng)能按中斷種類，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序。系統(tǒng)復(fù)位和中斷地址區(qū) 地 址 區(qū) 操 作0000H 0002H系統(tǒng)復(fù)位0003H 000AH外部中斷 0 中斷地址區(qū)000BH 0012H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 中斷地址區(qū)0013H 001AH外部中斷 1 中斷地址區(qū)001BH 0022H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 中斷地址區(qū)0023H 002AH串行口中斷地址區(qū)一般從中斷首地址開始存放一

23、條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，以便中斷響應(yīng)后，通過(guò)中斷地址區(qū)，再轉(zhuǎn)到中斷效勞程序的實(shí)際入口地址。程序存儲(chǔ)器低端的幾個(gè)特殊單元 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAMRAM用于存放運(yùn)算中間結(jié)果，用作緩沖和數(shù)據(jù)暫存，以及設(shè)置特征標(biāo)志等。89S51片內(nèi)有256B的RAM空間，片外可擴(kuò)展64KB的RAM空間，兩個(gè)存儲(chǔ)空間獨(dú)立尋址。內(nèi)部RAM低128字節(jié)地址空間00H 7FH為內(nèi)部RAM區(qū)，是供用戶使用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元，作為處理問(wèn)題的數(shù)據(jù)緩沖器。高128字節(jié)地址空間80H FFH為特殊功能存放器區(qū)SFR區(qū)，共26個(gè)特殊功能存放器。內(nèi)部RAM存儲(chǔ)空間小，僅用8位地址尋址，但存取速度比外部RAM快。內(nèi)部RAM低128單元的劃分工作存放器組

24、0位尋址區(qū)位地址：00H7FH用戶RAM區(qū)堆棧、數(shù)據(jù)緩沖7FH30H2FH20H工作存放器組 3工作存放器組 2工作存放器組 11FH18H17H10H0FH08H07H00HR7R0R7R0R7R0R7R0工作存放器區(qū)共32個(gè)字節(jié)單元，分為4組，每組8個(gè)8位存放器，只能按字節(jié)尋址用戶RAM區(qū)共80個(gè)字節(jié)單元，只能按字節(jié)尋址位尋址區(qū)共16個(gè)字節(jié)單元，128個(gè)位，可按位尋址，也可按字節(jié)尋址內(nèi)部RAM低128單元，按用途可分為3個(gè)區(qū)域：工作存放器區(qū)內(nèi)部RAM的00H 1FH為工作存放器區(qū)，共32個(gè)字節(jié)，分為4組，每組8個(gè)8位存放器R0R7。在任一時(shí)刻，CPU只能使用其中的一組存放器，當(dāng)前程序使用的

25、工作存放器組是由程序狀態(tài)字PSW的RS0、RS1位來(lái)選擇的。PSW.4 （RS1）PSW.3 （RS0）當(dāng)前使用的工作寄存器組00第0 組（00H 07H）01第1 組（08H 0FH）10第2 組（10H 17H）11第3 組（18H 1FH）49工作寄存器組 0工作寄存器組 1工作寄存器組 2工作寄存器組 3地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址寄存器00HR008HR010HR018HR001HR109HR111HR119HR102HR20AHR212HR21AHR203HR30BHR313HR31BHR304HR40CHR414HR41CHR405HR50DHR515HR51DHR506H

26、R60EHR616HR61EHR607HR70FHR717HR71FHR7工作存放器的使用方法： 以存放器的形式使用，用存放器符號(hào)表示； 以存儲(chǔ)單元的形式使用，以單元地址表示。工作存放器區(qū)各存放器對(duì)應(yīng)的地址 位尋址區(qū)內(nèi)部RAM的20H2FH字節(jié)為可位尋址區(qū)域，這16個(gè)字節(jié)共128位，每一位都有一個(gè)位地址，位編址為：00H7FH，用戶可用程序?qū)λ鼈冎苯舆M(jìn)行清0、置位、取反和測(cè)試等操作。位尋址區(qū)的RAM單元也可按字節(jié)尋址，作為一般的數(shù)據(jù)緩沖器使用?！拔坏膬煞N表示方式：以位地址的形式，如位尋址區(qū)的最后一個(gè)位是7FH；以存儲(chǔ)單元地址加位的形式表示，如位尋址區(qū)的最后一個(gè)位表示為。單元地址D7D6D5D4

27、D3D2D1D02FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2CH67H66H65H04H63H62H61H60H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H29F4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H28H47H46H45H44H43H42H41H40H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H26H37H36H35H34H33H32H31H30H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH2

28、9H28H24H27H26H25H24H23H22H21H20H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H22H17H16H15H14H13H12H11H10H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H20H07H06H05H04H03H02H01H00H內(nèi)部RAM位尋址區(qū)的位地址 52 用戶RAM區(qū)內(nèi)部RAM的30H7FH字節(jié)為用戶RAM區(qū)，即通用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，共80個(gè)單元，作為一般數(shù)據(jù)緩沖使用。對(duì)于用戶RAM區(qū)，只能以存儲(chǔ)單元的形式來(lái)使用，沒(méi)有其它任何規(guī)定和限制。一般把堆棧開辟在此區(qū)中。當(dāng)片內(nèi)128B的RAM不夠用時(shí)，需外擴(kuò)，最多可外擴(kuò)64KB的RAM。注意，片內(nèi)RA

29、M與片外RAM兩個(gè)空間是相互獨(dú)立的，片內(nèi)RAM與片外RAM的低128B的地址是相同的，但由于使用的是不同的訪問(wèn)指令，所以不會(huì)發(fā)生沖突。按字節(jié)尋址：每個(gè)字節(jié)(8個(gè)位)占一個(gè)地址。按位尋址：每一位就有一個(gè)地址。54內(nèi)部RAM高128單元：特殊功能存放器SFR區(qū)單元地址為80HFFH，用于存放相應(yīng)功能部件的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。89S51片內(nèi)包括26個(gè)SFR，其中可位尋址的有11個(gè)。對(duì)可位尋址的SFR，在表示某一位時(shí)，可以用位地址，也可以用位定義名，或用“存放器名.位表示。例如程序狀態(tài)字PSW中的D3位可表示為：D3H 位地址RS0 位定義名PSW.3 存放器名.位AT89S51特殊功能存放器SFR

30、與運(yùn)算器相關(guān)3個(gè)ACCBPSW與定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)6個(gè)TH0,TL0TH1,TL1TMODTCON指針類5個(gè)SPDPH0/1,DPL0/1與口相關(guān)7個(gè)P0,P1,P2,P3SBUFSCONPCON與中斷相關(guān)2個(gè)IEIP輔助存放器2個(gè)AUXR,AUXR1看門狗存放器1個(gè)WDTRST根本型單片機(jī)有26個(gè)SFR離散地分布在80HFFH空間。特殊功能存放器地址映像SFR名稱符號(hào)D7 位地址/位定義 D0字節(jié)地址寄存器BBF7F6F5F4F3F2F1F0F0H累加器AACCE7E6E5E4E3E2E1E0E0H程序狀態(tài)字PSWD7D6D5D4D3D2D1D0D0HCYACF0RS1RS0OVP中斷優(yōu)先級(jí)I

31、PBFBEBDBCBBBAB9B8B8HPSPT1PX1PT0PX0I/O端口 3P3B7B6B5B4B3B2B1B0B0HP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0中斷允許控制IEAFAEADACABAAA9A8A8HEAESET1EX1ET0EX0I/O端口 2P2A7A6A5A4A3A2A1A0A0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0串行數(shù)據(jù)緩沖SBUF99H串行控制SCON9F9E9D9C9B9A999898HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRII/O端口 1P1A99695949392919090HP1.7P1.6P1.5P

32、1.4P1.3P1.2P1.1P1.0特殊功能存放器地址映像SFR名稱符號(hào)D7 位地址/位定義 D0字節(jié)地址定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1（高字節(jié)）TH18DH定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0（高字節(jié)）TH08CH定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1（低字節(jié)）TL18BH定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0（低字節(jié)）TL08AH定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式選擇TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M089H定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制TCON8F8E8D8C8B8A898888HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0電源控制及波特率控制PCONSMODGF1GF0PDIDL87H數(shù)據(jù)指針高字節(jié)DPH83H數(shù)據(jù)指針低字節(jié)DPL82H堆棧SP81HI/O端口 0P087

33、8685848382818080HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0特殊功能存放器地址映像續(xù)26個(gè)SFR連續(xù)地分散在內(nèi)部RAM高128單元中。每個(gè)SFR都有字節(jié)地址，并定義了符號(hào)名。其中11個(gè)可位尋址，對(duì)應(yīng)的位也定義了位名。但凡字節(jié)地址能被8整除的SFR都具有位地址。但凡可位尋址的SFR，字節(jié)地址末位只能是0H或8H。只能使用直接尋址方式訪問(wèn)特殊功能存放器，指令中既可使用存放器符號(hào)表示，也可使用存放器地址表示。在P3 P0口中，作為特殊功能存放器的是它們的鎖存器，由各位口線的鎖存位組成。 對(duì)SFR的字節(jié)尋址問(wèn)題的說(shuō)明 堆棧指針SP 堆棧指針SP是8位的特殊功能存放

34、器，可指向片內(nèi)RAM 128字節(jié)00H7FH的任何單元。堆棧的兩種操作進(jìn)棧和出棧都是對(duì)棧頂單元進(jìn)行的。SP用來(lái)指示棧頂，SP的內(nèi)容就是堆棧棧頂?shù)拇鎯?chǔ)單元地址。系統(tǒng)復(fù)位后，SP的內(nèi)容為07H，但由于堆棧一般在內(nèi)部RAM的30H7FH單元中開辟，所以在程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意把SP值初始化為30H以后，以免堆棧占用工作存放器區(qū)和位尋址區(qū)。SP的內(nèi)容一經(jīng)確定，堆棧的位置也就跟著確定下來(lái)，由于SP可初始化為不同值，因此堆棧位置是浮動(dòng)的。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器截然分開RAM和ROM的地址空間、存取指令和控制信號(hào)各有一套。存儲(chǔ)器有內(nèi)外之分為擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，單片機(jī)的芯片引腳已經(jīng)作了預(yù)先準(zhǔn)備：通過(guò)口線最多可提供16位

35、地址，對(duì)外部存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)64KB；ALE信號(hào)用于外部存儲(chǔ)器的地址鎖存；WR和RD信號(hào)分別用于外部RAM的寫選通和讀選通；PSEN信號(hào)用于外部ROM的讀選通；EA信號(hào)用于內(nèi)外ROM的訪問(wèn)控制?？偨Y(jié)：89S51單片機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)AT89S51單片機(jī)的并行IO端口89S51單片機(jī)有四個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2和P3。每個(gè)端口都是8位準(zhǔn)雙向口，共占32根引腳。每一條I/O線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器即特殊功能存放器P0P3，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器，作輸出是數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時(shí)數(shù)據(jù)可以緩沖。P0口當(dāng)C=0時(shí)，開關(guān)MUX被控為如圖示位置，P0口為通用

36、I/O口；當(dāng)C=1時(shí)，開關(guān)撥向反相器3的輸出端，P0口分時(shí)作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。讀引腳讀鎖存器內(nèi)部總線寫入DCPQQ地址/數(shù)據(jù)控制CMUXVCCT1T2P0.X4312鎖存器P1口P2口P3口時(shí)鐘電路與時(shí)序時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。單片機(jī)本身是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序協(xié)調(diào)工作。時(shí)序研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互時(shí)間關(guān)系。時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生內(nèi)部方式時(shí)鐘89S51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。外接作為反響元件的晶體后成為自激振蕩器，晶體呈感性，與微調(diào)電容C

37、1、C2構(gòu)成并聯(lián)諧振回路。 振蕩器的頻率主要取決于晶體，電容有微調(diào)作用。晶體的振蕩頻率范圍通常是1.212MHz, 電容C1、C2一般取30 pF。 晶體振蕩頻率越高，系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)運(yùn)行速度越快。時(shí)鐘電路在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的震蕩脈沖。外接的脈沖應(yīng)是上下電平持續(xù)時(shí)間大于20ns的方波，且脈沖頻率應(yīng)低于12MHz。 引入外部脈沖信號(hào)外部方式時(shí)鐘分頻電路振蕩電路產(chǎn)生的振蕩信號(hào)并不直接為單片機(jī)所用，而要進(jìn)行分頻，以得到單片機(jī)各種相關(guān)的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘頻率為振蕩頻率的2分頻，ALE信號(hào)頻率為振蕩頻率的6分頻，機(jī)

38、器頻率為振蕩頻率的12分頻。 當(dāng)振蕩脈沖頻率為12MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1ms； 當(dāng)振蕩脈沖頻率為6MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為2ms。機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序各種指令時(shí)序與時(shí)鐘周期相關(guān)。1時(shí)鐘周期時(shí)鐘控制信號(hào)的根本時(shí)間單位。假設(shè)晶振頻率為fosc，那么時(shí)鐘周期Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，。2機(jī)器周期CPU完成一個(gè)根本操作所需時(shí)間為機(jī)器周期。執(zhí)行一條指令分為幾個(gè)機(jī)器周期。每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)根本操作，如取指令、讀或?qū)憯?shù)據(jù)等。每12個(gè)時(shí)鐘周期為1個(gè)機(jī)器周期1個(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)時(shí)鐘周期，分6個(gè)狀態(tài)：S1S6。每個(gè)狀態(tài)又分兩拍：P1和P2。因此，一個(gè)機(jī)器周期中的12個(gè)時(shí)鐘周期表

39、示為S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P2，指令周期執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間。簡(jiǎn)單的單字節(jié)指令，取出指令立即執(zhí)行，只需一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。而有些復(fù)雜的指令，如轉(zhuǎn)移、乘、除指令那么需兩個(gè)或多個(gè)機(jī)器周期。從指令執(zhí)行時(shí)間看:單字節(jié)和雙字節(jié)指令一般為單機(jī)器周期和雙機(jī)器周期;三字節(jié)指令都是雙機(jī)器周期;乘、除指令占用4個(gè)機(jī)器周期。振蕩周期節(jié)拍P：?jiǎn)纹瑱C(jī)外接石英晶體振蕩器的周期。如外接石英晶體的頻率假設(shè)為12MHz，這其振蕩周期就是1/12微秒。時(shí)鐘周期狀態(tài)周期狀態(tài)S：一個(gè)狀態(tài)周期2個(gè)振蕩周期。也稱為時(shí)鐘周期，用S表示。兩個(gè)振蕩周期作為兩個(gè)節(jié)拍分別稱為節(jié)拍P1和節(jié)拍P2。在狀態(tài)周期的前半周期P1有效

40、時(shí)，通常完成算術(shù)邏輯操作；在后半周期P2有效時(shí)，一般進(jìn)行內(nèi)部存放器之間的傳輸。機(jī)器周期：一個(gè)機(jī)器周期包含6個(gè)狀態(tài)周期，用S1、S2、S6表示；共12個(gè)節(jié)拍，依次可表示為S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P1、S6P2。指令周期：執(zhí)行一條指令所占用的全部時(shí)間，它以機(jī)器周期為單位。MCS-51系列單片機(jī)除乘法、除法指令是4周期指令外，其余都是單周期指令和雙周期指令。假設(shè)用12 MHz晶振，那么單周期指令和雙周期指令的指令周期時(shí)間分別為1 s和2s，乘法和除法指令為4 s。時(shí)序定時(shí)單位 S1 S2 S3 S4 S5 S6P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2

41、 一個(gè)機(jī)器周期的12個(gè)節(jié)拍振蕩周期一個(gè)機(jī)器周期包括6個(gè)S 狀態(tài)S1S6，每個(gè)S狀態(tài)分為2 (拍)個(gè)振蕩周期相位P1，相位P2。1個(gè)機(jī)器周期 6個(gè)S狀態(tài)12 (拍)個(gè)振蕩周期采用主頻為12MHz 振蕩源，每個(gè)機(jī)器周期為1S89S51工作方式89S51單片機(jī)有5種不同的工作方式，每種工作方式都代表著單片機(jī)的一種工作狀態(tài)。包括： 程序執(zhí)行方式分為連續(xù)執(zhí)行和單步執(zhí)行 復(fù)位方式 掉電方式 低功耗節(jié)電工作方式 EPROM編程和校驗(yàn)方式77連續(xù)執(zhí)行方式 正常工作方式 由于單片機(jī)復(fù)位后PC=0000H，因此程序執(zhí)行總是從地址0000H開始，但因0003H是外部中斷程序入口，所以一般程序并不是從0000H開始，

42、為此需在0000H開始的單元中存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，以便跳轉(zhuǎn)到實(shí)際程序的入口去執(zhí)行。 單步執(zhí)行方式 AT89S51單片機(jī)的外部中斷INT0引腳上輸入一個(gè)正脈沖可實(shí)現(xiàn)單步執(zhí)行方式。 程序執(zhí)行方式單片機(jī)的根本工作方式復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。復(fù)位后，單片機(jī)才能開始正常工作。RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，在單片機(jī)的RST端加上高電平持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上，單片機(jī)即進(jìn)入復(fù)位工作方式。除系統(tǒng)的正常初始化外，當(dāng)程序出錯(cuò)如程序跑飛或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，需按復(fù)位鍵使RST腳為高電平，使AT89S51擺脫“跑飛或“死鎖狀態(tài)而重

43、新啟動(dòng)程序。復(fù)位不影響AT89S51單片機(jī)內(nèi)部RAM的狀態(tài)，只要RST輸入端保持高電平，將循環(huán)復(fù)位。在復(fù)位有效期間，ALE和PSEN信號(hào)變?yōu)闊o(wú)效狀態(tài)。RST返回低電平后，CPU從0000H地址開始執(zhí)行程序。復(fù)位方式和復(fù)位電路復(fù)位后單片機(jī)有關(guān)存放器的狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HACC00HPSW00HSP07HDPTR0000HIP0 0000BIE00 0000BP0P3FFHTCON00H寄存器復(fù)位狀態(tài)TMOD00HTL000HTH000HTL100HTH100HSCON00HSBUF未定PCON (HMOS)0 BPCON (CHMOS)0 0000B(PC) =0000H 表示復(fù)位后

44、程序的入口地址為0000H；(PSW)=00H，其中RS1(PSW.4)=0，RS0(PSW.3)=0，表示復(fù)位后單片機(jī)選擇工作存放器第0組；(SP)=07H 表示復(fù)位后堆棧在片內(nèi)RAM的08H單元處建立； P0口 P3口鎖存器為全1狀態(tài)，說(shuō)明復(fù)位后這些并行接口可以直接作輸入口，無(wú)須向端口寫1；定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)等特殊功能存放器復(fù)位后的狀態(tài)對(duì)各功能部件工作狀態(tài)的影響，將在后續(xù)有關(guān)章節(jié)介紹。說(shuō) 明：89S51根本復(fù)位電路有3種：上電復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。上電自動(dòng)復(fù)位：通過(guò)電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。接通電源即可完成系統(tǒng)的復(fù)位。

45、按鍵手動(dòng)復(fù)位：按下復(fù)位按鈕即可復(fù)位。分為電平方式和脈沖方式兩種。89S51根本復(fù)位電路89S51的RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上。整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩局部。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)RST送施密特觸發(fā)器；再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣；最后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。89S51芯片內(nèi)復(fù)位電路在實(shí)際設(shè)計(jì)中，假設(shè)有外部擴(kuò)展的I/O接口電路也需初始復(fù)位，假設(shè)它們的復(fù)位端和AT89S51的復(fù)位端相連，復(fù)位電路中的R、C參數(shù)要受到影響，這時(shí)復(fù)位電路中的R、C參數(shù)要統(tǒng)一考慮，以保證可靠的復(fù)位。如果AT89S51單片機(jī)與外圍I/O接口電路的復(fù)位電路和復(fù)位時(shí)間