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第2章AT89S51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及接口技術(shù)(C51編程)(第2版)第2章AT89S51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及接口技術(shù)(C5目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成2.2AT89S51的引腳功能2.3AT89S51的CPU2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)2.5AT89S51的并行I/O端口2.6時(shí)鐘電路與時(shí)序2.7復(fù)位操作和復(fù)位電路2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.9低功耗節(jié)電模式2.10AT89S52單片機(jī)與AT89S51單片機(jī)的差異目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。把作為控制應(yīng)用所必需的基本功能部件都集成在一個(gè)集成電路芯片上。圖2-1AT89S51單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖2-1所2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成有如下功能部件和特性:8位微處理器(CPU);01OPTION02OPTION03OPTION04OPTION數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(128BRAM);程序存儲(chǔ)器(4KBFlashROM);4個(gè)8位可編程并行I/O口(P0口、P1口、P2口、P3口);1個(gè)全雙工的異步串行口;2個(gè)可編程的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;05OPTION06OPTION2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成有如下功能部件和特性2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成有如下功能部件和特性:1個(gè)看門狗定時(shí)器;中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源,對(duì)應(yīng)5個(gè)中斷向量;特殊功能寄存器(SFR)26個(gè);低功耗模式有空閑模式和掉電模式,且具有掉電模式下的中斷恢復(fù)模式;3個(gè)程序加密鎖定位;07OPTION08OPTION09OPTION10OPTION11OPTION2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成有如下功能部件和特性2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成與AT89C51比,AT89S51更突出的優(yōu)點(diǎn):(1)增加在線可編程功能ISP(InSystemProgram),字節(jié)和頁(yè)編程,現(xiàn)場(chǎng)程序調(diào)試和修改更加方便靈活;(2)數(shù)據(jù)指針增加到兩個(gè),方便對(duì)片外RAM的訪問;(3)增加了看門狗定時(shí)器,提高了系統(tǒng)的抗干擾能力;(4)增加斷電標(biāo)志;(5)增加掉電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)模式;2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成與AT89C51比,2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成片內(nèi)各功能部件通過片內(nèi)單一總線連接而成(圖2-1),基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)微機(jī)結(jié)構(gòu)。CPU對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器(SFR,SpecialFunctionRegister)的集中控制方式。介紹圖2-1中片內(nèi)各功能部件。圖2-1AT89S51單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成片內(nèi)各功能部件通過片2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成(1)CPU(微處理器)8位,與通用CPU基本相同,包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分,還有面向控制的位處理功能。(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)片內(nèi)為128B(52子系列為256B),片外最多可擴(kuò)64KB。圖2-1AT89S51單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)(3)程序存儲(chǔ)器(FlashROM)片內(nèi)集成有4KB的Flash存儲(chǔ)器(AT89S52則為8KB;AT89C55片內(nèi)20KB),如片內(nèi)容量不夠,片外可外擴(kuò)至64KB。2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成(1)CPU(微處理2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成(4)中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源,2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。(5)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(52子系列有3個(gè)),4種工作方式。圖2-1AT89S51單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)(6)串行口1個(gè)全雙工的異步串口,4種工作方式??蛇M(jìn)行串行通信,擴(kuò)展并行I/O口,還可與多個(gè)單片機(jī)構(gòu)成多機(jī)通信系統(tǒng)。2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成(4)中斷系統(tǒng)圖2-2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成(7)4個(gè)8位的并行口:P0口、P1口、P2口和P3口。(8)特殊功能寄存器(SFR)26個(gè),對(duì)片內(nèi)各功能部件管理、控制和監(jiān)視。是各功能件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器,映射片內(nèi)RAM區(qū)80H~FFH內(nèi)。圖2-1AT89S51單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)(9)1個(gè)看門狗定時(shí)器WDT當(dāng)由于干擾程序陷入死循環(huán)或跑飛時(shí),可使程序恢復(fù)正常運(yùn)行。2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成(7)4個(gè)8位的并目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成2.2AT89S51的引腳功能2.3AT89S51的CPU2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)2.5AT89S51的并行I/O端口2.6時(shí)鐘電路與時(shí)序2.7復(fù)位操作和復(fù)位電路2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.9低功耗節(jié)電模式2.10AT89S52單片機(jī)與AT89S51單片機(jī)的差異目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組2.2AT89S51的引腳功能

先了解引腳,牢記各引腳功能。

AT89S51與各種8051芯片的引腳兼容。目前多采用40只引腳雙列直插,如圖2-2。此外,還有44引腳的PLCC和TQFP封裝方式的芯片。

引腳按其功能可分為如下3類:(1)電源及時(shí)鐘引腳—VCC、VSS;XTAL1、XTAL2。(2)控制引腳—PSEN*、ALE/PROG*、EA*/VPP、RST(RESET)(3)I/O口引腳——P0、P1、P2、P3,為4個(gè)8位I/O口2.2AT89S51的引腳功能先了解引腳,牢2.2.1電源及時(shí)鐘引腳1.電源引腳圖2-2AT89S51雙列直插封裝方式的引腳(1)VCC(40腳):+5V電源。(2)VSS(20腳):數(shù)字地。▲▲▲2.2.1電源及時(shí)鐘引腳1.電源引腳圖2-2AT892.2.1電源及時(shí)鐘引腳2.時(shí)鐘引腳(1)XTAL1(19腳):片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器電路輸入端。用片內(nèi)振蕩器時(shí),該腳接外部石英晶體和微調(diào)電容。外接時(shí)鐘源時(shí),該腳接來(lái)自外部時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)。(2)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。2.2.1電源及時(shí)鐘引腳2.時(shí)鐘引腳(1)XTAL1(2.2.2控制引腳(1)RST(RESET,9腳)

復(fù)位信號(hào)輸入,在引腳加上持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平,可使單片機(jī)復(fù)位。正常工作,此腳電平應(yīng)≤0.5V。當(dāng)看門狗溢出時(shí),該腳將輸出96個(gè)時(shí)鐘振蕩周期的高電平。2.2.2控制引腳(1)RST(RESET,9腳)2.2.2控制引腳

(2)EA*/VPP(EnableAddress/VoltagePulseofPrograming,31腳)EA*:第一功能:外部程序存儲(chǔ)器訪問允許控制端。EA*=1,在PC值≤0FFFH(不超出片內(nèi)4KBFlash存儲(chǔ)器地址范圍)時(shí),單片機(jī)讀片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器(4KB)中的程序,但PC值>0FFFH(超出片內(nèi)4KBFlash地址范圍)時(shí),將自動(dòng)轉(zhuǎn)向讀取片外60KB(1000H-FFFFH)程序存儲(chǔ)器空間中的程序。2.2.2控制引腳(2)EA*/VPPEA*2.2.2控制引腳

(2)EA*/VPP(EnableAddress/VoltagePulseofPrograming,31腳)EA*=0,只讀取片外程序存儲(chǔ)器中內(nèi)容,讀取地址范圍為0000H~FFFFH,片內(nèi)的4KBFlash程序存儲(chǔ)器不起作用。VPP:引腳第二功能,對(duì)片內(nèi)Flash編程,接編程電壓。2.2.2控制引腳(2)EA*/VPPEA*=2.2.2控制引腳(3)ALE/PROG*(AddressLatchEnable

/PROGramming,30腳)ALE:為CPU訪問外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供地址鎖存控制信號(hào),將低8位地址鎖存在片外的地址鎖存器中,見圖2-3。

圖2-3ALE作為低8位地址的鎖存控制信號(hào)2.2.2控制引腳(3)ALE/PROG*(Add2.2.2控制引腳(3)ALE/PROG*(AddressLatchEnable

/PROGramming,30腳)此外,單片機(jī)正常運(yùn)行時(shí),ALE端一直有正脈沖信號(hào)輸出,此頻率為fosc的1/6。該信號(hào)可作外部定時(shí)或觸發(fā)信號(hào)使用。注意:每當(dāng)AT89S51訪問外部RAM或I/O時(shí),要丟失一個(gè)ALE脈沖,所以ALE引腳的輸出信號(hào)頻率并不是準(zhǔn)確的1/6

fosc。如不需要ALE端輸出脈沖信號(hào),可將特殊功能寄存器AUXR(地址8EH,本章后面介紹)的第0位(ALE禁止位)置1,來(lái)禁止ALE操作,但在執(zhí)行訪問外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作時(shí),ALE仍然有效,即ALE禁止位不影響對(duì)單片機(jī)對(duì)外部存儲(chǔ)器的訪問。2.2.2控制引腳(3)ALE/PROG*(Add2.2.2控制引腳(3)ALE/PROG*(AddressLatchEnable

/PROGramming,30腳)PROG*:引腳第二功能,對(duì)片內(nèi)Flash編程,加編程脈沖輸入。(4)PSEN*

(ProgramStrobeENable,29腳)

片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào),低有效。2.2.2控制引腳(3)ALE/PROG*(Add2.2.3并行I/O口引腳(1)P0口:P0.7~P0.0腳,8位,漏極開路的雙向I/O口當(dāng)外擴(kuò)存儲(chǔ)器及I/O接口芯片時(shí),P0口作為低8位地址總線及數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用端口。P0口也可作通用的I/O口用,需加上拉電阻,這時(shí)為準(zhǔn)雙向口。如作輸入,應(yīng)先向端口寫1??沈?qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。(2)P1口:P1.7~P1.0腳,8位,準(zhǔn)雙向I/O口,內(nèi)有上拉電阻。準(zhǔn)雙向I/O口,作通用I/O輸入時(shí),應(yīng)先向端口鎖存器寫1,

P1口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。2.2.3并行I/O口引腳(1)P0口:P0.7~P02.2.3并行I/O口引腳P1.5/MOSI、P1.6/MISO和P1.7/SCK也可用于對(duì)片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器串行編程和校驗(yàn),分別是串行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈沖引腳。(3)P2口:P2.7~P2.0腳,8位,準(zhǔn)雙向I/O口,具有內(nèi)部上拉電阻。當(dāng)AT89S51擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器及I/O口時(shí),P2口作為高8位地址總線輸出高8位地址。P2口也可作普通I/O使用。當(dāng)作通用I/O輸入時(shí),應(yīng)先向端口輸出鎖存器寫1??沈?qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。(4)P3口:P3.7~P3.0腳,8位,準(zhǔn)雙向I/O口,具有內(nèi)部上拉電阻。2.2.3并行I/O口引腳P1.5/MOSI、P1.6/2.2.3并行I/O口引腳可作為通用的I/O口使用。作為通用I/O輸入,應(yīng)先向端口輸出鎖存器寫入1。可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P3口還可提供第二功能。第二功能定義如表2-1,應(yīng)熟記。綜上所述,P0口作為總線口時(shí),為雙向口,作通用I/O用時(shí),為準(zhǔn)雙向口,需加上拉電阻。P1、P2、P3口均為準(zhǔn)雙向口。2.2.3并行I/O口引腳可作為通用的I/O口使用。作為2.2.3并行I/O口引腳2.2.3并行I/O口引腳2.2.3并行I/O口引腳注意:準(zhǔn)雙向口與雙向口的差別。準(zhǔn)雙向口僅有兩個(gè)狀態(tài)。而P0口作為總線使用,口線內(nèi)無(wú)上拉電阻,處于高阻“懸浮”態(tài)。故為雙向三態(tài)I/O口。為什么P0口要有高阻“懸浮”態(tài)?因?yàn)镻0口作為數(shù)據(jù)總線用時(shí),多個(gè)數(shù)據(jù)源都掛在數(shù)據(jù)總線上,當(dāng)P0口不需要讀寫其他數(shù)據(jù)源時(shí),需要與數(shù)據(jù)總線高阻“懸浮”隔離。準(zhǔn)雙向I/O口則無(wú)高阻“懸浮”態(tài)。另外,準(zhǔn)雙向口作通用I/O輸入使用時(shí),需先向該口先寫入“1”。準(zhǔn)雙向口與雙向口的差別,學(xué)習(xí)2.5節(jié)的P0~P3口內(nèi)部結(jié)構(gòu)后,會(huì)有更深入了解。至此,40只引腳已介紹,應(yīng)熟記每一引腳功能,對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)十分重要。2.2.3并行I/O口引腳注意:準(zhǔn)雙向口與雙向口的差別。目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成2.2AT89S51的引腳功能2.3AT89S51的CPU2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)2.5AT89S51的并行I/O端口2.6時(shí)鐘電路與時(shí)序2.7復(fù)位操作和復(fù)位電路2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.9低功耗節(jié)電模式2.10AT89S52單片機(jī)與AT89S51單片機(jī)的差異目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組2.3.1運(yùn)算器可對(duì)8位變量邏輯運(yùn)算(與、或、異或、循環(huán)、求補(bǔ)和清零),還可算術(shù)運(yùn)算(加、減、乘、除)。ALU還有位操作功能,對(duì)位變量進(jìn)行位處理,如置“1”、清“0”、求補(bǔ)、測(cè)試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”、“或”等。1.算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU2.3.1運(yùn)算器可對(duì)8位變量邏輯運(yùn)算(與、或、異或、循環(huán)2.3.1運(yùn)算器累加器A是CPU中使用頻繁的一個(gè)8位寄存器,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:(1)ALU單元的輸入數(shù)據(jù)源之一,又是ALU運(yùn)算結(jié)果存放單元。(2)數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器A,相當(dāng)于數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站。為解決“瓶頸堵塞”問題,AT89S51增加了一部分可不經(jīng)過累加器的傳送指令。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。2.累加器A2.3.1運(yùn)算器累加器A是CPU中使用頻繁的一個(gè)8位寄存2.3.1運(yùn)算器PSW(ProgramStatusWord)位于片內(nèi)特殊功能寄存器區(qū),字節(jié)地址D0H。

包含了程序運(yùn)行狀態(tài)的信息,其中4位保存當(dāng)前指令執(zhí)行后的狀態(tài),供程序查詢和判斷。格式如圖2-4。3.程序狀態(tài)字寄存器PSWPSW(圖2-4PSW的格式)2.3.1運(yùn)算器PSW(ProgramStatusW2.3.1運(yùn)算器PSW中各位功能:(1)Cy(PSW.7)進(jìn)位標(biāo)志位可寫為C。在算術(shù)和邏輯運(yùn)算時(shí),若有進(jìn)位/借位,Cy=1;否則,Cy=0。在位處理器中,它是位累加器。(2)Ac(PSW.6)輔助進(jìn)位標(biāo)志位在BCD碼運(yùn)算時(shí),用作十進(jìn)位調(diào)整。即當(dāng)D3位向D4位產(chǎn)生進(jìn)位或借位時(shí),Ac=1;否則,Ac=0。(3)F0(PSW.5)用戶設(shè)定標(biāo)志位由用戶使用的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位,可用指令來(lái)使它置“1”或清“0,控制程序的流向。用戶應(yīng)充分利用。3.程序狀態(tài)字寄存器PSW2.3.1運(yùn)算器PSW中各位功能:3.程序狀態(tài)字寄存器P2.3.1運(yùn)算器(4)RS1、RS0(PSW.4、PSW.3)4組工作寄存器區(qū)選擇。

選擇片內(nèi)RAM區(qū)中的4組工作寄存器區(qū)中的某一組為當(dāng)前工作寄存區(qū)。如表2-2。3.程序狀態(tài)字寄存器PSWRS1RS0所選的4組寄存器000區(qū)(內(nèi)部RAM地址00H~07H)011區(qū)(內(nèi)部RAM地址08H~0FH)102區(qū)(內(nèi)部RAM地址10H~17H)113區(qū)(內(nèi)部RAM地址18H~1FH)2.3.1運(yùn)算器(4)RS1、RS0(PSW.4、PSW2.3.1運(yùn)算器(5)OV(PSW.2)溢出標(biāo)志位

當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時(shí),用來(lái)指示運(yùn)算結(jié)果是否產(chǎn)生溢出。如果結(jié)果產(chǎn)生溢出,OV=1;否則,OV=0。(6)PSW.1位:保留位。(7)P(PSW.0)奇偶標(biāo)志位

指令執(zhí)行后,累加器A中“1”的個(gè)數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)。

P=1,A中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。

P=0,A中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。

此標(biāo)志位對(duì)串行通信有重要意義,常用奇偶檢驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)目煽啃浴?.程序狀態(tài)字寄存器PSW2.3.1運(yùn)算器(5)OV(PSW.2)溢出標(biāo)志位

2.3.2控制器任務(wù):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)各部分能自動(dòng)協(xié)調(diào)地工作。控制器包括:程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、定時(shí)及控制邏輯電路等。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。程序計(jì)數(shù)器PC是一個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器,指令不可直接訪問。單片機(jī)復(fù)位時(shí),PC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工作過程: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。2.3.2控制器任務(wù):識(shí)別指令,并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片2.3.2控制器

PC內(nèi)容變化軌跡決定程序流程。當(dāng)順序執(zhí)行程序時(shí)自動(dòng)加1;執(zhí)行轉(zhuǎn)移程序或子程序、中斷子程序調(diào)用時(shí),自動(dòng)將其內(nèi)容更改成所要轉(zhuǎn)移的目的地址。PC計(jì)數(shù)寬度決定了程序存儲(chǔ)器的地址范圍,16位,故可對(duì)64KB(=216B)尋址。2.3.2控制器PC內(nèi)容變化軌跡決定程序流程。當(dāng)順序執(zhí)目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成2.2AT89S51的引腳功能2.3AT89S51的CPU2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)2.5AT89S51的并行I/O端口2.6時(shí)鐘電路與時(shí)序2.7復(fù)位操作和復(fù)位電路2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.9低功耗節(jié)電模式2.10AT89S52單片機(jī)與AT89S51單片機(jī)的差異目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)1.程序存儲(chǔ)器空間片內(nèi)、片外兩部分。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器為4KB的Flash存儲(chǔ)器,編程和擦除全是電氣實(shí)現(xiàn),且速度快??赏ㄓ镁幊唐骶幊?,也可在線編程。當(dāng)片內(nèi)4KB的Flash存儲(chǔ)器不夠用時(shí),可在片外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器,最多可擴(kuò)展至64KB程序存儲(chǔ)器。2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)1.程序存儲(chǔ)器空間片內(nèi)、2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間片內(nèi)、片外兩部分。

片內(nèi)有128BRAM(52子系列為256B)。

片內(nèi)RAM不夠用時(shí),在片外可擴(kuò)展至64KBRAM

。3.特殊功能寄存器SFR(SpecialFunctionRegister)片內(nèi)共有26個(gè)特殊功能寄存器SFR(SpecialFunctionRegister)。SFR實(shí)質(zhì)是各外圍部件的控制寄存器及狀態(tài)寄存器,綜合反映單片機(jī)內(nèi)部實(shí)際的工作狀態(tài)及工作方式。2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間片內(nèi)、2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)4.位地址空間共211個(gè)可尋址位,構(gòu)成了位地址空間。它們位于內(nèi)部RAM(共128位)和特殊功能寄存器區(qū)(共83位)中。2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)4.位地址空間共211個(gè)2.4.1程序存儲(chǔ)器空間

存放程序和表格之類的固定常數(shù)。片內(nèi)為4KBFlash,地址為0000H~0FFFH。16位地址線,可外擴(kuò)的程序存儲(chǔ)器空間最大為64KB,地址為0000H~FFFFH。使用應(yīng)注意以下問題:(1)分片內(nèi)和片外兩部分,訪問片內(nèi)的還是片外的程序存儲(chǔ)器,由EA*腳電平確定。

EA*=1,CPU從片內(nèi)0000H開始取指令,當(dāng)PC值≤0FFFH時(shí),只訪問片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器,當(dāng)PC值>0FFFH自動(dòng)轉(zhuǎn)向讀片外程序存儲(chǔ)器空間1000H~FFFFH內(nèi)的程序。EA*=0,只執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器(0000H~FFFFH)中的程序。不理會(huì)片內(nèi)4KBFlash存儲(chǔ)器。2.4.1程序存儲(chǔ)器空間存放程序和表格之類的固定常數(shù)2.4.1程序存儲(chǔ)器空間(2)程序存儲(chǔ)器某些固定單元用于各中斷源中斷服務(wù)程序入口。64KB程序存儲(chǔ)器空間5個(gè)特殊單元分別對(duì)應(yīng)于5個(gè)中斷源的中斷入口地址,見表2-3。2.4.1程序存儲(chǔ)器空間(2)程序存儲(chǔ)器某些固定單元用于2.4.1程序存儲(chǔ)器空間通常這5個(gè)中斷入口地址處都放一條跳轉(zhuǎn)指令跳向?qū)?yīng)的中斷服務(wù)子程序,而不是直接存放中斷服務(wù)子程序。這是因?yàn)閮蓚€(gè)中斷入口間隔僅有8個(gè)單元,如果存放中斷服務(wù)子程序,往往不夠用。

AT89S51復(fù)位后,程序存儲(chǔ)器地址指針PC為0000H,程序從程序存儲(chǔ)器地址0000H開始執(zhí)行程序。由于外部中斷0的中斷服務(wù)程序入口地址為0003H,為使主程序不與外部中斷0的中斷服務(wù)程序發(fā)生沖突,用匯編語(yǔ)言編程時(shí),一般在0000H單元存放一條跳轉(zhuǎn)指令,轉(zhuǎn)向主程序的入口地址。上述問題,在使用C51語(yǔ)言編程時(shí),用戶只需正確書寫中斷函數(shù)即可,其他由C51編譯時(shí)自動(dòng)處理,不會(huì)發(fā)生沖突。2.4.1程序存儲(chǔ)器空間通常這5個(gè)中斷入口地址處都放一條2.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)共128個(gè)單元,字節(jié)地址00H~7FH。圖2-5為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。00H~1FH的32個(gè)單元是4組通用工作寄存器區(qū),每區(qū)包含8B,為R7~R0??赏ㄟ^指令改變RS1、RS0兩位來(lái)選擇。20H~2FH的16個(gè)單元的128位可位尋址,也可字節(jié)尋址。30H~7FH單元只能字節(jié)尋址,用作存數(shù)據(jù)以及作為堆棧區(qū)。1.片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)共122.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間當(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)RAM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,但由于使用不同的訪問指令,所以不會(huì)發(fā)生沖突。2.片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間當(dāng)片內(nèi)128B的RAM不夠用時(shí)2.4.3特殊功能寄存器(SFR)特殊功能寄存器映射在片內(nèi)RAM

80H~FFH

區(qū)域中,共26個(gè)。表2-4是名稱及分布。有些還可位尋址,位地址見表2-4。與AT89C51相比,新增5個(gè)SFR:DP1L、DP1H、AUXR、AUXR1和WDTRST,已在表2-4中標(biāo)出。凡是可位尋址的SFR,字節(jié)地址末位只能是0H或8H。另外,若讀/寫未定義單元,將得到一個(gè)不確定的隨機(jī)數(shù)。累加器A和程序狀態(tài)字寄存器PSW前面已介紹。下面簡(jiǎn)單介紹某些SFR,余下的SFR與片內(nèi)外圍部件密切相關(guān),將在后續(xù)介紹片內(nèi)外圍部件時(shí)進(jìn)行說(shuō)明。2.4.3特殊功能寄存器(SFR)特殊功能寄存器映射在片2.4.3特殊功能寄存器(SFR)表2-42.4.3特殊功能寄存器(SFR)表2-42.4.3特殊功能寄存器(SFR)表2-42.4.3特殊功能寄存器(SFR)表2-42.4.3特殊功能寄存器(SFR)指示堆棧頂部在內(nèi)部RAM塊中的位置。堆棧結(jié)構(gòu)--向上生長(zhǎng)型。單片機(jī)復(fù)位后,SP為07H,使得堆棧實(shí)際上從08H單元開始,由于08H~1FH單元分別屬于1~3組的工作寄存器區(qū),最好在復(fù)位后把SP值改為60H或更大值,避免堆棧與工作寄存器沖突。1.堆棧指針SP2.4.3特殊功能寄存器(SFR)指示堆棧頂部在內(nèi)部RA2.4.3特殊功能寄存器(SFR)堆棧主要是為子程序調(diào)用和中斷操作而設(shè)。用于保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)。(1)保護(hù)斷點(diǎn)。無(wú)論子程序調(diào)用還是中斷服務(wù)子程序調(diào)用,最終都要返回主程序。應(yīng)預(yù)先把主程序的斷點(diǎn)在堆棧中保護(hù)起來(lái),為程序正確返回做準(zhǔn)備。(2)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)。執(zhí)行子程序或中斷服務(wù)子程序時(shí),要用到一些寄存器單元,會(huì)破壞原有內(nèi)容。要把有關(guān)寄存器單元的內(nèi)容送入堆棧,保存起來(lái),即“現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)”。1.堆棧指針SP兩種操作:數(shù)據(jù)壓入(PUSH)堆棧,數(shù)據(jù)彈出(POP)堆棧。數(shù)據(jù)壓入堆棧,SP自動(dòng)加1;數(shù)據(jù)彈出堆棧,SP自動(dòng)減1。2.4.3特殊功能寄存器(SFR)堆棧主要是為子程序調(diào)用2.4.3特殊功能寄存器(SFR)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)普通寄存器來(lái)使用。乘法:兩乘數(shù)分別在A、B中,執(zhí)行乘法指令后,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。2.寄存器B2.4.3特殊功能寄存器(SFR)為執(zhí)行乘法和除法而設(shè)。2.4.3特殊功能寄存器(SFR)AUXR是輔助寄存器,其格式如圖2-6:3.AUXR寄存器圖2-6AUXR寄存器的格式其中:DISALE:ALE的禁止/允許位。

0:ALE有效,發(fā)出脈沖;

1:ALE僅在執(zhí)行MOVC和MOVX類指令時(shí)有效,不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),

ALE不輸出脈沖信號(hào);2.4.3特殊功能寄存器(SFR)AUXR是輔助寄存器,2.4.3特殊功能寄存器(SFR)3.AUXR寄存器圖2-6AUXR寄存器的格式DISRTO:禁止/允許WDT溢出時(shí)的復(fù)位輸出。

0:WDT溢出時(shí),在RST引腳輸出一個(gè)高電平復(fù)位脈沖;

1:禁止WDT,RST引腳僅為輸入腳。WDIDLE:WDT在空閑模式下的禁止/允許位。

0:WDT在空閑模式下繼續(xù)計(jì)數(shù);

1:WDT在空閑模式下暫停計(jì)數(shù)。2.4.3特殊功能寄存器(SFR)3.AUXR寄存器圖22.4.3特殊功能寄存器(SFR)4.數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1雙數(shù)據(jù)指針寄存器,便于訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。DPTR0:AT89C51單片機(jī)原有的數(shù)據(jù)指針,DPTR1:新增加的數(shù)據(jù)指針。AUXR1的DPS位用于選擇兩個(gè)數(shù)據(jù)指針。DPS=0時(shí),選用DPTR0;DPS=1時(shí),選用DPTR1。AT89S51復(fù)位時(shí),默認(rèn)選用DPTR0。數(shù)據(jù)指針可作為一個(gè)16位寄存器來(lái)用,也可作為兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器DP0H(或DP1H)和DP0L(或DP1L)來(lái)用。2.4.3特殊功能寄存器(SFR)4.數(shù)據(jù)指針DPTR2.4.3特殊功能寄存器(SFR)5.AUXR1寄存器AUXR1是輔助寄存器,格式如圖2-7:DPS:數(shù)據(jù)指針寄存器選擇位。 0:選擇數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR0; 1:選擇數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR1。圖2-7AUXR1寄存器的格式▲▲▲2.4.3特殊功能寄存器(SFR)5.AUXR1寄存器2.4.3特殊功能寄存器(SFR)6.看門狗定時(shí)器WDT包含1個(gè)14位計(jì)數(shù)器和看門狗定時(shí)器復(fù)位寄存器(WDTRST)。當(dāng)CPU由于干擾,程序陷入死循環(huán)或跑飛狀態(tài)時(shí),WDT提供了一種使程序恢復(fù)正常運(yùn)行的有效手段。有關(guān)WDT的應(yīng)用以及低功耗模式下運(yùn)行的狀態(tài),將在本章2.8節(jié)介紹。

上面介紹的特殊功能寄存器,除SP和B以外,其余的均為AT89S51在AT89C51基礎(chǔ)上新增加的SFR。2.4.3特殊功能寄存器(SFR)6.看門狗定時(shí)器WD2.4.4位地址空間211個(gè)尋址位,位地址為00H~FFH,其中00H~7FH128位處于片內(nèi)RAM字節(jié)地址20H~2FH

單元中,如表2-5所示。其余83個(gè)可尋址位分布在特殊功能寄存器SFR中,見表2-6??杀晃粚ぶ返奶厥饧拇嫫饔?1個(gè),共有位地址88個(gè),5個(gè)位未用,其余83個(gè)位的位地址離散地分布于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)字節(jié)地址為80H~FFH的范圍內(nèi),其最低的位地址等于其字節(jié)地址,且其字節(jié)地址的末位都為0H或8H。2.4.4位地址空間211個(gè)尋址位,位地址為00H~FF2.4.4位地址空間2.4.4位地址空間2.4.4位地址空間特殊功能寄存器位地址字節(jié)地址D7D6D5D4D3D2D1D0BF7HF6HF5HF4HF3HF2HF1HF0HF0HAccE7HE6HE5HE4HE3HE2HE1HE0HE0HPSWD7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HD0HIP———BCHBBHBAHB9HB8HB8HP3B7HB6HB5HB4HB3HB2HB1HB0HB0HIEAFH——ACHABHAAHA9HA8HA8HP2A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HA0HA0HSCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H98HP197H96H95H94H93H92H91H90H90HTCON8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H88HP087H86H85H84H83H82H81H80H80H表2-6SFR中的位地址分布2.4.4位地址空間特殊功能位地址字節(jié)地址D7D2.4.4位地址空間作為AT89S51存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的總結(jié),圖2-8為各類存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖??汕宄闯龈黝惔鎯?chǔ)器在存儲(chǔ)器空間的位置。圖2-8AT89S51單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)2.4.4位地址空間作為AT89S51存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的總結(jié),目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成2.2AT89S51的引腳功能2.3AT89S51的CPU2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)2.5AT89S51的并行I/O端口2.6時(shí)鐘電路與時(shí)序2.7復(fù)位操作和復(fù)位電路2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.9低功耗節(jié)電模式2.10AT89S52單片機(jī)與AT89S51單片機(jī)的差異目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組2.5.1P0口(1)P0口用作系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)總線用AT89S51外擴(kuò)存儲(chǔ)器或I/O時(shí),P0口作為系統(tǒng)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線用。此時(shí),圖2-9中的“控制”信號(hào)為1,1.P0口的工作原理硬件自動(dòng)使轉(zhuǎn)接開關(guān)MUX打向上面,接通反相器輸出,同時(shí)使“與門”處于開啟狀態(tài)。2.5.1P0口(1)P0口用作系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)總線用1.2.5.1P0口當(dāng)輸出的“地址/數(shù)據(jù)”信息為1時(shí),“與門”輸出為1,上方的場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,下方的場(chǎng)效應(yīng)管截止,P0.x引腳輸出為1;當(dāng)輸出的“地址/數(shù)據(jù)”信息為0時(shí),上方的場(chǎng)效應(yīng)管1.P0口的工作原理截止,下方的場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,P0.x引腳輸出為0??梢奝0.x引腳的輸出狀態(tài)隨“地址/數(shù)據(jù)”狀態(tài)的變化而變化。上方場(chǎng)效應(yīng)管起到內(nèi)部上拉電阻作用。2.5.1P0口當(dāng)輸出的“地址/數(shù)據(jù)”信息為1時(shí),“與門”2.5.1P0口

當(dāng)P0口作為數(shù)據(jù)線輸入時(shí),僅從外部存儲(chǔ)器(或外部I/O)讀入信息,對(duì)應(yīng)“控制”信號(hào)為0,MUX接通鎖存器的Q*端。由于P0口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用方式訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),CPU自動(dòng)向P0口寫入FFH,使下方場(chǎng)效應(yīng)管截止,由于控制信號(hào)為0,上方場(chǎng)效應(yīng)管也截止,從而保證1.P0口的工作原理數(shù)據(jù)信息的高阻抗輸入,從外部存儲(chǔ)器或I/O輸入的數(shù)據(jù)信息直接由P0.x腳通過輸入緩沖器BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線。2.5.1P0口當(dāng)P0口作為數(shù)據(jù)線輸入時(shí),僅從外部存儲(chǔ)器2.5.1P0口由上分析,P0口具有高電平、低電平和高阻抗輸入3種狀態(tài)的端口,因此,P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)是一真正的雙向端口。1.P0口的工作原理2.5.1P0口由上分析,P0口具有高電平、低電平和高阻抗2.5.1P0口(2)P0口用作通用I/O口使用

P0口作為通用的I/O口使用,此時(shí),“控制”信號(hào)為0,MUX打向下面,接通鎖存器的Q*端,“與門”輸出為0,上方場(chǎng)效應(yīng)管截止,形成的P0口輸出電路為漏極開路輸出。

P0口作通用I/O輸出口時(shí),來(lái)自CPU的“寫”脈沖加在D鎖存器的CP端,內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)寫入D鎖存器,并由引腳P0.x輸出。當(dāng)D鎖存器為1時(shí),端為0,下方場(chǎng)效應(yīng)管截止,輸出為漏極開路,此時(shí),必須外接上拉電阻才能有高電平輸出;當(dāng)D鎖存器為0時(shí),下方場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,P0口輸出為低電平。1.P0口的工作原理2.5.1P0口(2)P0口用作通用I/O口使用1.P0口2.5.1P0口P0口作為通用I/O輸入口時(shí),有兩種讀入方式:“讀鎖存器”和“讀引腳”。當(dāng)CPU發(fā)出“讀鎖存器”指令時(shí),鎖存器的狀態(tài)由Q端經(jīng)上方的三態(tài)緩沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線;當(dāng)CPU發(fā)出“讀引腳”指令時(shí),鎖存器的輸出狀態(tài)=1(即端為0),從而使下方場(chǎng)效應(yīng)管截止,引腳狀態(tài)經(jīng)下方三態(tài)緩沖器BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線。1.P0口的工作原理2.5.1P0口P0口作為通用I/O輸入口時(shí),有兩種讀入方2.5.2P1口2.P0口總結(jié)綜上所述,P0口有如下特點(diǎn):當(dāng)P0口用作地址/數(shù)據(jù)總線口使用時(shí),是一個(gè)真正的雙向口,用作與外部擴(kuò)展的存儲(chǔ)器或I/O連接,輸出低8位地址和輸出/輸入8位數(shù)據(jù)。01OPTION02OPTION當(dāng)P0口用作通用I/O口使用時(shí),需要在片外接上拉電阻,此時(shí)端口不存在高阻抗的懸浮狀態(tài),因此是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。如果單片機(jī)片外擴(kuò)展了RAM和I/O接口芯片,P0口此時(shí)應(yīng)作為復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線口使用。如果沒有外擴(kuò)RAM和I/O接口芯片,此時(shí)即可作為通用I/O口使用。2.5.2P1口2.P0口總結(jié)綜上所述,P0口有如下特點(diǎn)2.5.2P1口1.P1口工作原理P1口只作為通用I/O口使用。P1口作為輸出口時(shí),若CPU輸出1,Q=1,Q*=0,場(chǎng)效應(yīng)管截止,P1口引腳的輸出為1;若CPU輸出0,Q=0,Q*=1,場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,P1.x引腳輸出為0。01OPTION02OPTIONP1口作為輸入口時(shí),分為“讀鎖存器”和“讀引腳”兩種方式?!白x鎖存器”時(shí),鎖存器的輸出端Q的狀態(tài)經(jīng)輸入緩沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線;“讀引腳”時(shí),先向鎖存器寫1,使場(chǎng)效應(yīng)管截止,P1.x引腳的電平經(jīng)輸入緩沖器BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線。2.5.2P1口1.P1口工作原理P1口只作為通用I/O2.5.2P1口1.P1口工作原理圖2-10P1口某一位的位電路結(jié)構(gòu)2.5.2P1口1.P1口工作原理圖2-10P1口2.5.2P1口2.P1口總結(jié)P1口由于有內(nèi)部上拉電阻,沒有高阻抗輸入狀態(tài),故為準(zhǔn)雙向口。作為輸出口時(shí),不需要在片外接上拉電阻。P1口“讀引腳”輸入時(shí),必須先向鎖存器P1寫入1。2.5.2P1口2.P1口總結(jié)P1口由于有內(nèi)部上拉電阻,2.5.3P2口1.P2口的工作原理P2口用作地址總線口,在內(nèi)部控制信號(hào)作用下,MUX與“地址”接通。當(dāng)“地址”線為0時(shí),場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,P2口引腳輸出0;當(dāng)“地址”線為1時(shí),場(chǎng)效應(yīng)管截止,P2口引腳輸出1。01OPTION02OPTIONP2口用作通用I/O口,在內(nèi)部控制信號(hào)作用下,MUX與鎖存器的Q端接通。是一個(gè)雙功能口,字節(jié)地址為A0H,位地址為A0H~A7H。位電路結(jié)構(gòu)如圖2-11所示。2.5.3P2口1.P2口的工作原理P2口用作地址總線口2.5.3P2口1.P2口的工作原理圖2-11P2口某一位的位電路結(jié)構(gòu)2.5.3P2口1.P2口的工作原理圖2-11P2.5.3P2口1.P2口的工作原理CPU輸出1時(shí),Q=1,場(chǎng)效應(yīng)管截止,P2.x引腳輸出1;CPU輸出0時(shí),Q=0,場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,P2.x引腳輸出0。輸入時(shí),分為“讀鎖存器”和“讀引腳”兩種方式。“讀鎖存器”時(shí),Q端信號(hào)經(jīng)輸入緩沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線;“讀引腳”時(shí),先向鎖存器寫1,使場(chǎng)效應(yīng)管截止,P2.x引腳上的電平經(jīng)輸入緩沖器BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線。2.5.3P2口1.P2口的工作原理CPU輸出1時(shí),Q=2.5.3P2口2.P2口總結(jié)作為地址輸出線使用時(shí),P2口可輸出外部存儲(chǔ)器的高8位地址,與P0口輸出的低8位地址一起構(gòu)成16位地址,共可尋址64KB的地址空間。當(dāng)P2口作為高8位地址輸出口時(shí),輸出鎖存器的內(nèi)容保持不變。作為通用I/O口使用時(shí),P2口為一個(gè)準(zhǔn)雙向口,功能與P1口一樣。一般情況下,P2口大多作為高8位地址總線口使用,就不能再作為通用I/O口。如果不作為地址總線口使用,可作為通用I/O口使用。2.5.3P2口2.P2口總結(jié)作為地址輸出線使用時(shí),P22.5.4P3口由于AT89S51的引腳數(shù)目有限,因此在P3口電路中增加了引腳的第二功能(定義見表2-1)。

P3口的每一位都可分別定義為第二輸入功能或第二輸出功能。字節(jié)地址為B0H,位地址為B0H~B7H。P3口某一位的位電路結(jié)構(gòu)見圖2-12。2.5.4P3口由于AT89S51的引腳數(shù)目有限,因此在2.5.4P3口圖2-12P3口某一位的位電路結(jié)構(gòu)2.5.4P3口圖2-12P3口某一位的位電路結(jié)構(gòu)2.5.4P3口2.5.4P3口2.5.4P3口1.P3口工作原理(1)第二輸入/輸出功能。當(dāng)選擇第二輸出功能時(shí),該位的鎖存器需置“1”,使“與非門”為開啟狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙敵鰹?時(shí),場(chǎng)效應(yīng)管截止,P3.x引腳輸出為1;當(dāng)?shù)诙敵鰹?時(shí),場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,P3.x引腳輸出為0。當(dāng)選擇第二輸入功能時(shí),該位的鎖存器和第二輸出功能端均應(yīng)置1,保證場(chǎng)效應(yīng)管截止,P3.x引腳的信息由輸入緩沖器BUF3的輸出獲得。2.5.4P3口1.P3口工作原理(1)第二輸入/輸出功2.5.4P3口1.P3口工作原理(2)第一功能的通用I/O口當(dāng)用作通用I/O輸出時(shí),“第二輸出功能”端應(yīng)保持高電平,“與非門”為開啟狀態(tài)。CPU輸出1時(shí),Q=1,場(chǎng)效應(yīng)管截止,P3.x引腳輸出為1;CPU輸出0時(shí),Q=0,場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,P3.x引腳輸出為0。當(dāng)用作通用I/O輸入時(shí),P3.x位的輸出鎖存器和“第二輸出功能”端均應(yīng)置1,場(chǎng)效應(yīng)管截止,P3.x引腳信息通過輸入BUF3和BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線,完成“讀引腳”操作。2.5.4P3口1.P3口工作原理(2)第一功能的通用I目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成2.2AT89S51的引腳功能2.3AT89S51的CPU2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)2.5AT89S51的并行I/O端口2.6時(shí)鐘電路與時(shí)序2.7復(fù)位操作和復(fù)位電路2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.9低功耗節(jié)電模式2.10AT89S52單片機(jī)與AT89S51單片機(jī)的差異目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組2.6時(shí)鐘電路與時(shí)序產(chǎn)生AT89S51工作時(shí)所必需的控制信號(hào),在時(shí)鐘信號(hào)控制下,嚴(yán)格按時(shí)序執(zhí)行指令。執(zhí)行指令時(shí),CPU首先到程序存儲(chǔ)器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼,然后譯碼,并由時(shí)序電路產(chǎn)生一系列控制信號(hào)完成指令所規(guī)定的操作。CPU發(fā)的時(shí)序信號(hào)兩類,一類用對(duì)片內(nèi)各個(gè)功能部件控制,用戶無(wú)須了解;另一類用于對(duì)片外存儲(chǔ)器或I/O端口的控制,這部分時(shí)序?qū)τ诜治?、設(shè)計(jì)硬件接口電路至關(guān)重要。2.6時(shí)鐘電路與時(shí)序產(chǎn)生AT89S51工作時(shí)所必需的控制2.6.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)1.內(nèi)部時(shí)鐘方式AT89S51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器,輸入端為芯片引腳XTAL1,輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容,構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器,圖2-13是AT89S51內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路。2.6.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)1.內(nèi)部時(shí)鐘方式AT89S51內(nèi)2.6.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)1.內(nèi)部時(shí)鐘方式圖2-13內(nèi)部時(shí)鐘方式電路電路中的電容

C1和

C2

的典型值通常選擇為

30pF。晶體振蕩頻率的范圍通常是在

1.2~12MHz。AT89S51單片機(jī)常選擇振蕩頻率6MHz或12MHz的石英晶體。2.6.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)1.內(nèi)部時(shí)鐘方式圖2-132.6.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)2.外部時(shí)鐘方式圖2-14外部時(shí)鐘方式電路用現(xiàn)成的外部振蕩器產(chǎn)生脈沖信號(hào),常用于多片AT89S51同時(shí)工作,以便于多片AT89S51單片機(jī)之間的同步。

外部時(shí)鐘源直接接到XTAL1端,XTAL2端懸空,見圖2-14。

2.6.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)2.外部時(shí)鐘方式圖2-142.6.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)3.時(shí)鐘信號(hào)的輸出圖2-15時(shí)鐘信號(hào)的兩種引出方式當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器,XTAL1、XTAL2引腳還能為應(yīng)用系統(tǒng)中的其他芯片提供時(shí)鐘,但需增加驅(qū)動(dòng)能力。其引出的方式有兩種,如圖2-15。2.6.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)3.時(shí)鐘信號(hào)的輸出圖2-152.6.2機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序1.時(shí)鐘周期時(shí)鐘控制信號(hào)的基本時(shí)間單位。若晶振頻率為fosc,則時(shí)鐘周期Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz,Tosc=166.7ns。2.機(jī)器周期CPU完成一個(gè)基本操作所需時(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)基本操作,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2.6.2機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序1.時(shí)鐘周期時(shí)鐘控2.6.2機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序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):S1~S6。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)鐘周期表示為S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P2,如圖2-16。圖2-16AT89S51的機(jī)器周期2.6.2機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序1個(gè)機(jī)器周期包括12.6.2機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序3.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、除指令則需兩個(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。2.6.2機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序3.指令周期執(zhí)行一目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成2.2AT89S51的引腳功能2.3AT89S51的CPU2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)2.5AT89S51的并行I/O端口2.6時(shí)鐘電路與時(shí)序2.7復(fù)位操作和復(fù)位電路2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.9低功耗節(jié)電模式2.10AT89S52單片機(jī)與AT89S51單片機(jī)的差異目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組2.7.1復(fù)位操作復(fù)位時(shí),PC初始化為0000H,程序從0000H單元開始執(zhí)行。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)而重新啟動(dòng)程序。2.7.1復(fù)位操作復(fù)位時(shí),PC初始化為0000H,程序從2.7.1復(fù)位操作復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響,這些寄存器復(fù)位時(shí)的狀態(tài)見表2-7。由表2-7可看出,復(fù)位時(shí),SP=07H

,而P0~P3引腳均為高電平。在某些控制應(yīng)用中,要注意考慮P0~P3引腳的高電平對(duì)接在這些引腳上的外部電路的影響。2.7.1復(fù)位操作復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響,這些2.7.1復(fù)位操作例如,當(dāng)P1口某個(gè)引腳外接一個(gè)繼電器繞組,當(dāng)復(fù)位時(shí),該引腳為高電平,繼電器繞組就會(huì)有電流通過,就會(huì)吸合繼電器開關(guān),使開關(guān)接通,可能會(huì)引起意想不到的后果。2.7.1復(fù)位操作例如,當(dāng)P1口某個(gè)引腳外接一個(gè)繼電器繞2.7.1復(fù)位操作2.7.1復(fù)位操作2.7.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)

AT89S51

的復(fù)位是由外部復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的。典型的復(fù)位電路見圖

2-17。圖2-17復(fù)位電路2.7.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)AT89S51

的復(fù)位是由外部復(fù)2.7.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)上電時(shí)自動(dòng)復(fù)位是通過VCC(+5V)電源給電容C充電加給RST引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào),此信號(hào)隨著VCC對(duì)電容C的充電過程而逐漸回落,即RST腳上的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容C充電時(shí)間。因此為保證系統(tǒng)能可靠地復(fù)位,RST引腳上的高電平必須大于復(fù)位所要求的高電平的時(shí)間。除上電復(fù)位外,有時(shí)還需要人工按鍵復(fù)位。按鍵復(fù)位是通過RST端經(jīng)兩個(gè)電阻對(duì)電源VCC接通分壓產(chǎn)生的高電平來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.7.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)上電時(shí)自動(dòng)復(fù)位是通過VCC(+52.7.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí),CR的典型取值為10μF,兩個(gè)電阻R1和R2的典型值分別為220Ω和2kΩ

。一般來(lái)說(shuō),單片機(jī)的復(fù)位速度比外圍I/O接口電路快些。因此在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,為保證系統(tǒng)可靠復(fù)位,在單片機(jī)應(yīng)用程序的初始化程序段應(yīng)安排一定的復(fù)位延遲時(shí)間,以保證單片機(jī)與外圍I/O接口電路都能可靠地復(fù)位。

2.7.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí),C目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成2.2AT89S51的引腳功能2.3AT89S51的CPU2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)2.5AT89S51的并行I/O端口2.6時(shí)鐘電路與時(shí)序2.7復(fù)位操作和復(fù)位電路2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.9低功耗節(jié)電模式2.10AT89S52單片機(jī)與AT89S51單片機(jī)的差異目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用“看門狗”技術(shù):使用一個(gè)定時(shí)器來(lái)不斷計(jì)數(shù),監(jiān)視程序的運(yùn)行。當(dāng)看門狗啟動(dòng)運(yùn)行后,為防止看門狗的不必要溢出,在程序正常運(yùn)行過程中,應(yīng)定期地把看門狗清0,以保證看門狗不溢出。1.看門狗定時(shí)器(WDT)原理2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用“看門狗”技術(shù):使用一2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用AT89S51片內(nèi)的“看門狗”部件,包含1個(gè)14位定時(shí)器和看門狗復(fù)位寄存器(WDTRST,即表2-4中的特殊功能寄存器地址A6H)構(gòu)成。1.看門狗定時(shí)器(WDT)原理2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用AT89S51片內(nèi)的2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用開啟看門狗定時(shí)器后,14位定時(shí)器會(huì)自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘12分頻后的信號(hào)計(jì)數(shù),即每16384(214)個(gè)機(jī)器周期溢出一次,并產(chǎn)生一個(gè)高電平復(fù)位信號(hào),使單片機(jī)復(fù)位。采用12MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí),則每16384μs產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。1.看門狗定時(shí)器(WDT)原理2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用開啟看門狗定時(shí)器后2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用當(dāng)由于干擾,使程序“跑飛”或“死循環(huán)”時(shí),單片機(jī)也就不能定時(shí)地把看門狗定時(shí)器清0,看門狗定時(shí)器計(jì)滿溢出時(shí),將在AT89S51的RST引腳上輸出一個(gè)正脈沖(寬度為98個(gè)時(shí)鐘周期),使單片機(jī)復(fù)位,在0000H處安排一條跳向出錯(cuò)處理程序段的指令或重新從頭執(zhí)行程序,從而使程序擺脫“跑飛”或“死循環(huán)”狀態(tài),讓單片機(jī)歸復(fù)于正常的工作狀態(tài)。2.看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用當(dāng)由于干擾,使程序2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用看門狗的啟動(dòng)和清0的方法是一樣的,用戶只要向寄存器WDTRST(地址為A6H)先寫入1EH,接著寫入E1H,看門狗便啟動(dòng)計(jì)數(shù)。為防止看門狗啟動(dòng)后產(chǎn)生不必要的溢出,在執(zhí)行程序的過程中,應(yīng)在16384μs內(nèi)不斷地復(fù)位清“0”2.看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用看門狗的啟動(dòng)和清0的方2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.“跑飛”或“死循環(huán)”問題在C51語(yǔ)言編程中,若使用看門狗功能,由于頭文件reg51.h中,并沒有聲明WDTRST寄存器,所以必須先聲明WDTRST寄存器,如:sfrWDTRST=0xa6

聲明后可以用命令啟動(dòng)或復(fù)位看門狗。

WDTRST=0x1e;

WDTRST=0xe1;【例】看門狗的使用舉例。

#include<reg51.h>

sfrWDTRST=0xa62.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.“跑飛”或“死2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.“跑飛”或“死循環(huán)”問題main(){ ……

WDTRST=0x1e; //啟動(dòng)看門狗運(yùn)行

WDTRST=0xe1;

while(1){

WDTRST=0x1e; //清0并啟動(dòng)看門狗運(yùn)行

WDTRST=0xe1;

……;

//執(zhí)行時(shí)間必須小于16384μs(系統(tǒng)時(shí)鐘為12MHz時(shí))

}

}2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.“跑飛”或“死2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.“跑飛”或“死循環(huán)”問題上述程序在無(wú)限循環(huán)執(zhí)行中運(yùn)行,通過看門狗定時(shí)器可防止程序在執(zhí)行過程中“跑飛”或“死循環(huán)”,因?yàn)橹灰绦蛞慌艹鰓hile()循環(huán),不執(zhí)行復(fù)位看門狗的兩條復(fù)位命令,看門狗定時(shí)器由于得不到及時(shí)復(fù)位,就會(huì)溢出使單片機(jī)復(fù)位,使程序從main()處開始重新運(yùn)行。所以使用看門狗時(shí)一定要注意,一定要在看門狗時(shí)啟動(dòng)后的16384μs(系統(tǒng)時(shí)鐘為12MHz時(shí))之內(nèi)清0。2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.“跑飛”或“死目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成2.2AT89S51的引腳功能2.3AT89S51的CPU2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)2.5AT89S51的并行I/O端口2.6時(shí)鐘電路與時(shí)序2.7復(fù)位操作和復(fù)位電路2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.9低功耗節(jié)電模式2.10AT89S52單片機(jī)與AT89S51單片機(jī)的差異目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組2.9低功耗節(jié)電模式兩種低功耗節(jié)電工作模式:空閑模式(idlemode)和掉電保持模式(powerdownmode)。圖2-18低功耗節(jié)電模式的控制電路掉電保持模式下,Vcc可由后備電源供電。圖2-18為兩種節(jié)電模式的內(nèi)部控制電路。

2.9低功耗節(jié)電模式兩種低功耗節(jié)電工作模式:空閑模式(i2.9低功耗節(jié)電模式兩種節(jié)電模式可通過PCON的位IDL和位PD的設(shè)置選擇。格式如圖2-19。圖2-19特殊功能寄存器PCON的格式2.9低功耗節(jié)電模式兩種節(jié)電模式可通過PCON的位IDL2.9低功耗節(jié)電模式PCON寄存器各位定義:SMOD:串行通信波特率選擇(該位見串行口一章介紹)。PD:掉電保持模式控制位,PD=1,則進(jìn)入掉電保持模式。━:保留位。GF1、GF0:通用標(biāo)志位,兩個(gè)標(biāo)志位用戶使用。IDL:空閑模式控制位,若IDL=1,則進(jìn)入空閑運(yùn)行模式。2.9低功耗節(jié)電模式PCON寄存器各位定義:SMOD:串2.9.1空閑模式如把PCON中的IDL位置“1”,由圖2-17,則把通往CPU的時(shí)鐘信號(hào)關(guān)斷,便進(jìn)入空閑模式。雖然振蕩器運(yùn)行,但是CPU進(jìn)入空閑狀態(tài)。所有外圍電路(中斷系統(tǒng)、串行口和定時(shí)器)仍繼續(xù)工作,SP、PC、PSW、A、P0~P3端口等所有其他寄存器、內(nèi)部RAM和SFR中內(nèi)容均保持進(jìn)入空閑模式前狀態(tài)。1.空閑模式進(jìn)入2.9.1空閑模式如把PCON中的IDL位置“1”,由圖2.9.1空閑模式兩種方法退出,響應(yīng)中斷方式,硬件復(fù)位方式。2.空閑模式退出空閑模式下,若任一個(gè)允許的中斷請(qǐng)求被響應(yīng)時(shí),IDL位被片內(nèi)硬件自動(dòng)清“0”,從而退出空閑模式。當(dāng)執(zhí)行完中斷服務(wù)程序返回時(shí),將從設(shè)置空閑模式指令的下一條指令(斷點(diǎn)處)繼續(xù)執(zhí)行程序。2.9.1空閑模式兩種方法退出,響應(yīng)中斷方式,硬件復(fù)位方2.9.1空閑模式當(dāng)使用硬件復(fù)位退出空閑模式時(shí),在復(fù)位邏輯電路發(fā)揮控制作用前,有長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間,單片機(jī)要從斷點(diǎn)處(IDL位置“1”指令的下一條指令處)繼續(xù)執(zhí)行程序。在此期間,片內(nèi)硬件阻止CPU對(duì)片內(nèi)RAM的訪問,但不阻止對(duì)外部端口(或外部RAM)的訪問。2.空閑模式退出為避免在硬件復(fù)位退出空閑模式時(shí)出現(xiàn)對(duì)端口(或外部RAM)的不希望的寫入,在進(jìn)入空閑模式時(shí),緊隨IDL位置1指令后的不應(yīng)是寫端口(或外部RAM)的指令。2.9.1空閑模式當(dāng)使用硬件復(fù)位退出空閑模式時(shí),在復(fù)位邏2.9.2掉電運(yùn)行模式1.掉電模式的進(jìn)入用指令把PCON寄存器的PD位置1,便進(jìn)入掉電模式。由圖2-17,在掉電模式下,進(jìn)入時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)被封鎖,振蕩器停止工作。圖2-17復(fù)位電路由于沒有時(shí)鐘信號(hào),內(nèi)部的所有功能部件均停止工作,但片內(nèi)RAM和SFR的原來(lái)內(nèi)容都被保留,有關(guān)端口的輸出狀態(tài)值都保存在對(duì)應(yīng)的特殊功能寄存器中。2.9.2掉電運(yùn)行模式1.掉電模式的進(jìn)入用指令把PCO2.9.2掉電運(yùn)行模式2.掉電模式的退出兩種方法:硬件復(fù)位和外部中斷。硬件復(fù)位時(shí)要重新初始化SFR,但不改變片內(nèi)RAM內(nèi)容。只有當(dāng)Vcc恢復(fù)到正常工作水平時(shí),只要硬件復(fù)位信號(hào)維持10ms,便可使單片機(jī)退出掉電運(yùn)行模式。2.9.2掉電運(yùn)行模式2.掉電模式的退出兩種方法:硬件2.9.2掉電運(yùn)行模式3.掉電和空閑模式下的WDT掉電模式下振蕩器停止,意味著WDT也就停止計(jì)數(shù)。用戶在掉電模式下不需要操作WDT。

掉電模式的退出有兩種方法:硬件復(fù)位和外部中斷。

硬件復(fù)位退出掉電模式時(shí),對(duì)WDT的操作與正常情況一樣。

外部中斷方式退出掉電模式時(shí),應(yīng)使中斷輸入保持足夠長(zhǎng)時(shí)間低電平,以使振蕩器達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)中斷變?yōu)楦唠娖街?,該中斷被?zhí)行,在中斷服務(wù)程序中復(fù)位寄存器WDTRST。2.9.2掉電運(yùn)行模式3.掉電和空閑模式下的WDT掉電2.9.2掉電運(yùn)行模式3.掉電和空閑模式下的WDT在外部中斷引腳保持低電平時(shí),為防止WDT溢出復(fù)位,在系統(tǒng)進(jìn)入掉電模式之前先對(duì)寄存器WDTRST復(fù)位。

在進(jìn)入空閑模式前,應(yīng)先設(shè)置AUXR中的WDIDLE位,以確認(rèn)WDT是否繼續(xù)計(jì)數(shù)。當(dāng)WDIDLE=0時(shí),空閑模式下的WDT保持繼續(xù)計(jì)數(shù)。為防止復(fù)位單片機(jī),用戶可設(shè)計(jì)一定時(shí)器。該定時(shí)器使器件定時(shí)退出空閑模式,然后復(fù)位WDTRST,再重新進(jìn)入空閑模式。01OPTION02OPTION當(dāng)WDIDLE=1時(shí),WDT在空閑模式下暫停計(jì)數(shù),退出空閑模式后,方可恢復(fù)計(jì)數(shù)。

2.9.2掉電運(yùn)行模式3.掉電和空閑模式下的WDT在外目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成2.2AT89S51的引腳功能2.3AT89S51的CPU2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)2.5AT89S51的并行I/O端口2.6時(shí)鐘電路與時(shí)序2.7復(fù)位操作和復(fù)位電路2.8看門狗定時(shí)器(WDT)的使用2.9低功耗節(jié)電模式2.10AT89S52單片機(jī)與AT89S51單片機(jī)的差異目錄CONTENTS2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組2.10.1AT89S52單片機(jī)與AT89S5

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