單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件2023/11/20單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件教學(xué)目標(biāo)1.總體了解AT89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2.熟悉AT89C51單片機(jī)40個(gè)引腳及其功能。3.熟悉AT89C51三個(gè)不同存儲(chǔ)空間配置及地址范圍，了解不同存儲(chǔ)空間的操作指令和控制信號(hào)。4.熟悉AT89C51片內(nèi)RAM低128B分區(qū)結(jié)構(gòu)和作用。5.了解特殊功能寄存器地址分布范圍，理解ACC、B、SP、DPTR的作用和功能，重點(diǎn)掌握PSW結(jié)構(gòu)組成和各位作用。

通過本章教學(xué)，要求達(dá)到以下目標(biāo)：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用電子課件6.理解程序計(jì)數(shù)器PC的功能。7.了解AT89C514個(gè)I/O端口結(jié)構(gòu)及工作原理。8.理解在擴(kuò)展外存儲(chǔ)器情況下，P0、P2及P3口的功能作用。9.了解堆棧指針SP及堆棧的作用；10.掌握堆棧的設(shè)置及使用方式；11.熟悉AT89C51復(fù)位條件、復(fù)位電路和復(fù)位后常用的SFR的狀態(tài)。12.理解時(shí)鐘電路組成、時(shí)鐘和機(jī)器周期的概念。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件課前預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)檢測(cè)1號(hào)題2號(hào)題3號(hào)題4號(hào)題5號(hào)題6號(hào)題7號(hào)題8號(hào)題9號(hào)題單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件溫故知新檢測(cè)

微機(jī)中常用的進(jìn)制有哪些？各有何特點(diǎn)？1號(hào)題單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件溫故知新檢測(cè)

什么是BCD碼和BCD數(shù)？BCD數(shù)的加減運(yùn)算有何特點(diǎn)？2號(hào)題單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件溫故知新檢測(cè)

什么是原碼、反碼和補(bǔ)碼？

3號(hào)題單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件溫故知新檢測(cè)

4號(hào)題1101101.1011B=？H單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件溫故知新檢測(cè)5號(hào)題AT89C51系列單片機(jī)內(nèi)部包含哪些主要功能部件？

單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件溫故知新檢測(cè)

程序計(jì)數(shù)器PC的作用是什么？

6號(hào)題單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件溫故知新檢測(cè)AT89C51的CPU主要由哪幾部分組成?7號(hào)題單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件溫故知新檢測(cè)單片機(jī)CPU運(yùn)算器的核心部件是什么？其主要功能有哪些？8號(hào)題單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件溫故知新檢測(cè)AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有多少字節(jié)的RAM和FlashROM？

9號(hào)題單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件2.1AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

AT89系列單片機(jī)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上基本相同，其中不同型號(hào)的單片機(jī)只不過在個(gè)別模塊和功能方面有些區(qū)別。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。它由一個(gè)8位中央處理器（CPU）、一個(gè)256B片內(nèi)RAM及4KBFlashROM、21個(gè)特殊功能寄存器、4個(gè)8位并行I/O口、兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、一個(gè)串行I/O口以及中斷系統(tǒng)等部分組成，各功能部件通過片內(nèi)單一總線聯(lián)成一個(gè)整體，集成在一塊芯片上。

單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件2.1AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)時(shí)序和振蕩電路程序存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器CPU內(nèi)部8位數(shù)據(jù)總線中斷系統(tǒng)并行I/O口

串行I/O口內(nèi)部中斷外部中斷P0P1P2P3RXDTXD時(shí)鐘源外部事件圖2.1AT89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件RAM128BRAM地址寄存器P3口P1口P2口P0口鎖存器鎖存器鎖存器鎖存器中斷定時(shí)/計(jì)數(shù)器串行口SPBACC暫存器1暫存器2PSW指令寄存器IR指令譯碼器IDDPL緩沖器程序計(jì)數(shù)器PCPC增量器地址寄存器AR定時(shí)與控制4KROMALUDPH運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器I/O接口圖2.2AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

2.1.1中央處理器(CPU)

CPU是單片機(jī)內(nèi)部的核心部件，是一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)的中央處理單元，主要由運(yùn)算器、控制器和寄存器陣列構(gòu)成。

1.運(yùn)算器

運(yùn)算器用來完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能，它是AT89C51內(nèi)部處理各種信息的主要部件。運(yùn)算器主要由算術(shù)邏輯單元(ALU)、累加器(ACC)、暫存寄存器(TMP1、TMP2)和狀態(tài)寄存器(PSW)組成。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件1.運(yùn)算器

(1)算術(shù)邏輯單元(ALU)：AT89C51中的ALU由加法器和一個(gè)布爾處理器組成。(2)累加器(ACC)：用來存放參與算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的一個(gè)操作數(shù)或運(yùn)算的結(jié)果。

(3)暫存寄存器(TMP1、TMP2)：用來存放參與算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的另一個(gè)操作數(shù)，它對(duì)用戶不開放。(4)狀態(tài)寄存器(PSW)：PSW是一個(gè)8位標(biāo)志寄存器，用來存放ALU操作結(jié)果的有關(guān)狀態(tài)。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件表2.1PSW各位定義表位編號(hào)PSW7PSW6PSW5PSW4PSW3PSW2PSW1PSW0位定義CYCYACF0RS1RS0OV—P位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H①進(jìn)位標(biāo)志位CY：表示累加器A在加減運(yùn)算過程中其最高位A7有無進(jìn)位或借位。②輔助進(jìn)位位AC：表示累加器A在加減運(yùn)算時(shí)低4位(A3)有無向高4位(A4)進(jìn)位或借位。③用戶標(biāo)志位F0：是用戶定義的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位，根據(jù)需要可以用軟件來使它置位或清除。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

1.運(yùn)算器

④寄存器選擇位RS1、RS0：AT89C51共有四組，每組八個(gè)工作寄存器R0～R7。編程時(shí)用于存放數(shù)據(jù)或地址。但每組工作寄存器在內(nèi)部RAM中的物理地址不同。RS1和RS0的四種狀態(tài)組合就是用來確定四組工作寄存器的實(shí)際物理地址的。RS1、RS0狀態(tài)與工作寄存器R0～R7的物理地址關(guān)系如表2.2所示。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件表2.2工作寄存器組R0～R7的物理地址RS1RS0工作寄存器組號(hào)R0~R1的物理地址00011011012300H~07H08H~0FH10H~17H18H~1FH⑤溢出標(biāo)志位OV：當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時(shí)，由硬件自動(dòng)置位或清零，表示累加器A的溢出狀態(tài)。⑥奇偶標(biāo)志位P：用于指示運(yùn)算結(jié)果中1的個(gè)數(shù)的奇偶性，若累加器A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則P=1；若1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則P=0。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件2.控制器

控制器是單片機(jī)內(nèi)部按一定時(shí)序協(xié)調(diào)工作的控制核心，是分析和執(zhí)行指令的部件。控制器主要由程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID和定時(shí)控制邏輯電路等構(gòu)成。程序計(jì)數(shù)器PC是專門用于存放現(xiàn)行指令的16位地址的。CPU就是根據(jù)PC中的地址到ROM中去讀取程序指令碼和數(shù)據(jù)，并送給指令寄存器IR進(jìn)行分析。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件2.控制器

指令寄存器IR用于存放CPU根據(jù)PC地址從ROM中讀出的指令操作碼。

指令譯碼器ID是用于分析指令操作的部件，指令操作碼經(jīng)譯碼后產(chǎn)生相應(yīng)于某一特定操作的信號(hào)。定時(shí)控制邏輯中定時(shí)部件用來產(chǎn)生脈沖序列和多種節(jié)拍脈沖。

單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件3．寄存器陣列

寄存器陣列是單片機(jī)內(nèi)部的臨時(shí)存儲(chǔ)單元或固定用途單元，包括通用寄存器組和專用寄存器組。通用寄存器組用來存放過渡性的數(shù)據(jù)和地址，提高CPU的運(yùn)行速度。專用寄存器組主要用來指示當(dāng)前要執(zhí)行指令的內(nèi)存地址，存放特定的操作數(shù)，指示指令運(yùn)行的狀態(tài)等。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件2.1.2存儲(chǔ)器

AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有256個(gè)字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和4?KB的閃存程序存儲(chǔ)器(Flash)，當(dāng)不夠使用時(shí)，可分別擴(kuò)展為64KB外部RAM存儲(chǔ)器和64KB外部程序存儲(chǔ)器。它們的邏輯空間是分開的，并有各自的尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式。這種結(jié)構(gòu)的單片機(jī)稱為哈佛型結(jié)構(gòu)單片機(jī)。

程序存儲(chǔ)器是可讀不可寫的，用于存放編好的程序和表格常數(shù)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是既可讀也可寫的，用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果，進(jìn)行數(shù)據(jù)暫存及數(shù)據(jù)緩沖等。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

AT89C51單片機(jī)對(duì)外部電路進(jìn)行控制或交換信息都是通過I/O端口進(jìn)行的。單片機(jī)的I/O端口分為并行I/O端口和串行I/O端口，它們的結(jié)構(gòu)和作用并不相同。

1．并行I/O端口AT89C51有四個(gè)8位并行I/O端口，分別命名為P0口、P1口、P2口和P3口，它們都是8位準(zhǔn)雙向口，每次可以并行輸入或輸出8位二進(jìn)制信息。

2.1.3I/O端口單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

AT89C51有一個(gè)全雙工的可編程串行I/O端口，它利用了P3口的第二功能，即將P3.1引腳作為串行數(shù)據(jù)的發(fā)送線TXD，將P3.0引腳作為串行數(shù)據(jù)的接收線RXD。

2．串行I/O端口單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件2.1.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

AT89C51內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，簡(jiǎn)稱為定時(shí)器0(T0)和定時(shí)器1(T1)，T0和T1分別由兩個(gè)8位寄存器構(gòu)成，其中T0由TH0(高8位)和TL0(低8位)構(gòu)成，T1由TH1(高8位)和TL1(低8位)構(gòu)成。TH0、TL0、TH1、TL1都是SFR中的特殊功能寄存器。

T0和T1在TCON和TMOD的控制下可工作在定時(shí)器模式或計(jì)數(shù)器模式下，每種模式下又有不同的工作方式。當(dāng)定時(shí)或計(jì)數(shù)溢出時(shí)還可申請(qǐng)中斷。詳細(xì)情況參見第6章。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件2.1.5中斷系統(tǒng)

單片機(jī)中的中斷是指CPU暫停正在執(zhí)行的原程序轉(zhuǎn)而為中斷源服務(wù)(執(zhí)行中斷服務(wù)程序)，在執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后再回到原程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷系統(tǒng)是指能夠處理上述中斷過程所需要的部分電路。AT89C51的中斷系統(tǒng)由中斷源、中斷允許控制器IE、中斷優(yōu)先級(jí)控制器IP、定時(shí)器控制器TCON(中斷標(biāo)志寄存器)等構(gòu)成，IE、IP、TCON均為SFR特殊功能寄存器(見表2.2)。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件2.1.6內(nèi)部總線

總線是用于傳送信息的公共途徑?？偩€可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。單片機(jī)內(nèi)的CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等單元部件都是通過總線連接到一起的。采用總線結(jié)構(gòu)可以減少信息傳輸線的根數(shù)，提高系統(tǒng)可靠性，增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件2.2AT89C51單片機(jī)引腳及其功能

AT89C51有40條引腳，與其他51系列單片機(jī)引腳是兼容的。這40條引腳可分為I/O端口線、電源線、控制線、外接晶體線四部分。其封裝形式有兩種：雙列直插封裝(DIP)形式和方形封裝形式，如圖2.2所示。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.2AT89C51封裝和引腳分配圖(a)雙列直插式封裝(b)方形封裝2.2AT89C51單片機(jī)引腳及其功能AT89C51AT89C51單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件1．P0口

P0口有八條端口線，命名為P0.0～P0.7，其中P0.0為低位，P0.7為高位。每條線的結(jié)構(gòu)組成如圖2.3所示。它由一個(gè)輸出鎖存器，兩個(gè)三態(tài)緩沖器，輸出驅(qū)動(dòng)電路和輸出控制電路組成。P0口是一個(gè)三態(tài)雙向I/O口，它有兩種不同的功能，用于不同的工作環(huán)境。2.2.1I/O端口功能單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.3P0口位結(jié)構(gòu)圖1．P0口單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

P1口有八條端口線，命名為P1.0～P1.7，每條線的結(jié)構(gòu)組成如圖2.4所示。P1口是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，只作普通的I/O口使用，其功能與P0口的第一功能相同。作輸出口使用時(shí)，由于其內(nèi)部有上拉電阻，所以不需外接上拉電阻；作輸入口使用時(shí)，必須先向鎖存器寫入“1”，使場(chǎng)效應(yīng)管T截止，然后才能讀取數(shù)據(jù)。2.P1口單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.4P1口位結(jié)構(gòu)圖2.P1口單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

P2口有八條端口線，命名為P2.0～P2.7，每條線的結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。P2口也是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，它有兩種使用功能：一種是當(dāng)系統(tǒng)不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，作普通I/O口使用，其功能和原理與P0口第一功能相同，只是作為輸出口時(shí)不需外接上拉電阻；另一種是當(dāng)系統(tǒng)外擴(kuò)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口作系統(tǒng)擴(kuò)展的地址總線口使用，輸出高8位的地址A7～A15，與P0口第二功能輸出的低8位地址相配合，共同訪問外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(64KB)，但它只確定地址并不能像P0口那樣還可以傳送存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。3.P2口單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.5P2口位結(jié)構(gòu)圖3.P2口單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

P3口有八條端口線，命名為P3.0～P3.7，每條線的結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。P3口是一個(gè)多用途的準(zhǔn)雙向口。第一功能是作普通I/O口使用，其功能和原理與P1口相同。第二功能是作控制和特殊功能口使用，這時(shí)八條端口線所定義的功能各不相同，如表2.3所示。4.P3口單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.6P3口位結(jié)構(gòu)圖4.P3口單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件表2.3P3口各位的第二功能引腳第二功能功能說明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)輸入端P3.1TXD串行數(shù)據(jù)輸出端P3.2INT0外部中斷0中斷請(qǐng)求信號(hào)輸入端P3.3INT1外部中斷1中斷請(qǐng)求信號(hào)輸入端P3.4T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端P3.5T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端P3.6WR片外RAM寫選通信號(hào)輸出端P3.7RD片外RAM讀選通信號(hào)輸出端單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

在單片機(jī)中，口是一個(gè)集數(shù)據(jù)輸入緩沖、數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)及鎖存等多項(xiàng)功能于一體的I/O電路。AT89C51的4個(gè)口在電路結(jié)構(gòu)上基本相同，P0～P3口都可作為普通I/O口來使用。但又各具特點(diǎn)，因此在功能和使用上各口之間有一定的差異。各口用作輸入時(shí)，均須先寫入“1”；P0口用作輸出時(shí)，應(yīng)外接上拉電阻。5．I/O口的讀寫單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

(1)VCC：+5V電源線。

(2)VSS：接地線。2.2.2電源線

2.2.3外接晶體引腳

(1)XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘工作的輸入端。采用內(nèi)部振蕩器時(shí)，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個(gè)引腳。

(2)XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。采用外部振蕩器時(shí)，該引腳懸空。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

AT89C51單片機(jī)的控制線有如下幾種：

(1)RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。

(2)ALE/：地址鎖存允許/編程線。

(3)：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通線。

(4)/VPP：片外ROM允許訪問端/編程電源端。2.2.4控制線單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件2.3AT89C51存儲(chǔ)器

AT89C51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)采用哈佛型結(jié)構(gòu)，即將程序存儲(chǔ)器(ROM)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)分開，它們有各自獨(dú)立的存儲(chǔ)空間、尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式。其典型結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.7AT89C51存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖(a)程序存儲(chǔ)器地址分配；(b)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址分配FFFFH1000H外部ROM0000H內(nèi)部ROMEA=1外部ROMEA=0工作寄存器區(qū)

位尋址區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)00H20H30H80H

外部RAM0000HFFFFH0FFFHSFRFFH2.3AT89C51存儲(chǔ)器單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

AT89C51程序存儲(chǔ)器有片內(nèi)和片外之分。片內(nèi)有4KB字節(jié)的Flash程序存儲(chǔ)器，地址范圍為0000H～0FFFH。當(dāng)不夠使用時(shí)，可以擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器，因程序計(jì)數(shù)器PC和程序地址指針DPTR都是16位，片外程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的最大空間是64KB，地址范圍為0000H～FFFFH。

2.3.1程序存儲(chǔ)器單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

AT89C51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也有片內(nèi)和片外之分。片內(nèi)有256個(gè)字節(jié)RAM，地址范圍為00H～FFH。按功能又可分為兩部分；低128字節(jié)（地址為00H～7FH）為一般RAM區(qū)，高128字節(jié)（地址為80H～FFH）為特殊功能寄存器(SFR)區(qū)。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可擴(kuò)展64KB存儲(chǔ)空間，地址范圍為0000H～FFFFH，但兩者的地址空間是分開的，各自獨(dú)立的，結(jié)構(gòu)分配如圖2.7(b)所示。

2.3.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

AT89C51單片機(jī)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可分為兩部分：00H～7FH單元空間的128字節(jié)為RAM區(qū)；0H～FFH單元空間的128字節(jié)為專用寄存器(SFR)區(qū)。兩部分的地址空間是連續(xù)的。(1)片內(nèi)RAM區(qū)：共128字節(jié)，它又可劃分為通用寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、普通RAM區(qū)，如表2.4所示。1.片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件7FH

30H2FH7F7E7D7C7B7A7978

2EH7776757473727170

2DH6F6E6D6C6B6A6968

2CH6766656463626160

2BH5F5E5D5C5B5A5958

2AH5756555453525150

29H4F4E4D4C4B4A4948

28H474645444342414027H3F3E3D3C3B3A3938

26H373635343332313025H2F2E2D2C2B2A2928

24H2726252423222120

23H1F1E1D1C1B1A1918

22H1716151413121110

21H0F0E0D0C0B0A0908

20H0706050403020100

1FH3組

18H

17H2組

10H0FH1組

08H

07H

0組

00H

表2.4AT89C51片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器位尋址區(qū)通用寄存器區(qū)單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

①通用寄存器區(qū)：00H～1FH這32個(gè)單元為通用寄存器區(qū)，分為四組，每組占八個(gè)RAM單元，地址由小到大分別用代號(hào)R0～R7表示。通過設(shè)置程序狀態(tài)字PSW中的RS1、RS0狀態(tài)來決定哪一組寄存器工作，如表2.2所示。

②位尋址區(qū)：20H～2FH這16個(gè)單元為位尋址區(qū)。它有雙重尋址功能，既可以按位尋址操作，也可以普通RAM單元那樣按字節(jié)尋址操作。(1)片內(nèi)RAM區(qū)單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

③普通RAM區(qū)：30H～7FH這80個(gè)單元為普通RAM區(qū)。用于存放用戶數(shù)據(jù)，只能按字節(jié)存取。④堆棧區(qū)：堆棧是片內(nèi)RAM中的特殊群體。用來暫時(shí)存放諸如子程序端口地址、中斷端口地址以及其它需要保護(hù)的數(shù)據(jù)。(1)片內(nèi)RAM區(qū)單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.8堆棧結(jié)構(gòu)圖棧頂棧底（可用軟件設(shè)置）35H34H33H32H31H30H堆棧指針（SP）單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

片內(nèi)80H～FFH區(qū)間，AT89C51集合了一些特殊用途的寄存器，一般稱之為特殊功能寄存器（SFR）。AT89C51單片機(jī)共有21個(gè)SFR，每個(gè)SFR占一個(gè)RAM單元。它們離散地分布在80H～FFH地址范圍內(nèi)，如表2.5所示。(2)專用寄存器區(qū)單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件表2.5AT89C51特殊功能寄存器一覽表SFR符號(hào)地址復(fù)位值功能名稱*ACC0E0H00000000B累加器*B0F0H00000000BB寄存器*PSW0D0H00000000B程序狀態(tài)字SP81H00000111B堆棧指針DPL82H00000000B數(shù)據(jù)寄存器指針（低8位）DPH83H00000000B數(shù)據(jù)寄存器指針（高8位）*P080H11111111BP0口鎖存器*P190H11111111BP1口鎖存器*P20A0H11111111BP2口鎖存器*P30B0H11111111BP3口鎖存器*IP0B8HXXX00000B

中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件表2.5AT89C51特殊功能寄存器一覽表（續(xù)）SFR符號(hào)地址復(fù)位值功能名稱*IE0A8HXXX00000H中斷允許控制寄存器TMOD89H000000000B定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器*TCON88H00000000B定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TH08CH00000000B定時(shí)/計(jì)數(shù)器0高字節(jié)TL08AH00000000B定時(shí)/計(jì)數(shù)器0低字節(jié)TH18DH00000000B定時(shí)/計(jì)數(shù)器1高字節(jié)TL18BH00000000B定時(shí)/計(jì)數(shù)器1低字節(jié)*SCON98H00000000B串行控制寄存器SBUF99H不定串行數(shù)據(jù)緩沖器PCON87H0XXX0000B電源控制寄存器單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

沒有被SFR占據(jù)的地址可能在片內(nèi)并不存在。對(duì)這些地址讀出時(shí)，通常會(huì)得到隨機(jī)的數(shù)據(jù)，而寫入時(shí)將會(huì)有不確定的效應(yīng)，因此軟件設(shè)計(jì)時(shí)不要使用這些單元。特殊功能寄存器通常用寄存器尋址，但也可以用直接尋址方式進(jìn)行字節(jié)訪問。其中11個(gè)寄存器還可進(jìn)行位尋址（表2.5中帶*號(hào)的寄存器）操作，其位地址的分配如表2.6所示。(2)專用寄存器區(qū)單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件表2.6SFR中的位地址分配寄存器符號(hào)位地址字節(jié)地址D7D6D5D4D3D2D1D0BF7F6F5F4F3F2F1F0F0HACCE7E6E5E4E3E2E1E0E0HPSWD7D6D5D4D3D2D1D0D0HIP

BCBBBAB9B8B8HP3B7B6B5B4B3B2B1B0B0HIEAF

ACABAAA9A8A8HP2A7A6A5A4A3A2A1A0A0HSCON9F9E9D9C9B9A999898HP1979695949392919090HTCON8F8E8D8C8B8A898888HP0878685848382818080H單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

AT89C51單片機(jī)可擴(kuò)展片外64KB空間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址范圍為0000H～FFFFH，它與程序存儲(chǔ)器的地址空間是重合的，但兩者的尋址指令和控制線不同。如表2.7所示。2．片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器類別訪問指令控制線ROMMOVCPSEN片外RAMMOVXWR、RD表2.7存儲(chǔ)器的訪問指令及控制線單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件2.4AT89C51單片機(jī)工作方式

2.4.1復(fù)位方式

單片機(jī)在開機(jī)時(shí)或在工作中因干擾而使程序失控或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)等情況下都需要復(fù)位。復(fù)位的作用是使中央處理器CPU以及其他功能部件都恢復(fù)到一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

1.復(fù)位原理：

AT89C51單片機(jī)的復(fù)位靠外部電路實(shí)現(xiàn)，信號(hào)由RESET(RST)引腳輸入，高電平有效，在振蕩器工作時(shí)，只要保持RST引腳高電平兩個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)即復(fù)位。復(fù)位后，PC程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容為0000H，其他特殊功能寄存器的復(fù)位狀態(tài)如表2.5所示。片內(nèi)RAM中內(nèi)容不變。

2.常用復(fù)位電路：一般有上電復(fù)位、手動(dòng)開關(guān)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位電路三種，如圖2.9所示。2.4.1復(fù)位方式單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.9單片機(jī)復(fù)位電路圖(a)上電復(fù)位電路；(b)手動(dòng)復(fù)位電路；(c)自動(dòng)復(fù)位電路2.常用復(fù)位電路單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式，即執(zhí)行用戶編寫好并存放在ROM中的程序。2.4.2程序執(zhí)行方式

2.4.3省電方式

AT89系列單片機(jī)有兩種省電運(yùn)行方式，即空閑方式和掉電方式。省電方式可使單片機(jī)功耗最小。單片機(jī)正常工作時(shí)消耗10～20mA電流，空閑方式工作時(shí)消耗1.75mA電流，掉電方式工作時(shí)消耗5～50μA電流。

在空閑和掉電方式下，單片機(jī)內(nèi)部硬件控制電路如圖2.10所示。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.10空閑和掉電方式內(nèi)部電路圖單片機(jī)省電方式下內(nèi)部控制電路單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件2.5AT89C51時(shí)鐘電路與時(shí)序

2.5.1振蕩器與時(shí)鐘電路

單片機(jī)內(nèi)各部件之間有條不紊的協(xié)調(diào)工作，其控制信號(hào)是在一種基本節(jié)拍的指揮下按一定時(shí)間順序發(fā)出的，這些控制信號(hào)在時(shí)間上的相互關(guān)系就是CPU時(shí)序。而產(chǎn)生這種基本節(jié)拍的電路就是振蕩器和時(shí)鐘電路。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的單級(jí)反相放大器，如圖2.11所示。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.11AT89C51內(nèi)部振蕩器電路圖AT89C51內(nèi)部振蕩器電路單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

引腳XTAL1為反相器輸入端，XTAL2為反相器輸出端。當(dāng)在放大器兩個(gè)引腳上外接一個(gè)晶體(或陶瓷振蕩器)和電容組成的并聯(lián)諧振電路作為反饋元件時(shí)，便構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，如圖2.12所示。AT89C51內(nèi)部振蕩器電路

單片機(jī)也可采用外部振蕩器向內(nèi)部時(shí)鐘電路輸入一固定頻率的時(shí)鐘源信號(hào)。此時(shí)，外部信號(hào)接至XTAL1端，輸入給內(nèi)部時(shí)鐘電路，而XTAL2端浮空即可，如圖2.13所示。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.12內(nèi)部振蕩器等效電路圖反相器輸入端反相器輸出端AT89C51內(nèi)部振蕩器電路單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.13外部時(shí)鐘電路圖懸空單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

1．振蕩周期

振蕩周期指由單片機(jī)片內(nèi)或片外振蕩器所產(chǎn)生的，為單片機(jī)提供時(shí)鐘源信號(hào)的周期(其值為1/fosc)。

2．時(shí)鐘周期

時(shí)鐘周期又稱為狀態(tài)周期S，由內(nèi)部時(shí)鐘電路產(chǎn)生，是振蕩周期的二倍。每個(gè)時(shí)鐘周期分為P1和P2兩個(gè)節(jié)拍，前半周期P1節(jié)拍信號(hào)有效，后半周期P2節(jié)拍信號(hào)有效，每個(gè)節(jié)拍完成不同的邏輯操作。2.5.2時(shí)序單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)周期(12個(gè)振蕩周期)組成，6個(gè)狀態(tài)周期用S1～S6表示，每一狀態(tài)周期的兩個(gè)節(jié)拍用P1、P2表示，則一個(gè)機(jī)器周期的12個(gè)節(jié)拍就可用S1P1、S1P2、S2P1、…、S6P1、S6P2來表示，見下圖。3．機(jī)器周期

S1S2S3S4S5S6P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2圖2.14一個(gè)機(jī)器周期的12個(gè)節(jié)拍（振蕩周期）單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件

執(zhí)行一條指令所占用的全部時(shí)間。一個(gè)指令周期通常由1～4個(gè)機(jī)器周期組成。若外接晶振頻率為fosc=12MHZ，則四個(gè)基本周期的具體數(shù)值為：(1)振蕩周期=1/12μs。(2)時(shí)鐘周期=1/6μs。(3)機(jī)器周期=1μs。(4)指令周期=1～4μs。4．指令周期單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.15AT89C51單片機(jī)典型指令時(shí)序圖5.AT89C51單片機(jī)典型指令時(shí)序單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件(1)訪問外部ROM時(shí)序圖2.16讀外部程序ROM時(shí)序圖單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.17讀外部數(shù)據(jù)RAM時(shí)序圖(2)讀外部數(shù)據(jù)RAM時(shí)序單片機(jī)原理及應(yīng)用電子課件圖2.18寫外部數(shù)據(jù)RAM的時(shí)序圖(3)寫外部數(shù)據(jù)RAM的時(shí)序單片機(jī)原理及應(yīng)