STC89C51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

第二章STC89C51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理2.2STC89C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.3STC89C51系列單片機(jī)的主要組成局部2.1STC89C51如何控制流水燈2.4單片機(jī)的復(fù)位電路2.5單片機(jī)最小系統(tǒng)2.1STC89C51如何控制流水燈任務(wù)：使用單片機(jī)控制發(fā)光管按一定順序亮1.利用Proteus7連接電路圖2.利用keilc軟件編寫程序#include<reg51.h>#include<stdio.h>unsignedinttemp1;voiddelay(unsignedinttemp)//延時程序{while(--temp);}voidmain(){P2=0XFF;//ledisoffwhile(1) {P2=0XFE; temp1=35000; delay(temp1);

P2=0XFD; temp1=35000; delay(temp1);

P2=0XFB; temp1=35000; delay(temp1);

P2=0XF7; temp1=35000; delay(temp1);P2=0XEF;temp1=35000;delay(temp1);P2=0XDF;temp1=35000;delay(temp1);P2=0XBF;temp1=35000;delay(temp1);P2=0X7F;temp1=35000;delay(temp1); }}3.利用keilc軟件將C語言轉(zhuǎn)化成HEX文件4.將HEX文件添加到Proteus7軟件中，進(jìn)行仿真思考：單片機(jī)如何使用？2.2STC89C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖1.電源引腳VSS〔20腳〕：接地，0V參考點(diǎn)。VCC〔40腳〕：電源，提供掉電、空閑、正常工作2．外接晶體引腳XTAL1〔19腳〕：接外部晶體的一端，振蕩反向放大器的輸入端和內(nèi)部時鐘電路輸入端。XTAL2〔18腳〕：接外部晶體的另一端，振蕩反向放大器的輸出端。

3.控制信號或與其它電源復(fù)用引腳控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、、和等4種形式。RST〔9腳〕：復(fù)位端。當(dāng)晶體在運(yùn)行時，只要此引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期高電平即可復(fù)位，內(nèi)部有擴(kuò)散電阻連接到Vss，僅需要外接一個電容到Vcc即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。ALE〔30腳〕：地址鎖存使能。在訪問外部存儲器時，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下，ALE輸出信號恒定為1/6振蕩頻率。并可用作外部時鐘或定時，注意每次訪問外部數(shù)據(jù)時，一個ALE脈沖將被忽略。PSEN〔29腳〕：程序存儲使能。讀外部程序存儲。當(dāng)從外部讀取程序時，PSEN每個機(jī)器周期被激活兩次，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時PSEN無效，訪問內(nèi)部程序存儲器時PSEN無效。EA/Vpp〔31腳〕：外部尋址使能/編程電壓。在訪問整個外部程序存儲器時，EA必須外部置低。如果EA為高時，將執(zhí)行內(nèi)部程序。當(dāng)RST釋放后EA腳的值被鎖存，任何時序的改變都將無效。該引腳在對FLASH編程時用于輸入編程電壓(Vpp)。輸入/輸出引腳P0口〔，32-39腳〕：是雙向8位三態(tài)I/O口。可向其寫入1使其狀態(tài)為懸浮，用作高阻輸入。P0口也可以在訪問外部程序存儲器時作地址的低字節(jié)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作數(shù)據(jù)總線，此時通過內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送1。P1口〔，1-8腳〕：是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口。向P1口寫入1時，P1口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口；當(dāng)作為輸入腳時，被外部拉低的P1口會因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。P2口〔，21-28腳〕：是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口。向P2口寫入1時，P2口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時，被外部拉低的P2口會因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。在訪問外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)時分別作為地址高位字節(jié)和16位地址，此時通過內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送1。當(dāng)使用8位尋址方式訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,P2口發(fā)送P2特殊功能存放器的內(nèi)容。P3口〔，10-17腳〕：是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口。向P3口寫入1時，P3口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時，被外部拉低的P3口會因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。P3口腳具有第二功能，表2-2介紹了P3口的第二功能。2.3STC89C51的系列單片機(jī)的主要組成局部該系列單片機(jī)由中央處理器(CPU)、存儲器和I/O接口三大局部組成。其中CPU包括運(yùn)算器和控制器兩大局部。2.3.1運(yùn)算器對操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)、邏輯和位操作運(yùn)算。主要包括算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU、累加器A、位處理器、程序狀態(tài)字存放器PSW及兩個暫存器等。1．算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU可對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〕12ALU還有位操作功能，對位變量進(jìn)行位處理，如置“1”、清“0”、求補(bǔ)、測試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”、“或”等。2．累加器A使用最頻繁的存放器，可寫為Acc?！癆”與“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?！?〕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。13A的進(jìn)位標(biāo)志Cy是特殊的，因?yàn)樗瑫r又是位處理機(jī)的位累加器3．程序狀態(tài)字存放器PSWPSW〔ProgramStatusWord〕位于片內(nèi)特殊功能存放器區(qū)，字節(jié)地址為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2-3所示。圖2-3PSW的格式14PSW中各個位的功能：〔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，假設(shè)有進(jìn)位/借位，Cy＝1；否那么，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，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，Ac＝1；否那么，Ac＝0?！?〕F0〔PSW.5〕用戶設(shè)定標(biāo)志位由用戶使用的一個狀態(tài)標(biāo)志位，可用指令來使它置1或清0，控制程序的流向。用戶應(yīng)充分利用。15〔4〕RS1、RS0〔PSW.4、PSW.3〕4組工作存放器區(qū)選擇 選擇片內(nèi)RAM區(qū)中的4組工作存放器區(qū)中的某一組為當(dāng)前工作存放區(qū)?！?〕OV〔PSW.2〕溢出標(biāo)志位 當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時，用來指示運(yùn)算結(jié)果是否產(chǎn)生溢出。如果結(jié)果產(chǎn)生溢出，OV=1；否那么，OV=0?！?〕PSW.1位保存位〔7〕P〔PSW.0〕奇偶標(biāo)志位

指令執(zhí)行完，累加器A中“1”的個數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)。16P=1，表示A中“1”的個數(shù)為奇數(shù)。

P=0，表示A中“1”的個數(shù)為偶數(shù)。

此標(biāo)志位對串行通信有重要的意義，常用奇偶檢驗(yàn)的方法來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

17182.3.2控制器任務(wù)識別指令，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)各局部能自動協(xié)調(diào)地工作?？刂破靼ǎ撼绦蛴嫈?shù)器、指令存放器、指令譯碼器、定時及控制邏輯電路等。功能是控制指令的讀入、譯碼和執(zhí)行，從而對各功能部件進(jìn)行定時和邏輯控制。程序計數(shù)器PC是一個獨(dú)立的16位計數(shù)器，不可訪問。單片機(jī)復(fù)位時，PC中內(nèi)容為0000H，從程序存儲器0000H單元取指令，開始執(zhí)行程序。PC工作過程是：CPU讀指令時，PC的內(nèi)容作為所取指令的地址，程序存儲器按此地址輸出指令字節(jié)，同時PC自動加1。PC中內(nèi)容變化軌跡決定程序流程。當(dāng)順序執(zhí)行程序時自動加1；執(zhí)行轉(zhuǎn)移程序或子程序、中斷子程序調(diào)用時，自動將其內(nèi)容更改成所要轉(zhuǎn)移的目的地址。PC的計數(shù)寬度決定了程序存儲器的地址范圍。PC為16位，故可對64KB〔=216B〕尋址。19程序存儲器〔FLASH，下載到4KBROM〕2.3、存儲器1．編址與訪問計算機(jī)的工作是按照事先編制好的程序命令序列一條條順序執(zhí)行的，程序存儲器就是用來存放這些已編好的程序和表格常數(shù)，它由只讀存儲器ROM或EPROM組成。計算機(jī)為了有序地工作，設(shè)置了一個專用存放器--程序計數(shù)器PC，用以存放將要執(zhí)行的指令地址。每取出指令的１個字節(jié)后，其內(nèi)容自動加１，指向下一字節(jié)地址，使計算機(jī)依次從程序存儲器取出指令予以執(zhí)行，完成某種程序操作。由于MCS-51單片機(jī)的程序計數(shù)器為16位，因此，可尋址的地址空間為64KB。2．程序的7個特殊入口地址操作入口地址復(fù)位0000H外部中斷00003H定時器/計數(shù)器0溢出000BH外部中斷10013H定時器/計數(shù)器1溢出001BH串行口中斷0023H定時器/計數(shù)器0溢出或T2EX端負(fù)跳變(52子系列)002BH表1MCS-51單片機(jī)復(fù)位、中斷入口地址數(shù)據(jù)存儲器1．編址與訪問MCS-51單片機(jī)片內(nèi)、外數(shù)據(jù)存儲器是兩個獨(dú)立的地址空間，應(yīng)分別單獨(dú)編址。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器除RAM塊外，還有特殊功能存放器(SFR)塊。對于51子系列，前者有128個字節(jié)，其編址為00H~7FH；后者有128個字節(jié)，其編址為80H~FFH；二者連續(xù)而不重疊。由于訪問它們所用的指令不同，并不會引起混亂。片外數(shù)據(jù)存儲器一般是16位編址。2.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器MCS-51片內(nèi)RAM為256字節(jié),地址范圍為00H~FFH,分為兩大局部:低128字節(jié)〔00H~7FH〕為真正的RAM區(qū);高128字節(jié)〔80H~FFH〕為特殊功能存放器區(qū)SFR。在低128字節(jié)RAM中,00H~1FH共32單元是4個通用工作存放器區(qū)。每一個區(qū)有8個通用存放器R0~R7。低128字節(jié)〔00H~7FH〕其中真正用戶能用到得只有20H—7FH共96個字節(jié)；故一般需要擴(kuò)展片外存儲器。其中20H—2FH為位尋址〔重點(diǎn)〕，故可設(shè)位變量。sbitp20=P2^0;sbitp21=P2^1;Ifp20==1thenp21=0表2存放器與RAM地址對照表表3SFR特殊功能存放器地址表28表4SFR中的位地址分布特殊功能存放器〔SFR)特殊功能存放器〔SFR〕也稱專用存放器，專門用于控制、管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行I/O口、串行口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作，用戶在編程時可以給其設(shè)定值，但不能移作它用。SFR離散地分布在片內(nèi)RAM的80H—FFH地址空間，與片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。51子系列有18個特殊功能存放器，其中3個為雙字節(jié)〔DPTR、T0、T1〕，共占用21個字節(jié)；其中11個可位尋址〔僅83位有效〕。但凡可位尋址的SFR，字節(jié)地址末位只能是0H或8H。52子系列有21個特殊存放器，其中5個為雙字節(jié)，共占用26個字節(jié)注意：〔1〕21個可字節(jié)尋址的專用存放器是不連續(xù)地分散在內(nèi)部RAM高128單元之中，共83個可尋址位。盡管還剩余許多空閑單元，但用戶并不能使用。〔2〕在22個專用存放器中，唯一一個不可尋址的PC。PC不占據(jù)RAM單元，它在物理上是獨(dú)立的〔在控制器中〕，因此是不可尋址的存放器?！?〕對專用存放器只能使用直接尋址方式，書寫時既可使用存放器符號，也可使用存放器單元地址。〔因?yàn)榇娣牌髅偷刂穯卧牡刂芬呀?jīng)一一對應(yīng)〕位地址空間

211個尋址位的位地址，其中：00H～7FH這128位處于片內(nèi)RAM字節(jié)地址20H～2FH單元中。其余的83個可尋址位分布在特殊功能存放器SFR中，?？杀晃粚ぶ返奶厥獯娣牌饔?1個，共有位地址88個，5個位未用，其余83個位的位地址離散地分布于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器區(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。

AT89C51片內(nèi)RAM的可尋址位及其位地址SFR中的位地址分布P1～P3口驅(qū)動LED發(fā)光二極管

例如：使用單片機(jī)的并行口P1～P3直接驅(qū)動發(fā)光二極管，電路如以下圖。由于P1～P3內(nèi)部有30kΩ左右的上拉電阻。如高電平輸出，那么強(qiáng)行從P1、P2和P3口輸出的電流會造成單片機(jī)端口的損壞。如端口引腳為低電平，能使電流從單片機(jī)外部流入內(nèi)部，那么將大大增加流過的電流值。所以，當(dāng)P1～P3口驅(qū)動LED發(fā)光二極管時，應(yīng)該采用低電平驅(qū)動。〔a〕不恰當(dāng)?shù)倪B接：高電平驅(qū)動〔b〕恰當(dāng)?shù)倪B接：低電平驅(qū)動

發(fā)光二極管與AT89C51并行口的直接連接有關(guān)時序的概念計算機(jī)在執(zhí)行指令時，一條指令經(jīng)譯碼后產(chǎn)生假設(shè)干個根本微操作，這些根本微操作在時間上有嚴(yán)格的先后次序，這種次序稱為計算機(jī)的時序。幾個CPU時序的根本概念1．振蕩周期：指為單片機(jī)提供定時信號的振蕩源的周期，是時序中最小的時間單位。假設(shè)為內(nèi)部產(chǎn)生方式，那么為石英晶體的振蕩周期?！渤Ｓ?2MHz、6MHz等〕。振蕩脈沖并不直接使用，由XTAL2或XTAL1端送往內(nèi)部時鐘電路〔fosc〕：經(jīng)過2分頻，向CPU提供2相時鐘信號P1和P2〔f拍節(jié)=1/2osc〕再經(jīng)3分頻，〔6分頻〕產(chǎn)生ALE時序〔fALE=1/6fosc〕；經(jīng)過12分頻，成為機(jī)器周期信號〔MC=12/fosc〕，如以下圖所示。需要指出的是，CPU的運(yùn)算操作在P1期間，數(shù)據(jù)傳送在P2期間。2．時鐘周期：是振蕩源信號經(jīng)2分頻后形成的時鐘脈沖信號，也就是一個時鐘周期是振蕩周期的2倍。時鐘信號向單片機(jī)提供一個二節(jié)拍時鐘信號，在每個時鐘的前半周期，節(jié)拍1信號P1有效，后半周期節(jié)拍P2有效，每個節(jié)拍持續(xù)1個振蕩周期。3．機(jī)器周期：CPU完成一個根本操作所需的時間為機(jī)器周期。一個機(jī)器周期包含6個時鐘周期，也就是等于12個振蕩周期。當(dāng)石英晶體的振蕩為12MHz和6MHz時，時鐘周期分別為1/12μs和1/6μs，機(jī)器周期分別為1μs和2μs。4．指令周期：是指CPU執(zhí)行一條指令所需的時間，是時序中最大時間單位。由于單片機(jī)執(zhí)行不同的指令，所需要的時間不同，因此，不同指令所包含的機(jī)器周期數(shù)也不同，機(jī)器周期越少的指令執(zhí)行速度快。單片機(jī)中大多數(shù)指令的指令周期由一個機(jī)器周期或兩個機(jī)器周期組成，只有乘法、除法指令需要四個機(jī)器周期。CPU時序

機(jī)器周期：每個機(jī)器周期包含S1、S2、S3、S4、S5、S6個狀態(tài)，每個狀態(tài)包含2拍P1和P2，每一個節(jié)拍持續(xù)1個振蕩周期。因此，每12個振蕩周期為一個機(jī)器周期。依次可表示為S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P1、S6P2。時鐘電路〔什么作用？〕單片機(jī)時鐘內(nèi)接法；圖1---自己產(chǎn)生時鐘信號作為單片機(jī)單片機(jī)的時鐘外接方式；圖2---使用其他電路產(chǎn)生圖1時鐘振蕩電路圖2外部時鐘接法三、I/O接口1.P0口的某位P0.n(n=0~7)結(jié)構(gòu)圖，它由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動電路及控制電路組成。從圖中可以看出，P0口既可以作為I/O用，也可以作為地址/數(shù)據(jù)線用。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳當(dāng)系統(tǒng)不進(jìn)行片外的ROM擴(kuò)展，也不進(jìn)行片外RAM擴(kuò)展時，單片機(jī)硬件自動使C=0，MUX開關(guān)接向鎖存器的反相輸出端,將輸出上拉場效應(yīng)管T1截止；當(dāng)有外部擴(kuò)展時，P0口必須做輸出地址、數(shù)據(jù)時，C=1，地址通過T1送到P0口，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)時，通過下邊緩沖器進(jìn)入內(nèi)存DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳1、P0口作為普通I/O口①輸出時：CPU發(fā)出控制電平“0”封鎖“與”門，多路開關(guān)MUX把鎖存器與輸出驅(qū)動場效應(yīng)管T2柵極接通。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳內(nèi)部總線與P0口同相。由于輸出驅(qū)動級是漏極開路電路，假設(shè)驅(qū)動NMOS或其它拉流負(fù)載時，需要外接上拉電阻。②輸入時----分讀引腳或讀鎖存器，此刻如果T2導(dǎo)通，那么P0將被鎖定為0，輸入數(shù)據(jù)不能正確讀入，故必須使P0=1，T1和T2截止，才能讀入數(shù)據(jù)，因此稱為準(zhǔn)雙口。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳因?yàn)門2截止，故P0口數(shù)據(jù)，通過下邊三態(tài)門進(jìn)入內(nèi)存總線。2.P2用作通用I/O口

當(dāng)不在單片機(jī)芯片外部擴(kuò)展程序存儲器，只擴(kuò)展256B的片外RAM時，僅用到了地址線的低8位，P2口仍可以作為通用I/O口使用。P0、P1、P2、P3口的電平與CMOS和TTL電平兼容P0口的每一位口線可以驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。在作為通用I/O口時，由于輸出驅(qū)動電路是開漏方式，由集電極開路〔OC門〕電路或漏極開路電路驅(qū)動時需外接上拉電阻；當(dāng)作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時，口線輸出不是開漏的，無須外接上拉電阻。P1、P2和P3口為準(zhǔn)雙向口,在內(nèi)部差異不大,但使用功能有所不同。P1口是用戶專用8位準(zhǔn)雙向I/O口,具有通用輸入/輸出功能,每一位都能獨(dú)立地設(shè)定為輸入或輸出。當(dāng)有輸出方式變?yōu)檩斎敕绞綍r,該位的鎖存器必須寫入“1”,然后才能進(jìn)入輸入操作。P2口是8位準(zhǔn)雙向I/O口。外接I/O設(shè)備時,可作為擴(kuò)展系統(tǒng)的地址總線,輸出高8位地址,與P0口一起組成16位地址總線。對于8031而言,P2口一般只作為地址總線使用,而不作為I/O線直接與外部設(shè)備相連。P3口的第二功能

2.4單片機(jī)的復(fù)位復(fù)位是使單片機(jī)的CPU或系統(tǒng)中的其它部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這一狀態(tài)開始工作。單片機(jī)的工作就是從復(fù)位開始的。復(fù)位電路在振蕩器工作時，將RST腳保持至少兩個機(jī)器周期高電平〔6時鐘模式時為12個振蕩器周期，12時鐘模式時為24個振蕩器周期〕可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。為了保證上電復(fù)位的可靠，RST必須保持足夠長時間的高電平，該時間至少為振蕩器的穩(wěn)定時間〔通常為幾個毫秒〕加上兩個機(jī)器周期。上電時VCC和RST必須同時上升以實(shí)現(xiàn)正確的啟動。如果RST引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)初始化后，程序計數(shù)器PC=0000H。P0-P3=FFH，各端口鎖存器已寫入1，此時不但可用于輸出，也可以于輸入。SP=07H，說明堆棧指針指向片內(nèi)RAM的07單元〔即第一個被壓入的內(nèi)容將寫入到08H單元〕。IP、IE和PCON的有效位為0，分別說明各中斷源處于低優(yōu)先級、各中斷均被關(guān)斷、串行通信的波特率不加倍。PSW=00H，說明當(dāng)前工作存放器選為0組。〔a〕上電復(fù)位(b)上電與按鍵均有效的復(fù)位上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位在加電的瞬間，RST引腳為高電平，隨著電容C1的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。該電路典型的電阻值為：晶體振蕩器為12MHz時，C1為10μF，R1為8.2kΩ。復(fù)位時，PC初始化為0000H，程序從0000H單元開始執(zhí)行。