《單片機(jī)原理及應(yīng)用》第二章 AT89系列單片機(jī)的硬件

第二章AT89系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)2.1AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 2.2AT89S51的引腳功能 2.2.1電源及時(shí)鐘引腳 2.2.2控制引腳 2.2.3I/O口引腳 2.3AT89S51的中央處理器（CPU） 2.3.1運(yùn)算部件 2.3.2程序狀態(tài)字寄存器 2.3.3控制部件 思考與練習(xí)第二章AT89系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)2.4存貯器結(jié)構(gòu) 292.4.1程序存貯器 292.4.2內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器 312.4.3特殊功能寄存器 342.4.4地址空間 402.4.5外部數(shù)據(jù)存貯器 432.5I/O端口 432.5.1I/O的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 442.5.2I/O口的負(fù)載能力和接口要求 48第二章AT89系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)2.6復(fù)位電路和時(shí)鐘電路 2.6.1復(fù)位電路及工作方式 2.6.2時(shí)鐘電路及時(shí)序 2.7在線編程ISP 2.7.1在線編程接口電路 2.7.2編程算法及時(shí)序 2.7.3串行編程命令 思考與練習(xí) 2.1AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)把作為控制應(yīng)用所必需的基本功能部件都集中在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上。2.1AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

有如下部件和特性：（1）8位微處理器（CPU)；（2）程序存儲(chǔ)器（4KFlashROM），可進(jìn)行1000次重復(fù)擦寫(xiě)和三級(jí)加密；（3）128B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；（4）26個(gè)特殊功能寄存器（SFR）；（5）4個(gè)8位可編程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）；（6）1組全雙工可編程串行通道；（7）2個(gè)可編程的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（8）1個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器；（9）5個(gè)中斷源；（10）低功耗模式有空閑和掉電模式，且具有斷電模式下的中斷恢復(fù)模式；（11）靈活的在系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)（ISP）2.1AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

AT89S51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。2.2AT89S51的引腳功能

AT89S51單片機(jī)實(shí)際有效的引腳為40個(gè)，主要有三種封裝形式，其引腳圖可參見(jiàn)圖2-3所示：（a)為PDIP封裝形式，這是普通40腳塑封雙列直插形式；（b）PLCC封裝形式，這種形式是具有44個(gè)“J”形腳（其中有4個(gè)空腳）的方形芯片，使用時(shí)需要插入與其相配的方型插座中；（c)為T(mén)QFP封裝形式，這種形式也是具有44個(gè)“J”形腳（其中有3個(gè)空腳，2個(gè)接地端），但其體積更小、更薄，是一種不同封裝形式的引腳，排列不一致，使用時(shí)一定要注意。為了盡可能縮小體積，減少引腳數(shù)，AT89S51/S52單片機(jī)的不少引腳還具有第二功能（也稱為“復(fù)用功能”）。2.2AT89S51的引腳功能(a)PDIP40封裝的AT89S512.2AT89S51的引腳功能(b)PLCC44封裝的AT89S51

(c)TQFP44封裝的AT89S512.2.1電源及時(shí)鐘引腳VCC：電源端。GND：接地端。XTAL1：接外部晶振的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，外部時(shí)鐘振蕩信號(hào)直接送入此引腳作為驅(qū)動(dòng)端，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：接外部晶振的另一個(gè)端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。2.2.1電源及時(shí)鐘引腳圖2-4內(nèi)部振蕩器的接法圖2-5外部振蕩器的接法2.2.2控制引腳RST：復(fù)位輸入端。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T(mén)狗定時(shí)器（Watchdog）溢出后，該引腳會(huì)保持98個(gè)振蕩周期的高電平，也會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。在AUXR寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽這種功能。DISRTO位的默認(rèn)狀態(tài)，是復(fù)位高電平輸出功能使能。2.2.2控制引腳

ALE/：地址鎖存允許/編程脈沖。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，這個(gè)輸出信號(hào)用于鎖存低字節(jié)地址。在對(duì)Flash內(nèi)存編程時(shí)，這條引腳用于輸入編程脈沖PROG。一般情況下，ALE是振蕩器頻率的6分頻信號(hào)，可用于外部定時(shí)或時(shí)鐘。但是，在對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器每次存取中，會(huì)跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。在需要時(shí)，可以把AUXR寄存器的0位置為“1”，從而屏蔽ALE的工作；而只有在MOVX或MOVC指令執(zhí)行時(shí)ALE才被啟動(dòng)。在單片機(jī)處于外部執(zhí)行方式時(shí)，對(duì)ALE屏蔽位置“1”并不起作用。2.2.2控制引腳

：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。它用于讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，低電平有效。當(dāng)AT89系列單片機(jī)在執(zhí)行來(lái)自外部程序存儲(chǔ)器的指令時(shí)，每一個(gè)機(jī)器周期PSEN被啟動(dòng)2次。在對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的每次存取中，不出現(xiàn)。/VPP：外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許端/編程電源輸入端。接地，單片機(jī)從地址為0000H～FFFFH的外部程序內(nèi)存中讀取代碼。接到VCC，單片機(jī)先從內(nèi)部程序內(nèi)存中讀取代碼，然后自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部。在對(duì)Flash內(nèi)存編程時(shí)，這條引腳接收12V編程電壓VPP。2.2.3I/O口引腳

P0～P3是AT89S51單片機(jī)與外界聯(lián)系的4個(gè)8位雙向并行I/O端口，引腳分配如下：P0.0～P0.7：P0口的8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。P0在當(dāng)做I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），P0口就以多工方式提供地址總線（A0～A7）及數(shù)據(jù)總線（D0～D7）。設(shè)計(jì)者必須外加一鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為A0～A7，再配合P2口所送出的A8～A15合成一完整的16位地址總線，而定址到64K的外部存儲(chǔ)器空間。2.2.3I/O口引腳

P2.0~P2.7：P2口的8位內(nèi)部接有上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O口。每一個(gè)引腳可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，若將P2口的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在AT89S51擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié)A8～A15，這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)做I/O來(lái)使用了。2.2.3I/O口引腳

P1.0~P1.7：P1口的8位內(nèi)部接有上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O口。其輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。負(fù)載能力：代表器件的輸出電流的大小。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)TTL器件，輸出負(fù)載能力的高電平為0.4mA，而作為下級(jí)負(fù)載的TTL器件的輸入高電平電流為0.04mA(40uA)，這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)TTL器件最大可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)以上標(biāo)準(zhǔn)TTL負(fù)載。P3.0~P3.7：P3口的8位內(nèi)部接有上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O口。其輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋TL負(fù)載：

LSTTL:其中“L”表示低功耗,“S”表示肖特基技術(shù)全稱Transistor-TransistorLogic,即BJT-BJT邏輯門(mén)電路，是數(shù)字電子技術(shù)中常用的一種邏輯門(mén)電路，應(yīng)用較早，技術(shù)已比較成熟。TTL主要有BJT（Bipolar（雙極的）JunctionTransistor（晶體管）

即雙極結(jié)型晶體管，晶體三極管）和電阻構(gòu)成，具有速度快的特點(diǎn)。最早的TTL門(mén)電路是74系列，后來(lái)出現(xiàn)了74H系列，74L系列，74LS,74AS,74ALS等系列。但是由于TTL功耗大等缺點(diǎn)，正逐漸被CMOS電路取代。2.3AT89S51的中央處理器（CPU）中央處理器CPU是單片機(jī)的核心，主要由運(yùn)算部件、控制部件和專用寄存器組成。CPU功能可概況為以下三條：1、產(chǎn)生控制信號(hào)2、控制數(shù)據(jù)傳送3、對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算及位操作2.3.1運(yùn)算部件運(yùn)算部件是用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯操作的執(zhí)行部件，包括算術(shù)邏輯單元ALU（ArithmeticLogicUnit）、累加器ACC（Accumulator）、暫存器（TEMP）、程序狀態(tài)字寄存器PSW（ProgramStatusWord）、通用寄存器和BCD碼運(yùn)算調(diào)整電路等。為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作能力，片內(nèi)增加了一個(gè)通用寄存器區(qū)和一些專用寄存器，而且還包含一個(gè)布爾處理器，可以執(zhí)行置位、清零、求補(bǔ)、取反、測(cè)試、邏輯與、邏輯或等操作，為單片機(jī)的應(yīng)用提供了極大的便利。2.3.1運(yùn)算部件

（1）算術(shù)邏輯單元ALUALU是用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯操作的執(zhí)行部件，由加法器和其他邏輯電路（移位電路和判斷電路等）組成。在控制信號(hào)的作用下，它能完成“加、減、乘、除、比較”等算術(shù)運(yùn)算和“與、或、異或”等邏輯運(yùn)算以及循環(huán)移位操作、位操作等功能。此外，通過(guò)對(duì)運(yùn)算結(jié)果的判斷，影響程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器的有關(guān)標(biāo)志位。

（2）暫存器暫存器用于暫存進(jìn)入運(yùn)算器之前的數(shù)據(jù)，它不能通過(guò)編程訪問(wèn)。設(shè)置暫存器的目的是暫時(shí)存放某些中間過(guò)程所產(chǎn)生的信息，以避免破壞通用寄存器的內(nèi)容。2.3.1運(yùn)算部件

（3）布爾（位）處理器除對(duì)字節(jié)（Byte）進(jìn)行操作外，AT89S51單片機(jī)借用PSW中的C可以直接對(duì)位（Bit）進(jìn)行操作，在進(jìn)行位操作時(shí)，C就類(lèi)似進(jìn)行字節(jié)操作的ACC用作數(shù)據(jù)源或存放結(jié)果。通過(guò)位操作指令可以實(shí)現(xiàn)置位、清零、取反以及位邏輯運(yùn)算等操作。運(yùn)算部件中的程序狀態(tài)字寄存器PSW地位特殊，下面給予單獨(dú)介紹。其他專用寄存器放在2.3節(jié)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中作逐一介紹。2.3.2程序狀態(tài)字寄存器

程序狀態(tài)字PSW是一個(gè)8位的寄存器，包含了各種程序狀態(tài)信息，它相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)志寄存器，以供程序查詢和判別。PSW的格式、各標(biāo)志的含義及功能定義見(jiàn)表2-1。表2-1PSW的格式、各標(biāo)志的含義和功能定義此寄存器各位的含義如下(其中PSW.1未用)：CYACF0RS1RS0OV-P2.3.2程序狀態(tài)字寄存器

CY(PSW.7)：進(jìn)位標(biāo)志。在執(zhí)行某些算術(shù)和邏輯指令時(shí)，它可以被硬件或軟件置位或清零。CY在布爾處理機(jī)中被認(rèn)為是位累加器，其重要性相當(dāng)于一般中央處理器中的累加器A。AC(PSW.6)：輔助進(jìn)位標(biāo)志。當(dāng)進(jìn)行加法或減法操作而產(chǎn)生由低4位數(shù)向高4位數(shù)進(jìn)位或借位時(shí)，AC將被硬件置位，否則就被清零。AC被用于BCD碼調(diào)整，詳見(jiàn)指令系統(tǒng)中的“DAA”指令。F0(PSW.5)：用戶標(biāo)志位。F0是用戶定義的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)記，用軟件來(lái)使它置位或清零。該標(biāo)志位狀態(tài)一經(jīng)設(shè)定，可由軟件測(cè)試F0，以控制程序的流向。RS1、RS0(PSW.4、PSW.3)：寄存器區(qū)選擇控制位?？梢杂密浖?lái)置位或清零以確定工作寄存器區(qū)。RS1、RS0與寄存器區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表2-2。2.3.2程序狀態(tài)字寄存器表2-2工作寄存器組選擇OV(PSW.2)：溢出標(biāo)志。帶符號(hào)加減運(yùn)算中，超出了累加器A所能表示的符號(hào)數(shù)有效范圍（－128～＋127）時(shí)，即產(chǎn)生溢出，OV=1，表明運(yùn)算運(yùn)算結(jié)果錯(cuò)誤。如果OV=0，表明運(yùn)算結(jié)果正確。RS1RS0工作寄存器組000組（00H～07H）011組（08H～0FH）102組（10H～17H）113組（18H～1FH）2.3.2程序狀態(tài)字寄存器P(PSW.0)：奇偶標(biāo)志。每個(gè)指令周期都由硬件來(lái)置位或清零，以表示累加器A中1的位數(shù)的奇偶數(shù)。若1的位數(shù)為奇數(shù)，P置1，否則P清零。P標(biāo)志位對(duì)串行通信中的數(shù)據(jù)傳輸有重要的意義，在串行通信中常用奇偶校驗(yàn)的辦法來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在發(fā)送端可根據(jù)P的值對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶置位或清零。PSW.1：程序狀態(tài)字的第1位，該位的含義沒(méi)有定義，若用戶要使用這一位，可直接使用PSW.1的位地址。PSW寄存器除具有字節(jié)地址外，還具有位地址，因此，可以對(duì)PSW中的任一位進(jìn)行操作，這無(wú)疑大大提高了指令執(zhí)行的效率。2.3.3控制部件控制部件是用來(lái)統(tǒng)一指揮和控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作的部件。其功能是從存儲(chǔ)器中逐條取指令，進(jìn)行指令譯碼，并通過(guò)定時(shí)和控制電路，在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的全部?jī)?nèi)部控制信息及CPU外部所需的控制信號(hào)，使各部分按照一定得節(jié)拍協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的各種操作。它由指令部件、時(shí)序部件和操作控制部件組成。（1）指令部件指令部件是一種能對(duì)指令進(jìn)行分析、處理并產(chǎn)生控制信號(hào)的邏輯部件，也是控制器的核心。通常，它由程序計(jì)數(shù)器PC（ProgramCounter）、指令寄存器IR（InstructionRegister）和指令譯碼器等組成。這三個(gè)寄存器用戶都不能直接訪問(wèn)。指令寄存器IR是一個(gè)8位寄存器，用于暫存存放指令代碼，等待譯碼。2.3.3控制部件

指令譯碼器用于對(duì)送入指令譯碼器中的指令進(jìn)行譯碼。所謂“譯碼”，就是把指令轉(zhuǎn)變成執(zhí)行此指令所需要的電信號(hào)。當(dāng)指令送入譯碼器后，由譯碼器對(duì)該指令進(jìn)行譯碼，根據(jù)譯碼器輸出的信號(hào)，CPU控制電路定時(shí)產(chǎn)生執(zhí)行該指令所需的各種控制信號(hào)，使單片機(jī)正確執(zhí)行程序所需要的各種操作。程序計(jì)數(shù)器PC用于存放CPU要執(zhí)行的下一條指令的地址。程序中的每條指令都有自己的存放地址（指令都存放在ROM區(qū)的某一單元），CPU要執(zhí)行某條指令時(shí)，就把該條指令的地址碼（即PC中的值）送到地址總線，從ROM中讀取指令，當(dāng)PC中的地址碼被送上地址總線后，PC會(huì)自動(dòng)指向CPU要執(zhí)行的下一條指令的地址。執(zhí)行指令時(shí)，CPU按PC的指示地址從ROM中讀取指令，所讀取指令碼送入指令寄存器中，由指令譯碼器對(duì)指令進(jìn)行譯碼，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，從而完成指令所指定的操作。2.3.3控制部件（2）時(shí)序部件時(shí)序部件由時(shí)鐘電路和脈沖分配器組成，用于產(chǎn)生操作控制部件所需的時(shí)序信號(hào)。產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)的部件稱為“脈沖發(fā)生器”或“時(shí)序系統(tǒng)”，它由一個(gè)振蕩器和一組計(jì)數(shù)分頻器組成。振蕩器是一個(gè)脈沖源，輸出頻率穩(wěn)定的脈沖，也稱為“時(shí)鐘脈沖”，為CPU提供時(shí)鐘基準(zhǔn)。時(shí)鐘脈沖經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的計(jì)數(shù)分頻，產(chǎn)生所需的節(jié)拍信號(hào)或時(shí)間更長(zhǎng)的機(jī)器周期信號(hào)。詳見(jiàn)2.6.2。（3）操作控制部件操作控制部件可以為指令譯碼器的輸出信號(hào)配上節(jié)拍電位和節(jié)拍脈沖，也可以和外部進(jìn)來(lái)的控制信號(hào)組合，共同形成相應(yīng)的微操作控制序列信號(hào)，以完成規(guī)定的操作。2.4存貯器結(jié)構(gòu)

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，即ROM和RAM統(tǒng)一編址，屬于“馮．諾依曼”（VonNeumann）結(jié)構(gòu)。而單片機(jī)的存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)則把程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)來(lái)，即程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM分開(kāi)編址，屬于“哈佛”（Harvard）結(jié)構(gòu)。程序存儲(chǔ)器ROM用于固化程序、常數(shù)和數(shù)據(jù)表。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放程序運(yùn)行中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)、用作堆棧等。2.4存貯器結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如圖2-6所示2.4存貯器結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)存儲(chǔ)器在物理結(jié)構(gòu)上分成四個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外程序存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。從用戶使用的角度，即從邏輯上考慮，則有三個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64KB程序存儲(chǔ)器地址空間（0000H~FFFFH）、256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間（00H~FFH）及片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間（0000H~FFFFH）。CPU在訪問(wèn)三個(gè)不同的邏輯空間時(shí)，通過(guò)采用不同形式的指令，來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)的存儲(chǔ)器選通信號(hào)，訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器使用MOVC指令、訪問(wèn)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用MOV指令、訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用MOVX指令。2.4.1程序存貯器

1．AT89S51單片機(jī)程序存儲(chǔ)器ROM程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序、常數(shù)或表格。在正常工作時(shí)只可讀不可寫(xiě)，掉電后數(shù)據(jù)不丟失。（1）片內(nèi)具有4K的flash結(jié)構(gòu)的電可擦除只讀存儲(chǔ)器，與INTEL公司早期產(chǎn)品的紫外線擦除的EPROM結(jié)構(gòu)相比，使用更靈活更方便。（2）外部可以擴(kuò)展64K的ROM，以滿足一些大程序的需要。但是建議用戶盡量不要外擴(kuò)ROM，因?yàn)楫?dāng)擴(kuò)展外部ROM的時(shí)候，系統(tǒng)要占有單片機(jī)的P0、P2口及P3口的部分口線作為總線。所以在大多數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合，盡量選擇片內(nèi)的FLASH內(nèi)存的容量能夠滿足實(shí)際需要單片機(jī)型號(hào)，這樣不僅可以節(jié)省額外的硬件投資、節(jié)省單片機(jī)的口線資源，更重要的是片內(nèi)FLASH中的程序在下載、燒寫(xiě)時(shí)通過(guò)“加密”可以得到保護(hù)。只有當(dāng)程序特別大，內(nèi)部空間無(wú)法滿足要求時(shí)才選用擴(kuò)展外部ROM。2.4.1程序存貯器

（3）程序內(nèi)存最低端的地址可以在片內(nèi)Flash中，或在外部ROM中。通過(guò)單片機(jī)/EA的引腳的電平來(lái)選擇。例如，在帶有4KB片內(nèi)Flash的AT89S51中，如果把/EA引腳連到Vcc，當(dāng)?shù)刂窞?000H～0FFFH時(shí)，則訪問(wèn)內(nèi)部Flash；當(dāng)?shù)刂窞?000H～FFFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序內(nèi)存。如果/EA端接地，則只訪問(wèn)外部程序內(nèi)存，不管是否有內(nèi)部Flash內(nèi)存。2.4.1程序存貯器

2．AT89S51單片機(jī)程序存儲(chǔ)器管理（1）每個(gè)ROM單元（byte）對(duì)應(yīng)一個(gè)惟一的16bit的地址編碼（Address）（2）CPU要到某個(gè)ROM單元去取指令，是通過(guò)把地址編碼寫(xiě)入16位的程序計(jì)數(shù)器PC來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此AT89系列單片機(jī)地址的編碼范圍（通常稱為尋址范圍）為：0000000000000000B～1111111111111111B（二進(jìn)制）0000H～FFFFH（十六進(jìn)制）0～65535（十進(jìn)制）2.4.1程序存貯器（3）系統(tǒng)復(fù)位后，PC的初始值為0000H，以后的取值是CPU根據(jù)用戶程序的運(yùn)行流程自動(dòng)裝載的（程序順序執(zhí)行時(shí)，PC值自動(dòng)加1；執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用和中斷服務(wù)程序時(shí)，PC值分別等于轉(zhuǎn)移的目標(biāo)地址、子程序或中斷服務(wù)程序的入口地址。

2.4.1程序存貯器

3．AT89S51單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的分配 程序內(nèi)存的某些單元是保留給系統(tǒng)使用的，這幾個(gè)單元的配置如圖2-7所示。從圖2-7可知，單片機(jī)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容為0000H，所以CPU總是從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。2.4.1程序存貯器

從地址0003H開(kāi)始，系統(tǒng)每隔8個(gè)單元為6個(gè)中斷服務(wù)子程序分配有一個(gè)固定的入口地址。如外部中斷0的入口地址為0003H；定時(shí)器0的入口地址為000BH；外部中斷1的入口地址為0013H；定時(shí)器1的入口地址為001BH；以此類(lèi)推。中斷響應(yīng)后，程序指針PC

將自動(dòng)根據(jù)中斷類(lèi)型指向這些入口地址的某一個(gè)，CPU就從這里開(kāi)始執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。因此從0003H單元開(kāi)始的這段區(qū)域應(yīng)該保留給中斷使用，所以程序設(shè)計(jì)時(shí)在0000H～0002H單元放置一條轉(zhuǎn)移指令，跳過(guò)這段區(qū)域，轉(zhuǎn)到系統(tǒng)主程序，除非系統(tǒng)不使用中斷，主程序才可以覆蓋這段區(qū)域2.4.2內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如圖2-8所示。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址范圍是00H～FFH，只有256個(gè)字節(jié)，這里僅介紹低128個(gè)字節(jié)區(qū)，高128個(gè)字節(jié)由于被特殊功能寄存器占有，故單獨(dú)列出介紹。低128字節(jié)區(qū)主要分為三個(gè)區(qū)域：通用工作寄存器組區(qū)、可位尋址區(qū)和用戶RAM區(qū)。2.4.2內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器（1）工作寄存器組區(qū)最低32個(gè)單元(地址為00H～1FH)是4個(gè)通用工作寄存器組。每個(gè)寄存器組含有8個(gè)8位寄存器，編號(hào)為R0～R7。程序狀態(tài)字PSW中的2位RS0、RS1用來(lái)確定當(dāng)前采用哪一個(gè)工作寄存器組，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如前面的表2-2所示。在某一時(shí)刻只能選用其中的一組寄存器工作，系統(tǒng)復(fù)位后，指向工作寄存器組0。如果用戶程序不需要4個(gè)工作寄存器區(qū)，則不用的工作寄存器單元可以作一般的RAM使用。2.4.2內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器（2）位尋址區(qū)內(nèi)部RAM區(qū)中的20H～2FH單元(16字節(jié))可供位尋址，這16個(gè)單元共有128位，每位均可直接尋址，其位地址范圍為00H～7FH，具體情況見(jiàn)表2-3。這些位地址有兩種表示方式：一種是采用位地址形式，即00H～7FH；一種是用字節(jié)地址(20H～2FH).位數(shù)方式表示。例如，位地址00H～07H也可表示為20H.0～20H.7。2.4.2內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器表2-3RAM位尋址區(qū)地址表2.4.2內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器

（3）用戶RAM區(qū)30H～7FH共80個(gè)字節(jié)單元，為字節(jié)尋址的內(nèi)部RAM區(qū)，可供用戶作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。這一區(qū)域的操作指令非常豐富，數(shù)據(jù)處理方便靈活，是非常寶貴的資源。但是，如果堆棧指針初始化時(shí)設(shè)置在這個(gè)區(qū)域，就要留出足夠的字節(jié)單元作為堆棧區(qū)，以防止在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，破壞了堆棧的內(nèi)容。堆棧：是按先進(jìn)后出或后進(jìn)先出原則進(jìn)行讀/寫(xiě)的特殊RAM區(qū)域。51單片機(jī)的堆棧區(qū)是不固定的，原則上可設(shè)置在內(nèi)部RAM的任意區(qū)域內(nèi)。實(shí)際使用時(shí)要根據(jù)對(duì)片內(nèi)RAM各功能區(qū)的使用情況而靈活設(shè)置,應(yīng)避開(kāi)工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶實(shí)際使用的數(shù)據(jù)區(qū),一般設(shè)在2FH地址單元以后的區(qū)域。2.4.2內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器

堆棧的作用：主要用在子程序調(diào)用或中斷處理過(guò)程中，用于保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)子程序或中斷的多級(jí)嵌套處理。在CPU響應(yīng)中斷或調(diào)用子程序時(shí)，會(huì)自動(dòng)地將斷點(diǎn)處的16位返回地址壓入堆棧。在中斷服務(wù)程序或子程序結(jié)束時(shí)，返回地址會(huì)自動(dòng)由堆棧彈出，并放回到程序計(jì)數(shù)器PC中，使程序從原斷口處繼續(xù)執(zhí)行下去。堆棧除了用于保護(hù)斷點(diǎn)處的返回地址外，還可以用于保護(hù)其他一些重要信息，要注意的是，必須按照“后進(jìn)先出”的原則存取信息。堆棧也可以作為特殊的數(shù)據(jù)交換區(qū)使用。2.4.2內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器

堆棧的開(kāi)辟：棧頂?shù)奈恢糜蓪ｉT(mén)設(shè)置的堆棧指針SP指出。51單片機(jī)的SP是8位寄存器，堆棧屬向上生長(zhǎng)的，當(dāng)數(shù)據(jù)壓入堆棧時(shí)，SP的內(nèi)容自動(dòng)加1，作為本次進(jìn)棧的指針,然后再存入數(shù)據(jù)。SP的值隨著數(shù)據(jù)的存入而增加。當(dāng)數(shù)據(jù)從堆棧彈出之后，SP的值隨之減少。復(fù)位時(shí)，SP的初值為07H,用戶在初始化程序中可以給SP賦新的初值。2.4.3特殊功能寄存器內(nèi)部RAM的高128單元是給特殊寄存器使用的，因此稱之為專用寄存器區(qū)，其單元地址為80H～FFH。因?yàn)檫@些寄存器的功能已作專門(mén)規(guī)定，所以稱其為專用寄存器或特殊功能寄存器（SpecialFunctionRegisters），簡(jiǎn)稱SFR。AT89S51的SFR的總數(shù)為26個(gè)，僅占用了80H～FFH中的很小一部分。SFR是單片機(jī)片內(nèi)資源的控制指揮單元，單片機(jī)內(nèi)部不管集成了多少外圍接口部件和功能單元，都是通過(guò)特殊功能寄存器SFR進(jìn)行控制和管理的，因此學(xué)習(xí)任何一個(gè)單片機(jī)的功能部件的使用，一定要了解與之相關(guān)的SFR，并弄清通過(guò)這些SFR如何去控制你所使用的功能部件。2.4.3特殊功能寄存器51系列單片機(jī)內(nèi)的I/O鎖存器、定時(shí)器、串行口數(shù)據(jù)緩沖器以及各種控制寄存器和狀態(tài)寄存器都以特殊功能寄存器的形式出現(xiàn)。它們離散地分布在80H～FFH的地址空間范圍內(nèi)，具體分布見(jiàn)表2-4。表2-4AT89S51單片機(jī)的SFR在80H～FFH的離散分布2.4.3特殊功能寄存器

表2-4列出了AT89S51單片機(jī)所有的特殊功能寄存器及其地址和初始值。字節(jié)地址能被8整除的專用寄存器都可以實(shí)現(xiàn)位尋址，個(gè)別不能被8整除的專用寄存器也可以實(shí)現(xiàn)位尋址。SFR的使用方法①?gòu)谋?-4可以看出，80H～FFH這128字節(jié)并不是所有的地址都定義了SFR。在這個(gè)區(qū)域當(dāng)中，除了SFR之外剩余的空閑單元，用戶不得使用。讀這些地址，一般將得到一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)；寫(xiě)入的數(shù)據(jù)將會(huì)無(wú)效。②必須使用直接尋址方式對(duì)SFR進(jìn)行訪問(wèn)，可使用寄存器名稱（是它的符號(hào)地址）或地址。例如：0E0H——累加器的地址ACC——累加器的名稱2.4.3特殊功能寄存器③具有位地址和位名稱的SFR才可以位尋址，位地址有以下4種表示形式：a.直接使用位地址表示例如：0D7H——PSW最高位的位地址b.使用位名稱表示例如：CY——PSW最高位的位名稱c.使用SFR字節(jié)地址.位形式表示例如：0D7H.7——PSW字節(jié)地址.最高位d.使用SFR名稱.位形式表示例如：PSW.7——PSW名稱.最高位

2.4.3特殊功能寄存器（1)累加器ACC累加器ACC是一個(gè)8位累加器，字節(jié)地址為E0H。它是CPU中最重要、最繁忙的寄存器，ALU進(jìn)行運(yùn)算時(shí)數(shù)據(jù)絕大多數(shù)時(shí)候都來(lái)自于累加器ACC。它一般用于存放參加運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果，在指令系統(tǒng)中用A表示。（2)B寄存器B寄存器是運(yùn)算器中的一個(gè)工作寄存器，字節(jié)地址為F0H。它主要是和ACC配合完成乖法和除法運(yùn)算而設(shè)置的，存放運(yùn)算結(jié)果。在除法指令中，被除數(shù)取自ACC，除數(shù)取自B，商數(shù)存放在ACC中，而余數(shù)則存放在B中。乘法指令的兩個(gè)操作數(shù)分別取自ACC和B，乘積則存放在AB寄存器對(duì)中（此處的A即ACC）。B寄存器不進(jìn)行乖、除運(yùn)算時(shí)，B寄存器可作為RAM使用。2.4.3特殊功能寄存器

（3）堆棧指針SP堆棧指針SP（StackPointer）是一個(gè)8位特殊功能寄存器，字節(jié)地址為81H。它指示出堆棧頂部在內(nèi)部RAM中的位置。系統(tǒng)復(fù)位后，SP初始化為07H，使得堆棧事實(shí)上由08H單元開(kāi)始?？紤]到08H～1FH單元分屬于工作寄存器區(qū)1～3，若程序設(shè)計(jì)中要用到這些區(qū)，則最好把SP值改置為1FH或更大的值如60H。SP的初始值越小，堆棧深度就越深。堆棧指針的值可以由軟件改變，因此堆棧在內(nèi)部RAM中的位置比較靈活。除用軟件直接改變SP值外，在執(zhí)行PUSH、POP、各種子程序調(diào)用、中斷響應(yīng)、子程序返回（RET）和中斷返回（RETI）等指令時(shí)，SP值將自動(dòng)調(diào)整。當(dāng)執(zhí)行子程序調(diào)用或中斷服務(wù)程序時(shí)，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(lái)，當(dāng)子程序或中斷返回時(shí)，再將SP指向單元的內(nèi)容回送到程序計(jì)數(shù)器PC中。這是一個(gè)很重要的指針。2.4.3特殊功能寄存器

（4）雙地址指針DPTR0和DPTR1AT89S51單片機(jī)提供了兩路16位地址指針：位于SFR中82H～83H的DPTR0和位于84H～85H的DPTR1，能給程序設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的便利。DPTR為16位的地址指針，由兩個(gè)8位的寄存器DPH和DPL組成，可存放一個(gè)16位的地址值。當(dāng)CPU訪問(wèn)64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，就用DPTR作地址指針，存放外部?jī)?nèi)存的地址；當(dāng)CPU訪問(wèn)64KB的程序存儲(chǔ)器時(shí)，DPTR用作基址寄存器。CPU也可單獨(dú)對(duì)DPH、DPL操作，即將DPTR分成兩個(gè)寄存器使用。2.4.3特殊功能寄存器

雙地址指針可以改善同時(shí)需要兩個(gè)16位指針運(yùn)用時(shí)的性能DPTR0和DPTR1的使用由AUXR1的0位DPS來(lái)切換。當(dāng)DPS位為0時(shí)，所有對(duì)DPTR的操作運(yùn)用DPTR0；當(dāng)DPS位為1時(shí)，所有對(duì)DPTR的操作運(yùn)用DPTR1。這樣，通過(guò)一個(gè)基本的INCAUXR1指令，就可以來(lái)回切換兩個(gè)地址指針。例如：MOVAUXR1，#0；DPS為0，DPTR0有效……INCAUXR1；DPS為1，DPTR1有效……INCAUXR1；DPS為0，DPTR0有效

2.4.3特殊功能寄存器地址指針DPTR與程序計(jì)數(shù)器PC的異同分析：①相同之處：兩者都是與地址有關(guān)的、16位的寄存器。作為地址寄存器使用時(shí)，PC與DPTR都是通過(guò)P0和P2口(作為16位地址總線)輸出的。但是，PC的輸出與ALE及PSEN有關(guān)；DPTR的輸出，則與ALE、RD及WR相聯(lián)系。②不同之處：PC與程序存儲(chǔ)器的地址有關(guān)；而DPTR與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址有關(guān)；PC是16位的，DPTR可以作為16位寄存器對(duì)待，也可以作為兩個(gè)8位寄存器對(duì)待。另外PC是不可以訪問(wèn)的，有自己獨(dú)特的變化方式，它的變化軌跡決定了程序執(zhí)行的流程；DPTR是可以訪問(wèn)的，如MOVDPTR1，#XXXXH，INCDPTP1等。2.4.3特殊功能寄存器（5）端口P0～P3專用寄存器P0、P1、P2和P3分別是I/O口P0～P3的鎖存器，字節(jié)地址分別為80H、90H、A0H和B0H。在AT89SC51中，I/O和RAM統(tǒng)一編址，既可以字節(jié)尋址，也可以位尋址，使用起來(lái)較方便。有關(guān)P0～P3的詳細(xì)情況，在后續(xù)內(nèi)容中介紹。（6）串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF的字節(jié)地址99H。用于存放欲發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)，它實(shí)際上由兩個(gè)獨(dú)立的寄存器組成，一個(gè)是發(fā)送緩沖器，另一個(gè)是接收緩沖器。當(dāng)要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到SBUF時(shí)，進(jìn)入的是發(fā)送緩沖器，當(dāng)要從SBUF取數(shù)據(jù)時(shí)，則取自接收緩沖器，取走的是剛接收到的數(shù)據(jù)2.4.3特殊功能寄存器

（7）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器AT89SC51單片機(jī)有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，字節(jié)地址分別90H和92H，它們分別由兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器組成，共有4個(gè)獨(dú)立的寄存器：TH0，TL0，TH1，TL1，可對(duì)這4個(gè)寄存器尋址，但不能把T0和T1當(dāng)成16位寄存器來(lái)訪問(wèn)。（8）看門(mén)狗定時(shí)器WDTWDT是為了解決CPU程序運(yùn)行時(shí)可能進(jìn)入混亂或死循環(huán)而設(shè)置，它由一個(gè)14bit計(jì)數(shù)器和看門(mén)狗復(fù)位SFR（WDTRST）構(gòu)成。外部復(fù)位時(shí)，WDT默認(rèn)為關(guān)閉狀態(tài)，要打開(kāi)WDT，用戶必須按順序?qū)?1EH和0E1H寫(xiě)到WDTRST寄存器（SFR地址為0A6H），當(dāng)啟動(dòng)了WDT，它會(huì)隨晶體振蕩器在每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)，除硬件復(fù)位或WDT溢出復(fù)位外沒(méi)有其它方法關(guān)閉WDT，當(dāng)WDT溢出，將使RST引腳輸出高電平的復(fù)位脈沖。2.4.3特殊功能寄存器

使用看門(mén)狗（WDT）：打開(kāi)WDT需按次序?qū)?1EH和0E1H到WDTRST寄存器（SFR的地址為0A6H），當(dāng)WDT打開(kāi)后，需在一定的時(shí)候?qū)?1EH和0E1H到WDTRST寄存器以避免WDT計(jì)數(shù)溢出。14位WDT計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到16383（3FFFH），WDT將溢出并使器件復(fù)位。WDT打開(kāi)時(shí)，它會(huì)隨晶體振蕩器在每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)，這意味著用戶必須在小于每個(gè)16383機(jī)器周期內(nèi)復(fù)位WDT，也即寫(xiě)01EH和0E1H到WDTRST寄存器，WDTRST為只寫(xiě)寄存器。WDT計(jì)數(shù)器既不可讀也不可寫(xiě)，當(dāng)WDT溢出時(shí)，通常將RST引腳輸出高電平的復(fù)位脈沖。復(fù)位脈沖持續(xù)時(shí)間為98xTOSC，而TOSC=1/FOSC（晶體振蕩頻率）。為使WDT工作最優(yōu)化，必須在合適的程序代碼時(shí)間段周期地復(fù)位WDT防止WDT溢出。2.4.3特殊功能寄存器

掉電和空閑時(shí)的WDT：掉電時(shí)期，晶體振蕩停止，WDT也停止。掉電模式下，用戶不能再?gòu)?fù)位WDT。有兩種方法可退出掉電模式：硬件復(fù)位或通過(guò)激活外部中斷。當(dāng)硬件復(fù)位退出掉電模式時(shí)，處理WDT可像通常的上電復(fù)位一樣。當(dāng)由中斷退出掉電模式則有所不同，中斷低電平狀態(tài)持續(xù)到晶體振蕩穩(wěn)定，當(dāng)中斷電平變?yōu)楦呒错憫?yīng)中斷服務(wù)。為防止中斷誤復(fù)位，當(dāng)器件復(fù)位，中斷引腳持續(xù)為低時(shí)，WDT并未開(kāi)始計(jì)數(shù)，直到中斷引腳被拉高為止。這為在掉電模式前復(fù)位WDT。2.4.3特殊功能寄存器

為保證WDT在退出掉電模式時(shí)極端情況下不溢出，最好在進(jìn)入掉電模式前復(fù)位WDT。在進(jìn)入空閑模式前，WDT打開(kāi)時(shí)，WDT是否繼續(xù)由SFR中的AUXR的WDIDLE位決定，在IDLE期間（位WDIDLE=0）默認(rèn)狀態(tài)是繼續(xù)計(jì)數(shù)。為防止AT89S51從空閑模式中復(fù)位，用戶應(yīng)周期性地設(shè)置定時(shí)器，重新進(jìn)入空閑模式。當(dāng)位WDIDLE被置位，在空閑模式中WDT將停止計(jì)數(shù)，直到從空閑（IDLE）模式中退出重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。2.4.3特殊功能寄存器

（10）輔助寄存器1（AUXR1）AUXR1用于選擇雙數(shù)據(jù)指針寄存器DP0和DP1，它的字節(jié)地址為A2H，不可以位尋址。各位的定義如表2-5所示。其中：-：預(yù)留擴(kuò)展用；DPS：數(shù)據(jù)指針選擇位DPS=0選擇DPTR寄存器DP0L和DP0H；DPS=1選擇DPTR寄存器DP1L和DP1H。2.4.3特殊功能寄存器（11）輔助寄存器（AUXR）AUXR的字節(jié)地址為8EH，用于選擇ALE的時(shí)鐘輸出方式、RESET輸出及空閑模式下WDT的工作方式，地址為8EH，不可以位尋址，各位的定義如表2-6所示。其中：-：預(yù)留擴(kuò)展用DISALE：ALE使能標(biāo)志位當(dāng)DISALE=0時(shí)，ALE以1/6晶振頻率輸出信號(hào)；當(dāng)DISALE=1時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時(shí)啟動(dòng)2.4.3特殊功能寄存器DISRTO：復(fù)位輸出標(biāo)志位當(dāng)DISRTO=0時(shí)，看門(mén)狗（WDT）定時(shí)結(jié)束，Reset輸出高電平；當(dāng)DISRTO=1時(shí)，Reset只有輸入WDIDLE：空閑模式下WDT使能標(biāo)志位當(dāng)WDIDLE=0時(shí)，空閑模式下，WDT繼續(xù)計(jì)數(shù)；當(dāng)WDIDLE=1時(shí)，空閑模式下，WDT停止計(jì)數(shù)(12)其它控制寄存器IP、IE、TMOD、TCON、SCON和PCON寄存器分別包含有中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和供電方式的控制和狀態(tài)位，這些寄存器將在以后內(nèi)容中介紹。2.4.4地址空間1.片外總線結(jié)構(gòu)從AT89S51單片機(jī)引腳可以看出，除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘輸入以及I/O口外，其余的管腳都是為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些管腳構(gòu)成了片外三總線結(jié)構(gòu)，如圖2-9所示。2.4.4地址空間（1）地址總線(AB)地址總線的寬度是16位，因此可以尋址的范圍是64?KB。采用分時(shí)復(fù)用技術(shù)，可以對(duì)外部64?KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器直接尋址。它由P0口提供16位地址總線的低8位(A0～A7)，由P2口提供地址總線的高8位(A8～A15)。（2）數(shù)據(jù)總線(DB)數(shù)據(jù)總線的寬度是8位，它由P0口提供。（3）控制總線(CB)控制總線由P3口的第二功能(RXD、TXD、INT0、INT1、T0、T1、RD、WR)和4根獨(dú)立的控制線(RST、EA、ALE、PSEN)組成。2.4.4地址空間2．程序存儲(chǔ)器地址空間程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序和表格常數(shù)。程序存儲(chǔ)器通過(guò)16位程序計(jì)數(shù)器尋址，尋址能力為64KB，這使得指令能在64KB地址空間內(nèi)任意跳轉(zhuǎn)。AT89S51單片機(jī)ROM的地址范圍0000H～0FFFH。3．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間（1）片內(nèi)RAM①工作寄存器區(qū)：AT89S51的前32個(gè)單元（地址00H～1FH）稱為寄存器區(qū)。通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器PSW中RS1、RS0兩位的編程設(shè)置，可選擇任一寄存器組為工作寄存器組，方法如前面表2-2所示。2.4.4地址空間

②位尋址區(qū)：字節(jié)地址20H到2FH稱為位地址區(qū)，共有16個(gè)字節(jié)，計(jì)128位，每位都有相應(yīng)的位地址，位地址范圍為00H～7FH，見(jiàn)前面表2-3。位尋址區(qū)有兩種訪問(wèn)方式：一是按字節(jié)訪問(wèn)；另一種是通過(guò)位尋址，對(duì)位尋址區(qū)128位進(jìn)行位操作。③便箋區(qū)：30H～7FH，便箋區(qū)共有80個(gè)RAM單元，用于存放用戶數(shù)據(jù)或作堆棧區(qū)使用。AT89S51對(duì)便棧區(qū)中每個(gè)RAM單元是按字節(jié)存取的。④特殊功能寄存器（26個(gè)）：AT89S51片內(nèi)高128BRAM中，有26個(gè)特殊功能寄存器（SFR），它們離散地分布在80H～FFH的RAM空間中。訪問(wèn)特殊功能寄存器只允許使用直接尋址方式。特殊功能寄存器表2-7所示。2.4.4地址空間（2）片外RAMAT89S51構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)片內(nèi)RAM不夠用時(shí)，可在片外部擴(kuò)充數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。AT89S51給用戶提供了可尋址64KB（0000H～FFFFH）的外部擴(kuò)充RAM的能力，至于擴(kuò)多少RAM，則根據(jù)用戶實(shí)際需要來(lái)定。2.4.5外部數(shù)據(jù)存貯器

外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間可達(dá)64?KB，地址范圍是0000H～FFFFH。P0端口作為RAM的地址/數(shù)據(jù)總線，當(dāng)外部地址空間小于FFH時(shí)，只需P0口作為地址總線即可，P2口可以作為一般的I/O使用。當(dāng)外部地址空間大于FFH時(shí)，則由P2端口傳送高8位地址。對(duì)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)，使用MOVX的間接尋址指令，以區(qū)別對(duì)內(nèi)部RAM（片內(nèi)用MOV）的訪問(wèn)，同時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生讀/寫(xiě)控制信號(hào)RD和WR。2.4.5外部數(shù)據(jù)存貯器片外RAM的用途：（1）沒(méi)有特別的用途，不像片內(nèi)RAM，不劃分區(qū)域。（2）片外RAM做通用RAM使用，主要存放大量采集的或接收的數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間數(shù)據(jù)、最后結(jié)果、用作堆棧等。使用外部RAM同樣是要付出占用口資源為代價(jià)的，所以一般情況下不提倡使用外部RAM。2.5I/O端口

AT89系列單片機(jī)有P0(P0.0～P0.7)、P1(P1.0～P1.7)、P2(P2.0～P2.7)、P3(P3.0～P3.7)4個(gè)8位雙向輸入/輸出端口，在結(jié)構(gòu)上因端口的使用功能不同，其結(jié)構(gòu)和性能都有所不同因此了解端口的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是十分必要的，下面分別介紹。2.5.1I/O的內(nèi)部結(jié)構(gòu)P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。圖2-10是P0口的位結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)P0口作為輸出引腳時(shí)：控制信號(hào)=0時(shí)，與門(mén)輸出=0，V1截止；內(nèi)部總線=0，Q非=1，V2導(dǎo)通，P0.x=0讀引腳當(dāng)從內(nèi)部總線輸出低電平后，鎖存器Q=0，Q非=1，場(chǎng)效應(yīng)管T2開(kāi)通，端口線呈低電平狀態(tài)。此時(shí)無(wú)論端口線上外接的信號(hào)是低電乎還是高電平，從引腳讀入單片機(jī)的信號(hào)都是低電平；因此作為輸入引腳時(shí)一定是高電平；還有如果是讀改寫(xiě)指令時(shí)一定是讀鎖存器。作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口使用時(shí)的工作原理

這時(shí)多路開(kāi)關(guān)‘控制’信號(hào)為‘1’，‘與門(mén)’解鎖，當(dāng)數(shù)據(jù)/地址線=0時(shí)，與門(mén)輸出為0，反相器=1，V2導(dǎo)通，P0.X=0；當(dāng)?shù)刂?數(shù)據(jù)=1時(shí)，V1導(dǎo)通，V2截止，P0.X=1.2.5.1I/O的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.P1口P1口是一個(gè)有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向口，位結(jié)構(gòu)如圖2-8所示，P1口在電路結(jié)構(gòu)上與P0口有一些不同之處。首先它不再需要多路轉(zhuǎn)接電路MUX，其次是電路的內(nèi)部有上拉電阻。與場(chǎng)效應(yīng)管共同組成輸出驅(qū)動(dòng)電路。2.5.1I/O的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

(1)?P1口作通用I/O口使用作為輸出口使用時(shí)，已能向外提供推拉電流負(fù)載，無(wú)需再外接上拉電阻。在作輸入時(shí)，和P0口一樣，必須先將“1”寫(xiě)入鎖存器，使場(chǎng)效應(yīng)管T2截止，從而完成輸入操作。(2)P1口管腳復(fù)用功能對(duì)于AT89S51單片機(jī)，P1.0與P1.1可以配置成定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入端（P1.0/T2）與定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入端（P1.0/T2EX）；P1.5、P1.6、P1.7用于flash內(nèi)存的ISP下載引腳。(3)對(duì)Flash內(nèi)存進(jìn)行編程或校驗(yàn)時(shí)接收低8位地址在對(duì)AT8989S51單片機(jī)內(nèi)部Flash并行編程下載和程序校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址。2.5.1I/O的內(nèi)部結(jié)構(gòu)表2-8P1口管腳復(fù)用功能2.5.1I/O的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.P2口(1)P2口作通用I/O口使用。當(dāng)P2口作通用I/O口使用時(shí)，是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，位結(jié)構(gòu)如圖2-12所示，此時(shí)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)MUX倒向左邊，輸出級(jí)與鎖存器接通，引腳可接I/O設(shè)備，其輸入/輸出操作與P1口完全相同。2.5.1I/O的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

(2)P2口作高8位地址總線口使用。當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，P2口用于輸出高8位地址A15～A8。這時(shí)在CPU的控制下，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)MUX倒向右邊，接通內(nèi)部地址總線。(3)對(duì)Flash內(nèi)存進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)接收高位地址。在對(duì)AT89系列單片機(jī)內(nèi)部Flash并行程序設(shè)計(jì)和程序校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高位地址或一些控制信號(hào)。2.5.1I/O的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.P3口P3口是一個(gè)多用途的口，也是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，作為第一功能（通用I/O端口）使用時(shí)，其功能同P1口。P3口的位結(jié)構(gòu)如圖2-13所示。當(dāng)作為I/O使用時(shí)，第二功能信號(hào)引線應(yīng)保持高電平，與非門(mén)開(kāi)通，以維持從鎖存器到輸出端數(shù)據(jù)輸出通路的暢通。2.5.1I/O的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

P3口還接收一些控制信當(dāng)作第二功能使用時(shí)，每一位功能定義如表2-9所示。P3口的第二功能實(shí)際上就是系統(tǒng)具有控制功能的控制線。當(dāng)輸出第二功能信號(hào)時(shí)，該位的鎖存器應(yīng)置“1”，使與非門(mén)對(duì)第二功能信號(hào)的輸出是暢通的，從而實(shí)現(xiàn)第二功能信號(hào)的輸出。CPU區(qū)分單片機(jī)的引腳是否有第二功能只要CPU執(zhí)行到相應(yīng)的指令，就自動(dòng)轉(zhuǎn)成了第二功能。2.5.1I/O的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

4個(gè)I/O端口使用時(shí)的注意事項(xiàng)和在結(jié)構(gòu)上的異同:通過(guò)前面的介紹，可知4個(gè)I/O端口在結(jié)構(gòu)上是基本相同的，但又各具特點(diǎn)。在無(wú)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這4個(gè)端口的每1位都可以作為I/O端口使用。在作為一般的通用I/O輸入時(shí)，都必須先向鎖存器寫(xiě)入“1”，使輸出驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管FET截止，以免誤讀數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器時(shí)，P2口作為高8位地址，P0口分時(shí)作為低8位地址和雙向數(shù)據(jù)總線。

2.5.2I/O口的負(fù)載能力和接口要求1.P0口(1)負(fù)載能力1）一般I/O口的負(fù)載能力：每一位輸出可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。2）用作總線時(shí)的負(fù)載能力：P0口作總線時(shí)，每一位輸出可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。拉電流：?jiǎn)纹瑱C(jī)引腳為高電平時(shí)對(duì)外輸出的電流，一般1mA灌電流：?jiǎn)纹瑱C(jī)引腳為低電平時(shí)對(duì)外吸收的電流，一般10mA2.5.2I/O口的負(fù)載能力和接口要求

2.P1～P3口(1)負(fù)載能力P1～P3口的輸出級(jí)接有上拉電阻，它們的每一位輸出可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。(2)接口要求由于P1～P3口的輸出級(jí)接有上拉負(fù)載電阻，無(wú)論是作為輸入口，還是作為輸出口，不管外部電路的類(lèi)型是什么，均無(wú)須外接上拉電阻。2.6復(fù)位電路和時(shí)鐘電路

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(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)時(shí)，也必須對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，使其重新從頭開(kāi)始工作。系統(tǒng)剛接通電源或重新啟動(dòng)時(shí)均進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以實(shí)現(xiàn)可靠復(fù)位，如圖2-14所示，其中TCY為機(jī)器周期，等于12個(gè)時(shí)鐘周期。復(fù)位后ALE、PSEN均為高電平，各寄存器和程序計(jì)數(shù)器PC的狀態(tài)見(jiàn)表2-10所示。2.6復(fù)位電路和時(shí)鐘電路2.6.1復(fù)位電路及工作方式

單片機(jī)的外部復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵手動(dòng)復(fù)位、以及外部復(fù)位信號(hào)輸入等方式。1．上電自動(dòng)復(fù)位電路，也稱為自動(dòng)復(fù)位電路。當(dāng)接通電源的瞬間，RST端與VCC同電位，隨著電容上的電壓逐漸上升，RST端的電壓逐漸下降，于是在RST端便形成了一個(gè)正脈沖，其持續(xù)時(shí)間取決于RC電路的時(shí)間常數(shù)，單片機(jī)在正常工作時(shí)，高電平持續(xù)2個(gè)時(shí)鐘即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有效地復(fù)位上電時(shí)高電平要維持10ms以上。2.6.1復(fù)位電路及工作方式

2．按鍵手動(dòng)復(fù)位圖2-16是AT89S51單片機(jī)的上電+按鍵復(fù)位電路。上電復(fù)位過(guò)程同上。當(dāng)單片機(jī)工作過(guò)程中需要復(fù)位時(shí)，按下復(fù)位鍵，復(fù)位端RST通過(guò)200Ω的電阻與VCC電源接通，使RST引腳為高電平。復(fù)位按鍵彈起后，RST端經(jīng)10KΩ的電阻接地，完成復(fù)位過(guò)程。圖2-16VCC是單片機(jī)的供電電壓，一般為+5V。2.6.1復(fù)位電路及工作方式3．外接復(fù)位芯片為了保證單片機(jī)可靠地復(fù)位，有時(shí)需要外接復(fù)位芯片，特別是當(dāng)單片機(jī)處于間歇工作情況的時(shí)候，單片機(jī)需要頻繁的復(fù)位，例如，在計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，電池供電的單片機(jī)系統(tǒng)由主計(jì)算機(jī)控制，平時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)處于斷電狀態(tài)（節(jié)省電能），當(dāng)主計(jì)算機(jī)接通單片機(jī)系統(tǒng)電源后，單片機(jī)需要可靠的上電復(fù)位進(jìn)入工作狀態(tài)。為提高復(fù)位的可靠性，可選用專用的復(fù)位芯片。2.6.2時(shí)鐘電路及時(shí)序1.時(shí)鐘電路AT89S51單片機(jī)的時(shí)鐘電路主要內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式兩種接法（1）內(nèi)部振蕩方式AT89S51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C1、C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦使用30pF+/-10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF+/-10PF。內(nèi)部振蕩方式接法如圖2-17所示。2.6.2時(shí)鐘電路及時(shí)序

（2）外部振蕩方式用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖2-18所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2端則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。

圖2-17內(nèi)部振蕩方式圖2-18外部振蕩方式2.6.2時(shí)鐘電路及時(shí)序圖2-19為AT89S51單片機(jī)采用內(nèi)部振蕩方式的整個(gè)時(shí)鐘電路的框圖2.6.2時(shí)鐘電路及時(shí)序

2.CPU時(shí)序單片機(jī)的時(shí)序是指CPU在執(zhí)行指令時(shí)所需控制信號(hào)的時(shí)間順序。時(shí)序信號(hào)是以時(shí)鐘脈沖為基準(zhǔn)產(chǎn)生的。CPU發(fā)出的時(shí)序信號(hào)有兩類(lèi)：一類(lèi)用于片內(nèi)各功能部件的控制，由于這類(lèi)信號(hào)在CPU內(nèi)部使用，用戶無(wú)須了解；另一類(lèi)信號(hào)通過(guò)單片機(jī)的引腳送到外部，用于片外存儲(chǔ)器或I/O端口的控制，這類(lèi)時(shí)序信號(hào)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)非常重要。為了便于對(duì)CPU時(shí)序進(jìn)行分析，人們按指令的執(zhí)行過(guò)程規(guī)定了幾種周期，即時(shí)鐘周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期和指令周期，也稱為時(shí)序定時(shí)單位。（1)時(shí)鐘周期：時(shí)鐘周期也稱振蕩周期，即振蕩器的振蕩頻率fosc的倒數(shù)，是時(shí)序中最小的時(shí)間單位。單片機(jī)在工作時(shí)，它是由內(nèi)