第2章 89C51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及原理

1、1第第2章章 89C51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)和原理42.189C51單片機(jī)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)單片機(jī)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)42.289C51單片機(jī)引腳及其功能單片機(jī)引腳及其功能42.389C51單片機(jī)存儲(chǔ)器配置單片機(jī)存儲(chǔ)器配置42.4時(shí)鐘電路及時(shí)鐘電路及89C51CPU時(shí)序時(shí)序42.5復(fù)位操作復(fù)位操作42.6 89C51單片機(jī)的低功耗工作方式單片機(jī)的低功耗工作方式42.7輸出輸出/輸入端口結(jié)構(gòu)輸入端口結(jié)構(gòu)2一、 單片機(jī)的基本組成：CPU存儲(chǔ)器I/O接口內(nèi)部程序存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1 1、CPUCPU 完成運(yùn)算和控制的功能，能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。2.1 89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

2、單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)32、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 1） 容量： 不同型號(hào)的芯片，程序存儲(chǔ)器的容量不同； 89C51有4K內(nèi)部 ROM, 89C52有8K內(nèi)部 ROM。 2）制作工藝： ROM EPROM E2PROM 閃爍存儲(chǔ)器 8C51 0 掩膜ROM = 7 EPROM 9 flash ROM 43、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（共256個(gè)單元）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元00H7FH80HFFH低128單元高128單元3）程序執(zhí)行及存放方法： 程序從0000H開(kāi)始執(zhí)行52.2 89C51單片機(jī)引腳及其功能單片機(jī)引腳及其功能2.2.1 89C51單片機(jī)引腳單片機(jī)引腳2.2.2 89C51

3、單片機(jī)引腳功能單片機(jī)引腳功能62.2.1 89C51單片機(jī)引腳單片機(jī)引腳89C51/LV51的引腳結(jié)構(gòu)的引腳結(jié)構(gòu) 71、準(zhǔn)雙向、準(zhǔn)雙向當(dāng)當(dāng)I/OI/O口作為輸入時(shí)，應(yīng)先向此口鎖存器寫(xiě)口作為輸入時(shí)，應(yīng)先向此口鎖存器寫(xiě)入全入全1 1， 此時(shí)該口引腳浮空，可作高阻抗此時(shí)該口引腳浮空，可作高阻抗輸入。輸入。一、一、I/OI/O端口端口P0P0、P1P1、P2P2和和P3P32.2.2 89C51單片機(jī)引腳功能單片機(jī)引腳功能82、P0口：口：漏極開(kāi)路的漏極開(kāi)路的8 8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I/OI/O口，每位能驅(qū)動(dòng)口，每位能驅(qū)動(dòng)8 8個(gè)個(gè)LSLS型型TTLTTL負(fù)載。負(fù)載。P0P0口可作為一個(gè)數(shù)據(jù)輸入口可作為

4、一個(gè)數(shù)據(jù)輸入/ /輸出口；輸出口；在在CPUCPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，P0P0口為分時(shí)復(fù)用的口為分時(shí)復(fù)用的低低8 8位地址總線和位地址總線和8 8位數(shù)據(jù)總線。位數(shù)據(jù)總線。93、P1口：口：帶內(nèi)部上拉電阻的帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位端口，每位能驅(qū)動(dòng)能驅(qū)動(dòng)4個(gè)個(gè)TTL負(fù)載。負(fù)載。104、P2口：口：P2口：口：帶內(nèi)部上拉電阻的帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向位雙向I/O端口，端口，每位能驅(qū)動(dòng)每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)個(gè)TTL負(fù)載。在負(fù)載。在CPU訪問(wèn)片外存訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址位地址。115、P3口：口：帶內(nèi)部上拉電阻的帶內(nèi)部上拉電阻的8 8位雙向位

5、雙向I/OI/O端口，每位能端口，每位能驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)4 4個(gè)個(gè)TTLTTL負(fù)載。負(fù)載。P3P3口除作為一般口除作為一般I/OI/O口外，口外，每個(gè)引腳都有第二功能。每個(gè)引腳都有第二功能。12表表2-1 P3端口引腳與復(fù)用功能表端口引腳與復(fù)用功能表132、 XTAL1(19腳腳)：接外部晶體的一個(gè)引腳：接外部晶體的一個(gè)引腳; XTAL2(18腳腳)：接外部晶體的引腳另一端：接外部晶體的引腳另一端; 作用：作用： 時(shí)鐘引腳時(shí)鐘引腳(18、19腳腳)外接晶體時(shí)與片內(nèi)外接晶體時(shí)與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器，它提供單的反相放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。二、單片機(jī)的

6、其他引腳二、單片機(jī)的其他引腳 1、電源引腳、電源引腳 Vcc(40腳腳)：電源端，為：電源端，為+5V。 Vss(20腳腳)：接地端。：接地端。143、ALE/PROG : 地址鎖存允許/ EPROM編程脈沖輸入信號(hào)2K152K例：傳送數(shù)據(jù)34H給0630H單元。MOV A,#34HMOV DPTR,#0630HMOVX DPTR,A164、PSEN：外部程序存儲(chǔ)器讀信號(hào)作用： 當(dāng)內(nèi)部程序區(qū)不夠用，擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器，此引腳用于控制從外程序存儲(chǔ)器讀入數(shù)據(jù)。例如：擴(kuò)展4KB EPROM程序存儲(chǔ)器（2732）174K電路設(shè)計(jì)4K內(nèi)ROM地址 ：000H-FFFH (212 ，A11-A0 )4K外

7、ROM地址： 1000H-1FFFH （ 212 ，A11-A0 ）185、EA/VPP：訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)/EPROM編程電源輸入信號(hào)EA=“0”訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器“1”從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始，可延至外部程序存儲(chǔ)器例： 設(shè)內(nèi)ROM為4K，外ROM為4K，求內(nèi)、外ROM地址范圍。4K內(nèi)ROM地址 ：000H-FFFH (212 ，A11-A0 )4K外ROM地址： 1000H-1FFFH （ 212 ，A11-A0 ）19 6、RST：復(fù)位信號(hào)：復(fù)位信號(hào)當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有效；完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作； 復(fù)位: PC=0000H，表示程序從0000H開(kāi)始執(zhí)行

8、； SP=07H, 堆棧區(qū)棧頂?shù)刂罚?P0P3值為FFH，使P0P3口用作輸入口做好準(zhǔn)備。202.3.12.3.189C5189C51存儲(chǔ)器分類存儲(chǔ)器分類2.3.22.3.2程序存儲(chǔ)器地址空間程序存儲(chǔ)器地址空間2.3.32.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間21片內(nèi)程序存儲(chǔ)器片內(nèi)程序存儲(chǔ)器片外程序存儲(chǔ)器片外程序存儲(chǔ)器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一、物理結(jié)構(gòu)（哈佛結(jié)構(gòu)）一、物理結(jié)構(gòu)（哈佛結(jié)構(gòu)）89C51存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM2.3.1 89C512.3.1 89C51存儲(chǔ)器分類存儲(chǔ)器分類222.3.2 2.3.2 程序

9、存儲(chǔ)器地址空間程序存儲(chǔ)器地址空間一、用途：一、用途：用于存放編好的程序和表格常數(shù)。用于存放編好的程序和表格常數(shù)。二、編址：二、編址：v89C51片內(nèi)片內(nèi)Flash ROM的容量為的容量為4KB。地址為。地址為0000H0FFFH。v片外最多可擴(kuò)至片外最多可擴(kuò)至64KB ROM/EPROM，地址為，地址為1000HFFFFH。v片內(nèi)外統(tǒng)一編址。片內(nèi)外統(tǒng)一編址。23三、尋址方式：三、尋址方式：1、當(dāng)、當(dāng) EA=“1”時(shí)：時(shí)：89C5189C51的的PCPC在在000000000FFFH0FFFH范圍內(nèi)執(zhí)行片內(nèi)范圍內(nèi)執(zhí)行片內(nèi)ROMROM中的程序，當(dāng)指令地址超過(guò)中的程序，當(dāng)指令地址超過(guò)0FFFH 0F

10、FFH 后就自動(dòng)轉(zhuǎn)后就自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外向片外ROMROM中取指令。中取指令。2、當(dāng)、當(dāng) EA=”0”時(shí)：時(shí)：89C5189C51片內(nèi)片內(nèi)ROMROM不起作用，不起作用，CPUCPU只能從片只能從片ROM/EPROMROM/EPROM中取指令。可以從中取指令?？梢詮?0000H0000H 開(kāi)始尋址。開(kāi)始尋址。由于由于80318031片內(nèi)不帶片內(nèi)不帶ROMROM ，所以使用時(shí)必須，所以使用時(shí)必須 EAEA=”0”=”0”242.3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間一、用途：一、用途： 用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。標(biāo)志位等。二、片外二

11、、片外RAM：v地址：地址：0000HFFFFH v尋址：用尋址：用MOVX指令指令25（1）低128單元：00H7FH寄存器區(qū)位尋址區(qū)用戶RAM區(qū)00H1FH20H2FH寄存器區(qū)位尋址區(qū)30H7FH用戶區(qū)圖 低128單元的分配寄存器區(qū)寄存器稱為R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7OOH 07H0區(qū) R0 R7O8H 0FH1區(qū) R0 R71OH 17H2區(qū) R0 R718H 1FH3區(qū) R0 R7三、片內(nèi)三、片內(nèi)RAM： 26如何決定寄存器的工作區(qū)？由PSW中的RS1、RS0決定RS1RS0區(qū)000區(qū)011區(qū)102區(qū)113區(qū)例： 訪問(wèn)1區(qū)的R1寄存器 CLR RSCLR RS1 1

12、 SETB RS SETB RS0 0 MOV R MOV RI I, ,# #04H04H注：默認(rèn)0區(qū)00H07H08HR0R1R2R304H#04H27位尋址區(qū)20H2FH000102030405060708090A0B0C0D0E0F101178797A7B7C7D7E7F20H2FH例：CLR10H;使10H位置0MOV10H,#00H;使10H單元位00H（00000000） MOV 10H,C ;對(duì)10H位操作28用戶RAM區(qū)可用直接尋址方式或寄存器間接尋址方式例：訪問(wèn)30H單元MOV30H,#45H30H#45HMOVR0,#30HMOVR0,#45H#45H30HR0直接尋址寄

13、存器間接尋址29v特殊功能寄存器共21個(gè)；v 特殊功能寄存器種類：va. 累加器ACC v b. 寄存器Bv c. 程序狀態(tài)字PSWvd. 數(shù)據(jù)指針DPTRv e. 堆棧指針SP(2) . 高高128單元單元 (特殊專用寄存器區(qū)特殊專用寄存器區(qū))301）累加器）累加器Accumulator( ACC )(E0H) 功能: 累加器A是一個(gè)最常用的專用寄存器，大部分單操作指令的一個(gè)操作數(shù)取自累加器，很多雙操作數(shù)指令中的一個(gè)操作數(shù)也取自累加器。 加、減、乘、除法運(yùn)算的指令，運(yùn)算結(jié)果都存放于累加器A或寄存器B中。2）寄存器）寄存器B(F0H) 功能: 在乘除法指令中，乘法指令中的兩個(gè)操作數(shù)分別取自累加

14、器A和寄存器B，其結(jié)果存放于AB寄存器對(duì)中。除法指令中，被除數(shù)取自累加器A，除數(shù)取自寄存器B，結(jié)果商存放于累加器A，余數(shù)存放于寄存器B中。313 3）程序狀態(tài)字）程序狀態(tài)字PSW(D0H)PSW(D0H)（1）作用：用于存放的各種狀態(tài)信息；（2）各位定義。D7D6D54D3D2D1D0CACF0RS1RS0OVP“1” 有“0” 無(wú)半進(jìn)借位“1” 有“0” 無(wú)寄存區(qū)選擇位溢出位“1” 溢出“0” 無(wú)溢出奇偶位（針對(duì)A累加器）“1” 奇數(shù)個(gè)1“0” 偶數(shù)個(gè)132P：奇偶位表示A中的數(shù)據(jù)為偶數(shù)個(gè)1還是奇數(shù)個(gè)1，用于串行通訊中奇偶校驗(yàn)OV：溢出位加減運(yùn)算中，運(yùn)算結(jié)果超出有符號(hào)數(shù)范圍有符號(hào)數(shù)（8位）

15、-128+127乘運(yùn)算中，OV=1表示乘積超過(guò)255，積值在B、A中 OV=0表示乘積超過(guò)255，積值在A中除運(yùn)算中，OV=1表示除數(shù)為0，不能進(jìn)行除運(yùn)算 OV=0表示可以進(jìn)行除運(yùn)算AC：半進(jìn)借位低4位向高4位是否有進(jìn)位或借位C：進(jìn)借位a.加或減之運(yùn)算中，是否有進(jìn)位或借位b.用作位操作33例1：45H+78H=?0 1 0 0 0 1 0 10 1 1 1 1 0 0 0+1 0 1 1 1 1 0 1+127=7FH=01111111-127=FFH=11111111分析：正數(shù)加正數(shù)得到負(fù)數(shù)，錯(cuò)誤結(jié)果，OV=1，產(chǎn)生溢出；C=0 AC=0P=0偶數(shù)個(gè)1無(wú)進(jìn)借位例2：76H+7BH=？0 1

16、1 1 0 1 1 00 1 1 1 1 0 1 1+1 1 1 1 0 0 0 1OV=1P=1C=0AC=134RS1、RS0寄存器區(qū)選擇RS1RS0區(qū)000區(qū)011區(qū)102區(qū)113區(qū)00H07H08H0FH0區(qū)1區(qū)10H17H2區(qū)18H1FH3區(qū)35v 4）程序計(jì)數(shù)器）程序計(jì)數(shù)器 PC(program Counter) 1. 程序計(jì)數(shù)器在物理上是獨(dú)立的，它不屬于特殊內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器塊中。 2. PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)由兩個(gè)八位寄存器PCH和PCL組成，用于存放一條要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍為64kB。 3. PC有自動(dòng)加1功能，即完成了一條指令的執(zhí)行后，其內(nèi)容自動(dòng)加1。 4. PC本身并沒(méi)

17、有地址，因而不可尋址，用戶無(wú)法對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)，但是可以通過(guò)轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以控制程序的執(zhí)行順序。 365）數(shù)據(jù)指針）數(shù)據(jù)指針（DPTR） 1. 數(shù)據(jù)指針為16位寄存器，編程時(shí)，既可以16 位寄存器來(lái)使用，也可以按兩個(gè)8位寄存器來(lái)使用,即高位字節(jié)寄存器DPH和低位字節(jié)DPL。 2. DPTR主要是用來(lái)保存16位地址，當(dāng) 對(duì)64kB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址時(shí)，可作為間址寄存器使用，此時(shí),使用如下兩條指令: MOVX A, DPTR MOVX DPTR, A3. 在訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器時(shí)，DPTR可用來(lái)作基址寄存器，采用基址+變址尋址方式訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器，這條指令常用于讀取程序存儲(chǔ)器內(nèi)的表格數(shù)據(jù)

18、MOVC A, A+DPTR37v6）堆棧指針）堆棧指針SP（Stack Pointer） 指明堆棧區(qū)棧頂單元的地址，8位，可軟件設(shè)置初值， 復(fù)位時(shí)SP = 07H。注意：注意：入棧時(shí)，堆棧指針SP的值先加加1， 出棧 ，是先將數(shù)據(jù)取出，然后SP指針 減減1。 v89C51單片機(jī)的堆棧操作遵循先入后出先入后出的原則。38說(shuō)明： 1. 對(duì)專用寄存器的訪問(wèn)只能使用直接尋址方式；MOVB,#0AH使用寄存器名MOVF0H,#0AH使用該寄存器所占地址2. 某些寄存器的某一位可以進(jìn)行位尋址。MOVP1.1,C39特殊功能寄存器名 稱地 址復(fù)位后狀態(tài)B通用寄存器F0H00HA累加器E0H00HPSW程序

19、狀態(tài)字D0H00HIP中斷優(yōu)先級(jí)寄存器B8H00000BP3P3口B0HFFHIE中斷允許寄存器A8H000000BP2P2口A0HFFHSBUF串行口發(fā)送/接收緩沖器99H不定SCON串行口控制寄存器98H00HP1P1口90HFFHTH1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1高8位8DH00HTH0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0高8位8CH00HTL1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1低8位8BH00HTL0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0低8位8AH00HTMOD定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式字89H00HTCON定時(shí)器控制寄存器88H00HPCON波特率選擇寄存器87H00HDPH地址寄存器高8位83H00HDPL地址寄存器低8位82H00HSP堆棧指針81H07H

20、P0P0口80HFFH40I/O端口概述端口概述189C51單片機(jī)有四個(gè)單片機(jī)有四個(gè)8位并行位并行I/O端口：端口：P0、P1、P2和和P3。2每個(gè)端口都是每個(gè)端口都是8位準(zhǔn)雙向口，共占位準(zhǔn)雙向口，共占32根引腳。根引腳。3每一條每一條I/O線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。4每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器（即特殊功能寄存器每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器（即特殊功能寄存器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。輸入時(shí)數(shù)據(jù)可以緩沖。2.7輸出輸出/輸入端口結(jié)構(gòu)輸入端口結(jié)構(gòu)41 P0口功能

21、: 1. 輸入/輸出（控制=0） 2. 地址數(shù)據(jù)復(fù)用（控制=1）輸入、輸出 （控制=0） 輸出： “0” “1”結(jié)論：結(jié)論： P0口在作輸出口使用時(shí)，由于它無(wú)內(nèi)部上拉電阻，為了在口線口在作輸出口使用時(shí)，由于它無(wú)內(nèi)部上拉電阻，為了在口線上輸出高電平并具有一定的驅(qū)動(dòng)能力，必須外接上拉電阻。上輸出高電平并具有一定的驅(qū)動(dòng)能力，必須外接上拉電阻。42P0口： 每個(gè)引腳灌電流-10ma 總灌電流-26ma43輸入： “1“ ”0“結(jié)論：結(jié)論： 輸入數(shù)據(jù)時(shí)必須使輸入數(shù)據(jù)時(shí)必須使P0口先置口先置1方法： MOV P0,#0FFH44v輸入/輸出指令： 1. 輸出數(shù)據(jù)34H到P0口 MOV P0,#34H 2. 從P0口輸入數(shù)據(jù) MOV P0,#0FFH MOV A,P0小結(jié)小結(jié): 1. 輸入數(shù)據(jù)時(shí)必須使輸入數(shù)據(jù)時(shí)必須使P0口先置口先置1 2.P0口在作輸出口使用時(shí)，由于它無(wú)內(nèi)部上拉口在作輸出口使用時(shí)，由于它無(wú)內(nèi)部上拉電阻，為了在口線上輸出高電平并具有一定的驅(qū)動(dòng)電阻，