《單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)（C51編程+Proteus仿真）（第4版）》全套教學(xué)課件

1單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)（C51編程+Proteus仿真）第1章

單片機(jī)概述第2章

硬件結(jié)構(gòu)第3章C51語言編程基礎(chǔ)第4章

開發(fā)與仿真工具第5章與顯示器、開關(guān)、鍵盤接口設(shè)計(jì)第6章

中斷系統(tǒng)第7章AT89S51單片機(jī)的定時(shí)器計(jì)數(shù)器第8章AT89S51單片機(jī)的串行口第9章

系統(tǒng)并行擴(kuò)展第10章

串行擴(kuò)展第11章DAC與ADC第12章

應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)全套可編輯PPT課件

2第1章單片機(jī)概述

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3內(nèi)容概要介紹單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、發(fā)展歷史、應(yīng)用領(lǐng)域以及發(fā)展趨勢(shì)。8位單片機(jī)的主流機(jī)型，MCS-51系列單片機(jī)及其兼容的單片機(jī)（統(tǒng)稱為8051單片機(jī)）對(duì)目前流行的8051單片機(jī)的代表性機(jī)型：美國ATMEL公司的AT89C5x/AT89S5x系列單片機(jī)及代表性產(chǎn)品AT89S51詳細(xì)介紹。結(jié)構(gòu)清晰，易掌握，初學(xué)者入門機(jī)型。簡(jiǎn)要介紹其它類型的單片機(jī)。初步了解嵌入式處理器：?jiǎn)纹瑱C(jī)，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、嵌入式微處理器420世紀(jì)70年代問世，廣泛應(yīng)用：工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)檢測(cè)與控制、智能儀器儀表、機(jī)電一體化設(shè)備、汽車電子、家用電器等各個(gè)方面。什么是單片機(jī)？1.1單片機(jī)簡(jiǎn)介一片半導(dǎo)體硅片集成：中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、并行I/O、串行I/O、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時(shí)鐘電路及系統(tǒng)總線的微型計(jì)算機(jī)。具有微型計(jì)算機(jī)屬性，因而被稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。5主要應(yīng)用測(cè)控領(lǐng)域。單片機(jī)處于測(cè)控系統(tǒng)的核心地位并嵌入其中，所以國際上通常把單片機(jī)稱為嵌入式控制器（EMCU，EmbeddedMicroControllerUnit），或微控制器（MCU，MicroControllerUnit）。我國習(xí)慣于使用“單片機(jī)”這一名稱。單片機(jī)是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上重要里程碑，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。單片機(jī)體積小、成本低，嵌入到工業(yè)控制單元、機(jī)器人、智能儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、家用電器、辦公自動(dòng)化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、玩具、個(gè)人信息終端及通訊產(chǎn)品中。6按用途可分為通用型和專用型兩大類。（1）通用型

內(nèi)部可開發(fā)資源（如存儲(chǔ)器、I/O等各種外圍功能部件等）可全部提供給用戶。

根據(jù)需要，設(shè)計(jì)一個(gè)以通用單片機(jī)芯片為核心，再配以外圍接口電路及外圍設(shè)備，并編寫相應(yīng)軟件來滿足各種不同需要的測(cè)控系統(tǒng)。通常所說和本書介紹的是指通用型單片機(jī)。（2）專用型

專門針對(duì)某些產(chǎn)品的特定用途而制作的。例如，各種家用電器中的控制器等。由于特定用途，單片機(jī)芯片制造商常與產(chǎn)品廠家合作，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)“專用”的單片機(jī)。在設(shè)計(jì)中，已對(duì)“專用”單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)化、可靠性和成本的最佳化等做了全面綜合考慮，所以“專用”單片機(jī)具有十分明顯的綜合優(yōu)勢(shì)。無論“專用”單片機(jī)在用途上有多么“?！?，其基本結(jié)構(gòu)和工作原理都是以通用單片機(jī)為基礎(chǔ)。71.2單片機(jī)的發(fā)展歷史按處理二進(jìn)制位數(shù)主要分為：4位單片機(jī)、8位單片機(jī)、16位單片機(jī)和32位單片機(jī)。發(fā)展大致分為4個(gè)階段。第一階段（1974年～1976年）：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段。因工藝限制，雙片形式且功能較簡(jiǎn)單。1974年12月，仙童公司推出了8位的F8單片機(jī)，實(shí)際只包括了8位CPU、64BRAM和2個(gè)并行口。第二階段（1976年～1978年）：低性能單片機(jī)階段。1976年Intel的MCS-48單片機(jī)（8位）極大地促進(jìn)了單片機(jī)變革和發(fā)展，81977年GI公司推出PIC1650，但這個(gè)階段仍處于低性能階段。第三階段（1978年～1983年）：高性能單片機(jī)階段。1978年，Zilog公司推出Z8單片機(jī)，1980年，Intel公司在MCS-48系列基礎(chǔ)上推出MCS-51系列，Mortorola推出6801單片機(jī)。使單片機(jī)性能及應(yīng)用躍上新臺(tái)階。此后，各公司8位單片機(jī)迅速發(fā)展。推出的單片機(jī)普遍帶有串行I/O口、多級(jí)中斷系統(tǒng)、16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大，且尋址范圍可達(dá)64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器。由于這類單片機(jī)性/價(jià)比高，得到廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用數(shù)量最多的單片機(jī)。9第四階段（1983年～現(xiàn)在）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)、32位單片機(jī)推出階段。20世紀(jì)90年代單片機(jī)大發(fā)展時(shí)期，Mortorola、Intel、ATMEL、德州儀器（TI）、三菱、日立、飛利浦、LG等公司開發(fā)一大批性能優(yōu)越的單片機(jī)，極大推動(dòng)單片機(jī)應(yīng)用。近年，不少新型高集成度的單片機(jī)涌現(xiàn)。目前，除8位單片機(jī)得到廣泛應(yīng)用外，16位單片機(jī)、32位單片機(jī)也得到廣大用戶青睞。101.3單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)是集成電路技術(shù)與微型計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。體積小、價(jià)格低、應(yīng)用方便、穩(wěn)定可靠，因此，給工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域帶來了一場(chǎng)重大革命和技術(shù)進(jìn)步。由于體積小，很容易地嵌入到系統(tǒng)之中，以實(shí)現(xiàn)各種方式的檢測(cè)、計(jì)算或控制，這一點(diǎn)，一般微機(jī)根本做不到。由于單片機(jī)本身就是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)，因此只要在單片機(jī)的外部適當(dāng)增加一些必要的外圍擴(kuò)展電路，就可靈活構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)，如工業(yè)自動(dòng)檢測(cè)監(jiān)視系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、智能儀器儀表等。11為什么應(yīng)用廣泛？由于具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）簡(jiǎn)單方便，易普及。單片機(jī)技術(shù)是易掌握技術(shù)。應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試已經(jīng)是一件容易的事情，工程技術(shù)人員通過學(xué)習(xí)可很快掌握其應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù)。（2）功能齊全，應(yīng)用可靠，抗干擾能力強(qiáng)。（3）發(fā)展迅速，前景廣闊。短短幾十年，單片機(jī)經(jīng)過4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)等幾大發(fā)展階段。集成度高、功能日臻完善的單片機(jī)不斷問世，使單片機(jī)在工業(yè)控制及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域獲得長(zhǎng)足發(fā)展和大量應(yīng)用。目前，單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)愈加完美，片內(nèi)外圍功能部件越來越完善，向更高層次和更大規(guī)模的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。12（4）嵌入容易，用途廣泛，體積小、性/價(jià)比高，應(yīng)用靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)在嵌入式微控制系統(tǒng)中具有十分重要地位。單片機(jī)問世前，制作一套測(cè)控系統(tǒng)，大量模擬電路、數(shù)字電路、分立元件完成，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算、判斷和控制功能。系統(tǒng)體積龐大，線路復(fù)雜，連接點(diǎn)多，易出故障。單片機(jī)出現(xiàn)后，絕大部分測(cè)控功能由單片機(jī)軟件程序?qū)崿F(xiàn)，其它電子線路則由片內(nèi)外圍功能部件替代。1.4單片機(jī)的應(yīng)用軟硬件結(jié)合、體積小，容易嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中。得到廣泛應(yīng)用。131．工業(yè)檢測(cè)與控制主要應(yīng)用：工業(yè)過程控制、智能控制、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集和傳輸、測(cè)試、測(cè)量、監(jiān)控等。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來愈重要的作用，在這種集機(jī)械、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的綜合技術(shù)（如機(jī)器人技術(shù)）中，單片機(jī)發(fā)揮著非常重要作用。2．儀器儀表目前對(duì)儀器儀表的自動(dòng)化和智能化要求越來越高。單片機(jī)的使用有助于提高儀器儀表的精度和準(zhǔn)確度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減小體積而易于攜帶和使用，加速儀器儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化方向發(fā)展。143．消費(fèi)類電子產(chǎn)品例如，洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、電風(fēng)扇、電視機(jī)、微波爐、加濕機(jī)、消毒柜等。嵌入了單片機(jī)后，功能和性能大大提高，并實(shí)現(xiàn)智能化、最優(yōu)化控制。4．通信在調(diào)制解調(diào)器、各類手機(jī)、傳真機(jī)、程控電話交換機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)及各種通訊設(shè)備中，單片機(jī)也已得到廣泛應(yīng)用。5．武器裝備現(xiàn)代化武器裝備，如飛機(jī)、軍艦、坦克、導(dǎo)彈、魚雷制導(dǎo)、智能武器裝備、航天飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，都有單片機(jī)嵌入其中。156．各種終端及計(jì)算機(jī)外部設(shè)備計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端（如銀行終端）及計(jì)算機(jī)外部設(shè)備（如打印機(jī)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、繪圖機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等）中都使用了單片機(jī)作為控制器。7．汽車電子設(shè)備已廣泛應(yīng)用在各種汽車電子設(shè)備中，如汽車安全系統(tǒng)、汽車信息系統(tǒng)、智能自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、衛(wèi)星汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車緊急請(qǐng)求服務(wù)系統(tǒng)、汽車防撞監(jiān)控系統(tǒng)、汽車自動(dòng)診斷系統(tǒng)及汽車黑匣子等。8．分布式多機(jī)系統(tǒng)在較復(fù)雜多節(jié)點(diǎn)測(cè)控系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。16一般由若干臺(tái)功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。在這種系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)某些節(jié)點(diǎn)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控。

從工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)控制、智能儀器儀表、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等方面，直到國防尖端技術(shù)領(lǐng)域，單片機(jī)都發(fā)揮十分重要作用。1.5單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì)將是向大容量、高性能化，外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。為滿足不同用戶要求，各公司競(jìng)相推出能滿足不同需要的產(chǎn)品。1．CPU的改進(jìn)

（1）增加CPU數(shù)據(jù)總線寬度。例如，各種16位單片機(jī)和32位單片機(jī)，數(shù)據(jù)處理能力要優(yōu)于8位單片機(jī)。另外，8位單片機(jī)內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)總線，其數(shù)據(jù)處理能力明顯優(yōu)于一般8位單片機(jī)。

（2）采用雙CPU結(jié)構(gòu)，以提高數(shù)據(jù)處理能力。182．存儲(chǔ)器的發(fā)展（1）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器普遍采用閃存。可不用外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。（2）加大存儲(chǔ)容量。目前有的單片機(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量可達(dá)128KB甚至更多。3．片內(nèi)I/O的改進(jìn)（1）增加并行口驅(qū)動(dòng)能力，以減少外部驅(qū)動(dòng)芯片。有的單片機(jī)可直接輸出大電流和高電壓，以便能直接驅(qū)動(dòng)LED和VFD（熒光顯示器）。（2）有些單片機(jī)設(shè)置了一些特殊的串行I/O功能，為構(gòu)成分布式、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)提供方便條件。194．低功耗CMOS化，功耗小，配置有等待狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)等工作方式。消耗電流僅在μA或nA量級(jí)，適于電池供電的便攜式、手持式的儀器儀表及其它消費(fèi)類電子產(chǎn)品。5．外圍電路內(nèi)裝化

眾多外圍電路全部裝入片內(nèi)，即系統(tǒng)的單片化是目前發(fā)展趨勢(shì)之一。例如，美國Cygnal公司的C8051F0208位單片機(jī)，內(nèi)部采用流水線結(jié)構(gòu)，大部分指令的完成時(shí)間為1或2個(gè)時(shí)鐘周期，峰值處理能力為25MIPS。片上集成有8通道A/D、兩路D/A、兩路電壓比較器，內(nèi)置溫度傳感器、定時(shí)器、可編程數(shù)字交叉開關(guān)和64個(gè)通用I/O口、電源監(jiān)測(cè)。206．編程及仿真的簡(jiǎn)單化目前大多數(shù)單片機(jī)都支持程序的在線編程，也稱在系統(tǒng)編程ISP（InSystemProgram），只需一條ISP并口下載線，就可把仿真調(diào)試通過的程序從PC機(jī)寫入單片機(jī)的Flash存儲(chǔ)器內(nèi)，省去編程器。某些機(jī)型還支持在線應(yīng)用編程（IAP），可在線升級(jí)或銷毀單片機(jī)應(yīng)用程序，省去了仿真器。

綜上所述，單片機(jī)正在向多功能、高性能、高速度（時(shí)鐘達(dá)40MHz）、低電壓（2.7V即可工作）、低功耗、低價(jià)格（幾元錢）、外圍電路內(nèi)裝化以及片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量不斷增大的方向發(fā)展。1.6MCS-51系列與AT89C5x系列單片機(jī)20世紀(jì)80年代以來，單片機(jī)發(fā)展非常迅速，其中Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)是一款設(shè)計(jì)成功、易于掌握并在世界范圍得到廣泛使用的機(jī)型。

1.6.1MCS-51系列單片機(jī)MCS是Intel公司單片機(jī)的系列符號(hào)，如MCS-48、MCS-51、MCS-96系列單片機(jī)。22MCS-51系列是在MCS-48系列基礎(chǔ)上于20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來的，是最早進(jìn)入我國，并在我國得到廣泛應(yīng)用的單片機(jī)主流品種。MCS-51系列單片機(jī)主要包括

基本型：8031/8051/8751（低功耗型80C31/80C51/87C51）

增強(qiáng)型：8032/8052/8752。

已為我國廣大技術(shù)人員所熟悉和掌握。上世紀(jì)80年代和90年代，MCS-51系列是在我國應(yīng)用最為廣泛的機(jī)型之一。MCS-51系列品種豐富，經(jīng)常使用的是基本型和增強(qiáng)型。23基本型

典型產(chǎn)品：8031/8051/8751。8031內(nèi)部包括1個(gè)8位CPU、128BRAM，21個(gè)特殊功能寄存器（SFR）、4個(gè)8位并行I/O口、1個(gè)全雙工串行口，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，但片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，需外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器芯片。8051是在8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)又集成有4KBROM作為程序存儲(chǔ)器。所以8051是一個(gè)程序不超過4KB的小系統(tǒng)。ROM內(nèi)的程序是公司制作芯片時(shí)，代為用戶燒制的。8751與8051相比，片內(nèi)集成的4KBEPROM取代了8051的4KBROM來作為程序存儲(chǔ)器。242.增強(qiáng)型

Intel公司在基本型基礎(chǔ)上，推出增強(qiáng)型-52子系列，典型產(chǎn)品：8032/8052/8752。內(nèi)部RAM增到256B，8052、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展到8KB，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器增至3個(gè)，6個(gè)中斷源，串行口通信速率提高5倍。

表1-1列出了基本型和增強(qiáng)型的MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)的基本硬件資源。

1.6.2AT89C5x（AT89S5x）系列單片機(jī)

MCS-51系列單片機(jī)代表性產(chǎn)品為8051，其他單片機(jī)都是在8051內(nèi)核基礎(chǔ)上進(jìn)行了功能增減。20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在高檔CPU芯片的研發(fā)上，逐漸淡出單片機(jī)芯片的開發(fā)和生產(chǎn)。27MCS-51單片機(jī)設(shè)計(jì)上的成功及較高的市場(chǎng)占有率，已成為許多廠家、公司競(jìng)相選用的對(duì)象，并以此為基核。因此，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓或技術(shù)交換形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、Philips、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、DEVICES、DALLAS等公司。各廠家的兼容機(jī)型均采用8051內(nèi)核、指令系統(tǒng)相同，采用CMOS工藝；有的公司還在8051內(nèi)核基礎(chǔ)上增加一些片內(nèi)功能模塊，集成度更高，功能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)。人們常用8051（80C51，“C”表示采用CMOS工藝）來稱呼所有這些具有8051內(nèi)核，且使用8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)，也習(xí)慣把這些兼容機(jī)等各種衍生品種統(tǒng)稱為8051單片機(jī)。

眾多衍生機(jī)型中，ATMEL公司的AT89C5x/AT89S5x系列，在8位單片機(jī)市場(chǎng)中占有較大的市場(chǎng)份額。ATMEL公司1994年以E2PROM技術(shù)與Intel公司80C51內(nèi)核的使用權(quán)進(jìn)行交換。ATMEL公司技術(shù)優(yōu)勢(shì)是閃爍（Flash）存儲(chǔ)器技術(shù)，將Flash技術(shù)與80C51內(nèi)核相結(jié)合，形成了片內(nèi)帶有Flash存儲(chǔ)器的AT89C5x/AT89S5x系列單片機(jī)。28AT89C5x/AT89S5x系列與MCS-51系列在原有功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。

此外，某些品種又增加一些新功能，如看門狗定時(shí)器WDT、ISP（在系統(tǒng)編程也稱在線編程）及SPI串行接口技術(shù)等。片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器允許在線（+5V）電擦除、電寫入或使用編程器對(duì)其重復(fù)編程。AT89C5x/AT89S5x單片機(jī)還支持由軟件選擇的兩種節(jié)電工作方式，適于低功耗場(chǎng)合。AT89S51與87C51相比，AT89C51/AT89S51單片機(jī)片內(nèi)的4KBFlash存儲(chǔ)器取代87C51片內(nèi)的4KBEPROM。AT89S51片內(nèi)的Flash存儲(chǔ)器可在線編程或使用編程器重復(fù)編程，且價(jià)格較低。29AT89C51/AT89S51單片機(jī)作為8051單片機(jī)的代表性產(chǎn)品受到用戶歡迎。

AT89S51與AT89S52單片機(jī)的差別體現(xiàn)在，AT89S51內(nèi)部有4KBFlash存儲(chǔ)器和128BRAM，以及5個(gè)中斷源、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器。而AT89S52內(nèi)部有8KBFlash存儲(chǔ)器和256BRAM，以及6個(gè)中斷源、3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器（比AT89S51多出的一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，具有捕捉功能）。

本書重點(diǎn)介紹AT89S51原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)?！癝”檔系列是ATMEL公司繼AT89C5x系列之后推出的新機(jī)型，表示含有串行下載的Flash存儲(chǔ)器，代表性產(chǎn)品為AT89S51和AT89S52。AT89C51單片機(jī)已不再生產(chǎn)，可用AT89S51直接代換。

在我國，除8位單片機(jī)廣泛應(yīng)用外，16位單片機(jī)也得到廣大用戶的青睞，例如，美國TI公司的16位單片機(jī)MSP430。本身帶有A/D轉(zhuǎn)換器，一片芯片就構(gòu)成了一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。設(shè)計(jì)使用非常方便。盡管這樣，16位單片機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有8位單片機(jī)應(yīng)用的廣泛和普及，因?yàn)槟壳暗闹饕獞?yīng)用中，8位機(jī)的性能已能夠滿足大部分的實(shí)際需求，況且8位機(jī)的性能價(jià)格比較好。

在眾多廠家各種不同的8位機(jī)中，各種兼容的8051單片機(jī)，目前仍是8位單片機(jī)主流品種，若干年內(nèi)仍是自動(dòng)化、機(jī)電一體化、儀器儀表、工業(yè)檢測(cè)控制應(yīng)用主角。311.7各種衍生品種的51單片機(jī)除AT89S5x系列單片機(jī)外，世界各器件廠家推出的以8051為內(nèi)核、各種集成度高、功能強(qiáng)的單片機(jī)，也得到廣大用戶青睞。

1.7.1STC系列單片機(jī)STC系列具有我國獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，功能與抗干擾性強(qiáng)的增強(qiáng)型8051單片機(jī)，多種子系列，幾百個(gè)品種，以滿足不同需要。其中的STC12C5410/STC12C2052系列的主要性能及特點(diǎn)如下。32（1）高速：傳統(tǒng)8051為每個(gè)機(jī)器周期為12個(gè)時(shí)鐘，而STC可為每機(jī)器周期1個(gè)時(shí)鐘，指令執(zhí)行速度大大提高，速度比普通8051快8～12倍。（2）寬工作電壓：5.5～3.8V，2.4～3.8V。（3）12KB/10KB/8KB/6KB/4KB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)10萬次以上。（4）512B片內(nèi)的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。（5）可在線編程（ISP）/在應(yīng)用可編程（IAP），無需編程器/仿真器，可遠(yuǎn)程升級(jí)。（6）8通道10位ADC，4路PWM輸出。（7）4通道捕捉/比較單元，也可用來再實(shí)現(xiàn)4個(gè)定時(shí)器或4個(gè)外部中斷。（8）2個(gè)硬件16位定時(shí)器，兼容8051定時(shí)器。4路PCA還可再實(shí)現(xiàn)4個(gè)定時(shí)器。（9）硬件看門狗（WDT）。（10）高速SPI串口。（11）全雙工異步串行口(UART)，兼容普通8051的串口。（12）通用I/O口（27/23/15個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（與8051的I/O接口相似）?？稍O(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不可超過55mA。（13）超強(qiáng)抗干擾能力與高可靠性：高抗靜電；寬電壓，不怕電源抖動(dòng)；寬溫度范圍：?40℃～+85℃；I/O口經(jīng)過特殊處理；（14）采取了降低單片機(jī)時(shí)鐘對(duì)外部電磁輻射的措施：可禁止ALE輸出；如選每個(gè)機(jī)器周期為6個(gè)時(shí)鐘，外部時(shí)鐘頻率可降一半；單片機(jī)時(shí)鐘振蕩器增益可設(shè)為Gain。（15）超低功耗設(shè)計(jì)掉電模式：典型功耗＜0.1μA；空閑模式：典型功耗為2mA；正常工作模式：典型功耗為4mA～7mA；掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于電池供電系統(tǒng)，如水表、氣表、便攜設(shè)備等。STC可直接替換ATMEL、Philips、Winbond（華邦）等公司的8051兼容產(chǎn)品。由上所述，是一款高性能、高可靠性的機(jī)型，尤其具有較高的抗干擾特性，應(yīng)給予足夠重視。1.7.2C8051Fxxx單片機(jī)美國Cygnal公司產(chǎn)品，集成度高，8051內(nèi)核的8位單片機(jī)，代表性產(chǎn)品為C8051F020。C8051F020內(nèi)部采用流水線結(jié)構(gòu)，大部分指令時(shí)間為1或2個(gè)時(shí)鐘周期，峰值處理能力為25MIPS，與經(jīng)典的8051單片機(jī)比，可靠性和速度有很大提高。片內(nèi)集成1個(gè)8位ADC、1個(gè)12位ADC、1個(gè)雙12位DAC；64KB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器、256BRAM、128BSFR；8個(gè)I/O端口共64根I/O口線；5個(gè)16位通用定時(shí)器；5個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)/定時(shí)器陣列（PCA），1個(gè)UART串口、1個(gè)SMBus/I2C串口、1個(gè)SPI串行口；2路電壓比較器、電源監(jiān)測(cè)器、內(nèi)置溫度傳感器。C8051F×××最突出改進(jìn)引入數(shù)字交叉開關(guān)（C8051F2××除外）。1.7.3ADμC812單片機(jī)美國ADI（AnalogDeviceInc）公司的高性能單片機(jī)，內(nèi)部集成高精度自校準(zhǔn)8通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），2通道12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），指令系統(tǒng)與8051兼容。片內(nèi)有8KBFlash程序存儲(chǔ)器、640BFlash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、256B數(shù)據(jù)SRAM（支持可編程）。片內(nèi)集成看門狗定時(shí)器、電源監(jiān)視器以及ADC

DMA功能。為多處理器接口和I/O擴(kuò)展提供了32條可編程的I/O線、包含有與I2C兼容的串行接口、SPI串行接口和標(biāo)準(zhǔn)UART串口。

ADμC812的MCU內(nèi)核和模數(shù)轉(zhuǎn)換器均設(shè)有正常、空閑和掉電工作模式，軟件可控制從正常模式到空閑模式，也可切換到更省電的掉電模式。掉電模式，消耗總電流約5μA。1.7.4臺(tái)灣華邦公司W(wǎng)77系列和W78系列單片機(jī)臺(tái)灣華邦公司(Winbond)

W78系列與AT89C5x系列完全兼容，W77系列為增強(qiáng)型。W77系列對(duì)8051時(shí)序作了改進(jìn)：每個(gè)指令周期只需要4個(gè)時(shí)鐘周期，速度提高3倍，工作頻率最高可達(dá)40MHz。W77系列增加看門狗WatchDog、兩組UART、兩組DPTR數(shù)據(jù)指針（編寫程序非常便利）、ISP（在系統(tǒng)可編程）等功能。片內(nèi)集成了USB接口，語音處理等功能，具有6組外部中斷源。W741系列的4位單片機(jī)帶液晶驅(qū)動(dòng)，在線燒錄，保密性高，低工作電壓(1.2V-1.8V)。1.8PIC系列單片機(jī)與AVR系列單片機(jī)

除8051外，其它8位機(jī)型也得到較廣泛的應(yīng)用。目前我國使用較為廣泛的是PIC系列與AVR系列單片機(jī)，這兩種機(jī)型博采眾長(zhǎng)，又具獨(dú)特技術(shù)，已占有較大的市場(chǎng)份額。1.8.1PIC系列單片機(jī)

美國Microchip公司產(chǎn)品。特性如下：

（1）從實(shí)際出發(fā)，重視性能價(jià)格比，已開發(fā)出多種型號(hào)來滿足應(yīng)用需求。例如，一個(gè)摩托車點(diǎn)火器需要一個(gè)I/O較少、RAM及程序存儲(chǔ)空間不大、可靠性較高的小型單片機(jī)，若用40腳功能強(qiáng)的單片機(jī)，投資大，使用也不方便。PIC系列從低到高有幾十個(gè)型號(hào)。其中，PIC10F22單片機(jī)僅有6個(gè)引腳，是世界最小的單片機(jī)。8腳PIC12C508有512字節(jié)ROM、25字節(jié)RAM、一個(gè)8位定時(shí)器、一根輸入線、5根I/O線，價(jià)格非常便宜。用在摩托車點(diǎn)火器非常適合。PIC的高檔型，如PIC16C74（尚不是最高檔型號(hào)）有40個(gè)引腳，其內(nèi)部資源為ROM共4K、192字節(jié)RAM、8路A/D、3個(gè)8位定時(shí)器、2個(gè)CCP模塊、3個(gè)串行口、1個(gè)并行口、11個(gè)中斷源、33個(gè)I/O腳。可與其它品牌的高檔型號(hào)媲美。（2）精簡(jiǎn)指令集--執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位單片機(jī)采用精簡(jiǎn)指令集（RISC），數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（Harvard）結(jié)構(gòu)，指令單字長(zhǎng)，且允許指令代碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用復(fù)雜指令結(jié)構(gòu)（CISC）結(jié)構(gòu)的8位單片機(jī)相比，可達(dá)到2:1的代碼壓縮，速度提高4倍。（3）

優(yōu)越的開發(fā)環(huán)境。PIC推出一款新型號(hào)單片機(jī)的同時(shí)推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實(shí)時(shí)性非常好。（4）引腳具有防瞬態(tài)能力，通過限流電阻可接至220V交流電源，直接與繼電器控制電路相連，無須光耦隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。PIC單片機(jī)分低檔型、中檔型和高檔型：（1）低檔8位單片機(jī)PIC12C5XXX／16C5X系列。PIC16C5X系列最早在市場(chǎng)上得到發(fā)展，價(jià)格低，有較完善的開發(fā)手段，因此在國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛；而PIC12C5XX是世界第一個(gè)8腳低價(jià)位單片機(jī)可用于簡(jiǎn)單的智能控制等要求體積小的場(chǎng)合，前景廣闊。（2）中檔8位單片機(jī)PIC12C6XX/PIC16CXXX系列。品種最為豐富，其性能比低檔產(chǎn)品有所提高，增加了中斷功能，指令周期可達(dá)到200ns，帶A／D，內(nèi)部E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，雙時(shí)鐘工作，比較輸出，捕捉輸入，PWM輸出，I2C和SPI接口，異步串行接口（UART），模擬電壓比較器及LCD驅(qū)動(dòng)等等，其封裝從8腳到68腳，可用于高、中、低檔的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，價(jià)格適中，廣泛應(yīng)用在各類電子產(chǎn)品中。（3）高檔8位單片機(jī)PIC17CXX系列。適合高級(jí)復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)的產(chǎn)品，在中檔位單片機(jī)的基礎(chǔ)上增加了硬件乘法器，指令周期可達(dá)成160ns，它是目前世界上8位單片機(jī)中性價(jià)比最高的機(jī)種，可用于高、中檔產(chǎn)品的開發(fā)，如電機(jī)控制等。此外，Microchip公司還推出高性能的16位和32位單片機(jī)。1.8.2AVR系列單片機(jī)1997年ATMEL公司利用Flash新技術(shù)，研發(fā)的精簡(jiǎn)指令集（ReducedInstructionSetComputer，RISC）的高速8位機(jī)。

特點(diǎn)如下：

（1）廢除機(jī)器周期，拋棄復(fù)雜指令計(jì)算機(jī)（CISC）追求指令完備的做法，采用精簡(jiǎn)指令集。以字為指令長(zhǎng)度單位，將操作數(shù)與操作碼安排在一字之中，指令長(zhǎng)度固定、格式與種類相對(duì)較少、尋址方式也相對(duì)較少，絕大部分指令都為單周期指令。取指周期短，又可預(yù)取指令，實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令，當(dāng)然這種“高速度”是以高可靠性來保障的。（2）新工藝AVR器件的Flash存儲(chǔ)器擦寫可達(dá)10

000次以上。片內(nèi)較大容量RAM，不僅能滿足一般場(chǎng)合的使用，同時(shí)也更有效的支持高級(jí)語言開發(fā)系統(tǒng)程序，并可像MCS-51單片機(jī)那樣很容易地?cái)U(kuò)展外部RAM。（3）豐富的外設(shè)。片內(nèi)有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、看門狗、低電壓檢測(cè)電路BOD，多個(gè)復(fù)位源（自動(dòng)上下電復(fù)位、外部復(fù)位、看門狗復(fù)位、BOD復(fù)位），可設(shè)置的啟動(dòng)后延時(shí)運(yùn)行程序，增強(qiáng)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性。片內(nèi)UART，面向字節(jié)的高速硬件串口TWI（與I2C兼容）、SPI串口。還有ADC、PWM等片內(nèi)外設(shè)。48（4）I/O口功能強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)能力大。工業(yè)級(jí)產(chǎn)品具有大電流（最大可達(dá)40mA），可省去功率驅(qū)動(dòng)器件，直接驅(qū)動(dòng)可控硅SSR或繼電器。AVR單片機(jī)的I/O口是真正的I/O口，能正確反映I/O口輸入/輸出的真實(shí)情況。I/O口的輸入可設(shè)定為三態(tài)高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，便于滿足各種多功能I/O口應(yīng)用的需要，具備10mA～20mA灌電流的能力。（5）低功耗。有省電功能（PowerDown）及休眠功能（Idle）低功耗工作方式。一般耗電在1～2.5mA；對(duì)典型功耗情況，WDT關(guān)閉時(shí)為100nA，更適于電池供電。有的器件最低1.8V即可工作。（6）支持在線編程，只需一條ISP下載線，就可把程序?qū)懭階VR單片機(jī)，無需編程器。其中MEGA系列還支持在線應(yīng)用編程IAP（可在線升級(jí)或銷毀應(yīng)用程序），省去仿真器。AVR系列齊全，3個(gè)檔次，可適于各種不同場(chǎng)合要求：低檔Tiny系列：有Tiny11/12/13/15/26/28等；中檔AT90S系列：有AT90S1200/2313/8515/8535等；高檔

Atmega

系列

：主要有ATmega8/16/32/64/128（存儲(chǔ)容量為8KB/16KB/32KB/64KB/128KB）及ATmega8515/8535等。501.9其它的嵌入式處理器簡(jiǎn)介以各類嵌入式處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，已成為當(dāng)今電子信息技術(shù)應(yīng)用的一大熱點(diǎn)。嵌入式處理器按體系結(jié)構(gòu)主要分為如下幾類：嵌入式微控制器（單片機(jī)）、嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器（簡(jiǎn)稱DSP）及嵌入式微處理器。1.9.1嵌入式DSP處理器(DSP)DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）是擅長(zhǎng)高速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算（如數(shù)字濾波、FFT、頻譜分析等）的嵌入式處理器。DSP的硬件結(jié)構(gòu)和指令經(jīng)過了特殊設(shè)計(jì)，使其能夠高速完成各種數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算。1981年，美國TI公司研制了著名的TMS320系列的第一個(gè)低成本、高性能DSP芯片—TMS320C10，使DSP技術(shù)向前跨出了意義重大的一步。20世紀(jì)90年代，由于無線通信、網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體技術(shù)的普及和應(yīng)用，以及高清晰度數(shù)字電視的研究，極大地刺激了DSP的推廣與應(yīng)用。由此，DSP大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域。推動(dòng)DSP快速發(fā)展的是嵌入式系統(tǒng)的智能化，例如，各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類產(chǎn)品、生物信息識(shí)別終端、

52實(shí)時(shí)語音壓解系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理等。這類智能化算法運(yùn)算量一般較大，特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這些正是DSP的長(zhǎng)處所在。但在一些實(shí)時(shí)性要求很高的場(chǎng)合，單片DSP的處理能力還是不能滿足要求。因此，各大公司又研制出多總線、多流水線和并行處理的包含多個(gè)DSP的芯片，大大提高了系統(tǒng)的性能。DSP所具有的實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)算的硬件結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)及多總線結(jié)構(gòu)，尤其是DSP處理的數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的復(fù)雜度和大的數(shù)據(jù)處理流量，這些都是單片機(jī)不能企及的。DSP廠商主要有TI、ADI、Motorola、Zilog等公司。其中，TI公司的產(chǎn)品位居榜首，占全球DSP產(chǎn)品市場(chǎng)約60%的份額。TI公司的DSP代表性產(chǎn)品是TMS320系列，其中包括用于控制的2000系列，用于移動(dòng)通信的5000系列，用于網(wǎng)絡(luò)、多媒體及圖像處理的6000系列等。今天，隨著全球信息化和Internet的普及，多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，尖端技術(shù)向民用領(lǐng)域的迅速轉(zhuǎn)移，DSP已大范圍進(jìn)入消費(fèi)類電子產(chǎn)品。DSP產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，性能指標(biāo)不斷提高，價(jià)格不斷下降，已成為新興科技領(lǐng)域—通信、多媒體系統(tǒng)、消費(fèi)電子、醫(yī)用電子等飛速發(fā)展的主要推動(dòng)力。市場(chǎng)調(diào)查研究公司ForwardConcepts發(fā)布的一份統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)報(bào)告顯示，目前世界DSP產(chǎn)品市場(chǎng)每年正以30%的幅度增長(zhǎng)，是目前最有發(fā)展和應(yīng)用前景的嵌入式處理器之一。1.9.2嵌入式微處理器嵌入式微處理器（EmbeddedMicroProcessorUnit，EMPU）的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的CPU。雖在功能和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本一樣，但由于只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的功能，這樣可大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗，同時(shí)在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)處理。54嵌入式微處理器代表性產(chǎn)品為ARM系列，主要5個(gè)產(chǎn)品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和SecurCore。以ARM7為例，地址線32條，能擴(kuò)展的存儲(chǔ)器空間要比單片機(jī)存儲(chǔ)器空間大得多，可配置實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)，而RTOS則是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺(tái)。常用的RTOS為L(zhǎng)inux（數(shù)百KB）和VxWorks（數(shù)MB）以及μC-OSⅡ。由于嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)具有高度靈活性，可很容易對(duì)它進(jìn)行定制或開發(fā)，即“裁剪”、“移植”和“編寫”，從而設(shè)計(jì)出用戶所需的應(yīng)用程序。55

由于能運(yùn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，所以能處理復(fù)雜的系統(tǒng)管理任務(wù)和處理工作。因此，在移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)、媒體手機(jī)、工業(yè)控制和商業(yè)領(lǐng)域（例如，智能工控設(shè)備、ATM機(jī)等）、電子商務(wù)平臺(tái)、信息家電（機(jī)頂盒、數(shù)字電視）等方面，甚至軍事上的應(yīng)用，具有巨大的吸引力。以嵌入式微處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，已經(jīng)成為繼單片機(jī)、DSP之后的電子信息技術(shù)應(yīng)用的又一大熱點(diǎn)。56

這里要對(duì)“嵌入式系統(tǒng)”這個(gè)名稱作進(jìn)一步說明。從更廣泛意義講，凡是系統(tǒng)中嵌入了“嵌入式處理器”，如單片機(jī)、DSP、嵌入式微處理器，都稱其為“嵌入式系統(tǒng)”。但目前較為流行的說法是，僅把“嵌入”嵌入式微處理器的系統(tǒng)，稱為“嵌入式系統(tǒng)”。目前“嵌入式系統(tǒng)”還沒有一個(gè)嚴(yán)格和權(quán)威定義，但通常所說的“嵌入式系統(tǒng)”，多指后種。5758第2章AT89S51單片機(jī)

硬件結(jié)構(gòu)

59單片機(jī)應(yīng)用特點(diǎn)是編寫程序來控制硬件，讀者應(yīng)首先熟知并掌握AT89S51片內(nèi)硬件的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。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。

下面對(duì)圖2-1中的各部件進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。（1）8位微處理器（CPU）；（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）：內(nèi)部為128B（增強(qiáng)型的52子系列為256B），外部最多還可外擴(kuò)64KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。（3）程序存儲(chǔ)器（Flash存儲(chǔ)器）：用來存儲(chǔ)程序。AT89S51內(nèi)部有4KB的Flash存儲(chǔ)器（AT89S52內(nèi)部有8KB的Flash存儲(chǔ)器；AT89S53/AT89S54/圖2-1AT89S51單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)61AT89S55內(nèi)部集成了12KB/20KB/20KB的Flash存儲(chǔ)器）。如果內(nèi)部程序存儲(chǔ)器容量不夠，外部最多可外擴(kuò)至64KB程序存儲(chǔ)器。（4）中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，對(duì)應(yīng)5個(gè)中斷向量；（5）2個(gè)可編程的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（6）1個(gè)全雙工的異步串行口；（7）4個(gè)8位可編程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）；（8）特殊功能寄存器（SFR）：共有26個(gè)特殊功能寄存器，用于CPU對(duì)內(nèi)部各外圍部件進(jìn)行管理、控制和監(jiān)視。特殊功能寄存器實(shí)際上是內(nèi)部各外圍部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，這些特殊功能寄存器映射在內(nèi)部RAM區(qū)的80H～FFH的地址區(qū)間內(nèi)。（9）看門狗定時(shí)器（WDT）：當(dāng)單片機(jī)由于干擾而使程序陷入死循環(huán)或跑飛狀態(tài)時(shí)，看門狗定時(shí)器可引起單片機(jī)復(fù)位，使程序恢復(fù)正常運(yùn)行。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

下面結(jié)合圖2-2介紹各引腳的功能。622.2.1電源及時(shí)鐘引腳1．電源引腳（1）VCC（40腳）：+5V電源。（2）VSS（20腳）：數(shù)字地。63圖2-2AT89S51雙列直插封裝方式的引腳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。2.2.2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。64

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）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。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。（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。

66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。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。2.2.3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)部有上拉電阻。

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1,68P1口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。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。

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?？沈?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。7071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。

72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。2.3AT89S51的CPU由圖2-1，由運(yùn)算器和控制器構(gòu)成。2.3.1運(yùn)算器對(duì)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)字寄存器PSW及兩個(gè)暫存器等。1．算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU可對(duì)8位變量進(jìn)行邏輯運(yùn)算（與、或、異或、循環(huán)、求補(bǔ)和清零），還可進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除）73ALU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。2．累加器A累加器A是CPU中使用頻繁的一個(gè)8位寄存器。

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。74A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3．程序狀態(tài)字寄存器PSWPSW（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2-3。

圖2-3PSW的格式75PSW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，可用指令來使它置“1”或清“0，控制程序的流向。用戶應(yīng)充分利用。76（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。77RS1RS0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）表2-2RS1、RS0與4組工作寄存器區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系（5）OV（PSW.2）溢出標(biāo)志位

當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時(shí)，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)來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)目煽啃浴?92.3.2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?？刂破靼ǎ撼绦蛴?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。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。2.4AT89S51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)之一是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開（哈佛結(jié)構(gòu)），并有各自的訪問指令。存儲(chǔ)器空間可分為4類。80１.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。可通用編程器編程，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.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

。81３.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。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。2.4.1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82（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）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。838464KB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。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。2.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間

片內(nèi)與片外兩部分。１.片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

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2-4為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。86圖2-4AT89S51片內(nèi)RAM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。可通過指令改變RS1、RS0兩位來選擇。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)。２.片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

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。882.4.3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。

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)行說明。89901．堆棧指針SP

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。

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，為程序正確返回做準(zhǔn)備。92（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，即“現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)”。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．寄存器B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。93943．AUXR寄存器AUXR是輔助寄存器，其格式如圖2-5：圖2-5AUXR寄存器的格式95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)；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)。。964.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）來用。975.AUXR1寄存器AUXR1是輔助寄存器，格式如圖2-6：

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2-6AUXR1寄存器的格式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2.9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。982.4.4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。99字節(jié)地址位

地

址D7D6D5D4D3D2D1D02FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H28H47H46H45H44H43H42H41H40H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H26H37H36H35H34H33H32H31H30H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H字節(jié)地址位

地

址D7D6D5D4D3D2D1D024H27H26H25H24H23H22H21H20H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H22H17H16H15H14H13H12H11H10H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H20H07H06H05H04H03H02H01H00H表2-5內(nèi)部RAM中的可尋址位及其位地址101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

作為AT89S51存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的總結(jié)，圖2-7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。102圖2-7AT89S51單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)2.5AT89S51的并行I/O端口4個(gè)雙向的8位并行I/O端口：P0~P3，表2-4中的特殊功能寄存器P0、P1、P2和P3就是這4個(gè)端口的輸出鎖存器。4個(gè)端口除按字節(jié)輸入/輸出外，還可以按位尋址，以便位控功能的實(shí)現(xiàn)。2.5.1P0口8位并行端口，字節(jié)地址為80H，位地址為80H～87H。P0口的位電路結(jié)構(gòu)如圖2-8。1．P0口的工作原理103（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2-8中的“控制”信號(hào)為1，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)。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)管截止，下方的場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P0.x引腳輸出為0。可見P0.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。105圖2-8P0口某一位的位電路結(jié)構(gòu)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。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。（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。107P0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