第2章 AT89系列单片机的硬件体系结构
第2章 AT89S51单片机原理与基本应用系统
单片机实用教程第2章AT89S51单片机原理与基本应用系统本章主要内容1、单片机的内部结构与引脚功能2、单片机存储器空间配臵与功能3、汇编语言指令格式与内部RAM的操作指令4、单片机I/O输入输出端口结构及工作原理5、单片机基本应用系统一、AT89S51单片机内部结构（1）一个8位的CPU；（2）一个片内振荡器及时钟电路；（3）4KB的Flash ROM；（4）128B的内部RAM（5）可扩展64KB外部ROM和外部RAM的控制电路；（6）两个十六位的定时/计数器；（7）26个特殊功能寄存器（双数据指针）；（8）4个8位的并行口；（9）一个全双工的串行口；（10）5个中断源，两个外部中断，三个内部中断；（11）内部硬件看门狗电路；（12）一个SPI串行接口，用于芯片的在系统编程（ISP）。
1、电源VCC （P40）——芯片电源，接+5V 。
VSS （P20）——接电源地。
二、AT89S51单片机引脚功能2、时钟XTAL1（P19）——晶体振荡电路的反相器输入端XTAL2（P18）——晶体振荡电路的反相器输出端。
使用内部振荡电路时，该引脚外接石英晶体和补偿电容。
使用外部振荡输入时从XTAL2输入，此时XTAL1需接地。
3、控制控制引脚有4个，先学习其中的两个。
（1）RST/VPD——复位/备用电源RST复位功能是单片机正常工作必不可少的，因为复位可以使单片机从程序的开头运行，使单片机按照人们设计的程序运行，在单片机系统上电开始工作，或单片机系统由于外界干扰偏离正常运行，都需要复位。
AT89S51单片机是高电平复位，只要在该引脚上一段时间（两个机器周期以上）的高电平，单片机就复位。
在正常运行程序时该引脚为低电平。
VPD功能是在VCC掉电情况下，该引脚接备用电源，向片内的RAM供电，使RAM中的数据不丢失。
3、控制（2）EA/VPP——内外ROM选择/EPROM编程电源在通常的应用中EA功能是作为内部和外部ROM的选择端。
(完整)AT89C51单片机的概述
AT89C51单片机的概述（1）AT89C51单片机的结构AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM)和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大［3]。
AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
上图为AT89C51单片机的基本组成功能方块图.由图可见,在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分,其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。
下面介绍几个主要部分。
外时钟源外部事件计数外中断控制并行口串行通信AT89C51 功能方块图（2）AT89C51的管脚说明ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器.采用40引脚双列直插封装形式。
AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。
VCC：供电电压.GND：接地.P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入.P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH进行校验时,P0输出原码，此时P0外部必须被拉高.P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高，可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流,这是由于内部上拉的缘故.在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流,当P2口被写1时,其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
第2章 AT89S51单片机系统结构和
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2.2.1 8051结构
如图所示为8031、8051、8751的内部总体结构，该结构按功能可划分为8个组成部 分，它们是通过片内单一总线连接起来的。 微处理器（CPU）； 数据存储器（RAM）； 程序存储器（ROM/EPROM）； 特殊功能寄存器（SFR）； I/O口； 串行口； 定时器/计数器及中断系统。
当AT89S51工作于节电模式时，CPU进入睡眠模式，但是 所有的端口仍然保持工作状态。节电模式能够通过软件 进入，在这个模式下，所有的内存数据和特殊功能寄存 器的值均保持不变。节电模式能够被任何使能的中断和 硬件复位所结束。 当节电模式是由于硬件复位结束时，程序将从其进入节 电模式的指令继续执行，为了避免在外部引脚有不可预 测的输出，最好不要将写外部端口操作和读取外部内存 放在节电模式指令后的下一步操作。
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2.2.4 特殊寄存器组（SFR）
AT89S51单片机中的特殊功能寄存器（SFR）是非常重要 的内存单元，对于单片机的工程技术人员来说，理解了 SFR也就基本掌握了AT89S51单片机。 AT89S51单片机的SFR包括内部的I/O口锁存器、累加器、 定时器、串行口、中断等各种控制寄存器和状态寄存器， 共26个SFR，它们离散地分布在80H~0FFH的SFR地址空间 内，其余空缺内存位置为保留空间，为将来单片机内核 升级使用，特殊功能寄存器名及对应的地址
SP是一个8为的SFR，它用来指示出堆栈顶部在内部RAM 块中的位置。系统复位后SP的值为07H，若不对SP设置 初值，则堆栈在08H开始的区域，为了不占用工作寄存 器R0～R7的地址，一般在编程时应设置SP的初值。 数据进入堆栈前，SP加1（成为压栈）；数据从堆栈中 取出（成为出栈）后，SP减1。
《单片机原理及接口技术(第2版)张毅刚》第2章习题及答案
《单片机原理及接口技术》（第2版）人民邮电出版社第2章 AT89S51单片机的片内硬件结构思考题及习题21．在AT89S51单片机中，如果采用6MHz晶振，一个机器周期为。
答：2µs2．AT89S51单片机的机器周期等于个时钟振荡周期。
答：123．内部RAM中，位地址为40H、88H的位，该位所在的字节地址分别为和。
答：28H，88H4．片内字节地址为2AH单元最低位的位地址是；片内字节地址为88H单元的最低位的位地址为。
答：50H，A8H5．若A中的内容为63H，那么，P标志位的值为。
答：06．AT89S51单片机复位后，R4所对应的存储单元的地址为，因上电时PSW= 。
这时当前的工作寄存器区是组工作寄存器区。
答：04H，00H，0。
7. 内部RAM中，可作为工作寄存器区的单元地址为 H～ H。
答：00H，1FH8. 通过堆栈操作实现子程序调用时，首先要把的内容入栈，以进行断点保护。
调用子程序返回指令时，再进行出栈保护，把保护的断点送回到，先弹出的是原来中的内容。
答：PC, PC，PCH9．AT89S51单片机程序存储器的寻址范围是由程序计数器PC的位数所决定的，因为AT89S51单片机的PC是16位的，因此其寻址的范围为 KB。
答：6410．判断下列说法是否正确？A．使用AT89S51单片机且引脚EA=1时，仍可外扩64KB的程序存储器。
错B．区分片外程序存储器和片外数据存储器的最可靠的方法是看其位于地址范围的低端还是高端。
错C．在AT89S51单片机中，为使准双向的I/O口工作在输入方式，必须事先预置为1。
对D．PC可以看成是程序存储器的地址指针。
对11．判断下列说法是否正确？A．AT89S51单片机中特殊功能寄存器（SFR）占用片内RAM的部份地址。
对B．片内RAM的位寻址区，只能供位寻址使用，而不能进行字节寻址。
错C．AT89S51单片机共有26个特殊功能寄存器，它们的位都是可用软件设置的，因此，是可以进行位寻址的。
第2章89C51单片机硬件结构与原理
串行通信
一、组成
一个8位 的微处理器CPU。
返回
片内数据存储器(RAM128B/256B）:
用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结 果、最终结果以及欲显示的数据等。
返回
片内程序存储器Flash ROM （4KB/8KB）:
用以存放程序、一些原始数据和表格。但有 一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031、 8032、80C31等。
返回
（3）振荡器和定时电路
• 89C51单片机片内有振荡电路，只需 外接石英晶体和频率微调电容（2个 30pF左右），其频率范围为 1.2MHz~12MHz。该信号作为 89C51工作的基本节拍即时间的最小 单位。
返回
（二）、存储器
1、程序存储器（ROM） 2、数据存储器（RAM）
返回
1、程序存储器（ROM）
地址从0000H开始。 用于存放程序和表格常数。
返回
2、数据存储器（RAM）
地址为00H～7FH。 用于存放运算的中间结果、数据暂存以
及数据缓冲等。 片内还有21个特殊功能寄存器（SFR），
它们同128字节RAM统一编址，地址为 80H～FFH。
返回
（三）、I/O接口
89C51有四个8位并行I/O接口P0～ P3。
区.
2 sdcw@
教学内容
§2.1 §2.2 §2.3 §2.4 §2.5
§2.6 §2.7
89C51单片机的结构 89C51单片机引脚及其功能 89C51存储器配置 CPU时序 复位及复位电路
89C51单片机的低功耗工作方式 输出/输入端口结构
返回
§2.1 89C51单片机的结构 §2.1.1 89C51组成结构与性能
经典：AT89C51单片机硬件结构
INT1/P3.3 T0/P3.4 T1/P3.5 WR/P3.6
RD/P3.7 XTAL2
17XTAL1 VSS
1
40
2
39
3
38
4
37
5
36
6
35
7
34
8
33
9 8051 32
10
31
11
30
12
29
13
28
14
27
15
26
16
25
17
24
18
23
19
22
20
21
VCC P0.0
1.电源引脚2根 2.时钟引脚2根 3.控制引脚4根 4.I/O引脚32根 AT89C51单片机是高性能的单片机，受到引脚数目 的限制，采用引脚复用技术，部分引脚具有第二功能10。
(二) 引脚图及功能
VSS VCC RST/VPD
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD RXD/P3.0 TXD/P3.1
AT89C51单片机的硬件结构
主要单片机简介 总体结构 存储器配置 并行I/O口 时钟电路和复位电路
主要单片机简介
一、MicroChip公司的PIC系列单片机
主要产品是PIC12F、PIC16F、PIC17F等系列8位单片机， CPU采用RISC结构，分别仅有33、35、58条指令，采用 Harvard双总线结构，运行速度快，工作电压低，低功耗，有较 大的输入/输出直接驱动能力，可靠性高。
MCS-51单片机系列分为51和52子系列，并以芯片 型号的末位数字加以标识。其中，51子系列是基本型， 而52子系列是增强型。
AT89S51单片机硬件结构
2.2 AT89S51的引脚功能
要想使用单片机就要了解其各个引脚的功能，先了 解引脚，牢记各引脚的功能。
AT89S51与51系列中各种型号芯片的引脚互相兼 容。目前多采用40只引脚双列直插，如图2-2。此外 ，还有44引脚的PLCC和TQFP封装方式的芯片。 引脚按其功能可分为如下3类： （1）电源及时钟引脚—VCC、VSS；XTAL1、XTAL2。 （2）控制引脚— PSEN*、ALE/PROG*、EA*/VPP、 RST（RESET） （3）I/O口引脚——P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O 口
的双向I/O口，需外接上拉电阻，每 根线可独立定义输入或输出，也可以 作为地址线或数据线使用。 ✓ P1口（1-8）：是一个带内部上拉电 阻的8位准双向I/O口.连接外围负载 时不需外接上拉电阻。
89S51单片机及其引脚
2.2 AT89S51的引脚功能
➢ 并行的I/O口： P2口（21-28）：是一个带
➢中断系统 具有6个中断源，2级中断优先权。 ➢定时器/计数器 2个16位定时器/计数器（52子系列有3个），4种 工作方式。 ➢ 1个看门狗定时器WDT 当CPU由于干扰使程序陷入死循环或跑飞时，WDT 可使程序恢复正常运行。
➢串行口 1个全双工的异步串行口，4种工作方式。可进行 串行通信，扩展并行I/O口，还可与多个单片机 构成多机系统。 ➢P0口、P1口、P2口和P3口 4个8位并行I/O口。 ➢ 特殊功能寄存器（SFR） 26个，对片内各功能部件管理、控制和监视。是 各个功能部件的控制寄存器和状态寄存器，映射 在片内RAM区80H～FFH内3Βιβλιοθήκη 钟电路ROMT0 T1
RAM 定时计数器
CPU
并行接口 串行接口
中断系统
AT89C51的结构和原理解析 ppt课件
1
单片机原理及应用
教学目标
通过本章教学，要求达到以下目标：
1. 总体了解AT89C51单片机内部结构。 2. 熟悉AT89C51单片机40个引脚及其功能。 3. 熟悉AT89C51三个不同存储空间配置及地址范
围，了解不同存储空间的操作指令和控制信号。 4. 熟悉AT89C51片内RAM低128B分区结构和作用。 5. 了解特殊功能寄存器地址分布范围，理解ACC、
回目录
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结束
5
单片机原理及应用
温故知新检测
2号题
什么是BCD码和BCD数？ BCD数的加减运算有何特点？
回目录
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结束
6
单片机原理及应用
温故知新检测
3号题
什么是原码、反码和补码？
回目录
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结束
7
单片机原理及应用
温故知新检测
4号题
1101101.1011B =？H
回目录
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结束
19
单片机原理及应用
1. 运算器
RS0 D3H
OV D2H
— D1H
P D0H
① 进位标志位CY：表示累加器A在加减运算过程中其最高位 A7有无 进位或借位。
② 辅助进位位AC：表示累加器A在加减运算时低4位(A3)有无向高4 位(A4)进位或借位。
③ 用户标志位F0：是用户定义的一个状态标志位，根据需要可以用 软件来使它置位或清除。
常用的SFR的状态。 12. 理解时钟电路组成、时钟和机器周期的概念。
回目录
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结束
3
单片机原理及应用
单片机概述
◆单板机 CPU芯片 存储器芯片、I/O接口芯片 芯片、 将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片 和简单的I/O设备 小键盘、LED显示器 设备（ 显示器） 和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等 装配在一块印刷电路板上， 装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序 固化在ROM中），就构成了一台单板微型 （固化在ROM中），就构成了一台单板微型 计算机（简称单板机）。 计算机（简称单板机）。
2010-122010-12-2 12
1.3.2 单片机产品近况
◆ 80C51系列单片机产品繁多，主流地位已 80C51系列单片机产品繁多 系列单片机产品繁多，
经形成，近年来推出的与80C51兼容的主要产 80C51兼容的主要产 经形成，近年来推出的与80C51 品有： 品有：
﹡ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列； ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列； 公司融入Flash存储器技术的AT89系列 Philips公司的80C51、80C552系列 公司的80C51 系列； ﹡Philips公司的80C51、80C552系列； 华邦公司的W78C51 W77C51高速低价系列 W78C51、 高速低价系列； ﹡华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列； ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列 公司的ADμC8xx高精度ADC系列； ﹡ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列； LG公司的GMS90/97低压高速系列 公司的GMS90/97低压高速系列； ﹡LG公司的GMS90/97低压高速系列； Maxim公司的DS89C420高速 50MIPS）系列； 公司的DS89C420高速（ ﹡Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列； Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机 公司的C8051F系列高速SOC单片机。 ﹡Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。
第2章--AT89S52硬件结构S52
2.4.3 特殊功能寄存器 2.4.4 位地址空间 2.4.5 存储器结构总结 2.5 AT89S52的并行I/O端口 2.5.1 P0口 2.5.2 P1口 2.5.3 P2口 2.5.4 P3口 2.6 时钟电路与时序 2.6.1 时钟电路设计
3
2.6.2 时钟周期、机器周期、指令周期与指令时序 2.7 复位操作和复位电路
25
（3）P2口：P2.7～P2.0引脚 准双向I/O口，引脚内部接有上拉电阻，可驱动4个LS型TTL负载。 当AT89S52访问外部存储器及I/O口时，P2口作为高8位地址总线使用，
输出高8位地址。 当P2口不作为高8位地址总线时，可作为通用的I/O口使用。
26
（4）P3口：P3.7～P3.0 准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P3口的第一功能是作为通用的I/O口使用，可驱动4个LS型TTL负载。 P3口还可提供第二功能。第二功能定义见表2-1，应熟记。 综上所述，P0口可作为总线口，为双向口。作为通用的I/O口使用
6
图2-1 AT89S52单片机片内结构
7
（7）中断系统具有6个中断源、6个中断向量； （8）特殊功能寄存器（SFR）32个； （9）1个看门狗定时器； （10）低功耗模式有空闲模式和掉电模式，且具有掉电模式
下的中断恢复模式。
片内各功能部件通过片内单一总线连接而成（见图2-1），基本结构依 旧是CPU 加上外围芯片的传统微机结构。
复位，使程序恢复正常运行。 AT89S52完全兼容AT89C51/AT89S51单片机，使用AT89C51/
AT89S51单片机的系统，在保留原来软硬件的基础上，可用AT89S52直接 代换。
12
2.2 AT89S52的引脚功能
单片机原理及接口技术 梅丽凤 习题解答(课后答案)
单片机原理及接口技术教材习题全部解答第1章绪论1-1解答：第一台计算机的研制目的是为了计算复杂的数学难题。
它的特点是：计算机字长为12位，运算速度为5 000次/s，使用18 800个电子管，1 500个继电器，占地面积为150 m2，重达30 t，其造价为100多万美元。
它的诞生，标志着人类文明进入了一个新的历史阶段。
1-2解答：单片微型计算机简称单片机。
一个完整的单片机芯片至少有中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时/计数器及I/O接口等部件。
1-3解答：单片机的发展大致经历了四个阶段：第一阶段（1970—1974年），为4位单片机阶段；第二阶段（1974—1978年），为低中档8位单片机阶段；第三阶段（1978—1983年），为高档8位单片机阶段；第四阶段（1983年至今），为8位单片机巩固发展阶段及16位单片机、32位单片机推出阶段。
1-4解答：Intel公司的MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列产品；Motorola公司的6801、6802、6803、6805、68HC11系列产品；Zilog公司的Z8、Super8系列产品；Atmel公司的AT89系列产品；Fairchild公司的F8和3870系列产品；TI公司的TMS7000系列产品；NS公司的NS8070系列产品；NEC公司的μCOM87（μPD7800）系列产品；National公司的MN6800系列产品；Hitachi公司的HD6301、HD63L05、HD6305。
1-5解答：（1）8031/8051/8751三种型号，称为8051子系列。
8031片内没有ROM，使用时需在片外接EPROM。
8051片内含有4KB的掩模ROM，其中的程序是生产厂家制作芯片时烧制的。
8751片内含有4KB的EPROM，用户可以先用紫外线擦除器擦除，然后再利用开发机或编程器写入新的程序。
（2）8032A/8052A/8752A是8031/8051/8751的增强型，称为8052子系列。
第2章 AT89S52单片机的片内硬件结构PPT课件
AT89S51单片机的系统，在保留原来软硬件的基础上，可用AT89S52直接 代换。
12
2.2 AT89S52的引脚功能
AT89S52与各种8051单片机的引脚是兼容的。目前，AT89S52多采用40 引脚的DIP封装（双列直插），以及44引脚的PLCC和TQFP封装方式的芯片, 外形见图2-2（a）和图2-2（b）。
2
2.4.3 特殊功能寄存器 2.4.4 位地址空间 2.4.5 存储器结构总结 2.5 AT89S52的并行I/O端口 2.5.1 P0口 2.5.2 P1口 2.5.3 P2口 2.5.4 P3口 2.6 时钟电路与时序 2.6.1 时钟电路设计
3
2.6.2 时钟周期、机器周期、指令周期与指令时序 2.7 复位操作和复位电路
（8）特殊功能寄存器（SFR） 共有32个特殊功能寄存器，用于CPU对片内各外设部件进行管理、控制
和监视。特殊功能寄存器实际上是片内各外设部件的控制寄存器和状态寄 存器，这些特殊功能寄存器映射在片内RAM区的80H～FFH的地址区间内 。
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（9）1个看门狗定时器WDT 当单片机由于干扰而使程序陷入死循环或跑飞状态时，可引起单片机
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图2-1 AT89S52单片机片内结构
7
（7）中断系统具有6个中断源、6个中断向量； （8）特殊功能寄存器（SFቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）32个； （9）1个看门狗定时器； （10）低功耗模式有空闲模式和掉电模式，且具有掉电模式
下的中断恢复模式。
片内各功能部件通过片内单一总线连接而成（见图2-1），基本结构依 旧是CPU 加上外围芯片的传统微机结构。
第二章 AT89s52单片机的结构
2.1 AT89S52单片机的主要特性 2.2 AT89S52单片机的CPU 2.3 存储器和I/O接口电路 2.4 AT89S52单片机的封装及引脚功能 2.5 复位操作和复位电路 2.6 振荡器、时钟电路及时序 2.7 AT89S52的低功耗工作方式
控制器由指令寄存器IR、指令译码器ID、 程序计数器PC、堆栈指针SP、双数据指 针 DPTR0和DPTR1、定时及控制逻辑电 路等组成。
1. 程序计数器PC
AT89S52单片机中的程序计数器PC是一 个16位计数器，存放下一条将要执行程 序的地址，寻址范围为0000H~FFFFH， 可对64KB的程序存储器空间进行寻址， 是控制器中最重要和最基本的寄存器。
CPU和外围设备进行信息交换都要通过接 口电路来进行。AT89S52单片机内部集 成4个可编程的并行I/O口（P0~P3）， 每个输出接口电路都具有锁存器和驱动 器，输入接口电路都具有三态门控制
2.4 AT89S52单片机的封装 及引脚功能
2.4.1 PDIP封装的AT89S52单片机引 脚及功能
2. 指令寄存器IR
指令寄存器IR是专门用来存放指令代码 的专用寄存器。从程序存储器读出指令 代码后，被送至指令寄存器中暂时存放， 等待送至指令译码器中进行译码。
3. 指令译码器ID
指令译码器的功能是根据送来的指令代 码的性质，通过定时逻辑和条件转移逻 辑电路产生执行此指令所需要的控制信 号。
1. 多功能I/O口 引脚P0~P3口
2. 复位、控制和 选通引脚
3. 外部晶振引脚
2.4.2 PLCC和TQFP封装的 AT89S52单片机引脚及功能
P0.3
2 AT89C51单片机硬件结构
AT89C1051
AT89C2051
AT89C51 AT89S51 AT89C52 AT89S52
2
4 4 8 8
128
128 128 256 256
15
32 32 32 32
2
2 2 3 3
5
5 5 6 6
20
40 40 40 40 ISP ISP
AT89LV51
AT89LV52
4
8
128
256
32
LJMP S_INT0
0030H
0003H
…
0030H 0031H
…
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程序计数器PC
1. PC是一个16位的地址寄存器，用于存放下一条将要执行 的指令在程序存储器中的地址。 2. PC不属于特殊功能寄存器，不可访问，在物理结构上是独 立的。 3.PC的基本工作方式有： ⑴ 自动加1。CPU从程序存储器中每读一个字节，自动执行 PC+1→PC；
Atmel公司的89系列单片机主要有AT89S51、 AT89S52 AT89C51、AT89C2051和AT89C1051等 型号。 6
ATMEL的51系列单片机
型号 片内Flash ROM (KB) 1 片内 RAM (B) 128 I/O口线 （位） 15 定时器/ 计数器 （个） 1 引脚 中断 源 （条） （个） 3 20 备注
XTAL2(18脚)：接外部晶振和微调电容的另一端。
（*外部时钟）
VCC
XTAL1 C1 C2 晶振 8051 XTAL2
外部时钟 信号 TTL
XTAL2 8051 XTAL1 VSS
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控制引脚（4根）
RST/VPD（9脚）：复位信号/备用电源输入引脚。
第2章 AT89系列单片机的硬件体系结构(结构、引脚、存储器配置、专用寄存器、时钟与时序、工作方式)
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2.1 AT89系列单片机概述
2.1.1 AT89系列单片机简介
AT89系列单片机是与MCS—51系列单片机兼容 的低功耗高性能８位Flash单片机。它是在MCS-51 的技术内核为主导的基础上倾注了ATMEL公司优良 技术进行新的设计和开发，使之功能更强、更具特色， 尤其是AT89S系列单片机具有在系统可程序设计功能， 使生产维护更加方便灵活。
当CPU访问64KB的外部数据存储器时，就用
DPTR作地址指针，存放外部内存的地址；
当CPU访问64KB的程序存储器时，DPTR用作基
址寄存器。
CPU也可单独对DPH、DFra bibliotekL操作，即将DPTR分成
两个寄存器使用。
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2.3 AT89系列单片机的存储器
结构AT89系列单片机采用哈佛结构，有单独的程序存储器和
(2) 堆栈指针SP 堆栈指针SP（stack pointer）是一个8位特殊功能寄存器。
它指示出堆栈顶部在内部RAM中的位置。系统复位后，SP初 始化为07H，使得堆栈事实上由08H单元开始。考虑到08H ～1FH单元分属于工作寄存器区1～3，若程序设计中要用到 这些区，则最好把SP值改置为1FH或更大的值如60H。
处理情况。
例如：有一个单片机型号为“AT89C51—12PI”，
则表示意义为该单片机是 ATMEL公司的Flash单片
机，内部是CMOS结构，速度为12 MHz，封装为塑
封DIP，是工业用产品，按标准处理工艺生产。
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2.2 AT89系列单片机的结构原
2.2理.1 AT89系列单片机的基本组成
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嵌入式微控制器课后习题答案 第二章 高玉芹
第二章课后习题自动化朱秀红1.AT89系列的单片机的内部数据存储器可以分为哪几个不同的区域？各有什么特点？CPU是如何对不同空间进行寻址的？单片机的片内数据存储器地址范围是00H-FFH，有256B。
对于51系列高128B 被特殊功能寄存器占用。
对于52系列，高128B与特殊功能寄存器地址重叠，相同的地址，物理上是分开独立的。
存储器划分和特点：（1）低128B RAM区（00H--7FH）1）工作寄存器组区(00H--1FH)：最低的32个单元是4个通用工作寄存器组，每个寄存器组包括8个寄存器，编号为R0--R7，PSW中的RS0和RS1用来确定当前使用哪一个寄存器组。
某一个时刻只能使用其中一个寄存器组，系统复位后指向工作寄存器组02）位寻址区（20H--2FH):位地址的表示形式：一种采用位地址的表示形式；一种采用字节地址（20H--2FH）.位数的表示形式特点：该区域每个单元可以作为一般用户RAM区RAM单元整体使用;该区域的每一位可以作为单独的可寻址位单独使用3）用户RAM区（30H--7FH）:可供用户作为数据存储区，这区域的操作指令丰富，数据处理灵活方便，是非常宝贵的资源。
但是，如果堆栈指针初始化时设置在这个区域，要留出足够的字节单元作为堆栈区，以防止在数据存储时，破坏堆栈的内容。
寻址方式：低128B（00H--7FH）可通过直接和间接寻址方式访问高128B（80H--FFH）直接寻址方式访问特殊功能寄存器（SFR）；间接寻址访问高128B RAM（2）高128B的特殊功能寄存器（SRF）区1）在该区域中除了SFR之外剩余的空闲单元用户不得使用2）必须使用直接寻址的方式对SFR进行访问，可使用寄存器名称3）具有位地址和位名称的SFR才可以位寻址SFR“字节地址.位”直接使用位地址表示；使用位名称表示；使用SFR“字节地址.位”形式表示；使用SFR“名称.位”表示2.PSW包含哪些程序状态信息？这些状态信息的作用是什么？PSW是一个8位的寄存器，包含各种程序状态信息，相当于一个标志寄存器，以供程序查询和判别CY AC F0 RS1 RS0 0V --- PCY(PSW.7):进位标志，在执行某些算术和逻辑指令时可以被硬件和软件置位和清零，CY在布尔处理机中被认为是位累加器AC(PSW.6):辅助进位标志，当进行加法或减法操作时而产生低4位向高4位数进位或借位时，AC将被硬件置位，否则被清零F0(PSW.5):用户标志位。
AT89单片机的硬件结构
功能 RXD（串行输入端口） TXD（串行输出端口） INT0 （外中断0） INT1 （外中断1） T0（定时器0外部输入） T1（定时器1外部输入）
P3口：P3口的P3.0～P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的 7个双向I/O引脚。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号， 并且作为通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸收20mA 的电流。当P3口引脚写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉 高并可用作输入端。用作输入端时，被外部拉低的P3口引脚 将因上拉电阻而输出电流。P3口还接收一些用于 Flash编程 和程序校验的控制信号。
此外AT89C2051是用可降到0频率的静态逻辑操作设计的， 并支持两种可选的软件节电工作方式：空闲方式和掉电方 式。它的结构框图如图2.16所示。
2. 芯片的引脚功能说明
AT89C2051的引脚如图2.17所示。
Vcc：电源端。
GND：接地端。
P1口：8位双向I/O口。引脚P1.2～P1.7提供内部上拉电阻。 P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精 密模拟比较器的同相输入（AIN0）和反相输入（AIN1）。P1口 输出缓冲器可吸收20mA的电流，并能直接驱动LED显示。这是 一个了不起的进步，外围电路将因此而大大简化。当P1口引脚 写入“1”时，可用作输入端。当引脚P1.2～P1.7用作输入端 并被外部拉低时，将因内部的上拉电阻而输出电流。P1口还在 Flash编程和程序校验期间接收代码数据。
3. 静态时钟方式
AT89系列单片机是用静态逻辑来设计的，其工作频率可 下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式— —空闲方式和掉电方式。而80C51不是用静态逻辑来设 计的，也就是说，若时钟频率太低，CPU就可能忘记刚 刚进行的工作。
关于at89c 系列单片机的编程介绍
关于at89c 系列单片机的编程介绍全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：AT89C 系列单片机是由英特尔公司推出的一款经典的8 位单片机系列产品，其采用了Harvard结构，具有高性能和低能耗的特点，广泛应用于各种嵌入式系统中。
本文将介绍AT89C 系列单片机的编程方法，帮助读者了解如何利用这一款单片机完成各种任务。
AT89C 系列单片机的编程主要采用汇编语言进行编写，汇编语言是一种低级语言，可以直接控制单片机的硬件资源，具有高效性和灵活性。
在编程之前，首先要了解AT89C 系列单片机的数据存储和控制器的结构。
AT89C 系列单片机具有128字节的RAM，64K字节的闪存和大量的I/O端口，通过对这些资源的合理配置，可以实现各种功能。
在使用AT89C 系列单片机进行编程时，首先需要安装相应的开发工具，如Keil C51或者WinAVR等，这些工具可以帮助程序员完成编译、烧录、调试等操作。
接着，可以编写相应的汇编代码，对单片机进行控制，完成各种任务。
可以利用AT89C 系列单片机控制LED灯的亮灭、驱动电机的转动、读取传感器的数值等等。
在编程时，需要注意一些常见的问题，比如注意程序的效率和可靠性，避免死循环和内存溢出等情况的发生。
要注意单片机的时钟频率、中断优先级等设置，确保程序的正常运行。
对于AT89C 系列单片机来说，有些功能可能需要外接其他器件来实现，比如需要使用LCD显示器、AD转换器等，程序员需要对这些器件有一定的了解，才能编写出完整的代码。
在编程过程中，可以利用仿真器或者编程器来进行烧录和调试，确保程序的正确性。
可以使用调试工具来监控程序的执行过程，查看变量的数值、程序的执行路径等信息。
在程序测试完成后，可以将程序烧录到单片机中，进行实际的运行。
AT89C 系列单片机是一款功能强大的产品，具有广泛的应用范围，程序员可以利用其进行各种嵌入式系统的设计和开发。
通过合理的编程方法和技巧，可以充分发挥单片机的性能，实现更多的功能。
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2.3 AT89系列单片机的存储器结构
AT89系列单片机采用哈佛结构，有单独的程序存储器和 数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64K寻址。 AT89系列单片机存储器的结构如图2-3所示。
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21 图2-3 AT89系列单片机内存的结构
Hale Waihona Puke 2.3.1 AT89系列单片机的程序存储器
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（2) B寄存器 B寄存器是运算器中的一个工作寄存器，它是为乘法和除 法指令而设置的。在除法指令中，被除数取自ACC，除数取自 B，商数存放在ACC中，而余数则存放在B中。乘法指令的两个 操作数分别取自ACC和B，乘积则存放在AB寄存器对中(此处的 A即ACC)。在其他的运算中，B寄存器可作为中间结果寄存器 使用。 （3）程序状态字寄存器PSW 程序状态字寄存器PSW是一个8位的寄存器，包含了各种程 序状态信息，它相当于一个标志寄存器，以供程序查询和判 别。PSW的格式、各标志的含义及功能定义见表2-4.
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此寄存器各位的含义如下(其中PSW.1未用)： CY(PSW.7)：进位标志。在执行某些算术和逻辑指令时，它可以 被硬件或软件置位或清零。CY在布尔处理机中被认为是位累 加器，其重要性相当于一般中央处理器中的累加器A。 AC(PSW.6)：辅助进位标志。当进行加法或减法操作而产生由低4 位数向高4位数进位或借位时，AC将被硬件置位，否则就被清 零。AC被用于BCD码调整，详见指令系统中的“DA A”指令。 F0(PSW.5)：用户标志位。F0是用户定义的一个状态标记，用软 件来使它置位或清零。该标志位状态一经设定，可由软件测 试F0，以控制程序的流向。 RS1、RS0(PSW.4、PSW.3)：寄存器区选择控制位。可以用软件 来置位或清零以确定工作寄存器区。RS1、RS0与寄存器区的 对应关系见表2-5。
2.7 AT89系列单片机的复位工作方式 2.8 AT89系列单片机的低功耗方式 2.9 AT89系列单片机的时序
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第 2 章 AT89系列单片机的硬件体系结构
ATMEL公司是美国20世纪80年代中期成立并发展起来的
半导体公司。该公司率先将独特的Flash存储技术注入于单
片机产品中。其推出的AT89系列单片机，在世界电子技术 行业中引起了极大的反响，在国内也受到广大用户的欢迎。
本章以AT89S51为主线叙述AT89XXX系列单片机的内部
结构、引脚功能、工作方式和时序等方面的知识，本章的 知识是学习后续章节的基础，也是单片机应用系统硬件设 计的基础。
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2.1 AT89系列单片机概述
2.1.1 AT89系列单片机简介
AT89系列单片机是与MCS—51系列单片机兼容的
控制部件是单片机的控制中心，它包括定时和控
制电路、指令寄存器、指令译码器、程序计数器PC、 堆栈指针SP、数据指针DPTR以及信息传送控制部件等。 它先以振荡信号为基准产生CPU的时序，从ROM中 取出指令到指令寄存器，然后在指令译码器中对指令 进行译码，产生指令执行所需的各种控制信号，送到 单片机内部的各功能部件，指挥各功能部件产生相应
动+1指向CPU要执行的下一条指令的地址。
系统复位后PC的初始值为0000H，因此CPU从ROM中0000H单 元读取指令并译码执行。
程序计数器PC不属于特殊功能寄存器SFR块，本身并没有
地址，因而不可寻址，用户无法对它进行读/写操作，但是可 以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以控制程序按
要求转移。
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除法指令，OV=1，表示除数为0，运算不被执行；否则，OV=0。
P(PSW.0)：奇偶标志。每个指令周期都由硬件来置位或清零， 以表示累加器A中1的位数的奇偶数。若1的位数为奇数，P置1， 否则P清零。 P标志位对串行通信中的数据传输有重要的意义，在串行
通信中常用奇偶校验的办法来检验数据传输的可靠性。在发
第 2 章 AT89系列单片机 的硬件体系结构
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本章主要内容
2.1 AT89系列单片机概述
2.2 AT89系列单片机的结构原理 2.3 AT89系列单片机的存储器结构 2.4 AT89系列单片机的引脚功能 2.5 AT89系列单片机的I/O接口
2.6 AT89S系列单片机内部看门狗定时器(WDT)
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2.1.3 AT89系列单片机的主要品种
Atmel公司的AT89系列单片机有多种型号，但以AT89X51和AT89X52为代 表，其主要单片机品种及其特性见表2-1。
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2.1.3 AT89系列单片机的主要品种
从表2-1中可以看出，AT89系列单片机主要分为51和52两个
子系列，每个子系列都有四种型号. • 52子系列与51子系列相比不同之处：
flash程序内存增至8KB，数据存储器增至256B，有3个定时器/
计数器等； • AT89S和AT89C相比新增加了以下功能： 支持在系统程序设计ISP 使生产及维护更方便;增加了片内 看门狗使用户的应用系统更坚固;双数据指针使数据操作更加快 捷方便;速度更高最高可使用33MHZ的晶振； • AT89LS和AT89LV系列 • 可以在更低的电压(2.7V)和更宽的范围下（2.7V～6.0V）工作，
的操作，完成指令对应的功能。
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（1）程序计数器PC 程序计数器PC用于存放CPU要执行的下一条指令的地址。 执行指令时，CPU按PC的指示地址从ROM中读取指令码送入 指令寄存器中，由指令译码器对指令进行译码，发出相应的 控制信号，从而完成指令所指定的操作。读取指令后PC会自
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OV(PSW.2)：溢出标志。带符号加减运算中，超出了累加器A所能 表示的符号数有效范围（－128～＋127）时，即产生溢出， OV=1，表明运算运算结果错误。如果OV=0，表明运算结果正 确。 执行加法指令ADD时，当位6向位7进位，而位7不向C进位时， OV=1；或者位6不向位7进位，而位7向C进位时，同样OV=1。 乘法指令，乘积超过255时，OV=1，乘积在AB寄存器对中。若 OV=0，则说明乘积没有超过255，乘积只在累加器A中。
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(2) 堆栈指针SP
堆栈指针SP是一个8位特殊功能寄存器。它指示出堆栈顶 部在内部RAM中的位置。系统复位后，SP初始化为07H，使得 堆栈事实上由08H单元开始。考虑到08H～1FH单元分属于工作 寄存器区1～3，若程序设计中要用到这些区，则最好把SP值
改置为1FH或更大的值如60H。
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使应用范围更加广泛。
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2.1.4 AT89系列单片机的型号编码
AT89 系列单片机的型号编码由三个部分组成,它们是前缀、 型号和后缀,格式如下:
AT 89XXXXX－YYYY
其中AT 是前缀，89XXXXX 是型号，YYYY 是后缀。 有关参数的表示和意义如下： 前缀由字母“AT”组成，表示该器件是ATMEL公司的产品。 型号由“89CXXXX”或“89LVXXXX”或“89SXXXX”等表示。 “89CXXXX”中，9是表示内部含Flash内存，C表示为CMOS产品。 “89LVXXXX”中，LV表示低压产品。 “89SXXXX”中，S表示含有串行下载Flash内存。 “XXXX”，表示器件型号数如51、52、53、1051、8252等
1．AT89系列单片机程序存储器ROM 程序存储器用于存放编好的程序、常数或表格。在正常工 作时只可读不可写，掉电后数据不丢失。以AT89S51单片机为 例： （1）片内具有4K的flash结构的电可擦除只读存储器，与INTEL 公司早期产品的紫外线擦除的EPROM结构相比，使用更灵活更 方便。 （2）外部可以扩展64K的ROM，以满足一些大程序的需要。 但是建议用户尽量不要外扩ROM，因为当扩展外部ROM的时 候，系统要占有单片机的P0、P2口及P3口的部分口线作为总 线。所以在大多数的应用场合，尽量选择片内的FLASH内存的 容量能够满足实际需要单片机型号，这样不仅可以节省额外 的硬件投资、节省单片机的口线资源，更重要的是片内FLASH 中的程序在下载、烧写时通过“加密”可以得到保护。只有 当程序特别大，内部空间无法满足要求时才选用扩展外部ROM。
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后缀由“YYYY”四个参数组成，每个参数的表示
和意义不同。在型号与后缀部分有“-”号隔开。
后缀中的第一个参数 Y用于表示速度，后缀中的
第二个参数Y用于表示封装，后缀中第三个参数 Y用 于表示温度范围，后缀中第四个参数Y用于说明产品 的处理情况。 例如：有一个单片机型号为“AT89C51—12PI”，则
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AT89系列单片机的基本结构框图
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2.2.2 AT89系列单片机的内部框图
图2-2 是AT89S系列单片机的内部结构框图。
11 图2-2 AT89S系列单片机的内部结构框图
2.2.3 AT89系列单片机的CPU
中央处理器CPU是单片机的大脑，它决定了单片机的指令 系统及主要功能。CPU由运算器和控制器两部分组成，主要完 成取指令、指令译玛、发出各种操作所需的控制信号，使单 片机各个部分协调工作。 1．运算器 运算器是以算术逻辑单元ALU为核心，加上累加器A、寄存 器B、程序状态字PSW及专门用于位操作的布尔处理机等组成 的，它可以实现数据的算术运算、逻辑运算、位变量处理和 数据传送等操作。 （1) 累加器ACC 累加器ACC是一个8位累加器，它是CPU中使用最频繁的寄 存器，ALU进行运算时，数据绝大多数时候都来自于累加器 ACC。它一般用于存放参加运算的操作数和运算结果，在指令 系统中用A表示。