第2章 AT89S51单片机硬件结构PPT课件
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。
第2章AT89S51单片机硬件结构
TXD
INT0 INT1 T0 T1 WR RD
串行数据发送
外部中断 0 申请 外部中断 1 申请 定时器/计数器 0 计数输入 定时器/计数器 1 计数输入 外部RAM写选通 外部RAM读选通
11
控制信号引脚
RST/VPD（9引脚）：RST为复位信号输入端。
当RST端保持2个机器周期以上高电平时，单片机完成复位操作。 第二功能VPD为内部RAM的备用电源输入端。当主电源VCC发生 断电，降到一定电压值时，可通过VPD为单片机内部RAM提供电 源，以保护片内RAM中的信息不丢失，上电后能继续正常运行。 ALE / PROG （30引脚） ： ALE为地址锁存允许信号 在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存 器锁存起来，以实现低8位地址和数据的分时传送。
CPU是单片机内部的核心部件，完成运算和控制操作。包括运 算器、控制器以及若干寄存器等部件组成
运算器
以算术逻辑单元ALU为核心，加上累加器ACC、寄存器B、暂存器 TMP1和TMP2、 程序状态寄存器PSW、十进制调整电路及专门用
于位操作的布尔处理机组成的。
功能：实现数据的算术逻辑运算，位变量处理和数据传送操作。
可编程I/O
内中断
外中断 控制
并行口
4
89S51单片机的基本组成 一个8位 的微处理器CPU。 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。
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。
第二章89C51单片机的硬件结构和原理精品PPT课件
2.1.4 复位和复位电路
•
单片机在重新启动时都需要复位，MCS-51
系列单片机有一个复位引脚输入端RST。
➢ MCS-51系列的单片机复位方法为：在RST上
加一个维持两个机器周期以上的高电平，则单 片机被复位。
➢ 复位时单片机各部分将处于一个固定的状态
➢ 常用的MCS-51单片机复位电路
➢ 上电自动复位电路
➢ 手动复位电路
➢ “看门狗”复位电路
复位后单片机各单元的初始状态
寄存器 PC
ACC
B PSW SP DPTR P1、P2 P3、P4
IP IE
初始状态值 0000H 00H 00H 00H 07H 0000H
Vcc
C1 +
22uF R2
200
RST/VPD
R1 1K
Vs
GND
在系统运行过程中， 有时可能需要对系 统进行复位，以避 免对硬件经常加电 或断电而造成的伤 害，我们可以采用 手动复位的方式。 具体的电路如图所 示。
“看门狗”复位电 路
未稳压电源 R1
R2
WDI
RESET
PFI
WDO
MR
MAX813L
限频率可能有差别）。
C1
XT AL1
30 pF
C2 GND
30 pF
MC S-5 1 XT AL2
常用单片机的最高时钟频率
单片机型号
最高时钟频率
8031 8051
12MHz 12MHz
8751 AT89C2051
12MHz 24MHz
第2章 AT89S51单片机的片内硬件结构(共112张PPT)
低8位地址锁存在片外地址锁存器中。
PROG为该引脚的第二功能，在对片内Flash存储器编程时 ，此引脚作为编程脉冲输入端。
〔4〕PSEN〔Program Strobe ENable，29脚〕 片内或片外程序存储器的读选通信号，低电平有效。
13
〔2〕EA/ VPP (Enable Address/Voltage Pulse of Programing，31脚) 〔External Access Enable〕为该引脚的第一功能：外部程序存储器 访问允许控制端。
当EA=1时，在单片机片内的PC值不超出0FFFH〔即不超出片内 4KB Flash存储器的最大地址范围〕时，单片机读片内程序存储器〔 4KB〕中的程序代码，但PC值超出0FFFH〔即超出片内4KB Flash 存储器地址范围〕时，将自动转向读取片外60KB〔1000H～FFFFH 〕程序存储器中的程序代码。
双向口P0与P1口、P2口、P3口这3个准双向口相比，多了一个 高阻输入的“悬浮〞态。这是由于P0口作为数据总线使用时，多个 数据源都挂在数据总线上，当P0口不需与其他数据源打交道时，需 要与数据总线高阻“悬浮〞隔离。而准双向I/O口那么无高阻的“悬 浮〞状态。另外，准双向口作通用I/O的输入口使用时，一定要向该 口先写入“1〞。以上的准双向口与双向口的差异，在学习本章2.5节 的P0~P3口的内部结构后，将会有更深入的理解。
〔1〕电源及时钟引脚—VCC、VSS；XTAL1、XTAL2； 〔2〕控制引脚—PSEN、ALE/PROG、EA/ VPP、RST〔即RESET
〕；
〔3〕I/O口引脚—P0、P1、P2与P3，为4个8位并行I/O口的外部引脚。
第2章AT89S51单片机原理与基本应用系统
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。
89C51单片机课件第2章
1．算术逻辑运算单元ALU 算术逻辑运算单元ALU 2．累加器A 累加器A 使用最频繁的寄存器，可写为Acc。 使用最频繁的寄存器，可写为Acc。 Acc A的作用： 的作用： （1）是ALU的输入之一，又是运算结果的存放单元。 ALU的输入之一，又是运算结果的存放单元。 的输入之一 （2）数据传送大多都通过累加器A。MCS-51增加了一部 数据传送大多都通过累加器A MCS-51增加了一部 分可以不经过累加器的传送指令， 分可以不经过累加器的传送指令，即可加快数据的传 送速度，又减少A 瓶颈堵塞”现象。 送速度，又减少A的“瓶颈堵塞”现象。 A的进位标志Cy同时又是位处理机的位累加器。 的进位标志Cy同时又是位处理机的位累加器。 标志Cy同时又是位处理机的位累加器
Microcomputer Control & Interface Technr） 1．程序计数器PC（Program Counter） 程序计数器PC（ PC 存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。 存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。 基本工作方式有以下几种： 基本工作方式有以下几种： （1）程序计数器自动加1 程序计数器自动加1 自动加 执行有条件转移 无条件转移指令时 有条件转移或 指令时， （ 2 ） 执行 有条件转移 或 无条件转移 指令时 ， 程序 计数器将被置入新的数值， 计数器将被置入新的数值，从而使程序的流向发生 变化。 变化。 在执行调用子程序调用或中断调用 子程序调用或中断调用， （ 3 ） 在执行调用 子程序调用或中断调用 ， 完成下 列操作： 列操作： PC的现行值保护 ① PC的现行值保护 将子程序入口地址或中断向量的地址送入PC PC。 ② 将子程序入口地址或中断向量的地址送入PC。 Microcomputer Control & Interface
AT89S51单片机的硬件结构
第二章 AT89S51 单片机的硬件结构第二章 AT89S51 单片机的硬件结构本章“从内到外”主要讲述关于AT89S51单片机的一些基础知识。
首先介绍AT89S51单片机的组成、CPU 、存储器组织以及特殊功能寄存器（SFR），然后，详细讲解了AT89S51的引脚分布及其功能；最后，讨论了使用AT89S51单片机时的时钟和复位电路。
2.1 AT89S51 单片机的组成如前所述，AT89S51单片机与MCS-51完全兼容，内部的结构如图2.1所示：从功能上分，它包括如下部件：一个8位中央处理器（CPU）；4K可在线编程Flash ；128字节RAM与特殊功能寄存器；2个16位定时/计数器；中断逻辑控制电路；一个全双工串行接口（UART）；32条可编程的I／O口线；另外，还包括一些寄存器如程序计数器PC 、程序状态寄存器PSW 、堆栈指针寄存器SP 、数据指针寄存器DPTR等部件。
2.2 AT89S51 单片机 CPU 的结构CPU是单片机的核心，它主要由运算器（ALU）、时序控制逻辑电路（控制器）以及各种寄存器等部件组成。
（ 1 ）运算器的功能是进行算术和逻辑运算。
它主要由算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）和寄存器组成，实现“加、减、乘、除、比较”等算术运算和“与、或、异或、求补、循环”等逻辑操作。
运算器中还包含一个布尔处理器，可以执行置位、清零、求补、取反、测试、逻辑与、逻辑或等操作，为单片机的应用提供了极大的便利。
（ 2 ）控制器的主要功能是产生各种控制信号和时序。
在CPU内部协调各寄存器之间的数据传送，完成ALU的各种算术或逻辑运算操作；在CPU访问外部存储器或端口时，提供地址锁存信号ALE、外部程序存贮器选通信号PSEN以及读（/RD）、写（/WR）等控制信号。
（ 3 ）寄存器。
CPU中还有一些寄存器，如累加器（ACC）、程序状态字（PSW）、B寄存器、程序计数器PC 、堆栈指针（SP）、指令寄存器（IR）等，这些寄存器有的在片内特殊功能寄存器空间有地址映像，它们既可看作CPU的寄存器，也可看作具有确定单元的存储单元。
第2章 AT89S51单片机的硬件结构[PPT课件]
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8
2.2
AT89S51的引脚功能
40只引脚双列直插封装（DIP）
44只引脚方形封装方式（4只无用）
9
引脚逻辑图
• 8051单片机为40条引脚双列直插式封装 • 引脚可分为三个部分 电 源 及 时 钟 引 脚 控 制 引 脚
并行I/O口引脚
X1 X2 EA PSEN ALE RST VCC GND
2.8.1 空闲模式
2.8.2 掉电运行模式 2.8.3 掉电和空闲模式下的WDT
内容梗概：
• AT89S51的片内硬件基本结构、引脚功能、存储器结构、
特殊功能寄存器功能、4个并行I/O口的结构和特点，
• 复位电路和时钟电路的设计,节电工作模式。
学习目的： • 为AT89S51系统的应用设计打下基础。 • 在原理和结构上，单片机把微机的许多概念、技术与特点 都继承下来，用学习微机的思路来学习单片机。
程序计数器PC是一个独立的16位计数器，不可访问。单片机 复位时，PC中的内容为0000H，从程序存储器0000H单元取指 令，开始执行程序。 PC工作过程是：CPU读指令时，PC中的内容作为所取指令的地
址，程序存储器按此地址输出指令字节，同时PC自动加1。
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2.4
AT89S51存储器的结构
１.程序存储器空间 片内和片外两部分。
P1口、P2口、P3口均为准双向口。
13
R IWNDR T1 0
14
★ 注意：准双向口与双向三态口的差别。 双向口通过方向寄存器设置后，要作输出可以直接向数
据寄存器写，做输入可以直接读；而51的结构造成其准双
向口，输出直接用就可以了，入必须先写全1然后再读。
• P1~P3准双向口仅有高、低电平两个状态；作通用I/O的 输入口使用时，一定要向该口先写入“1”。
第二章AT89S51单片机的硬件结构
电源及时钟引脚 时钟
时钟有两种方式， 一种是片内时钟振荡方式，需在这两 个脚外接石英晶体和振荡电容。 另一种是外接一个输入时钟信号，有 源晶振至XTAL1，令XTAL2悬空。 若使用石英晶体：则C=30pF±10pF； 若使用陶瓷谐振器：则C=40pF±10pF。
控制引脚 RST
2.3 CPU 运算器 PSW
⑦ 奇偶校验标志位P（Parity）： PSW.0奇偶校验标志位，用于指示运算结果中“1” 的个数的奇偶性。当累加器A中的数据“1”个数 为偶数时，P=0，若为奇数时，P=1。 在串行通信中，常用奇偶校验的方法来检测数据 串行传输的可靠性。
AT89S51方框图
2.1 AT89S51单片机的硬件组成
各功能部件简单说明： ROM 8031:无此部件；8051:4K字节ROM；8751:4K 字节EPROM ； 89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 字节闪存。 特殊功能寄存器（SFR）用于对片内各功能模块进行 管理、控制、监视。实际上是一些控制寄存器和状 态寄存器。共有26个，是一个具有特殊功能的RAM区。
④工作寄存器组选择位RS1和RS0
RS1 、RS0 工作寄存器组 R0~R7的物理地址
00
0
00H~07H
01
1
08H~0FH
10
2
10H~17H
11
3
18H~1FH
2.3 CPU 运算器 PSW
⑤ 溢出标志位OV（OVerflow）：溢出标志位 PSW.2用于指示带符号数运算的过程中是否发生溢 出。 如果结果产生溢出，则OV=1;否则OV=0 ⑥ PSW.1：保留位，无定义。给芯片制造商预留 的。
并行I/O口引脚P2口
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 。
11
（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
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（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2章89C51单片机引脚及其功能ppt课件
（2）8位累加器ACC（A）：它经常作为一个运算数经 暂存器2进入ALU的输入端，与另一个来自暂存器1的运 算数进行运算，运算结果又送回ACC。
（3）8位程序状态寄存器PSW：指示指令执行后的状态 信息供程序查询和判别用。
（4）8位寄存器B：在乘除运算时，用来存放一个操作数 也用来存放运算后的一部分结果；如不能做乘除运算时 ，作为通用寄存器
PROG:对片内带有4KB Flash ROM的
89C51单片机编程写入时，作为编程脉冲输
入端。
精品课件
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三、控制信号引脚：
RST、ALE、PSEN和EA PSEN（29脚）：
程序存储器允许信号输出端。当89C51由片 外程序存储器取指令时，每个机器周期两次 PSEN有效（即输出2个脉冲。）但在此期 间内每当访问外部数据存储器时，这两次有 效的PSEN信号将部出现。
P0驱动器
P2驱动器
RAM地址 寄存器
128B RAM
P0锁存器
P2锁存器 4KBROM
B寄存器 暂存器1 暂存器2
ACC SP
运算器
定指指
PSEN 时 令 令
ALE 控 译 寄
EA 制 码 存
RESET
器器
ALU 中断、串行口和定时器
PSW
P1锁存器
P3锁存器
程序地址 寄存器 缓冲器
PC增1 PC
精品课件
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二、时钟电路引脚：XTAL1和XTAL2
XTAL2（18脚）：片内它是振荡电路
反向放大器的输出端
XTAL1（19脚）：在片内它是振荡电 路反向放大器的输入端
精品课件
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单片机硬件结构
2.2.1 电源及时钟引脚 1．电源引脚 （1）VCC（40脚）：+5V电源。 （2）VSS（20脚）：数字地。
图2-2 AT89S51双列直插封装方式的引脚
10
2．时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电
路输入端。用片内振荡器时，该脚接外部石英晶体和微调电 容。外接时钟源时，该脚接外部时钟振荡器的信号。 （2）XTAL2（18脚）：片内振荡器反相放大器的输出端。当使 用片内振荡器，该脚连接外部石英晶体和微调电容。当使用 外部时钟源时，本脚悬空。 2.2.2 控制引脚 （1）RST (RESET，9脚) 复位信号输入，在引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电 平，可使单片机复位。正常工作，此脚应 ≤ 0.5V。
第2章 AT89S51单片机 硬件结构
1
内容概要 n AT89S51片内硬件基本结构、引脚功能、存储器结构、特
殊功能寄存器功能、4个并行I/O口的结构和特点， n 复位电路和时钟电路的设计,节电工作模式。
目的：为AT89S51系统的应用设计打下基础。 在原理和结构上，单片机把微机的许多概念、技术与特点都
RS1 RS0
所选的4组寄存器
00 01
0区（内部RAM地址00H～07H） 1区（内部RAM地址08H～0FH）
10 11
2区（内部RAM地址10H～17H） 3区（内部RAM地址18H～1FH）
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2.3.2 控制器 任务识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，
从而保证单片机各部分能自动协调地工作。 控制器包括：程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定
Special Function Register）的集中控制方式。 介绍图2-1中片内各功能部件。 （1）CPU（微处理器） 8位的CPU，与通用CPU基本相同，包括了运算器和控制器两
单片机第2章89S51的结构和原理
间接寻址 直接寻址
访问
访问
FFH
片内RAM及SFR
0000H
外部RAM （或I/O）
64K
FFFFH
RD
WR
片外RAM
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寄存器及其存储器映射如下图：
00H
工作
0组 1组 2组 3组
1FH
寄存器区
位寻址区
30H
通用 RAM区
SFR区
7FH
直接寻址访问
工 作 寄 存 器
00H
07H 17H
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内部时钟方式
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C1和C2的典型值通常选择为约30pF。电容大小会影响 振荡器的稳定性和起振速度。晶振频率范围通常是 1.2~12MHz。晶体频率越高，单片机速度就越快。速度快 对存储器的速度要求就高，对印制电路板的工艺要求也高， 即线间的寄生电容要小。晶体和电容应尽可能与单片机靠 近，以减少寄生电容，保证振荡器稳定、可靠地工作。
80C51
CYS XTAL2
C1
18
振荡器
C2
19
XTAL1
内部时钟方式
80C51
外部 时钟 信号
悬空
XTAL2 18
19 XTAL1
外部时钟方式
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内部时钟方式 AT89S51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放
大器，输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这 两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定 的自激振荡器。
PSEN(29脚)：程序存储允许输出信号端。在访问 片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外 存储器的选通信号。
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2．时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电
路输入端。用片内振荡器时，该脚接外部石英晶体和微调电 容。外接时钟源时，该脚接外部时钟振荡器的信号。 （2）XTAL2（18脚）：片内振荡器反相放大器的输出端。当使 用片内振荡器，该脚连接外部石英晶体和微调电容。当使用 外部时钟源时，本脚悬空。 2.2.2 控制引脚 （1）RST (RESET，9脚) 复位信号输入，在引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电 平，可使单片机复位。正常工作，此脚电平应 ≤ 0.5V。
节和页编程，现场程序调试和修改更加方便灵活； （2）数据指针增加到两个，方便了对片外RAM的访问过程； （3）增加了看门狗定时器，提高了系统的抗干扰能力；
9
（4）增加断电标志； （5）增加掉电状态下的中断恢复模式。 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。 CPU对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR，
目的：本章学习，为AT89S51系统的应用设计打下基础。 在原理和结构上，单片机把微机的许多概念、技术与特点都
继承下来。用学习微机的思路来学习单片机。
2.1 AT89S51单片机的硬件组成 片内硬件组成结构如图2-1所示。把作为控制应用所必需的基本
功能部件都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。 有如下功能部件和特性：
（1）8位微处理器（CPU）； （2）数据存储器（128B RAM）； （3）程序存储器（4KB Flash ROM）； （4）4个8位可编程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）
； （5）1个全双工的异步串行口； （6）2个可编程的16位定时器/计数器；
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图2-1 AT89S51单片机片内结构
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（6）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。
（7）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。
（8）P1口、P2口、P3口、P0口
4个8位并行I/O口。
（9）特殊功能寄存器（SFR）
Special Function Register）的集中控制方式。 下面介绍图2-1中片内各功能部件。 （1）CPU（微处理器） 8位的CPU，与通用CPU基本相同，同样包括了运算器和控制
器两大部分，还有面向控制的位处理功能。
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（2）数据存储器（RAM） 片内为128B（52子系列为256B），片外最多可扩64KB。片内
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P脚S E—N RESET）
、PARLOEG/ E A 、 /VPP、RST（
（3）I/O口引脚——P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口
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2.2.1 电源及时钟引脚 1．电源引脚 （1）VCC（40脚）：+5V电源。 （2）VSS（20脚）：数字地。
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。
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AT89S51完全兼容AT89C51，在充分保留原来软、硬件条 件下，完全可以用AT89S51直接代换。
2.2 AT89S51的引脚功能 先了解引脚，牢记各引脚的功能。
EA
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所示。
2.4.1 程序存储器空间
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2.4.2 数据存储器空间 2.4.3 特殊功能寄存器（SFR） 2.4.4 位地址空间 2.5 AT89S51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 2.5.5 P1～P3口驱动LED发光二极管
2.6 时钟电路与时序 2.6.1 时钟电路设计 2.6.2 机器周期、指令周期与指令时序
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（7）1个看门狗定时器； （8）中断系统具有5个中断源、5个中断向量； （9）特殊功能寄存器（SFR）26个； （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； （11）3个程序加密锁定位。 与AT89C51相比，AT89S51有更突出的优点： （1）增加在线可编程功能ISP（In System Program），字
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当看门狗定时器溢出输出时，该脚将输出长达96个时钟振荡 周期的高电平。
（2）E A /VPP (Enable Address/Voltage Pulse of
2.7 复位操作和复位电路 2.7.1 复位操作 2.7.2 复位电路设计
2.8 低功耗节电模式 2.8.1 空闲模式 2.8.2 掉电运行模式 2.8.3 掉电和空闲模式下的WDT
内容概要 AT89S51的片内硬件基本结构、引脚功能、存储器结构、
特殊功能寄存器功能、4个并行I/O口的结构和特点， 复位电路和时钟电路的设计,节电工作模式。
128B的RAM以高速RAM的形式集成，可加快单片机运行的速 度和降低功耗。 （3）程序存储器（Flash ROM） 片内集成有4KB的Flash存储器（AT89S52 则为8KB；AT89C55 片内20KB），如片内容量不够，片外可外扩至64KB。 （4）中断系统 具有6个中断源，2级中断优先权。 （5）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。
第2章 AT89S51单片机 硬件结构
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第2章 目录 2.1 AT89S51单片机的硬件组成 2.2 AT89S51的引脚功能
2.2.1 电源及时钟引脚 2.2.2 控制引脚 2.2.3 并行I/O口引脚 2.3 AT89S51的CPU 2.3.1 运算器 2.3.2 控制器 2.4 AT89S51存储器的结构