第2章 AT89系列单片机的硬件体系结构nPPT课件
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第2章 AT89S51单片机硬件结构PPT课件
图2-2 AT89S51双列直插封装方式的引脚
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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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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；
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（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；
第2章AT89S51单片机的硬件结构
2.2.3 并行I/O口引脚
（1）P0口：8位，漏极开路的双向I/O口 当外扩存储器及I/O接口芯片时，P0口作为低8位地址总线及数
据总线的分时复用端口。
P0口可用作通用的I/O口，需加上拉电阻，为准双向口。作为 通用I/O输入，应先向端口写入1。可驱动8个LS型TTL负载。
（2）P1口：8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。
可对64KB（=216B）寻址。
2.4 AT89S51存储器的结构
程序存储器和数据存储器分开（哈佛结构），并有各自的访问 指令。 存储器空间可分为4类： １.程序存储器空间
２.数据存储器空间
３.特殊功能寄存器SFR （Special Function Register） ４.位地址空间
2.4.1 程序存储器空间 存放程序和表格之类的固定常数。片内为4KB的 Flash ，地址 为0000H～0FFFH。16位地址线，可外扩的程序存储器空间最
（2）Ac（PSW.6）辅助进位标志位 在BCD码运算时，用作十进位调整。即当D3位向D4位产生进位或借 位时，Ac＝1；否则，Ac＝0。 （3）F0（PSW.5）用户设定标志位 由用户使用的一个状态标志位，可用指令来使它置 1或清0，控制程 序的流向。 （4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）4组工作寄存器区选择 选择片内RAM区中的4组工作寄存器区中的某一组为当前工作寄存区。
第2章 单片机的硬件结构
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。
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
单片机原理与应用及C51编程技术 教学课件 高玉芹 第2章 AT89系列单片机的硬件体系结构n
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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
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，
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
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2019/1/23
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。
2019/1/23
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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
2
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
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
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，
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
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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
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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
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
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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2章AT89C51单片机单片机的硬件结构
① PC的现行值保护 ② 将子程序入口地址或中断向量的地址送入PC。
程序计数器的计数宽度决定了程序存储器的地址范围。 AT89C51单片机中的PC位数为16位，故可对64KB（ = 216B） 的程序存储器进行寻址。
2.4 AT89C51单片机存储器的结构 哈佛结构 存储器空间可划分为4类： 1.程序存储器空间 片内程序存储器为4KB 的 Flash 存储器 2.片内数据存储器空间：128B 3.特殊功能寄存器 SFR-Special Function Register 4.位地址空间: 211个可寻址位。
1 0 2区（内部RAM地址10H～17H）
1 1 3区（内部RAM地址18H～1FH）
（5）OV（PSW.2）溢出标志位 指示运算是否溢出。注意各种算术运算指令对该位的影响
（6）PSW.1位: 保留位，未用 （7）P(PSW.0)奇偶标志位
P=1，A中“1”的个数为奇数 P=0，A中“1”的个数为偶数
止），必须外接上拉电阻才能有高电平输出（这时就不为双 向口）。
b. P0作输入口使用 区分“读引脚”和“读锁存器”。 “读引脚”信号把下方缓冲器打开，引脚上的状态经缓冲器
读入内部总线； “读锁存器”信号打开上面的缓冲器把锁存器Q端的状态读入
内部总线。 3．P0口的特点 P0口具有如下特点：P0口为双功能口——地址/数据复用口和
（P24）。 特殊功能寄存器SFR为83个可寻址位，见表2-6。
表2-5 内部RAM的可寻址位及位地址
表2-6 SFR中的位地址分布
可被位寻址的寄存器有11个，共有位地址88个，其中5个位未 用，其余83个位的位地址离散地分布于片内数据存储器区 字节地址为80H～FFH的范围内。
其最低的位地址等于其字节地址，并且其字节地址的末位都为 0H或8H。
程序计数器的计数宽度决定了程序存储器的地址范围。 AT89C51单片机中的PC位数为16位，故可对64KB（ = 216B） 的程序存储器进行寻址。
2.4 AT89C51单片机存储器的结构 哈佛结构 存储器空间可划分为4类： 1.程序存储器空间 片内程序存储器为4KB 的 Flash 存储器 2.片内数据存储器空间：128B 3.特殊功能寄存器 SFR-Special Function Register 4.位地址空间: 211个可寻址位。
1 0 2区（内部RAM地址10H～17H）
1 1 3区（内部RAM地址18H～1FH）
（5）OV（PSW.2）溢出标志位 指示运算是否溢出。注意各种算术运算指令对该位的影响
（6）PSW.1位: 保留位，未用 （7）P(PSW.0)奇偶标志位
P=1，A中“1”的个数为奇数 P=0，A中“1”的个数为偶数
止），必须外接上拉电阻才能有高电平输出（这时就不为双 向口）。
b. P0作输入口使用 区分“读引脚”和“读锁存器”。 “读引脚”信号把下方缓冲器打开，引脚上的状态经缓冲器
读入内部总线； “读锁存器”信号打开上面的缓冲器把锁存器Q端的状态读入
内部总线。 3．P0口的特点 P0口具有如下特点：P0口为双功能口——地址/数据复用口和
（P24）。 特殊功能寄存器SFR为83个可寻址位，见表2-6。
表2-5 内部RAM的可寻址位及位地址
表2-6 SFR中的位地址分布
可被位寻址的寄存器有11个，共有位地址88个，其中5个位未 用，其余83个位的位地址离散地分布于片内数据存储器区 字节地址为80H～FFH的范围内。
其最低的位地址等于其字节地址，并且其字节地址的末位都为 0H或8H。
第2章 AT89S51单片机的片内硬件结构(共112张PPT)
ALE的第一功能为CPU访问外部程序存储器或外部数据 存储器提供低8位地址锁存信号，将单片机P0口发出的
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。
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〔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。
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。
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〔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。
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
上一页ppt课件 下一页
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
上一页ppt课件 下一页
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
上一页ppt课件 下一页
结束
3
单片机原理及应用
AT89C51单片机结构和原理PPT课件
定的操作数，指示指令运行的状态等。
第12页/共76页
• 2.1.2 存储器
•
AT89C51 单 片 机 内 部 有 256 个 字 节 的 RAM 数 据 存 储 器 和 4 KB 的 闪
存程序存储器(Flash)，当不够使用时，可分别扩展为64 KB外部RAM存储
器和64 KB外部程序存储器。它们的逻辑空间是分开的，并有各自的寻址机
TH0、TL0、TH1、TL1都是SFR中的特殊功能寄存器(见表2-4)。
第16页/共76页
•
T0 和 T1 在 定 时 器 控 制 寄 存 器 TCON 和 定 时 器 方 式 选 择 寄 存 器
TMOD的控制下(TCON、TMOD为特殊功能寄存器)，可工作在定时器模式
或计数器模式下，每种模式下又有不同的工作方式。当定时或计数溢出时还
增强系统灵活性。
•
AT 8 9 C 5 1 单 片 机 内 部 总 线 是 单 总 线 结 构 ， 即 数 据 总 线 和 地 址 总 线
是公用的。
第19页/共76页
2.2 AT89C51单片机引脚及其功能
•
AT89C51 有 40 条 引 脚 ， 与 其 他 51 系 列 单 片 机 引 脚 是 兼 容 的 。 这 40 条 引 脚 可 分 为 I/O 端 口 线 、 电 源
第23页/共76页
VCC T1
T2
P0.X
•
2. P1口
•
P1口有八条端口线，命名为P1.0～P1.7，每条线的结构组成如图2-
4所示。P1口是一个准双向口，只作普通的I/O口使用，其功能与P0口的第
一功能相同。作输出口使用时，由于其内部有上拉电阻，所以不需外接上拉
第2章 AT89S51单片机的硬件结构[PPT课件]
![第2章 AT89S51单片机的硬件结构[PPT课件]](https://img.taocdn.com/s3/m/a9c9843bc5da50e2524d7fc0.png)
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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。
19
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2章 AT89S52单片机的片内硬件结构PPT课件
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
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。
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）。
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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
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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2章89C51单片机硬件结构与原理 PPT
2、64K得片外数据存储器地址空间。访问片外RAM 指令用MOVX。
3、256字节得片内数据存储器地址空间。访问 片内RAM指令用MOV。
一、用途: 二、编址: 三、寻址方式:
§2、3、2 程序存储器地址空间
一、用途: 用于存放编好得程序与表格常数。程序存储
器通过16位程序计数器寻址。 二、编址:
89C51单片机编程写入时,作为编程脉冲输 入端。
三、控制信号引脚:
RST、ALE、PSEN与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,这两次有效得 PSEN信号将部出现。
1、 在空闲方式中,CPU停止工作,而RAM、定时器 /计数器、串行口与中断系统都继续工作。 此时得电流可降到大约为正常工作方式得15%。 2、在掉电方式中,片内振荡器停止工作,由于时钟 被“冻结”,使一切功能都暂停,故只保存片内 RAM中得内容,直到下一次硬件复位为止。 这种方式下得电流可降到15 μA以下,最小可降到0、 6μA。
XTAL2(18脚):片内它就是振荡电路反
向放大器得输出端
XTAL1(19脚):在片内它就是振荡电路 反向放大器得输入端
三、控制信号引脚:
RST、ALE、PSEN与EA
RST/VPD(9脚):
RST:复位信号输入端,高电平有效。当 此输入端保持两个机器周期得高电平 时,就可以完成复位操作。
三、控制信号引脚:
表2-2 保留得存储单元
三、寻址方式:
用做输入口时,需对端口写1,通过内 部上拉电阻把端口拉到高电位。
在对Flash ROM编程与校验时,接收 低8位地址
3、256字节得片内数据存储器地址空间。访问 片内RAM指令用MOV。
一、用途: 二、编址: 三、寻址方式:
§2、3、2 程序存储器地址空间
一、用途: 用于存放编好得程序与表格常数。程序存储
器通过16位程序计数器寻址。 二、编址:
89C51单片机编程写入时,作为编程脉冲输 入端。
三、控制信号引脚:
RST、ALE、PSEN与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,这两次有效得 PSEN信号将部出现。
1、 在空闲方式中,CPU停止工作,而RAM、定时器 /计数器、串行口与中断系统都继续工作。 此时得电流可降到大约为正常工作方式得15%。 2、在掉电方式中,片内振荡器停止工作,由于时钟 被“冻结”,使一切功能都暂停,故只保存片内 RAM中得内容,直到下一次硬件复位为止。 这种方式下得电流可降到15 μA以下,最小可降到0、 6μA。
XTAL2(18脚):片内它就是振荡电路反
向放大器得输出端
XTAL1(19脚):在片内它就是振荡电路 反向放大器得输入端
三、控制信号引脚:
RST、ALE、PSEN与EA
RST/VPD(9脚):
RST:复位信号输入端,高电平有效。当 此输入端保持两个机器周期得高电平 时,就可以完成复位操作。
三、控制信号引脚:
表2-2 保留得存储单元
三、寻址方式:
用做输入口时,需对端口写1,通过内 部上拉电阻把端口拉到高电位。
在对Flash ROM编程与校验时,接收 低8位地址
第2章 AT89S51单片机-硬件结构
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ALU还有位操作功能，对位变量进行位处理，如置“1”、清 “0”、求补、测试转移及逻辑“与”、“或”等。
2．累加器A 累加器A是CPU中使用频繁的一个8位寄存器，在使用汇编语言
编程时，有些场合必须写为Acc。 作用如下： （1）ALU单元的输入数据源之一，又是ALU运算结果存放单元 （2）数据传送大多都通过累加器A，相当于数据的中转站。
气实现，且速度快。可通用编程器编程，也可在线编程。 当片内4KB的Flash存储器不够用时，可在片外扩展程序存
储器，最多可扩展至64KB程序存储器。。 ２.数据存储器空间
片内、片外两部分。 片内有128 B RAM（52子系列为256B）。 片内RAM不够用时，在片外可扩展至64KB RAM 。
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图2-1 AT89S51单片机片内结构
（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； （7）1个看门狗定时器； （8）中断系统有5个中断源，对应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；
准双向I/O口则无高阻“悬浮”态。 另外，准双向口作通用I/O输入使用时，需先向该口先写入 “1”。
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2.3 AT89S51的CPU 由图2-1，由运算器和控制器构成。 2.3.1 运算器 对操作数进行算术、逻辑和位操作运算。主要包括算术逻辑 运算单元ALU、累加器A、位处理器、程序状态字寄存器PSW及 两个暂存器等。 1．算术逻辑运算单元ALU 可对8位变量逻辑运算（与、或、异或、循环、求补和清零 ），还可算术运算（加、减、乘、除）
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与AT89C51比，AT89S51更突出的优点： （1）增加在线可编程功能ISP（In System Program），现
ALU还有位操作功能，对位变量进行位处理，如置“1”、清 “0”、求补、测试转移及逻辑“与”、“或”等。
2．累加器A 累加器A是CPU中使用频繁的一个8位寄存器，在使用汇编语言
编程时，有些场合必须写为Acc。 作用如下： （1）ALU单元的输入数据源之一，又是ALU运算结果存放单元 （2）数据传送大多都通过累加器A，相当于数据的中转站。
气实现，且速度快。可通用编程器编程，也可在线编程。 当片内4KB的Flash存储器不够用时，可在片外扩展程序存
储器，最多可扩展至64KB程序存储器。。 ２.数据存储器空间
片内、片外两部分。 片内有128 B RAM（52子系列为256B）。 片内RAM不够用时，在片外可扩展至64KB RAM 。
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图2-1 AT89S51单片机片内结构
（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； （7）1个看门狗定时器； （8）中断系统有5个中断源，对应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；
准双向I/O口则无高阻“悬浮”态。 另外，准双向口作通用I/O输入使用时，需先向该口先写入 “1”。
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2.3 AT89S51的CPU 由图2-1，由运算器和控制器构成。 2.3.1 运算器 对操作数进行算术、逻辑和位操作运算。主要包括算术逻辑 运算单元ALU、累加器A、位处理器、程序状态字寄存器PSW及 两个暂存器等。 1．算术逻辑运算单元ALU 可对8位变量逻辑运算（与、或、异或、循环、求补和清零 ），还可算术运算（加、减、乘、除）
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与AT89C51比，AT89S51更突出的优点： （1）增加在线可编程功能ISP（In System Program），现
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• 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，
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
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.
单片机原理与应用电子课件
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) 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
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。
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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。
“89SXXXX”中，S表示含有串行下载Flash内存。
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“XXXX”，表示器件型号数如51、52、53、1051、8252等
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
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。
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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
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
图2-1是AT89系列单片机的基本结构框图。
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图2-1 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。
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图2-2 AT89S系列单片1机1 的内部结构框图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 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；
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2.1.2 AT89系列单片机的主要性能
• 与MCS-51单片机产品兼容 • 4K/8K等可程序设计Flash内存 • 1000次擦写周期 • 全静态操作：0Hz～33MHz(89S系列)或00Hz～
24MHz(89C系列) • 三级加密程序内存 • 32个可程序设计I/O口线 • 两个/三个16位定时器/计数器 • 6/8个中断源 • 全双工UART串行通道 • 低功耗空闲和掉电模式 • 看门狗定时器及双数据指针(89S系列) 2•020灵/11/活29 的在系统程序设计（ISP）5(89S系列)
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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。