89C51单片机的工作方式与工作原理
89C51单片机硬件结构和原理
目 录第一章 微机基础知识 第 章 89C51单片机的结构和原理 单片机的结构和原理 第 章 89C51指 系统 指 第四章 汇编语言程序 计知识 第五章 中断系统 第六章 定时器及应用 第七章 89C51串行口及通信技术 串行口及通信技术 第八章 单片机小系统片外扩展 附录A 89C51指 系统表 附录 指 参考资料第2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8章 MCS-51单片机的结构和原理 单片机的结构和原理MCS-51单片机的结构 单片机的结构 MCS-51单片机引脚及 单片机引脚及 89C51 储器配置 能CPU时时序 时时序 复 及复 电路 89C51单片机的 单片机的 输出/输入端口结构 输出 输入端口结构 思考题 题 耗工 方式MCS-5令单片机的结构 该.令 MCS-5令单片机的结构该.令.令 MCS-5令单片机概述 MCS-5令单片机 单片机概 MCS-5令单片机内部结构 该.令.该 MCS-5令单片机内部结构MCS-5令单片机概述 该.令.令 MCS-5令单片机概述一组成MCS-51系列单片机简介 系列单片机简 系列单片机89C51单片机结构框图 如图 所示 单片机结构框图 如图2-1所示外部时钟源 外部 件计数振荡器和时序 OSC程序 储器 4KBROM数据 储器 256B RAM/SFR2×16 × 定时器/计数器 定时器 计数器89C51 CPU 64KB 总线 扩展控制器可编程I/O 可编程可编程全双工 串行口内中断 外中断 控制 并行口 串行通信2.1.180C51系列简介 80C51系列简介MCS-51系列 一 MCS-51系列 是Intel公司生产的一个单片 1 MCS-51是Intel公司生产的一个单片 机系列名称 属于这一系列的单片机有多 种，如 ﹡8051/8751/8031 ﹡8052/8752/8032 ﹡80C51/87C51/80C31 ﹡80C52/87C52/80C32等 等2系列生产工艺有两种一是HMOS工艺 高密度短沟道 工艺 高密度短沟道MOS工 一是 工 是CHMOS工艺 互补金属氧化物 艺 是 工艺 的HMOS工艺 工艺 CHMOS是 CMOS和 HMOS的结合 既保 是 和 的结合 持了HMOS高速度和高密度的特点 持了 高速度和高密度的特点 有 CMOS的 的 耗的特点 在产品型号中凡带有母 “ C” 的 即CHMOS 芯 片TTL电平兼容 电平兼容 又CHMOS芯片的电平既 芯片的电平既 CMOS电平兼容 电平兼容3 在 能 和增 型两大类系列单片机有基本型基本型 8051/8751/8031 80C51/87C51/80C31 增 型 8052/8752/8032 80C52/87C52/80C324 在片内程序 储器的配置 系列单片机有 种形式 即掩膜 ROM EPROM 和 ROMLess( 无 片 内 储器) 程序 储器 如 节的掩膜ROM ﹡80C51有4K 节的掩膜 有 节的EPROM 有 ﹡87C51有4K 节的 ﹡80C31在芯片内无程序 储器 在芯片内无程序80C5令型产品资源配置单片机的要能·8 CPU ·4kbytes 程序 储器 储器(ROM) (52 8K) ·256bytes的数据 储器 的数据 储器(RAM) 52有384bytes的RAM 有 的 ·32条I/O口线 条 口线 ·111条指 条指 大部分 单 节指 ·21个专用寄 器 个专用寄定时/计数器 ● 2个可编程定时 计数器 个可编程定时● 5个中断源 个中断源2个优先级 个优先级52有6个 有 个 ●一个全双工串行通信口 ●外部数据 储器寻址空间 ●外部程序 储器寻址空间 ●逻辑操 寻址 能 双列直插40PinDIP封装 ●双列直插 封装 单一+5V电源供电 ●单一 电源供电64kB 64kB●5个中断源的中断控制系统 个中断源的中断控制系统 个全双工UART 通用异步接收发 个全双工 ●1个全双工 的串行I/O口 送器 的串行 口 用于实现单片 机之间或单片机 微机之间的串行 通信 ●片内振荡器和时钟产生电路 石英 晶体和微调电容需要外接◆ CPU 由运算和控制逻辑组成 时 包括 中断系统和部分外部特殊 能寄 器 ◆ RAM 用 放可 读写的数据 如运算的 中间结果 最终结果 及欲显示的数据 ◆ ROM 用 放程序 一些原始数据和表格 并行I/O口 ◆ I/O口 四个 口 四个8 并行 口 既可用 输入 可用 输出 两个定时/记数器 ◆ T/C 两个定时 记数器 既可 工 在定时模 式 可 工 在记数模式2.1.2 MCS-51单片机内部结构 单片机内部结构一 结构图 结构组成一 结构图●由 中央处理单元 CPU 储器 ROM及RAM 和I/O接口组成 接口组成 及 接口 ● MCS-51单片机内部结构如 图2-2 MCS-51单片机内部结构如 所示89C5令单片机内部 89C5令单片机内部 结构图RAM地 地 址寄 器 128B RAMP0.0-P0.7 P0驱 器 驱P2.0-P2.7P2驱 器 驱P0锁 器 锁P2锁 器 锁4KB Flash ROM程序地址 寄 器 B寄 器 寄 器1 暂 器 器2 暂 器 ACC SP 缓冲器 ALU 中断 串行口和定时器 PSEN ALE EA RST 定 时 控 制 指 译 码 器 OSC XTAL1 XTAL2 指 PSW 寄 器 P1锁 器 锁 P1驱 器 驱 P1.0-P1.7 P3锁 器 锁 P3驱 器 驱 P3.0-P3.7 PC DPTR PC增1 增结构组成一 中央处理单元 储器 I/O接口 接口 CPU一● 1 ● 2中央处理单元 CPU运算器 控制器11 2 3 4 5 6运算器8 的 的ALU 8 累 器 器ACC A 8 程序状态寄 器 器PSW 8 寄 器 器B 布尔处理器 2个8 暂 器 个1 运算器令 8 的 的AL栈AL栈AL栈●可对可对44 8 令6令6 数据进行操 数据进行操 数据进行操1 运算器2 8 累 器ACC A它 常 一个运算数 暂 器该它 常 一个运算数 暂 器该进入进入AL栈AL栈的输入端的输入端 另一个来自暂 器 另一个来自暂 器令令的运算数进行运算数进行运算 运算结果又送回运算结果又送回ACC ACC ACC1 运算器3 8 程序状态寄 器PSW指示指 执行 的状态信息供程序查询和判别用和判别用1 运算器4 8 寄 器B在乘除运算时在乘除运算时 用来 放一个操 数 用来 放运算 的一部分结果数 用来 放运算 的一部分结果 如 能做乘除运算时如 能做乘除运算时 通用寄 器1 运算器布尔处理器5 布尔处理器中PS上中专门用于处理 操 的 PS上专门用于处理 操 的的C 累 器累 器1 运算器暂 器6 2个8 暂 器的两个入口处 AL栈的两个入口处AL栈的两个入口处1 程序计数器PC 16 ●由两个由两个88 计数器 计数器PC寻PC寻PC寻 PCL PCL组成组成组成 ●PC PC是程序的 节地址计数器是程序的 节地址计数器是程序的 节地址计数器，，PC PC内容 将要执行的指 地址内容 将要执行的指 地址内容 将要执行的指 地址 ●改变改变PC PC PC内容内容内容，，改变执行的流向改变执行的流向 ●PC PC可可对64KB 64KB的的ROM ROM直接 址直接 址，也可对可对89C5令89C5令89C5令片内片内片内RAM RAM RAM 址 址2 指 寄 器IR 及指 译码器ID ●由PC PC中的内容指定中的内容指定中的内容指定ROM ROM ROM地址地址，取出来的指 指 寄 器 指 寄 器导R 导R 导R送至送至送至导D 导D ，由导D 对指 译码产生一定序列的控制信号， 执行指 所规定的操作 执行指 所规定的操作3 振荡器和定时电路●89C51单片机片内有振荡电路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 右 右 ， ， ，其频率范围 其频率范围1.2MHz~24MHz 该信号作 89C51 作的基本节拍即时间的最小单 时间的最小单储器储器程序 储器 ROM 1 程序 储器数据 储器 RAM 2 数据 储器1 程序 储器程序 储器 ROM开始◆地址从0000H开始◆用于 放程序和表格常数用于 放程序和表格常数2 数据 储器数据 储器 RAM ◆片外64kB 0000H ～FFFFH 片内片内256 节 0000H ～00FFH◆ 中00H ～7FH 用于 放运算的中间结果用于 放运算的中间结果 数据暂 及数据缓冲等数据暂 及数据缓冲等 ◆ 128B 的RAM 中有32个 节单元可指定 工 寄 器个 节单元可指定 工 寄 器 ◆片内 有21个特殊 能寄 器个特殊 能寄 器 SFR 它它们 128 节RAM 统一编址统一编址 地址 80H ～FFH 面 细介绍 面 细介绍I/O 接口◆89C5令89C5令有四个有四个有四个88 并行 并行导/O 导/O 导/O接口接口接口P0P0～P左P左 ◆它们都是它们都是((准) 向端口 向端口，， 个端口各有8各有8条导/O 导/O线线◆P0P0--P左P左口四个锁 器同口四个锁 器同口四个锁 器同RAM RAM RAM统一编址统一编址统一编址，，可作 可作 SFR SFR SFR来 址来 址来 址2.2MCS-51单片机引脚及 能2.2.1 MCS-51单片机引脚2.2.2 MCS-51单片机引脚 能2.2.189C51单片机引脚所示89C5令单片机引脚如•89C5令单片机引脚如图该-详所示单片机引脚图89C5189C51单片机引脚图2.2.2 89C51单片机引脚 能电源引脚 Vcc和Vss•一 电源引脚时钟电路引脚 XTAL1和XTAL2• 时钟电路引脚• 控制信号引脚RST ALE PSEN和EA •四 I/O端口P0 P1 P2和P3一 电源引脚Vcc和Vss电源引脚•令．三cc(40脚) 电源端， +5三 •工．三ss(工0脚) 接地端 图该-详时钟电路引脚时钟电路引脚 XTAL1和XTAL2•XTAL2 18脚 接外部晶体和微调电容的一端容的一端 在89C51 片内它是振荡电路 向放大器的输出端 向放大器的输出端，，振荡电路的频率就是晶体固有频率就是晶体固有频率 若需采用外部时钟电路时电路时，，该引脚悬空该引脚悬空 89C51/8031 常 作时 作时，，该引脚应有脉冲信号输出该引脚应有脉冲信号输出•XTAL1 令9令9脚脚 接外部晶体和微调电容的另一端 时钟电路引脚时钟电路引脚 XTAL1和XTAL2容的另一端 在片内它是振荡电路 向放大器的输入端放大器的输入端，，在采用外部时钟时在采用外部时钟时，，该引脚输入外部时钟脉冲该引脚输入外部时钟脉冲控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EA•RS标/三PD 9脚RST RST 复 信号输入端复 信号输入端，，高电平有效高电平有效 当 输入端保持两个机器周期的高电平时，就可 完成复 操作就可 完成复 操作•RS标/三PD 9脚三 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EAPD RST RST引脚的第二功能引脚的第二功能引脚的第二功能，，备用电源输入端入端 当 电源当 电源三cc 三cc 三cc 发生故障发生故障发生故障，，降 到 电平规定值时到 电平规定值时，，将+5三+5三电源自动接电源自动接入该引脚入该引脚，， RAM RAM提供备用电源提供备用电源提供备用电源，， 保证RAM RAM中的信息不丢失中的信息不丢失中的信息不丢失，，使得复 后能继续 常运行继续 常运行•ALE/PROG ALE/PROG 详0详0脚脚ALE 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EAALE 地址锁 允许信号端地址锁 允许信号端 常 作时，该引脚 振荡频率的该引脚 振荡频率的令/6令/6令/6固定输出固定输出 脉冲 脉冲 CPU CPU访问片外 储器时访问片外 储器时访问片外 储器时，，该引脚输出信号作 锁 脚输出信号作 锁 88 地址的控制信号信号 它的负载能力 它的负载能力 88个LS LS型型TTL TTL负负载•ALE/PROG ALE/PROG 详0详0脚脚PROG 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EAPROG 是对片内带有是对片内带有4KB EPROM 4KB EPROM 4KB EPROM的的875令编程写入时的编程脉冲输入端编程写入时的编程脉冲输入端•PSEN 29脚控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EA▲程序 储器允许信号输出端程序 储器允许信号输出端▲在访问片外ROM 时，定时输出负脉冲作 读片外作 读片外ROM ROM ROM的选通信号的选通信号的选通信号，，接片外ROM 的OE 端▲它的负载能力 它的负载能力 88个LS 型标标L 负载负载•EA/V pp 31脚EA 外部程序 储器地址允许输入端外部程序 储器地址允许输入端 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EA当该引脚接高电平时当该引脚接高电平时，，CPU 访问片内EPROM/ROM 并执行片内程序 储器中的指 ，但当PC 值超过0FFFH 片内ROM 4KB 时，将自动转向执行片外ROM 中的程序中的程序 当该引脚接 电平时当该引脚接 电平时，，CPU 只访问片外EPROM/ROM 并执行外部程序 储器中的程序•EA/V pp 31脚 三 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EA pp 对875令875令片内片内EPROM 固化编程时固化编程时，，编程电压输入端编程电压输入端 令工令工--工令三工令三四 I/O I/O端口端口端口P0P0P0 P令P令 P该P该和和P详•令 准双向•该 P0P0口口•详 P 令口•4 P 该口•5 P 详口1 准双向当导/O 导/O口作 输入时口作 输入时口作 输入时，，应先向 口锁 器写入全令锁 器写入全令， 时该口引脚浮空浮空，，可作高阻抗输入可作高阻抗输入。
第2章 89C51单片机硬件结构和原理 (单片机原理课件)
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单片机原理及接口技术
1、准双向 当I/O口作为输入时，应先向此口锁存器写入 全1， 此时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。
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2、P0口：
P0口可作为一个8位数据准双向输入/输出口；
在CPU访问片外存储器时，P0口为分时复用的
低8位地址总线和8位数据总线。
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3、片内4KB程序存储器Flash ROM（4KB）: 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。
4、四个8位并行I/O（输入/输出）接口 P0~P3: 每个口可以用作输入，也可以用作输出。
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5、两个或三个定时/计数器: 每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部 事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据 计数或定时的结果 实现计算机控制。 6、一个全双工UART的串行I/O口: 可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。 7、片内振荡器和时钟产生电路: 但需外接晶振和电容。 8、五个中断源的中断控制系统。 9、具有节电工作方式：
（3）8位程序状态寄存器PSW： （4）8位寄存器B：
（5）布尔处理器： （6）2个8位暂存器：
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1）运算器 （1）8位的ALU： 可对4位、8位、16位数据进行操作。
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（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。
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(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 89C51单片机硬件结构和原理
2．累加器A 使用最频繁的寄存器，可写为Acc。“A”与“Acc” 书写上 的差别，将在第3章介绍。
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。为 解决“瓶颈堵塞”问题，AT89S51增加了一部分可以不经过 累加器的传送指令。
18
PSW中各个位的功能： （1）Cy（PSW.7）进位标志位
可写为C。在算术和逻辑运算时，若有进位/借位，Cy＝1；
否则，Cy＝0。在位处理器中，它是位累加器。 （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。用户应充分利用。
端（12-21V）。
4、I/O端口P0、P1、P2和P3 准双向的含义：
当I/O口作为输入时，应先向此口锁存器写入全1， 此 时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。
1）P0口：用作通用的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。 2）P1口：用作通用的I/O口 3）P2口：用作通用的I/O口；当外扩存储器及I/O接口芯片时，P2口作为高8位地址 总线 4）P3口：用作通用的I/O口；每个引脚有第二功能
图2－6 高128字节RAM(SFR区)
1、堆栈指针SP
堆栈指针SP（8位），可指向片内RAM00H～7FH的任何单元。系统 复位后，SP指向07H的RAM单元，所以入栈的第一个数据位于08H单元。
堆栈：在片内RAM区专门开辟的一个区域，数据的存取是按“后进先
AT89C51单片机的基本结构和工作原理
A T89C51单片机的主要工作特性：·内含4KB的FLASH存储器，擦写次数1000次；·内含28字节的RAM；·具有32根可编程I/O线；·具有2个16位可编程定时器；·具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构；·具有1个全双工的可编程串行通信接口；·具有一个数据指针DPTR;·两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式；·具有可编程的3级程序锁定定位；AT89C51的工作电源电压为5（1±0.2）V且典型值为5V,最高工作频率为24MHz.AT89C51各部分的组成及功能：1.单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和操作控制，主要包括运算器和（1）运算器运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。
其中包括算术和逻辑运算单元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器等。
ALU是运算电路的核心，实质上是一个全加器，完成基本的算术和逻辑运算。
算术运算包括加、减、乘、除、增量、减量、BCD码运算；逻辑运算包括“与”、“或”、“异或”、左移位、右移位和半字节交换，以及位操作中的位置位、位复位等。
暂存器1和暂存器2是ALU的两个输入，用于暂存参与运算的数据。
ALU的输出也是两个：一个是累加器，数据经运算后，其结果又通过内部总线返回到累加器；另一个是程序状态字PSW，用于存储运算和操作结果的状态。
累加器是CPU使用最频繁的一个寄存器。
ACC既是ALU处理数据的来源，又是ALU运算结果的存放单元。
单片机与片外RAM或I/O扩展口进行数据交换必须通过ACC来进行。
B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一，另一个输入来自ACC。
运算结果存于AB寄存器中。
（2）控制器控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件，主要包括程序计数器PC、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等，其功能是控制指令的读入、译码和执行，并对指令执行过程进行定时和逻辑控制。
89C51单片机硬件结构与基本原理
1. 89C51单片机结构框图
Flash ROM
bus
89C51
89C5189C51单片机硬件结构和 基本的原理
8位CPU
256字节RAM
4KB Flash ROM
4个8位I/O口
2个定时/计数器
5个中断源
1个全双工串行口
片内振荡器和时钟 产生电路（最高允 许振荡频率为 24MHz）
EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地) 2、振荡电路：XTAL1、XTAL2 3、复位引脚：RST 4、并行口：P0、P1、P2、P3 5、EA：访问程序存储控制信号 6、PSEN：外部ROM读选通信号 7、ALE：地址锁存控制信号
振荡器及时钟电路：提供片内时钟
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
2.2 89C51单片机的引脚及功能
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
MCS-51单片机信号引脚简介
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
RST RXD/ P3.0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4
片内RAM：
① 低128B片内RAM ② 高128B片内RAM
0000-007FH 0080-00FFH
SFR：特殊功能寄存器区
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
PSW位地址
数据存储器
FFFFH
CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P
1 1 第3区 1 0 第2区 0 1 第1区 0 0 第0区 RS1 RS0 寄存器区
STC89C51单片机硬件结构资料
0023H —— 串口中断入口
( 002BH —— T2溢出中断入口 )
三、内部数据存储器
物理上分为两大区域：00H ~ 7FH即128B内RAM区
7FH
80H ~ FFH即SFR区。
用户RAM区
数据缓冲区、堆栈区、工作 单元
2FH / 30H
位寻址区 （位地址00H ~ 7FH ）
1FH / 20H
PC增1 PC DPTR P1锁存器 P1驱动器 P1.0-P1.7 P3锁存器 P3驱动器 P3.0-P3.7
1、中央处理单元（89C51 CPU） CPU是单片机的核心，是计算机的控制和指挥中心，由运算 器和控制器等部件组成。如图2-2。 运算器 ALU—8位算术和逻辑运算 对4位(半字节)、8位(字节)、16位(双字节)操作 算术运算 -- 加、减、乘、除、加1、减1、BCD数十进制 调整、比较 逻辑运算 -- 与、或、非、异或、求补、移位 TMP1，TMP2 – 8位暂存器 ACC – 8位累加器 累加器ACC经常作为一个操作数经TMP2进入ALU，与 来自TMP1的另一个操作数进行运算，结果存入ACC中 作为89C51内部数据传送的中间寄存器 大部分指令中用注记符A表示，进出堆栈指令时用注记 符ACC表示
一、89C51单片机的基本组成 图2-1所示位89C51带闪存(Flash ROM)单片机的基本结构 框图。
外部时钟 外部事件计数
振荡器和 时序OSC
程序存储器 4KB FlashROM
数据存储器 256B RAM/SFR
2×16位 定 时器/计数器
80C51 CPU
64KB总线 扩展控制器 可编程I/O 可编程全 双工串行口
MCS-51单片机内共有22个特殊功能寄存器，包括PC及SFR。 PC为程序计数器。它是一个双字节寄存器,寻址范围为: 0000H ～ FFFFH，即0 ～ 64KB。
第2章 89C51单片机的结构及原理PPT课件
2. 数据存储器
FF
80
SFR RAM
30
位寻址区
20
工作 寄存器 0-3组
FFFF RAM
外部 RAM
00
0000
12
表 2.2 寄存器与RAM 地址对照表
13
表 2.3 RAM中的位寻址区地址表
14
内部数据存储器高128单元
（特殊功能寄存器区）
程序计数器PC 累加器A 寄存器B 状态字寄存器PSW
4
2.3 89C51系列单片机的引脚功能
2.3.1 89C51系列单片机引脚功能 2.3.2 三总线结构
5
图2-3（a）89C51系列单片机的引脚 6
表2.1 P3口的第二功能表
7
2.3.2 三总线结构
图2-3（b）89C51系列单片机功能引脚分类
(总线结构图）
8
2.4 89C51系列单片机的主要组成部分
外部 ROM EA=0
0000
FF
SFR 80 RAM
30 位寻址区
20
工作 寄存器 0-3组
00
FFFF RAM
外部 RAM
0000
10
1. 程序存储器
在程序存储器中有6个单元具有特殊功能： 0000H～0002H：是所有执行程序的入口
地址，89C51复位后，CPU总是从0000H单 元开始执行程序。 0003H：外部中断0入口。 000BH：定时器0溢出中断入口。 0013H：外部中断1入口。 001BH：定时器1溢出中断入口。 0023H：串行口中断入口。
0
1
3组
18H~1FH
R0~R7
堆栈指针SP：按照先进后出、后进先出 的原则存取RAM区域。
《单片机原理及应用》第二章 89C51单片机的结构和原理2012
• 片内容量为4KB，地址范围为0000H～0FFFH。 • 片外最多可扩至64KB ROM/EPROM，地址范围为 1000H～FFFFH。 • 片内外统一编址。 • ROM的寻址方式： • 1）当 EA=“1”时：
– 在0000～0FFFH范围内执行片内ROM中的程序，当指令地址超 过0FFFH 后就自动转向片外ROM中取指令。
• 四个8位并行I/O（输入/输出）接口P0~P3 • 两个定时/计数器
– 每个定时/计数器都可以设置成计数或定时方式
• 一个全双工UART的串行I/O口
– 可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信
• 五个中断源的中断控制系统
MCS-51系列单片机的性能
表中型号带“C”表示所用的是CMOS工艺，具有功耗低的优点。
什么是入口地址？
0023H
2 数据存储器 • 一般将随机存储器（RAM）用做数据存储器。可寻址空 间为64KB。MCS-51数据存储器可分为片内和片外两部 分。片内、片外独立编址。 片外RAM： 最大范围：0000H～FFFFH， 64KB；用指令MOVX访问。 片内RAM： 最大范围：00H～FFH，256B； 用指令MOV访问。 又分为两部分：低128B（00～ 7FH）为真正的RAM区，高128B （80～FFH）为特殊功能寄存器 （SFR）区。如右图所示。
第二章 89C51单片机的结构和原理
• • • • • 2.1 89C51单片机的结构 2.2 89C51的引脚及其功能 2.3 CPU时序 2.4 复位操作 2.5 89C51单片机的低功耗工作方式
2.1 89C51单片机的结构
89C51单片机内部结构示意图如下所示： 外部时钟源 外部事件计数输入
振荡器和时序 OSC
89C51单片机的硬件结构和原理
存放运算的中间结果、 数据暂存，堆栈
3.I/O接口
4个8位的并行口P0 P1P2 P3
§2-2 89C51单片机引脚及其功能
1.电源引脚 Vcc +5V
Vss 接地
2.时钟电路引脚 XTAL1（19PIN）和XTAL2（18PIN）
片内振荡器接法：XTAL1
XTAL2
1.2MHz-12MHz
外接时钟源接法：XTAL2浮空，XTAL1输入外部时钟脉冲
（2）外接时钟源 （较少采用）
2.指令周期、机器周期与状态周期 指令周期：执行一条指令所需的时间 机器周期：执行一个基本操作所需的时间 状态周期：一个状态周期由2个振荡周期组成 振荡周期：晶振的振荡周期，最小的时序单位
关系：一个指令周期由若干个机器周期组成, (1～4个） 一个机器周期由6个状态周期（ 12个振荡周期）组成
假如外接晶振12MHZ:则振荡周期=1/fosc=1/12=0.083us 机器周期=12/fosc=12/12=1us 指令周期=(1~4)机器周期
3.各种周期的相互关系
§2-5 复位操作
1. 复位操作： 系统处于正常工作状态时，振荡器稳定后，RST引脚上有一 个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期），CPU复位
D5 D4 D3
D2
D1 D0
位符号
SMOD
—
— — GF1 GF0 PD IDL
7）并行I/O端口P0～P3 8）串行数据缓冲器SBUF
9）定时器/计数器的专用寄存器T0和T1
§2-4 时钟电路及89C51CPU时序
系统时钟的作用： 微处理器、微控制器内部电路的工作基础。 晶振频率越高，系统时钟频率越高，单片机运
MCS51单片机和8051、8031、89C51等的关系
89C51单片机硬件结构和原理
需要指出的是，CPU的运算操作 在P1期间，数据传送在P2期间。
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2.1.2 89C51单片机芯片内部结构
振荡周期 晶振的振荡周期，单片机的最小时间单位。
若时钟的晶体的振荡频率为fosc，则时钟周期 Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。
ACC
PSW
可完成的操作：加减法及8位数的乘除法运算；与、或、异或、循环移位等逻辑操作。
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2.1.2 89C51单片机芯片内部结构
累加器ACC
CPU 中 使 用 最频 繁 的 寄 存 器 ， 简 称 ACC或A寄存器。
其作用为： ALU的数据输入源之一，同时在ALU 运算结束后，其结果经内部总线又 送回ACC存放。 数据传送中转站，在某些情况下， 数据必须经过寄存器A进行中转。如 变址寻址指令： movc a,@a+dptr movc a,@a+pc
程序计数器PC变化的轨迹决定了程序的流程。
程序计数器PC是一个16位的计数器，故可以对64KB程序存储器进行寻址。 程序计数器PC的基本工作方式： PC自动加1，这是最基本的工作方式，也是被称为计数器的原因。 执行条件或无条件转移指令时，PC将被置入新值，程序流向发生变化。 在执行调用指令或响应中断时： PC的当前值，即下一条将要执行的指令的地址，被送入堆栈。 将子程序的入口地址或者中断矢量地址送入PC，程序流向发生变化， 执行子程序或中断服务程序。待子程序或中断服务程序结束后，将栈 顶的内容送到PC中，程序流程又返回到原来的地方，继续执行。
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2.1.2 89C51单片机芯片内部结构
第3章 89C51单片机 硬件结构和原理 89C51是Atmel公司在8051基础上发展的8位单片机。介绍它的硬件
INT0 外部中断0输入
INT1 外部中断1输入
T0 定时器0的外部输入（计数输入）
T1 定时器1的外部输入（计数输入）
WR 外部数据存储器写选通控制输出
RD 外部数据存储器读选通输出控制
4. 程序状态标志寄存器 PSW
D7
D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
CY AC F0 RS1 RS0 OV — P
MOVC A，@A+DPTR
MOVC A , @A+PC CPU读取片外ROM时，发出PSEN信号（程序存储允
许输出），作为读ROM的选通控制信号。
程序存储器中的保留单元
存储单元地址
保留用途
0000H—0002H 复位后初始化引导程序地址
0003H—000AH 外部中断0中断服务程序入口地址
000BH—0012H 定时器/计数器0溢出中断服务程序 入口地址
89C51单片机基本组成包括有:
一个8位的微处理器； 片内数据存储器RAM有128B，
21个特殊功能寄存器SFR； 片内程序存储器Flash ROM 有4KB；
可寻址片内外统一编址的64KB的ROM， 可寻址片外64KB的RAM； 4个8位并行I/O接口（P0—P3）； 一个全双工通用异步串行接口UART； 两个16位的定时器/计数器； 五个中断源、两个优先级的中断控制系统；
R0 — R7
18H — 0FH
R0 — R7
10H — 17H
R0 — R7
18H — 1FH
R0 — R7
⑵ 位寻址区
片内RAM的 20H—2FH这16 个字节，可以 用位寻址方式 访问各位。
这128位的位地 址00H-7FH。
有专门的位操 作指令,采用位
at89c51的工作原理
at89c51的工作原理AT89C51是一款基于MCS-51体系结构的8位单片机，其工作原理如下：1. 存储器结构：AT89C51具有4KB的内部FLASH存储器，可用于存储程序和数据。
它还拥有128字节的RAM，用于存储变量和临时数据。
2. 中央处理单元（CPU）：AT89C51的CPU是一个8位的高性能单元，由一个ALU（算术逻辑单元）、寄存器组和控制单元组成。
它能够执行各种指令，包括算术和逻辑运算，以及控制和数据传输操作。
3. 输入/输出（I/O）口：AT89C51具有4个通用输入/输出端口，每个端口有8个引脚，可用于连接外部设备和传感器。
通过配置这些引脚，可以实现与外部环境的数据交换和控制。
4. 定时/计数器：AT89C51具有2个16位定时/计数器，可以用作计时和事件计数器。
这些定时器可以配置为不同的工作模式，例如计时延时、PWM生成和捕获模式等。
5. 串行通信接口：AT89C51集成了一个可配置的串行通信接口（UART），用于与其他设备进行串行数据传输。
它支持标准的异步串行通信协议，例如RS232。
6. 中断系统：AT89C51具有多种中断源和优先级控制，可以响应外部事件和内部发生的事件。
通过使用中断，可以实现实时响应和处理紧急事件。
7. 时钟和复位电路：AT89C51需要外部提供时钟信号来驱动其内部运行。
一个复位电路用于初始化和复位芯片的状态。
总之，AT89C51是一款多功能的单片机，通过集成的CPU、存储器、I/O口、定时/计数器、串行通信接口和中断系统等组件，实现了各种数据处理、控制和通信功能。
它被广泛应用于各种领域，如自动控制、仪器仪表、家电等。
51单片机原理及应用
51单片机原理及应用51单片机（AT89C51）是一种高性能、低功耗的CMOS8位微控制器，它集成了CPU核心、ROM、RAM、I/O端口、定时器/计数器、串行通信接口等功能模块。
它是基于哈佛结构的架构，具有较高的运行速度和强大的功能。
1.CPU核心：51单片机采用了8051型CPU核心，其指令集丰富，包括基本的算数逻辑操作、数据传输操作、位操作以及控制操作等。
2.存储器：51单片机内部带有4KB的可编程ROM，用于存放程序代码；同时还有128字节的RAM用于存放数据。
3.I/O端口：51单片机共有四组I/O端口，分别为P0、P1、P2和P3，每个端口都是8位的双向口。
4. 定时器/计数器：51单片机内部带有两个独立定时器/计数器，分别为Timer 0和Timer 1，它们可以用于计时、定时和外部计数等操作。
5.串行通信接口：51单片机内部带有一个串行通信接口（UART），可以实现串行数据的收发操作。
1.嵌入式系统开发：51单片机具有强大的IO口和丰富的功能模块，可用于开发各种嵌入式系统，如家电控制、电子锁、智能家居等。
2.工业自动化：51单片机广泛应用于工业领域，可以实现各种传感器的数据采集、控制执行器动作、工业过程监控等功能。
3.车载电子：51单片机可以用于车辆电子系统的设计与控制，如车载仪表盘、车内电子设备控制、车载导航系统等。
4.家庭电子：51单片机可以用于各种家庭电子产品的设计与控制，如电视、音响、游戏机等。
5.学术研究：51单片机常用于电子、计算机等相关专业的教学与研究，学生可以通过对其原理及应用的学习，提高自己的电子设计与开发能力。
需要注意的是，由于51单片机已经推出多年，技术相对较老，目前市场逐渐被更先进的32位单片机所取代。
但由于其成熟可靠、易学易用的特点，仍然在一些特定领域得到广泛应用。
总之，51单片机具有强大的功能和广泛的应用领域，熟悉其原理及应用对于掌握嵌入式系统的设计和开发具有重要意义。
89C51单片机硬件结构和原理
89C51单⽚机硬件结构和原理第1部分 89C51单⽚机硬件结构和原理1. 89C51单⽚机⽚内包含哪些主要逻辑功能部件?答：89C51单⽚机是个完整的单⽚微型计算机。
芯⽚内部包括下列硬件资源：（1）8位CPU；（2）4KB的⽚内Flash ROM。
可寻址64KB程序存储器和64KB外部数据存储器；（3）256B内部 RAM/SFR；（4）21个 SFR；（5）4个8位并⾏I/O⼝P0～P3（共32位I/O线）；（6）⼀个全双⼯uart的异步串⾏I/O⼝，⽤于实现单⽚机之间或单⽚机与PC机之间的串⾏通讯；（7）两个16位定时器/计数器；（8）5个中断源，两个中断优先级；（9）内部时钟发⽣器。
2. 89C51的ＥＡ端有何⽤途?答：作外部程序存储器地址允许输⼊端和固化编程电压输⼊端。
3. 89C51的存储器分哪⼏个空间?如何区别不同空间的寻址?答：89C51存储器包括程序存储器和数据存储器，从逻辑结构上看，可以分为三个不同的空间：（1）64KB的程序存储器地址空间：0000H~FFFFH，其中0000H~0FFFH为⽚内4KB的Flash ROM地址空间，1000H~FFFFH为外部ROM地址空间；（2）256B的内部数据存储器地址空间，00H~FFH，分为两⼤部分，其中00H~7FH（共128B单元）为内部静态RAM的地址空间，80H~FFH为特殊功能寄存器的地址空间，21个特殊功能寄存器离散地分布在这个区域；（3）64KB的外部数据存储器地址空间：0000H~FFFFH，包括扩展I/O地址空间。
MCS-51单⽚机存储器三类空间地址存在重叠，单⽚机设计了不同的数据传送指令符号来区分：CPU访问⽚内、⽚外ROM指令⽤MOVC，访问⽚外RAM指令⽤MOVX，访问⽚内RAM 指令⽤MOV。
4. 简述89C51⽚内RAM的空间分配。
答：89C51内部256B的数据RAM区，包括有⼯作寄存器组区、可直接位寻址区和数据缓冲区、特殊功能寄存器组区。
第2单元P89C51结构和原理
读写，但可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，
以实现程序的转移。因地址不在SFR（专用寄存器）之 内，一般不计作专用寄存器 。
指针类寄存器_2
堆栈指针SP，8位。总是指向栈顶。遵循“后 进先出”的原则
入栈时，SP先加1，数据再压入SP指向的单元。出
2. P89C5x引脚及功能_1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 P1.0/T2 P1.1/T2EX P1.2/ECI P1.3/CEX0 P1.4/CEX1 P1.5/CEX2 P1.6/CEX3 P1.7/CEX4 RST/VPD P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD XTAL1 XTAL2 GND Vcc P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7/A15 P2.6/A14 P2.5/A13 P2.4/A12 P2.3/A11 P2.2/A10 P2.1/A9 P2.0/A8 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
P89C5x
P89C5x单片机P1端口的第二功能
引脚
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
第二功能
T2 T2EX ECI CEX0 CEX1 CEX2 CEX3 CEX4
第2章 89C51单片机硬件结构和原理
及指令译码器ID （2）指令寄存器 及指令译码器 ）指令寄存器IR及指令译码器 （3）振荡器和定时电路 ）
（1）程序计数器 （16位） ）程序计数器PC（ 位 由两个8位计数器PCH、PCL组成。 由两个8位计数器PCH、PCL组成。 PCH 组成 PC用来存放下一条将要执行的指令地址。 PC用来存放下一条将要执行的指令地址。 用来存放下一条将要执行的指令地址 改变PC内容，改变执行的流向。 改变PC内容，改变执行的流向。 PC内容 PC可对64KB的ROM直接寻址 也可对89C51 可对64KB 直接寻址， PC可对64KB的ROM直接寻址，也可对89C51 片内RAM寻址。 RAM寻址 片内RAM寻址。
PC增1 增 PC DPTR
P1锁存器 锁存器
P3锁存器 锁存器 P3驱动器 驱动器 P3.0-P3.7
P1驱动器 驱动器 P1.0-P1.7
二、结构组成
（一）、中央处理单元（CPU） ）、中央处理单元（ 中央处理单元 ） （二）、存储器 ）、存储器 （三）、I/O接口 ）、 接口
（一）、中央处理单元（CPU） ）、中央处理单元（ 中央处理单元 ） 1．运算器 ．
PSEN（29脚）： （ 脚
程序存储器允许信号输出端。 程序存储器允许信号输出端。 在访问片外ROM时，定时输出负脉冲作为 在访问片外ROM时 ROM 读片外ROM的选通信号，接片外ROM ROM的选通信号 读片外ROM的选通信号，接片外ROM 的OE 端。 它的负载能力为8 LS型TTL负载。 它的负载能力为8个LS型TTL负载。 负载
31脚 EA/Vpp（31脚）：
EA： 外部程序存储器地址允许输入端。 EA： 外部程序存储器地址允许输入端。 当该引脚接高电平时，CPU访问片内 访问片内EPROM/ROM 当该引脚接高电平时，CPU访问片内EPROM/ROM 并执行片内程序存储器中的指令，但当PC PC值超过 并执行片内程序存储器中的指令，但当PC值超过 0FFFH（片内ROM 4KB） ROM为 0FFFH（片内ROM为4KB）时，将自动转向执行片 ROM中的程序 中的程序。 外ROM中的程序。 当该引脚接低电平时，CPU只访问片外 当该引脚接低电平时，CPU只访问片外 EPROM/ROM并执行外部程序存储器中的程序 并执行外部程序存储器中的程序。 EPROM/ROM并执行外部程序存储器中的程序。 8751片内EPROM固化编程时 片内EPROM固化编程时， Vpp：对8751片内EPROM固化编程时，编程电压输入 12-21V）。 端（12-21V）。
教学课件第2章89C51单片机硬件结构和原理
当ROM容量不够时，尽量选择高容量存储器空间的单片机，如 89C52、89C54、89C58等，应避免外扩程序存储器，因为会增加 硬件负担。
程序存储器
FFFFH
(64K)
0FFFH (4K)
0000H
内部
EA=1
外部
EA=0 0000H
0FFFH (4K)
1
28
2
27
EPROM
3
26
4
25
5
24
6
23
7
22
8
21
9
20
10 2764 19
11
18
12
17
13
16
14
15
1
28
2
27
EPROM
3
26
4
25
5
24
6
23
7
22
8
21
9
20
10 2764 19
11
18
12
17
13
16
14
15
64K
3. 程序存储器
通过16位PC寻址，最大可寻址64kB地址空间
程序存储器资源分布
4. 数据存储器
片内、片外分开编址
如何区分0000-00FFH的地址空间是片内RAM还 是片外RAM？
片内RAM：
• 低128B片内RAM ① 高128B片内RAM
0000-007FH 0080-00FFH
SFR：特殊功能寄存器区
PSW位地址
数据存储器
FFFFH
CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P
89C51单片机中文资料
89C51单片机中文资料一、概述89C51是一款由英特尔公司推出的单片机，广泛应用于嵌入式系统和物联网设备中。
本文将为您介绍89C51单片机的中文资料，包括其基本特性、应用领域、技术参数等内容。
二、基本特性1. 架构：89C51采用8位的CMOS单片机架构，具有强大的数据处理能力。
2. 存储器：89C51具有4KB的闪存程序存储器，用于存储程序代码和数据。
此外，它还配备了128字节的RAM，用于存储临时数据。
3. 时钟系统：89C51内置了一个可编程的时钟/计数器，可提供准确的时钟信号和定时功能。
4. 输入/输出：89C51具有多个通用输入/输出引脚，可用于连接外部设备和传感器。
5. 串行通信：89C51支持串行通信接口，可与其他设备进行数据交换和通信。
6. 中断系统：89C51具有灵活的中断系统，可实现对外部事件的快速响应。
三、应用领域89C51单片机广泛应用于各种嵌入式系统和物联网设备中，其应用领域包括但不限于：1. 工业控制：89C51可用于工业自动化控制系统，如温度控制、压力控制等。
2. 家电产品：89C51可用于家电产品，如洗衣机、冰箱、空调等，实现智能控制和功能扩展。
3. 交通系统：89C51可用于交通信号灯、智能停车系统等，提高交通效率和安全性。
4. 安防设备：89C51可用于安防设备，如入侵报警系统、监控摄像头等，实现智能化监控和报警功能。
5. 医疗设备：89C51可用于医疗设备，如血压计、心电图仪等，提供准确的数据采集和处理功能。
四、技术参数以下是89C51单片机的一些典型技术参数：1. 工作电压：3.3V-5V2. 最大时钟频率：12MHz3. I/O口数量：32个4. 串行通信接口：支持SPI和I2C协议5. 温度范围：-40℃至85℃6. 封装形式：DIP、PLCC、QFP等五、学习资料推荐如果您对89C51单片机感兴趣并希望深入学习，以下是一些中文学习资料的推荐：1. 《单片机原理与应用》：该书详细介绍了单片机的原理、应用和编程方法，适合初学者入门学习。
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89C51 单片机的工作方式与工作原理
89C51 单片机共有复位、程序执行、低功耗以及编程和校验等四种工作方式。
1．复位方式
(l)复位操作复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC 初始化为OOOOH，使单片机从0000H 单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键以重新启动。
除PC 之外，复位操作还对其它一些特殊功能寄存器有影响，它们的复位状态如上表所示。
复位操作还对单片机的个别引脚信号有影响。
例如在复位期间，ALE 和信号变为无效状态，即ALE=LPSEN=1。
(2)复位信号及其产生
①复位信号。