2单片机技术基础第二章70063
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ALE/PROG（30脚）：地址锁存允许/编程脉冲输入端 ALE：地址锁存允许信号端。正常工作时，该引脚 以振荡频率的1/6固定输出正脉冲。CPU访问片外 存储器时，该引脚输出信号作为锁存低8位地址的 控制信号。它的负载能力为8个LS型TTL负载。 PROG：是对片内带有4KB EPROM的8751编程写 入时的编程脉冲输入端。
❖ 2. 看门狗：很早以前的电路设计中，现在可能还有人使 用，使用一个电阻和一个电容达成的上电复位电路；但 是，这样的复位电路一个是不可靠，为什么不可靠，网 络上能找得到专门论述复位电路的文章；更重要的是， 51系列的单片机比较容易受到干扰；没有看门狗电路是 不行的，当程序跑飞时，回不来了，死在那里。
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 （8051/8052是掩膜 ROM， 8751/8752是EPROM，但8031、 8032、80C32片内无ROM） 。
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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2.2 89C51单片机引脚及其功能
89C51单片机引脚图
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一.电源引脚：Vcc和Vss
1．Vcc(40脚)：电源端，为+5V。
2．Vss(20脚)：接地端。
P1.0
P1.1
P1.2
二.时钟电路引脚：XTAL1和XTAL2 P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
由PC中的内容指定ROM地址，取出来的指令经IR送至ID，
由ID对指令译码产生一定序列的控制信号，以执行指令所
规定的操作。
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（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2个频 率微调电容（30pF左右），产生频率范围为 1.2MHz~12MHz。该信号就作为89C51工作的基本节拍 （时间的最小单位）。
2个外中断，2个定时/计数器中 断，1个串行口中断
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第2章 89C51单片机硬件结构和原理
与8051相比，89C51具有两种用软件选择的节电工作方式——
空闲方式：CPU停止工作，RAM、定时/计数器、中断系统等继续工作。 掉电方式：片内振荡器停止，所以系统不能工作，仅保存RAM中内容。
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6
MCS-51系列单片机为Intel 公司产品,1980年推出。 MCS-51 系列单片机有: 8051,8751,8031
80c51BH,80c31BH … 它们的基本组成、基本性能和指令系统都是相同的。
89C51单片机是ATNMEL、PHILIPS、SST公司的产品： 89C51＝ 80C51＋373＋Flash ROM 价格便宜，得到更广泛的应用。
若89C51正常工作时，该引脚应有
XTAL2
XTAL1
脉冲信号输出。
VSS
1
40
2
39
3
38
4
37
5
36
6
35
7
34
8
33
9
32
80C51
10
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11
30
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29
13
28
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20
21
VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
程序存储空间 数据存储空间
0000H
0000H
0001H . . . . . .
0001H . . . . . .
哈佛结构 20
★程序存储器 Flash ROM 89C51包含4KB程序存储器，89C52包含8KB程
序存储器。
★数据存储器 RAM 89C51包含128B内部数据存储器，89C52包含
可编程全双工 串行口
串行通信
8
80c51 CPU字长8位，地址16位，最大存储器寻址能力为 64KB。能实现8位二进制数的加、减、乘、除以及与、或、 异或、移位等运算。
256 B/128 B RAM/SFR 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4KB程序存储器Flash ROM:
两个定时/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。
一个全双工UART的串行I/O口:
可实现单片机与单片机或与其它微机之间串行通信。 片内振荡器和时钟产生电路:
但需外接晶振和电容。 五个中断源的中断控制系统。
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（二）存储器
普林斯顿结构：
程序和数据共用一个存 储器逻辑空间，统一编址。
一个存储器空间 程
0000H
序
000.1H
存
.
储
.
区
1000H
.Байду номын сангаас
数 据
.
存
.
储
区
30.01.2021 普林斯顿结构
存储器
程序存储器（ROM）
数据存储器（RAM）
哈佛结构：
程序与数据分为两个独立 存储器逻辑空间，分开编址。
❖ 1) 8位单片机，主要就是51系列 ❖ 2) 32位arm单片机，主要有atmel和三星系列
❖ 51单片机最小系统
❖ 实际上，51单片机核心外围电路是很简单的，一个单 片机＋一个看门狗＋一个晶振＋2个磁片电容；
❖ 1. 单片机：atmel的89C51系列、winbond的78E52系列， 还有philips的系列，都差不多；现在有一些有ISP（在线 下载的），就更好用了；
学习目的和要求
熟悉89C51芯片内部结构 掌握89C51的存储器配置及特点 熟练掌握21个特殊功能寄存器（SFR）的功能 了解并行I/O端口内部结构 掌握各个引脚的功能，达到会应用的目的 了解89C51CPU的时序及单片机的工作过程 熟悉89C51的复位电路及复位功能 熟练掌握堆栈的概念
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❖ 将电子产品抽象成一个硬件的模型，大约有以下组成：
❖ 1) 输入 ❖ 2) 处理核心 ❖ 3) 输出 ❖ 输入基本上有以下的可能：
❖ 1) 键盘 ❖ 2) 串行接口（RS232/485/can bus/以太网/USB） ❖ 3) 开关量（TTL，电流环路，干接点） ❖ 4) 模拟量（4~20ma、 0~10ma、0~5V（平衡和非平衡信号）） ❖ 输出基本上有以下组成：
VSS
1
40
2
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80C51
10
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VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
XTAL1（19脚）：接外部 晶体和微调电容的另一端； 在片内它是振荡电路反向放 大器的输入端，在采用外部 时钟时，该引脚输入外部时 钟脉冲。
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD RXD/P3.0 TXD/P3.1 INT0/P3.2 INT1/P3.3 T0/P3.4 T1/P3.5 WR/P3.6 RD/P3.7 XTAL2 XTAL1
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RAM地 址寄存器
128B RAM
B寄存器 暂存器1
P0.0-P0.7
P2.0-P2.7
P0驱动器
P2驱动器
P0锁存器 暂存器2
P2锁存器 ACC SP
4KB Flash ROM
程序地址 寄存器
缓冲器
PSEN ALE EA RET
定指指 时令令 控译寄 制码存
器器
ALU 中断、串行口和定时器
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2．控制器
（1）程序计数器PC（16位）
由两个8位计数器PCH、PCL组成。
PC是程序的字节地址计数器，PC内容为将要执行的指令 地址。
改变PC内容，改变执行的流向。
PC可对64KB的ROM直接寻址，也可对89C51片内RAM （寻2）址指。令寄存器IR及指令译码器ID
❖ 1) 串行接口（RS232/485/can bus/以太网/USB） ❖ 2) 开关量（TTL、电流环路、干接点、功率驱动） ❖ 3) 模拟量（4~20ma， 0~10ma，0~5V（平衡和非平衡信号）） ❖ 4) LED显示：发光管、八字 ❖ 5) 液晶显示器 ❖ 6) 蜂鸣器 ❖ 处理核心主要有：
❖ 3. 晶振：一般选用11.0592M，因为可以准确地得到9600 波特率和19200波特率；
❖ 4. 磁片电容：22pf～30pf，可以在有些书上找到什么晶 振频率对应什么容量的磁片电容,如果你用到了更高的频 率，找找资料看看。
2.1 89C51单片机的结构 2.1.1 89C51单片机的基本组成 2.1.2 89C51单片机内部结构
256B内部数据存储器。
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（三）、I/O接口
89C51有四个8位并行I/O接口P0～P3。 它们都是双向端口，每个端口各有8条I/O线。 P0-P3口四个锁存器同RAM统一编址，可作为SFR来寻址。
这个锁存器（SFR）类似于8255中I/O口与Reg之间的关 系。对I/O口操作，即是对这个锁存器操作。
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
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（5）布尔处理器： 专门用于处理位操作的，以PSW中的C为其累加器。
（6）2个8位暂存器： ALU的两个入口处。
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第2章 89C51单片机硬件结构和原理
X1 89C51
C 30PF
6MHZ C 30PF
X2
V CC
5.1K X1
外时钟信号
89c51
X2
振荡电路的频率为晶体固有频率
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三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EA
RST/VPD：复位/后备电源输入 时钟信号正常时，该引脚高电平时,单片机进入复位状态 （RST);当VCC掉电时，该引脚作为后备电源输入，以保 持片内RAM中的数据不丢失（VPD）。
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2.1.1 89C51单片机的基本组成
外部时钟源
外部事件计数输入
振荡器和 时序 OSC
程序存储器 4KBROM
数据存储器
2×16位
256B RAM/SFR 定时器/计数器
80C51 CPU
内中断 外中断
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64KB 总线 扩展控制器
可编程I/O
控制
并行口
89C51单片机结构框图
51系列单片机的温度适用范围 为：
民品（商业用）
0～70 °C
工业品
－40～＋85 °C
军品
－55～＋125 °C
工业级产品
1. 采用密封式封装
2. 在工业级规定的温度范围内进行电器特性测试
3. 产品经过125 °C 温度下44小时的老化处理
4. 老化后100％进行电气测试，质量检验。
军品则要求更高
PSW
P1锁存器
P3锁存器
PC增1 PC
DPTR
OSC XTAL1 XTAL2
P1驱动器 P1.0-P1.7
P3驱动器 P3.0-P3.7
（一）、中央处理单元（CPU）
单片机中的中央处理器(CPU)和通用微处理器基本相同， 只是增设了“面向控制”的处理功能。例如：位处理、查 表、多种跳转、乘除法运算、状态检测、中断处理等，增 强了实时性。
XTAL2（18脚）:接外部晶体和微调
P1.7
电容的一端。是89C51片内振荡
RST/VPD RXD/P3.0
器反向放大器的输出端，振荡电
TXD/P3.1 INT0/P3.2
路的频率就是晶体固有频率。
INT1/P3.3 T0/P3.4
当采用外部时钟时，此脚悬空。
T1/P3.5 WR/P3.6
RD/P3.7
1．运算器 （1）算术逻辑运算单元 ALU ( 8位 )：
CPU
运算器 控制器
+、–、×、÷算术运算，与、或、非、异或逻辑运算， 循环移位、位处理
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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。 （3）8位程序状态寄存器PSW：
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如表2－1所示MCS-51系列单片机的性能表 表中型号带“C”表示所用的是CMOS工艺，具有功耗低的优 点。
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2.1.2 89C51单片机内部结构
由 中央处理单元（CPU）、存储器（ROM及 RAM）和I/O接口组成。
MCS-51单片机内部结构如图2－1所示。
❖ 2. 看门狗：很早以前的电路设计中，现在可能还有人使 用，使用一个电阻和一个电容达成的上电复位电路；但 是，这样的复位电路一个是不可靠，为什么不可靠，网 络上能找得到专门论述复位电路的文章；更重要的是， 51系列的单片机比较容易受到干扰；没有看门狗电路是 不行的，当程序跑飞时，回不来了，死在那里。
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 （8051/8052是掩膜 ROM， 8751/8752是EPROM，但8031、 8032、80C32片内无ROM） 。
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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2.2 89C51单片机引脚及其功能
89C51单片机引脚图
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一.电源引脚：Vcc和Vss
1．Vcc(40脚)：电源端，为+5V。
2．Vss(20脚)：接地端。
P1.0
P1.1
P1.2
二.时钟电路引脚：XTAL1和XTAL2 P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
由PC中的内容指定ROM地址，取出来的指令经IR送至ID，
由ID对指令译码产生一定序列的控制信号，以执行指令所
规定的操作。
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（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2个频 率微调电容（30pF左右），产生频率范围为 1.2MHz~12MHz。该信号就作为89C51工作的基本节拍 （时间的最小单位）。
2个外中断，2个定时/计数器中 断，1个串行口中断
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第2章 89C51单片机硬件结构和原理
与8051相比，89C51具有两种用软件选择的节电工作方式——
空闲方式：CPU停止工作，RAM、定时/计数器、中断系统等继续工作。 掉电方式：片内振荡器停止，所以系统不能工作，仅保存RAM中内容。
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MCS-51系列单片机为Intel 公司产品,1980年推出。 MCS-51 系列单片机有: 8051,8751,8031
80c51BH,80c31BH … 它们的基本组成、基本性能和指令系统都是相同的。
89C51单片机是ATNMEL、PHILIPS、SST公司的产品： 89C51＝ 80C51＋373＋Flash ROM 价格便宜，得到更广泛的应用。
若89C51正常工作时，该引脚应有
XTAL2
XTAL1
脉冲信号输出。
VSS
1
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2
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VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
程序存储空间 数据存储空间
0000H
0000H
0001H . . . . . .
0001H . . . . . .
哈佛结构 20
★程序存储器 Flash ROM 89C51包含4KB程序存储器，89C52包含8KB程
序存储器。
★数据存储器 RAM 89C51包含128B内部数据存储器，89C52包含
可编程全双工 串行口
串行通信
8
80c51 CPU字长8位，地址16位，最大存储器寻址能力为 64KB。能实现8位二进制数的加、减、乘、除以及与、或、 异或、移位等运算。
256 B/128 B RAM/SFR 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4KB程序存储器Flash ROM:
两个定时/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。
一个全双工UART的串行I/O口:
可实现单片机与单片机或与其它微机之间串行通信。 片内振荡器和时钟产生电路:
但需外接晶振和电容。 五个中断源的中断控制系统。
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（二）存储器
普林斯顿结构：
程序和数据共用一个存 储器逻辑空间，统一编址。
一个存储器空间 程
0000H
序
000.1H
存
.
储
.
区
1000H
.Байду номын сангаас
数 据
.
存
.
储
区
30.01.2021 普林斯顿结构
存储器
程序存储器（ROM）
数据存储器（RAM）
哈佛结构：
程序与数据分为两个独立 存储器逻辑空间，分开编址。
❖ 1) 8位单片机，主要就是51系列 ❖ 2) 32位arm单片机，主要有atmel和三星系列
❖ 51单片机最小系统
❖ 实际上，51单片机核心外围电路是很简单的，一个单 片机＋一个看门狗＋一个晶振＋2个磁片电容；
❖ 1. 单片机：atmel的89C51系列、winbond的78E52系列， 还有philips的系列，都差不多；现在有一些有ISP（在线 下载的），就更好用了；
学习目的和要求
熟悉89C51芯片内部结构 掌握89C51的存储器配置及特点 熟练掌握21个特殊功能寄存器（SFR）的功能 了解并行I/O端口内部结构 掌握各个引脚的功能，达到会应用的目的 了解89C51CPU的时序及单片机的工作过程 熟悉89C51的复位电路及复位功能 熟练掌握堆栈的概念
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❖ 将电子产品抽象成一个硬件的模型，大约有以下组成：
❖ 1) 输入 ❖ 2) 处理核心 ❖ 3) 输出 ❖ 输入基本上有以下的可能：
❖ 1) 键盘 ❖ 2) 串行接口（RS232/485/can bus/以太网/USB） ❖ 3) 开关量（TTL，电流环路，干接点） ❖ 4) 模拟量（4~20ma、 0~10ma、0~5V（平衡和非平衡信号）） ❖ 输出基本上有以下组成：
VSS
1
40
2
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3
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VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
XTAL1（19脚）：接外部 晶体和微调电容的另一端； 在片内它是振荡电路反向放 大器的输入端，在采用外部 时钟时，该引脚输入外部时 钟脉冲。
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD RXD/P3.0 TXD/P3.1 INT0/P3.2 INT1/P3.3 T0/P3.4 T1/P3.5 WR/P3.6 RD/P3.7 XTAL2 XTAL1
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RAM地 址寄存器
128B RAM
B寄存器 暂存器1
P0.0-P0.7
P2.0-P2.7
P0驱动器
P2驱动器
P0锁存器 暂存器2
P2锁存器 ACC SP
4KB Flash ROM
程序地址 寄存器
缓冲器
PSEN ALE EA RET
定指指 时令令 控译寄 制码存
器器
ALU 中断、串行口和定时器
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2．控制器
（1）程序计数器PC（16位）
由两个8位计数器PCH、PCL组成。
PC是程序的字节地址计数器，PC内容为将要执行的指令 地址。
改变PC内容，改变执行的流向。
PC可对64KB的ROM直接寻址，也可对89C51片内RAM （寻2）址指。令寄存器IR及指令译码器ID
❖ 1) 串行接口（RS232/485/can bus/以太网/USB） ❖ 2) 开关量（TTL、电流环路、干接点、功率驱动） ❖ 3) 模拟量（4~20ma， 0~10ma，0~5V（平衡和非平衡信号）） ❖ 4) LED显示：发光管、八字 ❖ 5) 液晶显示器 ❖ 6) 蜂鸣器 ❖ 处理核心主要有：
❖ 3. 晶振：一般选用11.0592M，因为可以准确地得到9600 波特率和19200波特率；
❖ 4. 磁片电容：22pf～30pf，可以在有些书上找到什么晶 振频率对应什么容量的磁片电容,如果你用到了更高的频 率，找找资料看看。
2.1 89C51单片机的结构 2.1.1 89C51单片机的基本组成 2.1.2 89C51单片机内部结构
256B内部数据存储器。
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（三）、I/O接口
89C51有四个8位并行I/O接口P0～P3。 它们都是双向端口，每个端口各有8条I/O线。 P0-P3口四个锁存器同RAM统一编址，可作为SFR来寻址。
这个锁存器（SFR）类似于8255中I/O口与Reg之间的关 系。对I/O口操作，即是对这个锁存器操作。
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
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（5）布尔处理器： 专门用于处理位操作的，以PSW中的C为其累加器。
（6）2个8位暂存器： ALU的两个入口处。
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第2章 89C51单片机硬件结构和原理
X1 89C51
C 30PF
6MHZ C 30PF
X2
V CC
5.1K X1
外时钟信号
89c51
X2
振荡电路的频率为晶体固有频率
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三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和EA
RST/VPD：复位/后备电源输入 时钟信号正常时，该引脚高电平时,单片机进入复位状态 （RST);当VCC掉电时，该引脚作为后备电源输入，以保 持片内RAM中的数据不丢失（VPD）。
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2.1.1 89C51单片机的基本组成
外部时钟源
外部事件计数输入
振荡器和 时序 OSC
程序存储器 4KBROM
数据存储器
2×16位
256B RAM/SFR 定时器/计数器
80C51 CPU
内中断 外中断
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64KB 总线 扩展控制器
可编程I/O
控制
并行口
89C51单片机结构框图
51系列单片机的温度适用范围 为：
民品（商业用）
0～70 °C
工业品
－40～＋85 °C
军品
－55～＋125 °C
工业级产品
1. 采用密封式封装
2. 在工业级规定的温度范围内进行电器特性测试
3. 产品经过125 °C 温度下44小时的老化处理
4. 老化后100％进行电气测试，质量检验。
军品则要求更高
PSW
P1锁存器
P3锁存器
PC增1 PC
DPTR
OSC XTAL1 XTAL2
P1驱动器 P1.0-P1.7
P3驱动器 P3.0-P3.7
（一）、中央处理单元（CPU）
单片机中的中央处理器(CPU)和通用微处理器基本相同， 只是增设了“面向控制”的处理功能。例如：位处理、查 表、多种跳转、乘除法运算、状态检测、中断处理等，增 强了实时性。
XTAL2（18脚）:接外部晶体和微调
P1.7
电容的一端。是89C51片内振荡
RST/VPD RXD/P3.0
器反向放大器的输出端，振荡电
TXD/P3.1 INT0/P3.2
路的频率就是晶体固有频率。
INT1/P3.3 T0/P3.4
当采用外部时钟时，此脚悬空。
T1/P3.5 WR/P3.6
RD/P3.7
1．运算器 （1）算术逻辑运算单元 ALU ( 8位 )：
CPU
运算器 控制器
+、–、×、÷算术运算，与、或、非、异或逻辑运算， 循环移位、位处理
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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。 （3）8位程序状态寄存器PSW：
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如表2－1所示MCS-51系列单片机的性能表 表中型号带“C”表示所用的是CMOS工艺，具有功耗低的优 点。
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2.1.2 89C51单片机内部结构
由 中央处理单元（CPU）、存储器（ROM及 RAM）和I/O接口组成。
MCS-51单片机内部结构如图2－1所示。