第2章 单片机内部资源

P3口（10脚～17脚）有两种使用方法。
作为普通I/O口使用，无须外接上拉电阻
还具有第二种功能
LOGO
(1)输出举例
+5V
指令1：MOV P1,#00H 指令2：MOV P1,#0FFH 指令3：MOV P1,#0AAH 指令4：CLR P1.0 指令5：SETB P1.0
ALE P1. 0 P1. 1 P1. 2 P1. 3 P1. 4 P1. 5 P1. 6 P1. 7 WR RD 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0
XTAL2
内部振荡方式：
在引脚 XTAL1和 XTAL2外接晶体振荡器（简 称晶振）如右图所示。
C2 XTAL1 GND
★电容器C1、C2起稳定振荡频率、快速 起振的作用。电容值一般为 20～30PF。
8XX51
内部振荡方式
注意：在设计电路板时，晶振和电容的位置应尽量靠近单片机 芯片，以减少分布电容所引起的对振荡电路的影响。
LOGO
二 单片机的引脚定义
从一片集成电路的角度去认识单片机
LOGO
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 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 24 22 21 VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
40个引脚双排直插DIP封装,大致可分为4类：电源、时钟、 控制和I/O引脚。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
LOGO
单片机引脚说明
1、主电源引脚Vcc和Vss
VCC（40脚）: 接+4V~+5V电源正端; VSS（GND 20脚）: 电源负极（接地）
2、振荡器外接晶体引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚）：当使用芯片内部时
P0口（32脚～39脚）有两种使用方法：
作为普通I/O口使用，须外接上拉电阻
数据/低8位地址复用总线端口
P1口（1脚～8脚）（内接上拉电阻）
作为普通I/O口使用，无须外接上拉电阻
P2口（21脚～28脚）有两种使用方法：
作为普通I/O口使用，无须外接上拉电阻。
作为扩展外部存储器时的高8位地址总线
第2章
标准型AT89S51单片机
LOGO
教学目的
了解单片机的内部结构与主要型号 掌握单片机引脚信号功能定义 掌握单片机的复位电路、时钟电路及指令时序
掌握单片机的存储器空间分配及各I/O口的特点
学习重点和难点
单片机的结构特点 引脚的功能 程序状态寄存器(PSW) 单片机的指令时序 单片机最小应用系统 存储器配置与空间的分布
1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地) 2、振荡电路：XTAL1、XTAL2
8031
8051 8751 89C51
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
P3口线的第二功能
LOGO
引脚功能
LOGO
AT89S51新增功能特性
ISP在线编程功能 这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要 把芯片从工作环境中剥离。 程序存储器写入方式 89C51只支持并行写入，同时需要VPP烧写高压。
89S51则支持ISP在线可编程写入技术！串行写入、速度更快、稳定性更好， 烧写电压也仅需4～5V即可。 最高工作频率为33MHz 89C51的极限工作频率是24M，就是说89S51
LOGO
一
MCS-51单片机硬件结构
MCS-51总体结构 MCS-51系列基本产品型号： 8051、8031、8751、8951称为 51子系列。 不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全兼容， 只是存储器和I/O接口的配置有所不同。 硬件配置基本配置： 1. 8位CPU 2. 片内ROM/EPROM、RAM 3. 片内并行 I/O接口 4. 片内16位定时器/计数器 5. 片内中断处理系统 6. 片内全双工串行I/O口
LOGO
ALE/PROG（30脚）:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲端
① ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 ② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编 程脉冲。
PSEN（29脚）：外部程序存储器读选通信号脚
读控制端（OE）低电平有效。
EPRO M
D0-D7
(4)数据指针DPTR(16位)
存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。可分成两个 8位寄存器DPH、DPL使用。
LOGO
(5)堆栈指针SP(8位) 堆栈是按“先进后出”原则存取数据的存储区。 在一个实际的程序中，往往需要一个后进先出的RAM区， 以保存CPU的现场，这种后进先出的缓冲器区称为堆栈。 MCS-51的堆栈原则上可以设在内部RAM的任意区域内， 但由于系统复位时，堆栈指针的初始值SP=07H，这显然与工 作寄存器区域重叠。一般情况下设在30H~7FH的范围内。 SP作为堆栈指针总是指向栈顶。
LOGO
(7)程序状态寄存器PSW（Program Status Word）
位 PSW
位 7 6 5 4 3 2 1 0
7 CY
标志 CY AC F0 RS1 RS0 OV P
6 AC
名 称
5 F0
4 RS1
3 RS0
2 OV
1 -
0 P
进/借位标志位 辅助进/借位标志位 用户标志位 当前寄存器区选择位 当前寄存器区选择位
2．寄存器阵列 (1)工作寄存器R0～R7 (8位) 暂存运算数据和中间结果。 用PSW中的两位PSW.4和PSW.3来切换工作寄存器区 ，选用一个工作寄存器区进行读写操作。
LOGO
(2)累加器Acc(8位) 需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过A累加器。
(3)寄存器B(8位) 与A累加器配合执行乘、除运算。也可用作通用寄存器
LOGO
(6)程序计数器PC(16位)
PC是一个16位不可寻址专用寄存器，用作程序存储器
的地址指针，每次仅存放下一条指令的地址。CPU总是按PC 的指示读取程序。PC可自动加1。因此CPU执行程序一般是顺 序方式。当发生转移、子程序调用、中断和复位等操作，PC被 强制改写，程序执行顺序也发生改变。 系统复位时，PC=0000H。
P0.0-P0.7 ALE 8D G OE OE A8-A12 锁存器 74LS373 EPROM CE 8Q A0-A7
EA
PSEN P2.0-P2.4 单片机
LOGO
三 时钟电路及工作时序 1、时钟电路
单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作时间基准，
8XX51单片机的时钟信号通常有两种电路形式： 内部振荡方式和外部振荡方式。 C1
组成。是计算机执行一种基本操作的时间单位。
指令周期：执行一条指令所需的时间。一个指令周期由1 ～4个机器周期组成，依据指令不同而不同。
对51单片机复位而言，高电平有效。只要在该引脚上输入 两个机器周期以上的高电平，就可完成复位操作。复位后应使 此引脚电平为小于等于0.5V的低电平，以保证单片机正常工作。
EA/VPP(31脚)：访问内部或外部ROM选择信号
引脚为高电平时，CPU访问内部ROM，但当PC指针超过 0FFFH时（4K），自动转向执行外部ROM；引脚为低电平，则 访问外部ROM。
LOGO
外部振荡方式：
把已有的时钟信号引入单片机。这种方式适宜用 于使单片机的时钟与外部信号保持一致。外部振荡方 式如右图所示。
悬空
18（XTAL2）
外部时 钟
19（XTAL1）
GND AT89S51
LOGO
2
指令工作时序
CPU时序：CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序。
单片机的时序定时单位从小到大依次为：振荡周期、时钟 周期、机器周期和指令周期。 MCS-51单片机共有111条指令，按照指令字节数和机器周期 数可分为六类，即单字节单周期指令、单字节双周期指令
LOGO
AT89S51的内部结构
T0 T1
时钟电路
ROM
RAM
定时计数器
CPU
并行接口 串行接口 中断系统
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1
结构框图
• 并行I/O口：4个 • 8位的I/O口P0、 中央处理器 CPU：8位， P1、P2、P3。 • 内部ROM： 运算和控制 • 串行口：一个全 4KB掩膜ROM， 功能 • 中断控制系统： 双工串行口。 • 时钟电路：可 用于存放程序、 5个中断源（外 产生时钟脉冲 原始数据和表 • 中断2个，定时 内部RAM：共 • 序列，允许晶 定时/计数器： 格。 /计数中断2 256个RAM单 两个16位的定 振频率6MHZ和 个，串行中断1 元，用户使用 时/计数器，实 12MHZ 个） 前128个单元， 现定时或计数 用于存放可读 功能。 写数据，后 128个单元被 专用寄存器占 用。
1 0
1 0
LOGO
(2)输入举例
你知道P3.4 对应寄存器A 哪一位吗？
ALE 1 1
+5 V 4.7 k W
S0
读端口：
89C51
P3. 0 P3. 1 寄存器A P3. 2 P3. 3 P3. 4
MOV P3, #11111111B MOV A, P3
P3.4
0 1 1 1 1 1 1 1 1 ××××××××
具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。 内部集成看门狗（WDT）定时器 单元电路。 全新的加密算法 大加强。 这使得对于89S51的解密变为更加困难，程序的保密性大 不再需要像89C51那样外接看门狗定时器
LOGO
MCS-51 CPU (一) CPU内部结构 1．算术逻辑运算单元ALU (8位) +、–、×、÷算术运算，与、或、非、异或 逻辑运算、 循环移位、位处理。
功 能 存放算术运算的进/借位标志 CY=1，有进/借位；CY=0,无进/借位 运算结果累加器 A 中，低半字节向高半字节进位 或借位时，AC=1；否则 AC=0（用于十进制调整） 用户可用软件自定义的一个状态标记 用于 4 组工作寄存器选择 反映补码运算的运算结果有无溢出
溢出标志位 OV=1，有溢出；OV=0，无溢出 保留位 奇偶标志位 P=1，则累加器Ａ中 1 的个数为奇数 P=0，则累加器Ａ中 1 的个数为偶数 （常用于串行通信中）
钟时，此二引线用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时
钟时，用于外接时钟脉冲信号。
LOGO
89S51 时钟产生方式
内部时钟方式
C1
18（XTAL2）
外部时钟方式
悬空
18（XTAL2）
C2
19（XTAL1）
外部时 钟
19（XTAL1）
GND
AT89S51
GND AT89S51
LOGO
3、I/O口引脚（32个引脚）
1 1 1 1 1 1
P3. 5
P3. 6 P3. 7 WR RD
注：当I/O端口作为输入使 用时，需先向端口写入“1”， 使内部的FET截止，再读入 引脚的状态。
你知道这是 为什么吗？
LOGO
4、控制线：控制线共有4根
RST（9脚）：复位引脚对于微机系统必不可少，该引脚可
以保证程序跑飞后重新开始执行程序。
、单字节四周期指令、双字节单周期指令、双字节双周期
指令和三字节双周期指令。
LOGO
基本时序单位
单片机的时序单位有： 振荡周期：晶振的振荡周期，为最小的时序单位。 时钟周期：振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供 给片内CPU的时钟周期。因此，一个时钟周期包含2个振 荡周期。 机器周期：1个机器周期由6个状态周期及12个振荡周期
LOGO
单片机的结构特点
一块芯片集成了CPU、存储器和I/O接口等功能部件。
内部总线为单总线结构，地址、数据和控制三种信息分时占 用内部总线。
外部总线用于连接片外扩展存储器和I/O接口芯片。
单片机的芯片引脚为多功能引脚，以节省芯片引脚。 单片机系统结构性能
(一)高可靠性、高抗干扰能力 (二)配置灵活 (三)丰富的位处理功能 (四)功能齐全 (五)系统设计简便