单片机第2章89S51的结构和原理

第2章89S51的结构和原理89S51的基本结构2.189S51的引脚配置2.289S51的应用模式2.389S51的时钟电路和时序2.489S51的存储器组织2.52.189S51的基本内部结构功能部件和资源：（1）8位微处理器（CPU）；（2）数据存储器（128BRAM）；（3）程序存储器（4KBFlashROM）；（4）4个8位并口（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；（7）1个看门狗定时器；当CPU由于干扰使程序陷入死循环或跑飞时，WDT(WatchDogTimer)可使程序恢复正常运行。（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，SpecialFunctionRegister）26个，用于CPU对各功能部件的控制和状态监测。（10）低功耗模式有空闲模式和掉电模式。与AT89C51相比，AT89S51有更突出的优点：（1）增加在系统可编程功能ISP（InSystemProgram），不需从电路板上拔下芯片就可直接编程，调试和修改程序更加方便；（2）数据指针DPTR增加到两个，方便了对片外RAM的访问；（3）增加了看门狗定时器，提高了系统的抗干扰能力。AT89S51完全兼容AT89C51，原来在AT89C51编写的程序，完全可以在AT89S51中运行，因此，在充分保留原来软、硬件条件下，完全可以用AT89S51直接代换AT89C51。AT89S51采用40只引脚的双列直插（DIP）封装，如图2-2所示。2.289S51的引脚配置89S51双列直插（DIP）封类型的引脚图P1口P3口P0口P2口时钟端复位端控制信号接VCC（+5V）接地端4个8位并口（P0~P3），4x8=32个引脚。电源、地，2个。电源Vcc=+5V，地Vss接地。时钟电路引脚XTAL1和XTAL2，2个。4个控制引脚RST、EA、ALE、PSEN。89S51单片机的40个引脚P0口作为低8位地址线和8位数据线，分时复用。由ALE控制，高电平时传地址，低电平时传数据。P2口作为高8位地址线。P0和P2口的使用P2口提供高8位地址，P0口提供低8位地址，则形成16位地址，能够寻址64K的空间。P1口常作为普通的I/O口使用，实现与外部设备的串行通信。例如：单片机与外部键盘、LED灯、蜂鸣器等的连接，都是通过P1口来实现的。P1口的使用P3口常用其第二功能：P3口的使用RD(片外数据存储器读选通控制输出)P3.7WR(片外数据存储器写选通控制输出)P3.6T1(定时器1的外部输入)P3.5T0(定时器0的外部输入)P3.4INT1(外部中断1输入)P3.3INT0(外部中断0输入)P3.2TXD(串行口输出)P3.1RXD(串行口输入)P3.0第二功能引脚RST(9脚)：RST是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。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(8个机器周期)的高电平，让单片机复位。ALE／PROG(30脚)：地址锁存允许信号端。当单片机上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fosc的l/6。此引脚的第二功能PROG是对片内带有可编程的ROM的单片机编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲的输入端。控制信号引脚RST、EA、ALE、PSENPSEN(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。EA／VPP（3l脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA引脚接高电平时，CPU先访问片内程序存储器并执行内部程序存储器中的指令，然后再访问外部ROM的内容。输入信号EA引脚接低电平(接地)时，CPU只访问外部外部ROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。控制信号引脚RST、EA、ALE、PSEN2.389S51的应用模式扩展总线的应用模式不扩展总线的应用模式8D锁存器74LS373由ALE(AddressLatchEnable)作为控制端：ALE高电平时，输出跟踪输入。此时，进行地址传输。ALE低电平时，地址锁存。此时，进行数据传输。2.489S51的时钟与时序时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：内部时钟方式、外部时钟方式。内部时钟方式外部时钟方式内部时钟方式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。内部时钟方式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。常选6MHz或12MHz的石英晶体，此时对应的机器周期是2μs、1μs。外部时钟方式用现成的外部振荡器产生脉冲信号，常用于多片AT89S51同时工作，以便于多片AT89S51单片机之间的同步，一般为低于12MHz的方波。外部时钟源直接接到XTAL1端，XTAL2端悬空。89S51的时钟信号1个机器周期：12个晶振周期（或6个状态，每个状态2拍）指令的执行时间称作指令周期（单、双、四周期）89S51单片机的复位复位可使单片机或系统部件处于确定的初始状态。复位电路上电复位电路按键与上电复位思考：复位电路的基本原理？单片机复位后的状态PC=0000H，复位后程序从0000H开始执行。RAM：随机值（运行中复位不改变RAM内容）SFR：P0~P3=FFHSP=07HIP、IE和PCON：有效位为0PSW=00H2.589S51的存储器组织89S51的存储器可以分成两大类：RAM，CPU在运行时能随时进行数据的写入和读出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。用来存放暂时性的输入输出数据、运算的中间结果或用作堆栈。ROM，写入信息后不易改写的存储器。断电后，其中的信息保留不变。用来存放固定的程序或数据，如系统监控程序、常数 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格等。2.5.189S51单片机的程序存储器配置片内与片外程序存储器的选择EA引脚接高电平---从片内ROM开始访问EA引脚接地---从片外ROM开始访问程序存储器低端的几个特殊单元程序存储器中的指令代码及其观察2.5.289S51单片机数据存储器的配置片内、片外数据存储器概况片内RAM及SFR片外RAM寄存器及其存储器映射如下图：片内RAM详图说明：00H~1FH：工作寄存器区，4组寄存器，每组8个（R0~R7）；20H~2FH：位寻址区，共16字节，128位。30H~7FH：用户RAM区。eg.设置SP、缓冲区暂存数据。以上三部分（00H~7FH）共128字节，即片内128字节RAM。特殊功能寄存器（SFR）与内部RAM统一编址，地址范围是80H~FFH，离散分布。工作寄存器区（4组寄存器）寄存器组0：地址00H~07H寄存器组1：地址08H~0FH寄存器组2：地址10H~17H寄存器组3：地址18H~1FH当前工作寄存器组选择PSW寄存器中：位寻址空间共有211个可寻址位：(1)片内RAM的20H～2FH单元，共16个字节，128位，位地址范围为00H～7FH。(2)能够位寻址的SFR有11个，共有88位，其中5位未用，其余83位离散分布在片内RAM字节地址为80H～FFH的范围内。能够位寻址的SFR，其字节地址的末位都为0H或8H。片内RAM的位寻址区78H79H7AH7BH7CH7DH7EH7FH2FH70H71H72H73H74H75H76H77H2EH68H69H6AH6BH6CH6DH6EH6FH2DH60H61H62H63H64H65H66H67H2CH58H59H5AH5BH5CH5DH5EH5FH2BH50H51H52H53H54H55H56H57H2AH48H49H4AH4BH4CH4DH4EH4FH29H40H41H42H43H44H45H46H47H28H38H39H3AH3BH3CH3DH3EH3FH27H30H31H32H33H34H35H36H37H26H28H29H2AH2BH2CH2DH2EH2FH25H20H21H22H23H24H25H26H27H24H18H19H1AH1BH1CH1DH1EH1FH23H10H11H12H13H14H15H16H17H22H08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH21H00H01H02H03H04H05H06H07H20HD0D1D2D3D4D5D6D7位地址字节地址位寻址与字节寻址的区别：依靠指令区分举例：SETB26H(24H.6)；置1CLR26H(24H.6)；置0MOVACC，26H通用RAM区30H~7FH，共80字节数据缓冲堆栈SP指示栈顶复位时SP=07H系统初始化通常重新设置RAM内容查看2.5.389S51单片机的特殊功能寄存器（SFR）基本型单片机有26个SFR离散地分布在80H~FFH空间。与运算器相关3个ACCBPSW与定时/计数器相关6个TH0,TL0TH1,TL1TMODTCON指针类3个SPDPH,DPL与口相关7个P0,P1,P2,P3SBUFSCONPCON与中断相关2个IEIP特殊功能寄存器（SFR）：89S51单片机有26个特殊功能寄存器，用于对片内各功能部件的管理、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。映射：SFR不是普通RAM，但是和普通RAM统一编址。其优点是：CPU把它们都当作普通RAM进行访问，不做指令的区分，减少指令集的数目。说明：累加器A：ALU的数据源之一，并存放计算结果；常作为数据传送的中转站。寄存器B：专为乘法和除法设置，是数据源之一，并存放计算结果。不做乘除法时，可作为普通寄存器使用。乘法：两乘数分别在A、B中，执行乘法指令后，乘积在BA中除法：被除数取自A，除数取自B，商存放在A中，余数存B中。程序计数器PC：16位寄存器，存放下一条将要执行的程序的地址，即指向下一条将要执行的程序。程序计数器PC是一个16位计数器，不可访问。单片机复位时，PC中内容为0000H，即CPU从程序存储器的0000H单元开始取指令执行。PC工作过程是：CPU读指令时，PC的内容作为所取指令的地址，通过地址总线传给程序存储器，程序存储器按此地址输出指令字节，同时PC自动加1。PC中内容变化轨迹决定程序的 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 。当顺序执行程序时自动加1；执行转移程序或子程序、中断子程序调用时，自动将其内容更改成所要转移的目的地址。P/OVRS0RS1F0ACCY位标志D0D1D2D3D4D5D6D7位序CY：进位和借位标志，当指令执行中有进位和借位产生时，CY为1，反之为0。AC：辅助进位、借位标志。当低4位对高4位进位或借位时，AC为1，反之为0。常用于BCD码的计算。F0:用户标志位，其作用由用户自定义。(eg.流程控制)RS1和RS0：工作寄存器选择标志位。OV：溢出标志位。P：奇偶校验位，当A中1的个数为偶数时P=0，奇数时为1。(检错功能)PSW(ProgramStatusWord)指令状态字堆栈指针SP，8位寄存器，它总是指向栈顶。堆栈操作遵循“后进先出”的原则，入栈操作时，SP先加1，数据再压入SP指向的单元。出栈操作时，先将SP指向的单元的数据弹出，然后，SP再减1，这时SP指向的单元是新的栈顶。作用：现场的保护与恢复。(中断、子程序调用)单片机复位后，SP为07H，使得堆栈实际上从08H单元开始，由于08H～1FH单元分别是属于1～3组的工作寄存器区，因此，在复位后需把SP值改置为60H或更大的值，避免堆栈与工作寄存器冲突。与AT89C51相比，新增了5个SFR：DP1L、DP1H，即DPTR1AUXR、AUXR1WDTRST。AUXR是辅助寄存器，其 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 如下图所示：DISALE：ALE的禁止/允许位。0：ALE有效，发出脉冲；1：ALE仅在执行MOVC和MOVX类指令访问外部存储器时有效，不访问外部存储器时，ALE不输出脉冲信号。DISRTO：禁止/允许WDT溢出时的复位输出。0：WDT溢出时，在RST引脚输出一个高电平脉冲；1：RST引脚仅为输入脚。WDIDLE：WDT在空闲模式下的禁止/允许位。0：WDT在空闲模式下继续计数；1：WDT在空闲模式下暂停计数。AUXR1是辅助寄存器，格式如下图所示：DPS：数据指针寄存器选择位。0：选择数据指针寄存器DPTR0；1：选择数据指针寄存器DPTR1。数据指针DPTR，16位寄存器，用来存放16位地址。89S51有两个DPTR，即DPTR0和DPTR1，AUXR1的DPS位用于选择两个DPTR中的一个。当DPS=0时，选用DPTR0；当DPS=1时，选用DPTR1。DPTR用于访问片外的64KBRAM或ROM数据。先把存储器的16位地址装入DPTR，即让DPTR指向该存储单元，然后即可对该单元进行访问。DPTR由两个8位的寄存器DPH和DPL组成。数据指针可作为一个16位寄存器来用，也可作为两个独立的8位寄存器DP0H+DP0L或DP1H+DP1L来用。看门狗定时器WDTWDT包含一个14位的计数器(增1方式)和WDT复位寄存器（WDTRST）。14位计数器，从0开始计数，每个机器周期增1，最大到16383。为了防止WDT溢出，在达到最大值之前，要通过向WDTRST寄存器写入1EH和E1H进行复位清零。当CPU受到干扰，程序陷入死循环或跑飞状态时，WDT使系统复位，重新运行，以便使程序恢复正常。AT89S51的低功耗模式特征区别：空闲模式：CPU不工作，其他一切正常。掉电模式：时钟停止，一切都不工作。进入方式：空闲模式：将PCON中的IDL位置1。掉电模式：将PCON中的PD位置1。退出方式：空闲模式：响应中断、硬件复位。掉电模式：响应外部中断、硬件复位。