单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术42.189C51单片机芯片内部结构及特点42.289C51单片机引脚及其功能42.389C51单片机存储器配置42.4时钟电路及89C51CPU时序42.5复位操作42.6 89C51单片机的低功耗工作方式返回第2章 89C51单片机的结构和原理42.7输出/输入端口结构Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2.1 89C51单片机芯片内部结构及特点返回89C5189C51单片机结构框图单片机结构框图A89C51 CPU振荡器和时钟 OSC64KB 总线 扩展控制器数据存储器 256B RAM/SFR216位 定时器/计数器可编程I/O程序存储器 4KB FLASH ROM可编程全双工 串行口内外中断源控制 并行口串行通信外部时钟源外部事件计数片内振荡器和时钟产生电 路，需外接晶振和电容。片内4kB/8kBFlash ROM， 用以存放程序、一些原始 数据和表格。128B/256B片内RAM，用 以存放运算的中间结果等都可以设置成计数/定时方式， 完成对外部事件进行计数或实 现定时控制。8位 CPU。指令简单，实现加 减乘除运算、逻辑运算和强大 的位控制功能。四个8位并行I/O口 P0P3，或 32位独立的I/O口，可以用作输 入，也可以用作输出。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。用于外部ROM、RAM或外设 的扩展。 五个中断源的中断控制系统。Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术二、89C51系列单片机的性能1） 89C51单片机与8051相比，具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式。 2）89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0 Hz。在空闲方式中 ，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。 此时的电流可降到大约为正常工作方式的15%。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中的 内容，直到下一次硬件复位为止。这种方式下的电流可降到15 A以下，最小 可降到0.6 A。 3）89C51单片机还有一种低电压的型号，即89LV51，除了电压范围有区别之 外，其余特性与89C51完全一致。 89C51 采用5V电源， 89LV采用51 2.76V 电源。 4）89C51/LV51是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机。它采用了CMOS 工艺和高密度非易失性存储器（NURAM）技术，而且其输出引脚和指令系统 都与MCS51兼容；片内的Flash ROM允许在系统内改编程序或用常规的非易 失性存储器编程器来编程。因此89C51/LV51是一种功能强、灵活性高，且价 格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。返回Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2.1.2 89C51单片机芯片内部结构 一、结构图 二、结构组成返回DateP0驱动器P2驱动器P0锁存器P2锁存器RAM地址 寄存器128B RAM4KBROMB寄存器暂存器1暂存器2ACCSP程序地址 寄存器 缓冲器PC增1PCDPTR中断、串行口和定时器PSWP1锁存器P1驱动器P3锁存器P3驱动器定 时 控 制指 令 寄 存 器指 令 译 码 器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1 XTAL2PSEN ALE EA RESET89C5189C51单片机单片机 内部结构图内部结构图返回运算器控制器存储器I/O接口Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1、中央处理单元（89C51CPU）：运算器+控制器返回1）8位的ALU：可对4位、8位、16位数据进行操作。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：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。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。（1）运算器二、结构组成：CPU+存储器+ I/O接口Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2）控制器（1）程序计数器PC（16位）： 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和片外RAM直接寻址，不可对89C51片内RAM寻址 。 由两个8位计数器PCH、PCL组成。 （2）指令寄存器IR及指令译码器ID 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。 （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频率微调电容 （2个30pF左右），其频率范围为1.2MHz-12MHz。该信号作为89C51工 作的基本节拍，即时间的最小单位。返回Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2、存储器 1）程序存储器（ROM） 2 89C51片内为4kB Flash ROM。 2 地址从0000H开始。 2 用于存放程序和表格常数。 2）数据存储器（RAM） 2 89C51RAM均为128B，地址为00H7FH。 2 用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。 2 128B的RAM=工作寄存器组+位寻址空间+普通RAM+堆栈。 2 片内还有21个特殊功能寄存器（SFR），它们同128字节RAM统一编 址，地址为80HFFH。 3、I/O接口 2 89C51有四个8位并行I/O接口P0P3。 2 它们都是双向端口，每个端口各有8条独立的I/O口线。 2 P0-P3口四个锁存器同RAM统一编址，可作为SFR来寻址。返回Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2.2 89C51单片机引脚及其功能2.2.1 89C51单片机引脚2.2.2 89C51单片机引脚功能返回Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2.2.1 89C51单片机引脚 下图是 89C51/LV51的引脚结构图，有双列直插封装 (DIP)方式和方形封装方式。返回2.289C51单片机引脚及其功能Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2.2.2 89C51单片机引脚功能一、电源引脚： Vcc(40脚) +5V电源端，Vss(20脚)：接地端。 二、时钟电路引脚：XTAL1和XTAL2 XTAL2（18脚）、XTAL1（19脚） ：分别接外部晶体和微调电容的一端 ，为单片机提供时钟； 三、控制信号引脚RST、ALE、PSEN和EA RST（9脚）：复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器 周期的高电平时，就可以完成复位操作。 ALE（30脚）：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。 PSEN（29脚）：程序存储器允许信号输出端。在访问片外ROM时，定时 输出负脉冲作为读片外ROM的选通信号，接片外ROM 的OE端。 EA（31脚）：外部程序存储器地址允许输入端。 EA=1：CPU访问片内ROM并执行片内程序存储器中的指令，但当PC值超过 0FFFH（片内ROM为4KB）时，将自动转向执行片外ROM中的程序。 EA=0：CPU只访问片外ROM并执行外部程序存储器中的程序。返回Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术四、I/O端口P0、P1、P2和P31、均可字节访问。 2、均可分为8位独立的I/O口使用。 3、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。返回第一功能上拉驱动驱动 能力第二功能P0I/O口无8个LS型TTL负载分时复用的低8位地址总线和8位数据 总线。P1I/O口有4个LS型TTL负载无P2I/O口有4个LS型TTL负载访问片外存储器时，P2输出高8位地址 。 P3I/O口有4个LS型TTL负载每个引脚都有独立的第二功能，对应 所有的硬件模块。Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术P3端口引脚与复用功能表Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2.32.3 89C5189C51存储器配置存储器配置2.3.1 89C51存储器分类2.3.2 程序存储器地址空间2.3.3 数据存储器地址空间返回Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2.3.1 89C51存储器分类返回片内程序存储器片外程序存储器片内数据存储器片外数据存储器89C51存储器程序存储器ROM数据存储器RAM1、片内、外统一编址的64kBROM地址空间。CPU访问片内、片外ROM用 MOVC指令。 2、64kB的片外数据存储器地址空间。访问片外RAM指令用MOVX。 3、256字节的片内数据存储器地址空间。访问片内RAM指令用MOV。 上述三个存储空间地址是重叠的，须采用不同的数据传送指令符号访问。Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2.3.2 程序存储器地址空间一、用途：用于存放编好的程序和表格常数。 二、编址：89C51片内Flash ROM的容量为4kB。地址为0000H 0FFFH。片外最多可扩至64kB FLASH，地址为1000HFFFFH。 片内外统一编址。 三、寻址方式： 1、当 EA=“1”时：89C51的PC在00000FFFH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。 2、当 EA=”0”时：89C51片内ROM不起作用，CPU只能从片ROM/EPROM中取指令 。 3、89C51从片内ROM和片外ROM取指的速度相同。 4、目前单片机通常只用内部ROM， EA=“1”。返回Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术四、程序存储器的保留存储单元返回1、0000H0002H：因为复位后PC的内容为0000H，CPU总是 从0000H开始执行程序。 2、0003H002AH：均分为五段，每段8字节，用作五个中断 服务程序的入口。中断矢量地址表如下所示。Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术中断矢量表返回Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2.3.3 数据存储器地址空间一、用途：用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲 、标志位等，目前通常只用于测量数据的存储。 二、片外RAM： 地址：0000HFFFFH。 寻址：只能用MOVX指令。 三、片内RAM： 低128字节RAM（00H7FH）：工作寄存器组+位寻址空 间+普通RAM+堆栈。 高128字节RAM（80HFFH）：特殊功能寄存器SFR 区，只能用直接寻址！返回Date单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术（一）片内RAM地址空间寻址：用指令MOV最大可寻址256个单元 。返回低128B（00H-7FH）： 真正RAM区高128B（80H-FFH）： 特殊功能寄存器（SFR）区地址：00H-FFHDate单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1、工作寄存器区（00H1FH）1）由四组工作寄存器组成，每组8个寄存器（R0-R7），共32个单元。 2）通过程序状态寄存器 PSW中RS1、RS0两位设定来选择CPU的当 前工作寄存器组。复位时，第0组为当前的工作寄存器。 3）若不需要四组，则其余可作为一