单片机ATC简介PPT课件

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1、教学目标教学目标 1. 总体了解总体了解AT89C51单片机内部结构。单片机内部结构。 2. 熟悉熟悉AT89C51单片机单片机40个引脚及其功能。个引脚及其功能。 3. 熟悉熟悉AT89C51三个不同存储空间配置及地址三个不同存储空间配置及地址范范 围，了解不同存储空间的操作指令和控制信围，了解不同存储空间的操作指令和控制信号。号。 4. 熟悉熟悉AT89C51片内片内RAM低低128B分区结构和作分区结构和作用。用。 5. 了解特殊功能寄存器地址分布范围，理解了解特殊功能寄存器地址分布范围，理解ACC、 B、SP、DPTR的作用和功能，重点掌握的作用和功能，重点掌握PSW结构结构 组成和各

2、位作用。组成和各位作用。 通过本章教学，要求达到以下目标：第1页/共83页 6. 理解程序计数器理解程序计数器PC的功能。的功能。 7. 了解了解AT89C51 4个个I/O端口结构及工作原理。端口结构及工作原理。 8. 理解在扩展外存储器情况下，理解在扩展外存储器情况下，P0、P2及及 P3口的功能作用。口的功能作用。 9. 了解堆栈指针了解堆栈指针SP及堆栈的作用；及堆栈的作用； 10. 掌握堆栈的设置及使用方式；掌握堆栈的设置及使用方式； 11. 熟悉熟悉AT89C51复位条件、复位电路和复位复位条件、复位电路和复位后后 常用的常用的SFR的状态。的状态。 12. 理解时钟电路组成、时钟

3、和机器周期的概理解时钟电路组成、时钟和机器周期的概念。念。 第2页/共83页课前预习和复习检测课前预习和复习检测1号题号题2号题号题3号题号题4号题号题5号题号题6号题号题7号题号题8号题号题9号题号题第3页/共83页温故知新温故知新检测检测 微机中常用的进制有哪些？微机中常用的进制有哪些？ 各有何特点？各有何特点？1号题号题第4页/共83页温故知新温故知新检测检测 什么是什么是BCD码和码和BCD数？数？ BCD数的加减运算有何特点？数的加减运算有何特点？2号题号题第5页/共83页温故知新检测温故知新检测 什么是原码、反码和补码？什么是原码、反码和补码？ 3号题号题第6页/共83页温故知新温

4、故知新检测检测 4号题号题1101101.1011B =？H第7页/共83页温故知新温故知新检测检测5号题号题AT89C51系列单片机内部系列单片机内部包含哪些主要功能部件？包含哪些主要功能部件？ 第8页/共83页温故知新温故知新检测检测 程序计数器程序计数器PC的作用是什么？的作用是什么？ 6号题号题第9页/共83页温故知新温故知新检测检测AT89C51的的CPU主要主要由哪几部分组成由哪几部分组成? 7号题号题第10页/共83页温故知新温故知新检测检测单片机单片机CPU运算器的核心运算器的核心部件是什么？部件是什么？其主要功能有哪些？其主要功能有哪些？8号题号题第11页/共83页温故知新温

5、故知新检测检测AT89C51单片机内部单片机内部有多少字节的有多少字节的RAM和和FlashROM？ 9号题号题第12页/共83页2.1 AT89C51单片机的结构单片机的结构 第13页/共83页2.1 AT89C51单片机的结构单片机的结构时序和振荡电路程序存储器 ROM数据存储器RAM2个16位定时/计数器CPU内部8位数据总线中断系统并行I/O口 串行I/O口内部中断内部中断外部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD时钟源时钟源外部事件外部事件图图2.1 AT89C51单片机内部结构框图单片机内部结构框图第14页/共83页RAM128BRAM地址寄存器P3口P1口P2口P0

6、口锁存器锁存器锁存器锁存器中断定时/计数器串行口SPBACC暂存器1暂存器2PSW指令寄存器IR指令译码器IDDPL缓冲器程序计数器PCPC增量器地址寄存器AR定时与控制4KROMALUALUDPH图图2.2 AT89C51单片机的内部结构示意单片机的内部结构示意第15页/共83页 中央处理器中央处理器( (CPU) ) CPUCPU是单片机内部的核心部件，是一个是单片机内部的核心部件，是一个8 8位二进制数的中央处理单元，主要由位二进制数的中央处理单元，主要由运算运算器器、控制器控制器和寄存器阵列构成。和寄存器阵列构成。 1. 运算器运算器 运算器用来完成算术运算和逻辑运算运算器用来完成算术

7、运算和逻辑运算功能，它是功能，它是AT89C51AT89C51内部处理各种信息的主内部处理各种信息的主要部件。运算器主要由算术逻辑单元要部件。运算器主要由算术逻辑单元(ALU)(ALU)、累加器累加器(ACC)(ACC)、暂存寄存器、暂存寄存器(TMP1(TMP1、TMP2)TMP2)和状态寄存器和状态寄存器(PSW)(PSW)组成。组成。第16页/共83页1. 运算器运算器 (1) 算术逻辑单元算术逻辑单元(ALU)：AT89C51中的中的ALU由加法器和一个布尔处理器组成。由加法器和一个布尔处理器组成。 (2) 累加器累加器(ACC)：用来存放参与算术运算：用来存放参与算术运算和逻辑运算的

8、一个操作数或运算的结果。和逻辑运算的一个操作数或运算的结果。 (3) 暂存寄存器暂存寄存器(TMP1、TMP2)：用来存放：用来存放参与算术运算和逻辑运算的另一个操作数，它参与算术运算和逻辑运算的另一个操作数，它对用户不开放。对用户不开放。 (4) 状态寄存器状态寄存器(PSW)：PSW是一个是一个8位标志位标志寄存器，用来存放寄存器，用来存放ALU操作结果的有关状态。操作结果的有关状态。第17页/共83页表表2.1 PSW各位定义表各位定义表位编号PSW7PSW6PSW5PSW4PSW3PSW2PSW1PSW0位定义CYCYACF0RS1RS0OVP位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2H

9、D1HD0H 进位标志位进位标志位CY：表示累加器：表示累加器A在加减运算过程中其最高位在加减运算过程中其最高位 A7有无有无 进位或借位。进位或借位。 辅助进位位辅助进位位AC：表示累加器：表示累加器A在加减运算时低在加减运算时低4位位(A3)有无向高有无向高4 位位(A4)进位或借位。进位或借位。 用户标志位用户标志位F0：是用户定义的一个状态标志位，根据需要可以用：是用户定义的一个状态标志位，根据需要可以用 软件来使它置位或清除。软件来使它置位或清除。第18页/共83页 1. 运算器运算器 寄存器选择位RS1、RS0：AT89C51共有四组，每组八个工作寄存器R0R7。编程时用于存放数据

10、或地址。但每组工作寄存器在内部RAM中的物理地址不同。RS1和RS0的四种状态组合就是用来确定四组工作寄存器的实际物理地址的。RS1、RS0状态与工作寄存器R0R7的物理地址关系如表2.2 所示。第19页/共83页表表2.2 工作寄存器组工作寄存器组R0R7的物理地址的物理地址RS1 RS0工作寄存器组号工作寄存器组号R0R1的物理地址的物理地址0 00 11 01 1012300H 07H08H 0FH10H 17H18H 1FH 溢出标志位溢出标志位OV：当执行算术指令时，由硬件自动置位或：当执行算术指令时，由硬件自动置位或 清零，表示累加器清零，表示累加器A的溢出状态。的溢出状态。 奇偶

11、标志位奇偶标志位P：用于指示运算结果中：用于指示运算结果中1的个数的奇偶性，的个数的奇偶性， 若累加器若累加器A中中1的个数为奇数，则的个数为奇数，则P=1；若；若1的个数为偶的个数为偶 数，则数，则P=0。第20页/共83页 2. 控制器 控制器是单片机内部按一定时序协调工控制器是单片机内部按一定时序协调工作的控制核心，是分析和执行指令的部件。作的控制核心，是分析和执行指令的部件。控制器主要由程序计数器控制器主要由程序计数器PC、指令寄存器指令寄存器IR、指令译码器指令译码器ID和和定时控制逻辑电路定时控制逻辑电路等构成。等构成。 程序计数器程序计数器PC是专门用于存放现行指令是专门用于存放

12、现行指令的的16位地址的。位地址的。CPU就是根据就是根据PC中的地址到中的地址到ROM中去读取程序指令码和数据，并送给指中去读取程序指令码和数据，并送给指令寄存器令寄存器IR进行分析。进行分析。第21页/共83页 2. 控 制 器 指令寄存器指令寄存器IR用于存放用于存放CPU根据根据PC地址从地址从ROM中读出的指令操作码。中读出的指令操作码。 指令译码器指令译码器ID是用于分析指令操作的部件，是用于分析指令操作的部件，指令操作码经译码后产生相应于某一特定操作指令操作码经译码后产生相应于某一特定操作的信号。的信号。 定时控制逻辑中定时部件用来产生脉冲序定时控制逻辑中定时部件用来产生脉冲序列

13、和多种节拍脉冲。列和多种节拍脉冲。 第22页/共83页3寄存器阵列 寄存器阵列是单片机内部的临时存储单元寄存器阵列是单片机内部的临时存储单元或固定用途单元，包括通用寄存器组和专用寄或固定用途单元，包括通用寄存器组和专用寄存器组。存器组。 通用寄存器组用来存放过渡性的数据和地通用寄存器组用来存放过渡性的数据和地址，提高址，提高CPU的运行速度。的运行速度。 专用寄存器组主要用来指示当前要执行指专用寄存器组主要用来指示当前要执行指令的内存地址，存放特定的操作数，指示指令令的内存地址，存放特定的操作数，指示指令运行的状态等。运行的状态等。 第23页/共83页存储器存储器 AT89C51单片机内部有单

14、片机内部有256个字节的个字节的RAM数据数据存储器和存储器和4KB的闪存程序存储器的闪存程序存储器(Flash)，当不够，当不够使用时，可分别扩展为使用时，可分别扩展为64 KB外部外部RAM存储器和存储器和64 KB外部程序存储器。它们的逻辑空间是分开的，外部程序存储器。它们的逻辑空间是分开的，并有各自的寻址机构和寻址方式。这种结构的单并有各自的寻址机构和寻址方式。这种结构的单片机称为哈佛型结构单片机。片机称为哈佛型结构单片机。 程序存储器程序存储器是可读不可写的，用于存放编好是可读不可写的，用于存放编好的程序和表格常数。的程序和表格常数。 数据存储器是既可读也可写的，用于存放运数据存储器

15、是既可读也可写的，用于存放运算的中间结果，进行数据暂存及数据缓冲等。算的中间结果，进行数据暂存及数据缓冲等。第24页/共83页 AT89C51单片机对外部电路进行控制或单片机对外部电路进行控制或交换信息都是通过交换信息都是通过I/O端口进行的。单片机的端口进行的。单片机的I/O端口分为并行端口分为并行I/O端口和串行端口和串行I/O端口，它端口，它们的结构和作用并不相同。们的结构和作用并不相同。 1并行并行I/O端口端口 AT89C51有有四个四个8位位并行并行I/O端口，分别端口，分别命名为命名为P0口、口、P1口、口、P2口和口和P3口，它们都是口，它们都是 8位准双向口，每次可以并行输入

16、或输出位准双向口，每次可以并行输入或输出8位位二进制信息。二进制信息。 端口端口第25页/共83页 AT89C51有一个全双工的可编程串行I/O端口，它利用了P3口的第二功能，即将P3.1引脚作为串行数据的发送线TXD，将P3.0引脚作为串行数据的接收线RXD。 2串行串行I/OI/O端口端口第26页/共83页定时器定时器/ /计数器计数器 AT89C51内部有两个内部有两个16位可编程定时器位可编程定时器/计计数器，简称为定时器数器，简称为定时器0(T0)和定时器和定时器1(T1)，T0和和T1分别由两个分别由两个8位寄存器构成，其中位寄存器构成，其中T0由由TH0(高高8位位)和和TL0(

17、低低8位位)构成，构成，T1由由TH1(高高8位位)和和TL1(低低8位位)构成。构成。TH0、TL0、TH1、TL1都是都是SFR中的特殊功能寄存器。中的特殊功能寄存器。 T0和和T1在在TCON和和TMOD的控制下可工作的控制下可工作在定时器模式或计数器模式下，每种模式下又在定时器模式或计数器模式下，每种模式下又有不同的工作方式。当定时或计数溢出时还可有不同的工作方式。当定时或计数溢出时还可申请中断。详细情况参见第申请中断。详细情况参见第6章。章。第27页/共83页中断系统中断系统 单片机中的中断是指单片机中的中断是指CPU暂停正在执行的原暂停正在执行的原程序转而为中断源服务程序转而为中断

18、源服务(执行中断服务程序执行中断服务程序)，在，在执行完中断服务程序后再回到原程序继续执行。执行完中断服务程序后再回到原程序继续执行。中断系统是指能够处理上述中断过程所需要的部中断系统是指能够处理上述中断过程所需要的部分电路。分电路。 AT89C51的中断系统由中断源、中断允许的中断系统由中断源、中断允许控制器控制器IE、中断优先级控制器、中断优先级控制器IP、定时器控制器、定时器控制器TCON(中断标志寄存器中断标志寄存器)等构成，等构成，IE、IP、TCON均为均为SFR特殊功能寄存器特殊功能寄存器(见表见表2.2)。第28页/共83页内部总线内部总线 总线是用于传送信息的公共途径。总线总

19、线是用于传送信息的公共途径。总线可分为可分为数据总线、数据总线、地址总线地址总线和和控制总线。单控制总线。单片机内的片机内的CPU、存储器、存储器、I/O接口等单元部件接口等单元部件都是通过总线连接到一起的。采用总线结构都是通过总线连接到一起的。采用总线结构可以减少信息传输线的根数，提高系统可靠可以减少信息传输线的根数，提高系统可靠性，增强系统灵活性。性，增强系统灵活性。 AT89C51单片机内部总线是单总线结构，单片机内部总线是单总线结构，即数据总线和地址总线是公用的。即数据总线和地址总线是公用的。第29页/共83页2.2 AT89C51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能 AT89C51有

20、有40条引脚，与其他条引脚，与其他51系列系列单片机引脚是兼容的。这单片机引脚是兼容的。这40条引脚可分为条引脚可分为I/O端口线、电源线、控制线、外接晶体线端口线、电源线、控制线、外接晶体线四部分。其封装形式有两种：双列直插封四部分。其封装形式有两种：双列直插封装装(DIP)形式和方形封装形式，如图形式和方形封装形式，如图2.2所所示。示。第30页/共83页12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221(T2)P1.0(T 2EX)P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST(R

21、XD)P3.0(TXD)P3.1(T0)P3.4(T1)P3.5XTAL2XTAL1GND(TNT0)P3.2(TNT1)P3.3(WR)P3.6(RD)P3.7VCCP0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)P2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)P2.4(A12)P2.3(A11)P2.2(A10)P2.1(A9)P2.0(A8)EA/VPPALE/PROGPSENP1.5P1.6P1.7RST(RXD)P3.0NC(TXD)P3.1(INT0)P3.2(INT1)P3.3(

22、T0)P3.4(T1)P3.5P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)EA/VPPNCALE/PROGPSENP2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)789101112131415161739383736353433323130291819202122232425262728P1.4P1.3P1.2P1.1(T 2EX)P1.0(T 2)NCVCCP0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)(WR)P3.6(RD)P3.7XTAL2XTAL1GNDNC(A8)P2.0(A9)P2.1(A10)P2.2(A11)P2.3(

23、A12)P2.46543214443424140(a)(b)图图2.2 AT89C51封装和引脚分配图封装和引脚分配图(a) 双列直插式封装双列直插式封装 (b) 方形封装方形封装2.2 AT89C51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能AT89C51AT89C51第31页/共83页 1P0口口 P0口有八条端口线，命名为口有八条端口线，命名为P0.0P0.7，其中其中P0.0为为低位低位，P0.7为为高位高位。每条线的结。每条线的结构组成如图构组成如图2.3所示。它由一个输出锁存器，所示。它由一个输出锁存器，两个三态缓冲器，输出驱动电路和输出控制两个三态缓冲器，输出驱动电路和输出控制电路组成

24、。电路组成。P0口是一个口是一个三态双向三态双向I/O口口，它，它有两种不同的功能，用于不同的工作环境。有两种不同的功能，用于不同的工作环境。端口功能端口功能第32页/共83页DCLQQP0.X锁存器MUXT2T1VCC控制地址/数据读锁存器内部总线写锁存器读引脚P0.X图图2.3 P0口位结构图口位结构图1P0口口第33页/共83页 P1口有八条端口线，命名为口有八条端口线，命名为P1.0P1.7，每条线的结构组成如图每条线的结构组成如图2.4所示。所示。P1口是一个口是一个准双向口，只作普通的准双向口，只作普通的I/O口使用，其功能与口使用，其功能与P0口的第一功能相同。作输出口使用时，由

25、口的第一功能相同。作输出口使用时，由于其内部有上拉电阻，所以不需外接上拉电于其内部有上拉电阻，所以不需外接上拉电阻；作输入口使用时，必须先向锁存器写入阻；作输入口使用时，必须先向锁存器写入“1”，使场效应管，使场效应管T截止，然后才能读取数截止，然后才能读取数据。据。2. P1口口第34页/共83页DCLQQP1.X锁存器读锁存器内部总线写锁存器读引脚VCCP1.XT图图2. 4 P1口位结构图口位结构图2. P1口口第35页/共83页 P2P2口有八条端口线，命名为口有八条端口线，命名为P2.0P2.0P2.7P2.7，每条线的结构如图，每条线的结构如图2.52.5所示。所示。P2P2口也口

26、也是一个准双向口，它有两种使用功能：一种是一个准双向口，它有两种使用功能：一种是当系统不扩展外部存储器时，作普通是当系统不扩展外部存储器时，作普通I/OI/O口使用，其功能和原理与口使用，其功能和原理与P0P0口第一功能相同，口第一功能相同，只是作为输出口时不需外接上拉电阻；另一只是作为输出口时不需外接上拉电阻；另一种是当系统外扩存储器时，种是当系统外扩存储器时，P2P2口作系统扩展口作系统扩展的地址总线口使用，输出高的地址总线口使用，输出高8 8位的地址位的地址A A7 7A A1515，与，与P0P0口第二功能输出的低口第二功能输出的低8 8位地址相配位地址相配合，共同访问外部程序或数据存

27、储器合，共同访问外部程序或数据存储器(64 (64 KB)KB)，但它只确定地址并不能像，但它只确定地址并不能像P0P0口那样还口那样还可以传送存储器的读写数据。可以传送存储器的读写数据。3. P2口口第36页/共83页DCLQQP2.X锁存器MUXTVCC控制内部上拉电阻读锁存器内部总线写锁存器读引脚P2.X地址图图2.5 P2口位结构图口位结构图3. P2口第37页/共83页 P3口有八条端口线，命名为口有八条端口线，命名为P3.0P3.7，每条线的结构如图，每条线的结构如图2.6所示。所示。P3口是一口是一个多用途的准双向口。第一功能是作普通个多用途的准双向口。第一功能是作普通I/O口使

28、用，其功能和原理与口使用，其功能和原理与P1口相同。第二功口相同。第二功能是作控制和特殊功能口使用，这时八条端能是作控制和特殊功能口使用，这时八条端口线所定义的功能各不相同，如表口线所定义的功能各不相同，如表2.3所示。所示。4. P3口口第38页/共83页DCLQQP3.X锁存器读锁存器内部总线写锁存器读引脚VCCP3.XT内部上拉电阻第二输出功能第二输入功能图图2.6 P3口位结构图口位结构图4. P3口口第39页/共83页表表2.3 P3口各位的第二功能口各位的第二功能引脚引脚第二功能第二功能功功 能能 说说 明明 P3.0RXD串行数据输入端串行数据输入端 P3.1TXD串行数据输出端

29、串行数据输出端 P3.2INT0外部中断外部中断0中断请求信号输入端中断请求信号输入端P3.3INT1外部中断外部中断1中断请求信号输入端中断请求信号输入端P3.4T0定时定时/计数器计数器0外部计数脉冲输入端外部计数脉冲输入端P3.5T1定时定时/计数器计数器1外部计数脉冲输入端外部计数脉冲输入端P3.6WR片外片外RAM写选通信号输出端写选通信号输出端 P3.7RD片外片外RAM读选通信号输出端读选通信号输出端 第40页/共83页 在单片机中，口是一个集数据输入在单片机中，口是一个集数据输入缓冲、数据输出驱动及锁存等多项功能于一缓冲、数据输出驱动及锁存等多项功能于一体的体的I/O电路。电路

30、。AT89C51的的4个口在电路结构个口在电路结构上基本相同，上基本相同， P0P3口都可作为普通口都可作为普通I/O口口来使用。但又各具特点，因此在功能和使用来使用。但又各具特点，因此在功能和使用上各口之间有一定的差异。各口用作输入时，上各口之间有一定的差异。各口用作输入时，均须先写入均须先写入“1”；P0口用作输出时，应外接口用作输出时，应外接上拉电阻。上拉电阻。5I/O口的读写口的读写第41页/共83页 (1)(1) VCC：+5 V电源线。电源线。 (2)(2) VSS：接地线。：接地线。电源线电源线 外接晶体引脚外接晶体引脚 (1)(1) XTAL1：片内振荡器反相放大器的片内振荡器

31、反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。引脚。 (2)(2) XTAL2：片内振荡器反相放大器的输片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。采用外部振荡器时，该引脚悬空。采用外部振荡器时，该引脚悬空。第42页/共83页 AT89C51单片机的控制线有如下几种：单片机的控制线有如下几种： (1)(1) RST：复位输入端，高电平有效。：复位输入端，高电平有效。 (2)(2) ALE/ ：地址锁存允许

32、：地址锁存允许/编编程线。程线。 (3)(3) ：外部程序存储器的读选：外部程序存储器的读选通线。通线。 (4)(4) /VPP：片外：片外ROM允许访问端允许访问端/编编 程电源端。程电源端。 PROGPSENEA控制线控制线第43页/共83页2.3 AT89C51存储器存储器 AT89C51单片机存储器结构采用哈佛单片机存储器结构采用哈佛型结构，即将型结构，即将程序存储器程序存储器(ROM)和和数据存数据存储器储器(RAM)分开，它们有各自独立的存储分开，它们有各自独立的存储空间、寻址机构和寻址方式。其典型结构空间、寻址机构和寻址方式。其典型结构如图如图2.7所示。所示。第44页/共83页

33、图图2.7 AT89C51存储器结构图存储器结构图(a) 程序存储器地址分配；程序存储器地址分配；(b) 数据存储器地址分配数据存储器地址分配FFFFH1000H外部ROM0000H内部ROMEA=1外部ROMEA=0工作寄存器区 位寻 址区 数据 缓冲区00H20H30H80H 外部 RAM0000HFFFFH0FFFHSFRFFHFFH2.3 AT89C51存储器存储器第45页/共83页 AT89C51程序存储器有片内和片外之分。程序存储器有片内和片外之分。片内有片内有4 KB字节的字节的Flash程序存储器，地址程序存储器，地址范围为范围为0000H0FFFH。当不够使用时，可当不够使用

34、时，可以扩展片外程序存储器，因程序计数器以扩展片外程序存储器，因程序计数器PC和和程序地址指针程序地址指针DPTR都是都是16位位，片外程序存，片外程序存储器扩展的最大空间是储器扩展的最大空间是64 KB，地址范围为地址范围为0000HFFFFH。 程序存储器程序存储器第46页/共83页 AT89C51数据存储器也有片内和片外之数据存储器也有片内和片外之分。片内有分。片内有256个字节个字节RAM，地址范围为，地址范围为00HFFH。按功能又可分为两部分；。按功能又可分为两部分；低低128字节（地址为字节（地址为00H7FH）为一般）为一般RAM区，区，高高128字节（地址为字节（地址为80H

35、FFH）为特殊功能）为特殊功能寄存器寄存器(SFR)区。片外数据存储器可扩展区。片外数据存储器可扩展64 KB存储空间，地址范围为存储空间，地址范围为0000HFFFFH，但两者的地址空间是分开的，各自独立的，但两者的地址空间是分开的，各自独立的，结构分配如图结构分配如图2.7(b)所示。所示。 数据存储器数据存储器第47页/共83页 AT89C51单片机片内数据存储器可分为单片机片内数据存储器可分为 两部分：两部分： 00H7FH单元空间的单元空间的128字节为字节为RAM区；区； 0HFFH单元空间的单元空间的128字节为专用寄存字节为专用寄存器器 (SFR)区。两部分的地址空间是连续的。

36、区。两部分的地址空间是连续的。 (1) 片内片内RAM区：共区：共128字节，它又可字节，它又可划分为通用寄存器区、位寻址区、普通划分为通用寄存器区、位寻址区、普通RAM区，如表区，如表2.4所示。所示。1. 片内数据存储器片内数据存储器第48页/共83页7FH 30H2FH7F7E7D7C7B7A7978 2EH7776757473727170 2DH6F6E6D6C6B6A6968 2CH6766656463626160 2BH5F5E5D5C5B5A5958 2AH5756555453525150 29H4F4E4D4C4B4A4948 28H474645444342414027H3F3

37、E3D3C3B3A3938 26H373635343332313025H2F2E2D2C2B2A2928 24H2726252423222120 23H1F1E1D1C1B1A1918 22H1716151413121110 21H0F0E0D0C0B0A0908 20H0706050403020100 1FH3组 18H 17H2组 10H0FH1组 08H 07H 0组 00H 表表2.4 AT89C51片内数据存储器片内数据存储器位寻址区位寻址区通用寄存器区通用寄存器区第49页/共83页 通用寄存器区：通用寄存器区：00H1FH这这32个单元为个单元为通用寄存器区，分为四组，每组占八个通

38、用寄存器区，分为四组，每组占八个 RAM单元，地址由小到大分别用代号单元，地址由小到大分别用代号R0R7表示。表示。通过设置程序状态字通过设置程序状态字PSW中的中的RS1、RS0状态状态来决定哪一组寄存器工作，如表来决定哪一组寄存器工作，如表2.2所示。所示。 位寻址区：位寻址区：20H2FH这这16个单元为位寻个单元为位寻址区。它有双重寻址功能，既可以按位寻址操址区。它有双重寻址功能，既可以按位寻址操作，也可以普通作，也可以普通RAM单元那样按字节寻址操单元那样按字节寻址操作。作。 (1) (1) 片内片内RAM区区第50页/共83页 普通普通RAM区：区： 30H7FH这这80个单元为普

39、通个单元为普通RAM区。区。用于用于 存放用户数据，存放用户数据，只能按字节存取。只能按字节存取。 堆栈区：堆栈区： 堆栈是片内堆栈是片内RAM中的特殊群体。用来暂时中的特殊群体。用来暂时存存 放诸如子程序端口地址、中断端口地址以放诸如子程序端口地址、中断端口地址以及及 其它需要保护的数据。其它需要保护的数据。 (1) (1) 片内片内RAM区区第51页/共83页图图2.8 堆栈结构图堆栈结构图栈顶栈底（可用软件设置）35H34H33H32H31H30H堆栈指针（SP）第52页/共83页 片内片内80HFFH区间，区间，AT89C51集合了一集合了一些特殊用途的寄存器，一般称之为特殊功能些特殊

40、用途的寄存器，一般称之为特殊功能寄存器（寄存器（SFR）。）。 AT89C51单片机共有单片机共有21个个SFR，每个，每个SFR占一个占一个RAM单元。它们离散单元。它们离散地分布在地分布在80HFFH地址范围内，如表地址范围内，如表2.5所所示。示。(2) (2) 专用寄存器区专用寄存器区第53页/共83页表表2.5 AT89C51特殊功能寄存器一览表特殊功能寄存器一览表SFR符号符号地址地址复位值复位值功能名称功能名称*ACC0E0H00000000B 累加器累加器*B0F0H00000000B B寄存器寄存器*PSW0D0H00000000B 程序状态字程序状态字SP81H000001

41、11B 堆栈指针堆栈指针DPL82H00000000B 数据寄存器指针（低数据寄存器指针（低8位）位）DPH83H00000000B 数据寄存器指针（高数据寄存器指针（高8位）位）*P080H11111111B P0口锁存器口锁存器*P190H11111111B P1口锁存器口锁存器*P20A0H11111111B P2口锁存器口锁存器*P30B0H11111111B P3口锁存器口锁存器*IP0B8HXXX00000B 中断优先级控制寄存器中断优先级控制寄存器第54页/共83页表表2.5 AT89C51特殊功能寄存器一览表（续）特殊功能寄存器一览表（续）SFR符号符号地址地址复位值复位值功能

42、名称功能名称*IE0A8HXXX00000H中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器TMOD89H000000000B定时定时/计数器方式控制寄存器计数器方式控制寄存器*TCON88H00000000B定时定时/计数器控制寄存器计数器控制寄存器TH08CH00000000B定时定时/计数器计数器0高字节高字节TL08AH00000000B定时定时/计数器计数器0低字节低字节TH18DH00000000B定时定时/计数器计数器1高字节高字节TL18BH00000000B定时定时/计数器计数器1低字节低字节*SCON98H00000000B串行控制寄存器串行控制寄存器SBUF99H不定不定串行数据缓冲

43、器串行数据缓冲器PCON87H0XXX0000B电源控制寄存器电源控制寄存器第55页/共83页 没有被没有被SFR占据的地址占据的地址可能在片内并不可能在片内并不存在存在。对这些地址读出时，通常会得到随机。对这些地址读出时，通常会得到随机的数据，而写入时将会有不确定的效应，因的数据，而写入时将会有不确定的效应，因此软件设计时不要使用这些单元。特殊功能此软件设计时不要使用这些单元。特殊功能寄存器通常用寄存器寻址，但也可以用直接寄存器通常用寄存器寻址，但也可以用直接寻址方式进行字节访问。其中寻址方式进行字节访问。其中11个寄存器还个寄存器还可进行位寻址（表可进行位寻址（表2.5中带中带*号的寄存器

44、）操号的寄存器）操作，其位地址的分配如表作，其位地址的分配如表2.6所示。所示。(2) (2) 专用寄存器区专用寄存器区第56页/共83页表表2.6 SFR中的位地址分配中的位地址分配寄存器符号位地址字节地址D7D6D5D4D3D2D1D0BF7F6F5F4F3F2F1F0F0HACCE7E6E5E4E3E2E1E0E0HPSWD7D6D5D4D3D2D1D0D0HIP BCBBBAB9B8B8HP3B7B6B5B4B3B2B1B0B0HIEAF ACABAAA9A8A8HP2A7A6A5A4A3A2A1A0A0HSCON9F9E9D9C9B9A999898HP1979695949392919

45、090HTCON8F8E8D8C8B8A898888HP0878685848382818080H第57页/共83页 AT89C51单片机可扩展片外单片机可扩展片外64 KB空间的数据存储器，地址范围为空间的数据存储器，地址范围为0000HFFFFH，它与程序存储器的地址空间是重它与程序存储器的地址空间是重合的，但两者的寻址指令和控制线不同。合的，但两者的寻址指令和控制线不同。如表如表2.7所示。所示。 2片外数据存储器片外数据存储器存储器类别存储器类别访问指令访问指令控制线控制线 ROM MOVC PSEN片外片外RAM MOVX WR、 RD表表2.7 存储器的存储器的访问指令及控制线访问指

46、令及控制线第58页/共83页2.4 AT89C51单片机工作方式单片机工作方式 复位方式复位方式 单片机在开机时或在工作中因干扰单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控或工作中程序处于某种死循而使程序失控或工作中程序处于某种死循环状态等情况下都需要复位。复位的作用环状态等情况下都需要复位。复位的作用是使中央处理器是使中央处理器CPU以及其他功能部件都以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。态开始工作。第59页/共83页 1.复位原理复位原理： AT89C51单片机的复位靠外部电路实现，单片机的复位靠外部电路实现，信号由信号由RES

47、ET(RST)引脚输入，高电平有效，引脚输入，高电平有效，在振荡器工作时，只要保持在振荡器工作时，只要保持RST引脚高电平引脚高电平两个机器周期，单片机即复位。复位后，两个机器周期，单片机即复位。复位后，PC程序计数器的内容为程序计数器的内容为0000H，其他特殊功能，其他特殊功能寄存器的复位状态如表寄存器的复位状态如表2.5所示。片内所示。片内RAM中内容不变。中内容不变。 2. 常用复位电路：常用复位电路： 一般有上电复位、手动开关复位和自一般有上电复位、手动开关复位和自动复位电路三种，如图动复位电路三种，如图2.9所示。所示。 复位方式复位方式第60页/共83页VCCRSTVSS89C5

48、15 VC10 FR8.2 kVCCRSTVSS89C515 VC10 FR8.2 kVCCRSTP1.089C515 VWDIMAX750WDOPESET10 k10 F12(a )(b )(c )1 k89C51图图2.9 单片机复位电路图单片机复位电路图(a) 上电复位电路；上电复位电路；(b) 手动复位电路；手动复位电路；(c) 自动复位电路自动复位电路2. 常用复位电路常用复位电路第61页/共83页 程序执行方式是单片机的基本工作方式，即执行程序执行方式是单片机的基本工作方式，即执行用户编写好并存放在用户编写好并存放在ROM中的程序。中的程序。程序执行方式程序执行方式 省电方式省电方

49、式 AT89系列单片机有两种省电运行方式，即空闲系列单片机有两种省电运行方式，即空闲方式和掉电方式。省电方式可使单片机功耗最小。方式和掉电方式。省电方式可使单片机功耗最小。 单片机正常工作时消耗单片机正常工作时消耗1020 mA电流，空闲方电流，空闲方式工作时消耗式工作时消耗1.75 mA电流，掉电方式工作时消耗电流，掉电方式工作时消耗550 A电流。电流。 在空闲和掉电方式下，单片机内部硬件控制电路在空闲和掉电方式下，单片机内部硬件控制电路如图如图2.10所示所示。 第62页/共83页时钟发生器OSCXTAL2XTAL1中断、串行口定时器CPUPDIDL图图2.10 空闲和掉电方式内部电路图

50、空闲和掉电方式内部电路图单片机省电方式下内部控制电路单片机省电方式下内部控制电路第63页/共83页 2.5 AT89C51时钟电路与时序时钟电路与时序 振荡器与时钟电路振荡器与时钟电路 单片机内各部件之间有条不紊的协调工单片机内各部件之间有条不紊的协调工作，其控制信号是在一种基本节拍的指挥下作，其控制信号是在一种基本节拍的指挥下按一定时间顺序发出的，这些控制信号在时按一定时间顺序发出的，这些控制信号在时间上的相互关系就是间上的相互关系就是CPU时序。而产生这种时序。而产生这种基本节拍的电路就是振荡器和时钟电路。基本节拍的电路就是振荡器和时钟电路。 AT89C51单片机内部有一个用于构成振单片机

51、内部有一个用于构成振荡器的单级反相放大器，如图荡器的单级反相放大器，如图2.11所示。所示。第64页/共83页内部时钟电路VCCQ2RfQ3Q4GNDXTAL2Q1D1D2R1XTAL1PD图图2.11 AT89C51内部振荡器电路图内部振荡器电路图AT89C51内部振荡器电路内部振荡器电路第65页/共83页 引脚引脚XTAL1为为反相器输入端反相器输入端，XTAL2为为反相器输出端。反相器输出端。当在放大器两个引脚上外接当在放大器两个引脚上外接一个晶体一个晶体(或陶瓷振荡器或陶瓷振荡器)和电容组成的并联和电容组成的并联谐振电路作为反馈元件时，便构成一个自激谐振电路作为反馈元件时，便构成一个自

52、激振荡器，如图振荡器，如图2.12所示所示。 AT89C51内部振荡器电路内部振荡器电路 单片机也可采用外部振荡器向内部时钟电路单片机也可采用外部振荡器向内部时钟电路输入一固定频率的时钟源信号。此时，外部信输入一固定频率的时钟源信号。此时，外部信号接至号接至XTAL1端，输入给内部时钟电路，而端，输入给内部时钟电路，而XTAL2端浮空即可，如图端浮空即可，如图2.13所示。所示。第66页/共83页内部时钟电路GNDXTAL1R1RfVCCC1C2XTAL2石英晶体或陶瓷振荡器(外部)PD图图2.12 内部振荡器等效电路图内部振荡器等效电路图反相器输入端反相器输出端AT89C51内部振荡器电路内

53、部振荡器电路第67页/共83页AT89C51XTAL2XTAL1GND1NC外部振荡器信号图图2.13 外部时钟电路图外部时钟电路图悬空第68页/共83页 1振荡周期振荡周期 振荡周期指由单片机片内或片外振荡器振荡周期指由单片机片内或片外振荡器所产生的，为单片机提供时钟源信号的周期所产生的，为单片机提供时钟源信号的周期(其值为其值为1/fosc)。 2时钟周期时钟周期 时钟周期又称为时钟周期又称为状态周期状态周期S，由内部时钟由内部时钟电路产生，是振荡周期的二倍。每个时钟周电路产生，是振荡周期的二倍。每个时钟周期分为期分为P1和和P2两个节拍，前半周期两个节拍，前半周期P1节拍信节拍信号有效，

54、后半周期号有效，后半周期P2节拍信号有效，每个节节拍信号有效，每个节拍完成不同的逻辑操作拍完成不同的逻辑操作。时序时序第69页/共83页 一个机器周期由一个机器周期由6个个状态周期状态周期(12个振荡周期个振荡周期)组组成，成，6个状态周期用个状态周期用S1S6表示，每一状态周期的两表示，每一状态周期的两个节拍用个节拍用P1、P2表示，则一个机器周期的表示，则一个机器周期的12个节拍个节拍就可用就可用S1P1、S1P2、S2P1、S6P1、S6P2来表示，来表示，见下图。见下图。 3机器周期机器周期 S1 S2 S3 S4 S5 S6P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2

55、P1 P2 图图2.14 一个机器周期的一个机器周期的12个节拍个节拍（振荡周期）（振荡周期）第70页/共83页 执行一条指令所占用的全部时间。一个执行一条指令所占用的全部时间。一个指令周期通常由指令周期通常由1 14 4个机器周期组成。若外个机器周期组成。若外接晶振频率为接晶振频率为fosc=12 MHfosc=12 MHZ Z，则四个基本周，则四个基本周期的具体数值为：期的具体数值为： (1) (1) 振荡周期振荡周期=1/12 s=1/12 s。 (2) (2) 时钟周期时钟周期=1/6 s=1/6 s。 (3) (3) 机器周期机器周期=1 s=1 s。 (4) (4) 指令周期指令周

56、期=1=14 s4 s。4指令周期指令周期第71页/共83页读下一个操作码(无效)P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6P1 P2 P1 P2S1S2P1 P2S3P1 P2S4P1 P2S5P1 P2S6P1 P2S1P1 P2 P1 P2S1S2P1 P2S3P1 P2S4P1 P2S5P1 P2S6P1 P2S1P1 P2 P1 P2S1S2P1 P2S3P1 P2S4P1 P2S5P1 P2S6P1 P2 P1 P2S1S2P1 P2S

57、3P1 P2S4P1 P2S5P1 P2S6P1 P2 P1 P2S1S2P1 P2S3P1 P2S4P1 P2S5P1 P2S6P1 P2 P1 P2S1S2P1 P2S3P1 P2S4P1 P2S5P1S6读操作码读第二操作码 (无效)读操作码读第二字节 (无效)读操作码读第二操作码 (无效)读操作码无取指无ALE信号无取指访问外部存储器振荡器时钟(XTAL1)ALE(a)(b)(c)(d)图图2.15 AT89C51单片机典型指令时序图单片机典型指令时序图5. AT89C51单片机典型指令时序单片机典型指令时序第72页/共83页(1) 访问外部访问外部ROM时序时序 图图 2.16 读外

58、部程序读外部程序ROM时序图时序图 第73页/共83页图图 2.17 读外部数据读外部数据RAM时序图时序图 (2) 读外部数据读外部数据RAM时序时序 第74页/共83页图图 2.18 写外部数据写外部数据RAM的时序图的时序图 (3) 写外部数据写外部数据RAM的时序的时序 第75页/共83页本章小结本章小结 1单片机是将微处理器、存储器和单片机是将微处理器、存储器和I/O接口等电路集成在一块芯片上所形成的微型接口等电路集成在一块芯片上所形成的微型计计算机。因此，它比微机体积更小，价格更低，算机。因此，它比微机体积更小，价格更低，因而在某些场合使用得更加广泛。因而在某些场合使用得更加广泛。

59、 289C51单片机有单片机有40个引脚，采用双列直个引脚，采用双列直插的封装形式，每个引脚都有其特定功能。这插的封装形式，每个引脚都有其特定功能。这40个引脚按功能可分为四大类：电源线、个引脚按功能可分为四大类：电源线、I/O线、时钟输入线和控制线。线、时钟输入线和控制线。第76页/共83页 3中央处理器中央处理器CPUCPU是单片机的核心部件，是单片机的核心部件，它主要由它主要由运算器运算器、控制器和、控制器和专用寄存器组专用寄存器组构成。运算器完成各种算术和逻辑运算，构成。运算器完成各种算术和逻辑运算，控制器对单片机内部各部件进行管理和控控制器对单片机内部各部件进行管理和控制，使它们统一

60、、协调地工作。专用寄存制，使它们统一、协调地工作。专用寄存器包括：累加器器包括：累加器A A、B B寄存器、程序状态字寄存器、程序状态字PSWPSW、程序计数器、程序计数器PCPC、堆栈指针、堆栈指针SPSP和数据和数据指针指针DPTRDPTR等。每个专用寄存器都有其特定等。每个专用寄存器都有其特定功能。功能。第77页/共83页 489C51单片机内部集成有单片机内部集成有4KB Flash ROM和和256字节字节RAM。既可使用其片内程序存储器，既可使用其片内程序存储器，也可扩展片外也可扩展片外ROM。使用片内。使用片内ROM还是片外还是片外ROM，由单片机的，由单片机的EA引脚指出。当引

61、脚指出。当EA=0时，时，则从片内则从片内ROM中读取指令；当中读取指令；当EA=1，地址范，地址范围为围为0000H0FFFH时执行时执行4KB片内片内ROM中的中的程序，而超出程序，而超出0FFFH地址时，将自动转去执行地址时，将自动转去执行片外片外ROM中的程序。中的程序。89C51片内片内RAM的的256字字节（节（00HFFH），按功能又可分为两部分；），按功能又可分为两部分；低低128字节（地址为字节（地址为00H7FH）为一般）为一般RAM区，高区，高128字节（地址为字节（地址为80HFFH）为特殊功）为特殊功能寄存器能寄存器(SFR)区。区。第78页/共83页 5. P0、P

62、1、P2、P3是单片机的是单片机的4个个8位并位并行行I/O口，它们的内部电路结构各不相同。口，它们的内部电路结构各不相同。这种电路结构决定了它们的功能也不尽相同。这种电路结构决定了它们的功能也不尽相同。这这4个并行口除可作通用个并行口除可作通用I/O口使用外，某些口使用外，某些口线还具有第二功能。在访问外部存储器时，口线还具有第二功能。在访问外部存储器时， P0口分时复用为地址（低口分时复用为地址（低8位）和数据总线，位）和数据总线，P2口输出高口输出高8位地址。位地址。P3口：除能作通用口：除能作通用I/O口之外，其每一根口之外，其每一根I/O线又都具有独立的线又都具有独立的第二功能。第二

63、功能。第79页/共83页 6. 时钟电路与复位电路是单片机应用系统时钟电路与复位电路是单片机应用系统正常工作必不可少的组成部分。正常工作必不可少的组成部分。XTAL1、XTAL2两个引脚外接一个石英晶体和两个两个引脚外接一个石英晶体和两个微调电容便构成使用内部时钟的电路，此时微调电容便构成使用内部时钟的电路，此时的时钟周期即为石英晶体的振荡周期。复位的时钟周期即为石英晶体的振荡周期。复位通常有上电复位与按钮复位两种方式，它们通常有上电复位与按钮复位两种方式，它们的电路连接也不同。的电路连接也不同。第80页/共83页思考题与习题思考题与习题 2.1 单片机主要应用在哪些领域？单片机主要应用在哪些

64、领域？ 2.2 AT89C51系列单片机内部包含哪系列单片机内部包含哪些主些主要功能部件？它们各自的功能是什么？要功能部件？它们各自的功能是什么？ 2.3 在在AT89C51单片机中，决定程序执单片机中，决定程序执行行顺序的是哪个寄存器？它是多少位的寄存器？顺序的是哪个寄存器？它是多少位的寄存器？ 是不是特殊功能寄存器？是不是特殊功能寄存器？ 2.4 程序状态字程序状态字PSW是一个几位的专用是一个几位的专用寄寄存器？它各位的含义是什么？存器？它各位的含义是什么？第81页/共83页 2.5 AT89C51的工作寄存器可分为几的工作寄存器可分为几组？各自物理地址是多少？如果欲将当前组？各自物理地址是多少？如果欲将当前的工作寄存器设为第的工作寄存器设为第2组，应如何设置？组，应如何设置？ 2.6 AT89C51单片机的存储器由哪四类单片机的存储器由哪四类构成？各自的地址范围是多少？构成？各自的地址范围是多少？ 2.7 P0、P1、P2、P3属于特殊功能寄属于特殊功能寄存器吗？它们的物理地址是多少？存器吗？它们的物理地址是多少？第82页/共83页感谢您的观看！第83页/共83页