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1、第第3章章89C51单片机单片机硬件结构和原理硬件结构和原理89C51是是Atmel公司在公司在8051基础上发基础上发展的展的8位单片机。介绍它的硬件结构、位单片机。介绍它的硬件结构、操作时序和工作方式，这是操作时序和工作方式，这是89C51应用应用的重要基础知识。的重要基础知识。3.189C51单片机的基本组成单片机的基本组成3.1.1MCS-51系列单片机系列单片机 lIntel公司推出的公司推出的8位单片机：位单片机：1976年推出的年推出的MCS-48系列系列:8039,8048等等1980年推出了年推出了MCS-51系列系列:8031,8051,8751,8052等等.其中其中80
2、51成为重要的品种，应用和普及得非常广泛。成为重要的品种，应用和普及得非常广泛。lPhilips、Siemems、Atmel、SST等半导体公司，也生等半导体公司，也生产出与产出与8051相兼容的低功耗、高性能的产品。相兼容的低功耗、高性能的产品。lATMEL公司的公司的89C51系列产品是近年来在我国非常流系列产品是近年来在我国非常流行的单片机，本书以行的单片机，本书以AT89C51单片机作为典型，详细介绍单片机作为典型，详细介绍其内部结构、指令系统和工作原理。其内部结构、指令系统和工作原理。3.1.289C51单片机的基本组成单片机的基本组成89C51单片机基本组成包括有单片机基本组成包括
3、有:u一个一个8位的位的微处理器微处理器；u片内数据存储器片内数据存储器RAM有有128B，21个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器SFR；u片内程序存储器片内程序存储器FlashROM有有4KB；可寻址片内外统一编址的可寻址片内外统一编址的64KB的的ROM，u可寻址片外可寻址片外64KB的的RAM；u4个个8位并行位并行I/O接口接口（P0P3）；）；u一个全双工通用异步串行接口一个全双工通用异步串行接口UART；u两个两个16位的位的定时器定时器/计数器计数器；u五个五个中断中断源、两个优先级的中断控制系统；源、两个优先级的中断控制系统；u具有位操作功能的具有位操作功能的布尔处理机布尔处理机
4、及位寻址功能；及位寻址功能；u片内振荡器和片内振荡器和时钟时钟产生电路。产生电路。3.1.389C51单片机的引脚单片机的引脚1.电源引脚：电源引脚：Vcc（40脚）：电源端，接脚）：电源端，接+5V电源。电源。Vss（20脚）：接地端，接脚）：接地端，接+5V电源地端电源地端uXTAL1（19脚）：脚）：片内振荡电路反相放大器输入片内振荡电路反相放大器输入uXTAL2（18脚）：脚）：片内振荡电路反相放大器输出片内振荡电路反相放大器输出当采用内部时钟时当采用内部时钟时,片外连接石片外连接石英晶体和微调电容，产生原始英晶体和微调电容，产生原始的振荡脉冲信号。的振荡脉冲信号。采用外部时钟时采用外
5、部时钟时,XTAL1输入输入外部时钟脉冲信号外部时钟脉冲信号,XTAL2悬悬空空.2.外接晶体引脚：外接晶体引脚：XTAL1和和XTAL289C51内部有一个振荡器和时钟产生电路。内部有一个振荡器和时钟产生电路。3.控制信号引脚：控制信号引脚：RST、ALE、PSEN、EARST(9脚脚):复位信号输入端，高电平有效。复位信号输入端，高电平有效。保持两个机器周期高电平时保持两个机器周期高电平时,完成复位操作。完成复位操作。ALE/PROG(30脚脚):地址锁存允许输出端地址锁存允许输出端/编程脉冲输入端编程脉冲输入端正常时正常时,连续输出振荡器频率的连续输出振荡器频率的1/6正脉冲信号。正脉冲
6、信号。访问片外存储器时：访问片外存储器时：作为锁存作为锁存P0口低口低8位地址的控制信号。位地址的控制信号。对对8751片内片内ROM编程写入时：编程写入时：作为编程脉冲输入端。作为编程脉冲输入端。EA/Vpp(31脚脚):外部程序存储器地址使能输入外部程序存储器地址使能输入/编程电压输入端编程电压输入端.平常平常,接接“1”时，时，CPU访问片内访问片内4KB的的ROM，当地当地址超址超4KB时，自动转向片外时，自动转向片外ROM中的程序。中的程序。当接当接“0”时，时，CPU只访问片外只访问片外ROM。第第2功能功能Vpp 对对8751编程时，编程电压输入端。编程时，编程电压输入端。PSE
7、N(29脚脚):外部程序存储器读选通输出信号外部程序存储器读选通输出信号访问片外访问片外ROM时时,输出负脉冲作为读输出负脉冲作为读ROM选通选通.常连接到片外常连接到片外ROM芯片的输出允许端（芯片的输出允许端（OE）作）作外部外部ROM的读选通信号。的读选通信号。4.输入输入/输出端口引脚输出端口引脚P0、P1、P2、P34个个8位的并行输入位的并行输入/输出端口，共输出端口，共32个引脚。作为通用个引脚。作为通用输入输入/输出端口，输出端口，P0、P2和和P3端口又各自有第端口又各自有第2功能。功能。通用输入通用输入/输出端口输出端口准双向口准双向口:作输入时要先对锁存器写作输入时要先对
8、锁存器写“1”。P0端口（端口（P0.0P0.7，第，第3932脚）：脚）：漏极开路的准双向口漏极开路的准双向口,输出能驱动输出能驱动8个个74LS类型的负载类型的负载.P1端口（端口（P1.0P1.7，第，第18脚）：脚）：内部带上拉电阻的准双向口内部带上拉电阻的准双向口,输出能驱动输出能驱动4个个74LS负载负载.P2端口（端口（P2.0P2.7，第，第2128脚）：脚）：内部带上拉电阻的准双向口内部带上拉电阻的准双向口,输出能驱动输出能驱动4个个74LS负载负载.P3端口（端口（P3.0P3.7，第，第1017脚）：脚）：内部带上拉电阻的准双向口内部带上拉电阻的准双向口,输出能驱动输出能
9、驱动4个个74LS负载负载.P0、P2、P3端口的第二功能端口的第二功能P0端口端口:在在CPU访问外部存储器或访问外部存储器或I/O接口时，接口时，P0口分时口分时提供低提供低8位地址位地址(A0-A7)和和8位数据位数据(D0-D7)总线。总线。这时这时,需要一个需要一个8位锁存器位锁存器,利用利用ALE(地址锁存允地址锁存允许许)来锁存来锁存P0口低口低8位地址信号。位地址信号。P2端口：在端口：在CPU访问外部存储器或访问外部存储器或I/O接口时，接口时，P2口提供口提供高高8位地址位地址(A8-A15)的总线信号。的总线信号。P3端口：在端口：在CPU访问外部存储器或访问外部存储器或
10、I/O接口时，接口时，P3口提供口提供读、写控制总线信号。读、写控制总线信号。还提供串行通信、外部中断、计数器的外部计还提供串行通信、外部中断、计数器的外部计数输入信号等。如表数输入信号等。如表3.4所示。所示。口口线线信信号号功功能能P3.0RXD串行口数据串行口数据输输入（接收数据）入（接收数据）P3.1TXD串行口数据串行口数据输输出（出（发发送数据）送数据）P3.2INT0外部中断外部中断0输输入入P3.3INT1外部中断外部中断1输输入入P3.4T0定定时时器器0的外部的外部输输入（入（计计数数输输入）入）P3.5T1定定时时器器1的外部的外部输输入（入（计计数数输输入）入）P3.6
11、WR外部数据存外部数据存储储器写器写选选通控制通控制输输出出P3.7RD外部数据存外部数据存储储器器读选读选通通输输出控制出控制P3口的第二功能口的第二功能3.389C51单片机中的单片机中的CPU结构结构3.3.1运算器运算器1.算术算术/逻辑运算单元逻辑运算单元ALU对对4位、位、8位、十六位数据完成算术运算、逻辑运算。位、十六位数据完成算术运算、逻辑运算。2.累加器累加器ACC8位的寄存器。其中经常存放一个操作数、中间结果和位的寄存器。其中经常存放一个操作数、中间结果和运算结果。用助记符运算结果。用助记符A来表示。在位操作时，累加器来表示。在位操作时，累加器A中的每一位都可以位寻址，这时
12、助记符号写成中的每一位都可以位寻址，这时助记符号写成ACC.X3.寄存器寄存器B8位的寄存器。它可作通用寄存器来使用。位的寄存器。它可作通用寄存器来使用。在乘法时，在乘法时，B存放乘数和乘积的高位字节。存放乘数和乘积的高位字节。在除法时，在除法时，B存放除数和结果的余数。存放除数和结果的余数。4.程序状态标志寄存器程序状态标志寄存器PSWD7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS1RS0OVP进进(借借)位位辅辅助助进进位位用用户户标标志志寄存器寄存器组选组选择择溢出溢出标标志志保保留留奇偶奇偶标标志志uPSW的各位包含了程序执行后的状态信息，供程序的各位包含了程序执行后的状态信息，供程
13、序查询或判别之用。查询或判别之用。u除有确定的字节地址除有确定的字节地址(D0H)外，每一位均有位地址外，每一位均有位地址,可以位操作。可以位操作。CY(PSW.7)：进位标志位；进位标志位；位操作时位操作时,CY作为位累加器使用。作为位累加器使用。AC(PSW.6)：辅助进位标志辅助进位标志,又称半进位标志位。又称半进位标志位。RS0和和RS1(PSW.3和和PSW.4)：工作寄存器组选择控制位工作寄存器组选择控制位RS1RS0寄存器寄存器组组片内片内RAM地址地址工作寄存器名工作寄存器名00第第0组组00H07HR0R701第第1组组08H0FHR0R710第第2组组10H17HR0R71
14、1第第3组组18H1FHR0R7OV(PSW.2)：溢出标志位溢出标志位当算术运算时当算术运算时,如果运算结果超出范围，即产生溢出。如果运算结果超出范围，即产生溢出。溢出时，溢出时，OV自动置自动置“1”；无溢出时，；无溢出时，OV自动清自动清“0”。P(PSW.0)：奇偶校验标志位奇偶校验标志位反映累加器反映累加器ACC中中“1”的个数的奇偶情况。的个数的奇偶情况。89C51中中采用偶校验采用偶校验,当当A中有奇数个中有奇数个“1”时，时，P标志置标志置“1”,否否则置则置“0”.F0(PSW.5)：用户标志位。用户标志位。PSW.1：为保留位。为保留位。89C51未用。未用。5.布尔处理器
15、布尔处理器即位处理器。用来完成位数据的传送、逻辑运算即位处理器。用来完成位数据的传送、逻辑运算和位条件转移等。有和位条件转移等。有17条位操作指令。条位操作指令。3.3.2控制器控制器l包括指令部件、时序电路、微操作信号产生电路等包括指令部件、时序电路、微操作信号产生电路等l功能功能:根据程序计数器根据程序计数器PC指示的地址到指示的地址到ROM中取指令中取指令,取到指令寄存器取到指令寄存器IR中，然后由指令译码器中，然后由指令译码器ID进行进行译码，按照定时电路发出的时序信号，产生微操译码，按照定时电路发出的时序信号，产生微操作信号，完成指令所规定的操作。作信号，完成指令所规定的操作。1.程
16、序计数器程序计数器PC:u16位的计数器，由两个位的计数器，由两个8位的计数器位的计数器PCH和和PCL组成，组成，u可以寻址可以寻址64KB的程序存储器空间。的程序存储器空间。u用来存放用来存放CPU要执行的下一条指令的地址。要执行的下一条指令的地址。u复位后复位后,PC内容为内容为0000H,程序从程序从ROM的的0000H执行执行.当指令取出后，当指令取出后，PC的内容自动增量，指向下一条指令的内容自动增量，指向下一条指令.转移、中断、子程序调用等过程中，改变转移、中断、子程序调用等过程中，改变PC的内容。的内容。2.指令寄存器指令寄存器IR和指令译码器和指令译码器ID：CPU读取的指令
17、代码送入指令寄存器读取的指令代码送入指令寄存器IR中，然后经中，然后经指令译码器指令译码器ID对指令译码，按照定时控制电路的时序对指令译码，按照定时控制电路的时序,产生相应的微操作控制信号产生相应的微操作控制信号,完成指令所规定的操作。完成指令所规定的操作。3.振荡器和定时电路振荡器和定时电路u产生单片机的振荡信号，作为产生单片机的振荡信号，作为89C51的基本节拍。的基本节拍。u在基本节拍控制下，发出指令要求的控制信号，在基本节拍控制下，发出指令要求的控制信号，有条不紊、按部就班地完成指令所要求的功能。有条不紊、按部就班地完成指令所要求的功能。u时钟信号是计算机内部协调工作的时间基准，时钟信
18、号是计算机内部协调工作的时间基准，3.489C51单片机的存储器单片机的存储器3.4.1哈佛结构哈佛结构l存储器是存放程序和数据的部件存储器是存放程序和数据的部件l普林斯顿结构普林斯顿结构:把程序存储器把程序存储器ROM和数据存储器和数据存储器RAM统一编址，安排在同一个存储空间中。统一编址，安排在同一个存储空间中。uROM和和RAM分配不同的地址，使用同一类访问指令。分配不同的地址，使用同一类访问指令。uIntel的的8088/8086微处理器，在微处理器，在PC机中采用这种结构。机中采用这种结构。l哈佛结构哈佛结构：把程序存储器和数据存储器分开单独编址。：把程序存储器和数据存储器分开单独编
19、址。uROM和和RAM安排在独立的地址空间，地址可以重叠。安排在独立的地址空间，地址可以重叠。u有各自的访问指令有各自的访问指令,不同的寻址方式不同的寻址方式,不同的控制信号。不同的控制信号。u89C51单片机中使用了哈佛存储结构。在物理结构上单片机中使用了哈佛存储结构。在物理结构上分为程序存储器空间和数据存储器空间，分为程序存储器空间和数据存储器空间，89C51中使用哈佛存储结构中使用哈佛存储结构89C51中使用哈佛存储结构，地址空间分为三类：中使用哈佛存储结构，地址空间分为三类：l片内、外统一编址的片内、外统一编址的64KB程序存储器空间，程序存储器空间，用用16位地址寻址，地址范围为位地
20、址寻址，地址范围为0000HFFFFH。l片外片外64KB数据存储器空间，数据存储器空间，用用16位地址寻址，地址范围为位地址寻址，地址范围为0000HFFFFH。l片内片内256字节的数据存储器空间字节的数据存储器空间,用用8位地址寻址位地址寻址.u低低128字节为片内字节为片内RAM，地址为，地址为00H7FH，u高高128字节内有字节内有21个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器SFR，地址空间为地址空间为80HFFH。这三个空间有不同的数据传送指令、不同的寻址方式这三个空间有不同的数据传送指令、不同的寻址方式和不同的硬件控制信号，因此不会混淆。和不同的硬件控制信号，因此不会混淆。3.4.2程
21、序存储器程序存储器l片内外统一编址的片内外统一编址的64KB程序存储器程序存储器,地址地址0000H-FFFFH.l片内有片内有4KB的的FlashROM,地址为地址为0000H0FFFH。引脚引脚EA选择是否使用片内选择是否使用片内ROM：当当EA接低电平时，接低电平时，CPU只从片外只从片外ROM中取指令。中取指令。EA接高电平时接高电平时,先读片内先读片内ROM.当地址超过当地址超过4KB后后,自自动动转向片外转向片外ROM。片内外统一编址。片内外统一编址,最多可扩展到最多可扩展到64KB.lCPU读取读取ROM指令为查表指令指令为查表指令,用变址寻址用变址寻址,分别为分别为:MOVCA
22、，A+DPTRMOVCA,A+PClCPU读取片外读取片外ROM时，发出时，发出PSEN信号（程序存储允信号（程序存储允许输出），作为读许输出），作为读ROM的选通控制信号。的选通控制信号。存存储单储单元地址元地址保保留留用用途途0000H0002H复位后初始化引复位后初始化引导导程序地址程序地址0003H000AH外部中断外部中断0中断服中断服务务程序入口地址程序入口地址000BH0012H定定时时器器/计计数器数器0溢出中断服溢出中断服务务程序程序入口地址入口地址0013H001AH外部中断外部中断1中断服中断服务务程序入口地址程序入口地址001BH0022H定定时时器器/计计数器数器1溢
23、出中断服溢出中断服务务程序程序入口地址入口地址0023H002AH串行端口中断服串行端口中断服务务程序入口地址程序入口地址程序存储器中的保留单元程序存储器中的保留单元3.4.3片内数据存储器片内数据存储器l89C51的数据存储器分为的数据存储器分为片内片内RAM和和片外片外RAM两部分两部分.l片内数据存储器最大可寻址片内数据存储器最大可寻址256个字节个字节,分为两部分：分为两部分：u高高128字节为特殊功能寄存器（字节为特殊功能寄存器（SFR）片内片内80HFFH中中,分布着分布着21个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器.u低低128字节是真正的字节是真正的片内片内RAM区，为区，为128个字
24、节。个字节。用用8位地址寻址，地址范围为位地址寻址，地址范围为00H7FH。这这128字节分为字节分为3部分：部分：工作寄存器区、位寻址区和用户数据缓冲区。工作寄存器区、位寻址区和用户数据缓冲区。l数据存储器存放运算的结果和数据的暂存数据存储器存放运算的结果和数据的暂存,缓冲等。缓冲等。特点是可读可写，断电后信息会丢失。特点是可读可写，断电后信息会丢失。在单片机中使用的都是半导体静态在单片机中使用的都是半导体静态RAM。工作寄存器区工作寄存器区u32个工作寄存器个工作寄存器00H1FH。u分为分为4组组,每组每组8个为个为R0-R7。u对对PSW中中RS1、RS0的设置的设置,选择当前工作寄存
25、器组。选择当前工作寄存器组。uCPU复位后复位后,自动选择第自动选择第0组组.RS1RS0寄存器寄存器组组片内片内RAM地址地址工作寄存器工作寄存器名名00第第0组组00H07HR0R701第第1组组18H0FHR0R710第第2组组10H17HR0R711第第3组组18H1FHR0R71.片内片内RAM位寻址区位寻址区字字节节地址地址D7D6D5D4D3D2D1D02FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H78H75H74H73H72H71H70H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2BH5FH5
26、EH5DH5CH5BH5AH59H58H2AH57H56H55H54H53H52H51H59H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H28H47H46H45H44H43H42H41H40H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H26H37H36H35H34H33H32H31H30H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H24H27H26H25H24H23H22H21H20H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H22H17H16H15H14H13H12H11H10H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H20H07H06H0
27、5H04H03H02H01H00Hu片内片内RAM的的20H2FH这这16个字节，可以个字节，可以用位寻址方式用位寻址方式访问各位。访问各位。u这这128位的位位的位地地址址00H-7FH。u有专门的位操有专门的位操作指令作指令,采用位采用位寻址方式访问寻址方式访问.表表3.7128位位位地址分配表位地址分配表用户数据缓冲区用户数据缓冲区u片内片内RAM的的30H7FH作为用户数据缓冲区使用作为用户数据缓冲区使用。u数据传送指令为数据传送指令为MOV,有直接、间接寻址等寻址方式有直接、间接寻址等寻址方式.u由于对片内操作，所以引脚上没有读写控制信号出现由于对片内操作，所以引脚上没有读写控制信号
28、出现.堆栈堆栈u89C51的堆栈是在片内的堆栈是在片内RAM中专门开辟的一个区域，中专门开辟的一个区域，它在片内它在片内00H7FH中，遵循中，遵循“后进先出后进先出”的特点。的特点。u堆栈指针堆栈指针SP是是8位的双向的计数器位的双向的计数器,初始化初始化07H.89C51的堆栈是向高地址（向上）生长的堆栈是向高地址（向上）生长。u用途：在中断处理和子程序调用时，自动保存断点和用途：在中断处理和子程序调用时，自动保存断点和保存现场。也用指令进行数据的保存和调出。保存现场。也用指令进行数据的保存和调出。2.特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）区）区寄存器名寄存器名功功能能名名称称地址地址复位
29、后初始复位后初始值值P0P0端口数据寄存器端口数据寄存器80HFFHSP堆堆栈栈指指针针寄存器寄存器81H07HDPL数据指数据指针针寄存器（低寄存器（低8位）位）82H00HDPH数据指数据指针针寄存器（高寄存器（高8位）位）83H00HPCON电电源控制寄存器源控制寄存器87H00HTCON定定时时器控制寄存器器控制寄存器88H00HTMOD定定时时器方式控制寄存器器方式控制寄存器89H00HTL0T0定定时时器低器低8位位8AH00HTL1T1定定时时器低器低8位位8BH00HTH0T0定定时时器高器高8位位8CH00HTH1T1定定时时器高器高8位位8DH00HP1P1端口数据寄存器端
30、口数据寄存器90HFFHSCON串口控制寄存器串口控制寄存器98H00HSBUF串口数据串口数据缓缓冲器冲器99H不定不定P2P2端口数据寄存器端口数据寄存器A0HFFHIE中断允中断允许许控制寄存器控制寄存器A8H0XX00000BP3P3端口数据寄存器端口数据寄存器B0HFFHIP中断中断优优先先级级控制寄存器控制寄存器B8HXXX00000BPSW程序状程序状态标态标志寄存器志寄存器D0H00HA累加器累加器ACCE0H00HB寄存器寄存器BF0H00Hu片内片内80HFFH中中,分布着分布着21个个SFR。uSFR有自己的名称有自己的名称,如如:累加器累加器ACC、寄存器寄存器B.等。
31、等。还有惟一的地址，还有惟一的地址，可用直接寻址方式可用直接寻址方式.u其中其中11个个(字节地字节地址正好能被址正好能被8整除整除)的的SFR还可以位寻还可以位寻址址.各位还有助记名各位还有助记名.u见表见表3.8，3.9。3.4.4片外数据存储器片外数据存储器l89C51可以扩展片外数据存储器可以扩展片外数据存储器RAM。存储空间为存储空间为64KB，地址范围为，地址范围为0000HFFFFH。l由由P0口分时提供低口分时提供低8位地址位地址A0-A7和数据总线和数据总线D0-D7，由由P2口提供高口提供高8位地址位地址A8A15。执行访问指令时执行访问指令时,由由RD(P3.7),WR(
32、P3.6)控制控制。使用静态使用静态RAM,如如:6264(8K8),62256(32K8)等。等。l使用指令使用指令MOVX。采用寄存器间接寻址。采用寄存器间接寻址。读：读：MOVXA，DPTR或或MOVXA，Ri写：写：MOVXDPTR，A或或MOVXRi，A其中其中:DPTR为为16位数据指针寄存器位数据指针寄存器,寻址范围为寻址范围为64KBRi为工作寄存器为工作寄存器R0和和R1，寻址范围低寻址范围低256B。3.589C51单片机的单片机的I/O接口接口l4个个8位的并行输入位的并行输入/输出端口，输出端口，P0、P1、P2和和P3端口。端口。都是准双向端口，都是准双向端口，P0、
33、P2和和P3端口有第二功能。端口有第二功能。l一个可编程的全双工的异步串行通信接口（一个可编程的全双工的异步串行通信接口（UART）。）。利用利用P3.0（RXD）,P3.1（TXD）实现串行通信。）实现串行通信。l两个两个16位的定时器位的定时器/计数器计数器T0和和T1。为为16位的加位的加1计数器，有定时、计数两种工作方式。计数器，有定时、计数两种工作方式。l片外扩展片外扩展I/O接口芯片。如：并行接口接口芯片。如：并行接口8255A，模拟量，模拟量输入芯片输入芯片ADC0809、模拟量输出芯片、模拟量输出芯片DAC0832、新型、新型的通用的通用I/O接口芯片等。接口芯片等。3.5.1
34、并行并行I/O端口端口P0、P1、P2、P3 l4个个8位的并行位的并行I/O端口，称为端口，称为P0、P1、P2、P3。l作为通用输入作为通用输入/输出端口，都是输出端口，都是8位准双向口。位准双向口。准双向口：对于一个双向输入准双向口：对于一个双向输入/输出端口，如果在作输输出端口，如果在作输入口使用时要先写入入口使用时要先写入“1”。如：读入。如：读入P1端口的数据指令：端口的数据指令：MOVP1，#0FFHMOVA，P1既可以字节操作，也可以按位操作。既可以字节操作，也可以按位操作。lP0、P2、P3口有各自的第二功能。口有各自的第二功能。lP0P3作为特殊功能寄存器，和内部作为特殊功
35、能寄存器，和内部RAM统一编址。统一编址。1.P0口口.P0口作通用口作通用I/O口口:是一个准双向口。地址为是一个准双向口。地址为80H。输出漏极开路，可驱动输出漏极开路，可驱动8个个74LS类型的类型的TTL门电路。门电路。.分时复用的地址分时复用的地址/数据总线数据总线:外部扩展时外部扩展时(MOVX或或MOVC指令指令):uP0口首先输出低口首先输出低8位地址位地址,由由地址锁存器地址锁存器(74LS373)在在ALE信号作用下锁存信号作用下锁存(A0-A7)。u然后然后P0口就作为双向的数据口就作为双向的数据总线总线(D0-D7)使用。使用。uP2口输出高口输出高8位地址位地址(A8
36、-A15)2.P1口口l8位准双向口，只作通用输入位准双向口，只作通用输入/输出口使用输出口使用.lP1口作为一个特殊功能寄存器，和内部口作为一个特殊功能寄存器，和内部RAM统统一编址，地址为一编址，地址为90H。l它可进行字节操作，用直接寻址方式。它可进行字节操作，用直接寻址方式。也可以按位操作，用位寻址方式，也可以按位操作，用位寻址方式，l输出可以驱动输出可以驱动4个个74LS类型的类型的TTL门电路。门电路。3.P2口口.P2口作通用口作通用I/O口口:是一个准双向口。地址为是一个准双向口。地址为A0H。可驱动可驱动4个个74LS类型的类型的TTL门电路。门电路。.P2口作高口作高8位地
37、址总线位地址总线:外部扩展时外部扩展时(MOVX或或MOVC指令指令):uP0口分时复用作；口分时复用作；低位地址低位地址(A0-A7)数据总线数据总线(D0-D7)用。用。uP2口输出高口输出高8位地址位地址A8-A154.P3口口.P3口作通用口作通用I/O口口:是一个准双向口。地址为是一个准双向口。地址为B0H。输出可驱动输出可驱动4个个74LS类型的类型的TTL门电路。门电路。.P3口作第二功能口作第二功能:口口线线信信号号功功能能P3.0RXD串行口数据串行口数据输输入（接收数据）入（接收数据）P3.1TXD串行口数据串行口数据输输出（出（发发送数据）送数据）P3.2INT0外部中断
38、外部中断0输输入入P3.3INT1外部中断外部中断1输输入入P3.4T0定定时时器器0的外部的外部输输入（入（计计数数输输入）入）P3.5T1定定时时器器1的外部的外部输输入（入（计计数数输输入）入）P3.6WR外部数据存外部数据存储储器写器写选选通控制通控制输输出出P3.7RD外部数据存外部数据存储储器器读选读选通通输输出控制出控制3.5.2串行端口串行端口UARTl可编程的全双工串行接口可编程的全双工串行接口,通用异步接收通用异步接收/发送器发送器(UART)l引脚引脚RXD(P3.0)串行数据接收端串行数据接收端,TXD(P3.1)串行数据发送端串行数据发送端.l有关的有关的3个特殊功能
39、寄存器：串行数据缓冲器个特殊功能寄存器：串行数据缓冲器SBUF串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON电源控制寄存器电源控制寄存器PCONl4种工作方式，由串行口控制寄存器种工作方式，由串行口控制寄存器SCON来设置。来设置。u方式方式0：移位寄存器输入：移位寄存器输入/输出方式输出方式u方式方式1：10位异步接收位异步接收/发送方式发送方式u方式方式2：11位异步接收位异步接收/发送方式发送方式u方式方式3：11位异步接收位异步接收/发送方式发送方式l串口应用在以后的章节中加以说明。串口应用在以后的章节中加以说明。3.5.3定时器定时器/计数器计数器T0、T1l两个定时器两个定时器/计数器计
40、数器T0和和T1具有定时和计数的功能具有定时和计数的功能.l核心部分是一个核心部分是一个16位的加位的加1计数器，计数器，l定时器定时器/计数器有关的特殊功能寄存器：计数器有关的特殊功能寄存器：u定时器工作方式寄存器定时器工作方式寄存器TMOD，地址为，地址为89H。u定时器控制寄存器定时器控制寄存器TCON，地址为，地址为88H，u每个定时器由两个每个定时器由两个8位的特殊功能寄存器组成位的特殊功能寄存器组成:T0由由TH0（8CH）和）和TL0（8AH）组成；）组成；T1由由TH1（8DH）和）和TL1（8BH）组成。）组成。l定时方式时，定时器对单片机的机器周期数进行计定时方式时，定时器
41、对单片机的机器周期数进行计数溢出时，向数溢出时，向CPU提出中断请求或产生标志信号提出中断请求或产生标志信号.l计数方式时，对接到引脚计数方式时，对接到引脚T0（即（即P3.4）端和引脚）端和引脚T1（即（即P3.5）端的外部脉冲信号进行计数。）端的外部脉冲信号进行计数。l4种工作模式种工作模式:模式模式0是由是由TH和和TL低低5位组成位组成13位的定时器位的定时器/计数器计数器模式模式1是由是由TH和和TL共同组成共同组成16位的定时器位的定时器/计数器计数器模式模式2是一个可以自动重装载的是一个可以自动重装载的8位定时器位定时器/计数器计数器模式模式3是将是将T0分为两个独立的分为两个独
42、立的8位定时器位定时器/计数器计数器3.5.3定时器定时器/计数器计数器T0、T1l定时器定时器/计数器的应用在以后的章节中加以说明。计数器的应用在以后的章节中加以说明。3.689C51单片机的时钟电路和时序单片机的时钟电路和时序 3.6.1时钟电路时钟电路 时钟信号产生电路时钟信号产生电路：在在XTAL1（19脚）和脚）和XTAL2（18脚）间脚）间跨接一个石英晶体振荡跨接一个石英晶体振荡器和两个微调电容，和内器和两个微调电容，和内部的高增益反相放大器构部的高增益反相放大器构成一个稳定的自激振荡器成一个稳定的自激振荡器,产生单片机的时钟信号产生单片机的时钟信号.3.6.2时序时序.振荡周期振
43、荡周期：为单片机提供定时的振荡源信号的周期。：为单片机提供定时的振荡源信号的周期。即晶体振荡器频率的倒数即晶体振荡器频率的倒数,是最原始的信号周期。是最原始的信号周期。.状态周期（时钟周期）状态周期（时钟周期）：是振荡周期的两倍。：是振荡周期的两倍。是振荡脉冲经内部二分频后提供的状态信号。是振荡脉冲经内部二分频后提供的状态信号。.机器周期机器周期：CPU完成一个基本的操作所需的时间。完成一个基本的操作所需的时间。89C51一个机器周期由一个机器周期由6个状态周期即个状态周期即12个振荡周期组成个振荡周期组成.指令周期指令周期：CPU从取出指令到执行完所需要的时间。从取出指令到执行完所需要的时间
44、。89C51的指令周期由的指令周期由1、2、4个机器周期组成。个机器周期组成。例如：在外接晶体振荡器频率例如：在外接晶体振荡器频率fosc为为12MHz时：时：3.6.389C51的指令操作时序的指令操作时序l每条指令执行都包括取指令和执行指令两个阶段。每条指令执行都包括取指令和执行指令两个阶段。l取指阶段取指阶段CPU从内部或外部从内部或外部ROM中取出指令操作码中取出指令操作码和操作数。和操作数。l执行指令阶段，执行指令阶段，CPU分析指令、指令译码和指令的分析指令、指令译码和指令的执行执行。l89C51指令系统共有指令系统共有111条指令。指令功能不同条指令。指令功能不同,执执行速度不相
45、同行速度不相同,指令周期由指令周期由1、2或或4个机器周期组成。个机器周期组成。l89C51的指令操作时序如图所示。的指令操作时序如图所示。3.789C51单片机的工作方式单片机的工作方式89C51三种工作方式三种工作方式:复位复位,程序执行和节电工作方式程序执行和节电工作方式.3.7.1复位方式复位方式l复位是对单片机进行初始化，从初始状态开始工作。复位是对单片机进行初始化，从初始状态开始工作。l复位后，内部各个特殊功能寄存器的初始值是一定的。复位后，内部各个特殊功能寄存器的初始值是一定的。u程序计数器程序计数器PC复位后为复位后为0000H,从从0000H单元开始程序单元开始程序.u累加器
46、累加器ACC、寄存器寄存器B复位后为复位后为00H，表明已被清零表明已被清零uPSW复位后为复位后为00H,其中其中RS1RS0均为均为0,选择第选择第0组组当前工作寄存器组当前工作寄存器组.R0-R7为片内为片内RAM00H-07H单元单元.uSP复位后为复位后为07H,堆栈初始栈底为片内堆栈初始栈底为片内RAM的的07H单元单元其它如表所示其它如表所示。寄存器寄存器初始值初始值寄存器寄存器初始值初始值PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0P3FFHSCON00HIP00000
47、BSBUF不定不定IE000000BPCON00000B复位后各特殊功能寄存器的初始状态复位后各特殊功能寄存器的初始状态复位电路：复位电路：RST引脚引脚(9脚脚)是复位信号输入端，高电平有效。是复位信号输入端，高电平有效。高电平应持续两个机器周期高电平应持续两个机器周期(即即24个振荡周期个振荡周期)以上。以上。.上电自动复位上电自动复位在在单单片片机机系系统统接接通通电电源源时时，自动产生复位信号的电路自动产生复位信号的电路.按键手动复位按键手动复位系系统统处处于于死死锁锁状状态态时时，必必须须通通过过按按键键，利利用用手手动动方方式式进进行行复复位位操操作作，使使单单片片机重新启动。机重
48、新启动。89C51复位电路复位电路电路如图所示电路如图所示.看门狗（看门狗（Watchdog）复位复位l看门狗（看门狗（Watchdog）方式又称为程序运行监视系统）方式又称为程序运行监视系统l系统运行中，受到干扰有可能死机或程序跑飞，不能正系统运行中，受到干扰有可能死机或程序跑飞，不能正常工作。在出现这种情况时，看门狗（常工作。在出现这种情况时，看门狗（Watchdog）能）能够自动地使系统重新复位，恢复正常的运行。够自动地使系统重新复位，恢复正常的运行。l看门狗（看门狗（Watchdog）有如下特性：）有如下特性：u本身能独立工作，基本上不依赖于本身能独立工作，基本上不依赖于CPU；uCP
49、U在正常工作时，每隔一个固定时间间隔要和该在正常工作时，每隔一个固定时间间隔要和该系统打一次交道系统打一次交道(喂一次狗喂一次狗)，以表明系统目前正常；，以表明系统目前正常；u当陷入死锁后，能及时发觉并自动使系统复位。当陷入死锁后，能及时发觉并自动使系统复位。看门狗电路看门狗电路专用芯片工作原理专用芯片工作原理：MAX813L具有上电复位、手具有上电复位、手动复位、电源监测、掉电复位和动复位、电源监测、掉电复位和看门狗复位多个功能。看门狗复位多个功能。单片机正常工作时单片机正常工作时,程序不断地程序不断地通过通过P1.0输出脉冲信号给输出脉冲信号给WDI(喂喂狗程序狗程序)。MAX813L的的
50、RESET输输出连接到单片机的复位出连接到单片机的复位RST端上端上.如果系统死机时，不能执行喂狗如果系统死机时，不能执行喂狗程序，在程序，在1.6秒时间内没有喂狗信秒时间内没有喂狗信号，则号，则MAX813L就输出就输出RESET信号，完成单片机复位的操作。信号，完成单片机复位的操作。3.7.2程序执行方式程序执行方式1.连续执行方式连续执行方式单片机复位后单片机复位后,程序从程序从ROM的的0000H开始执行开始执行.在在0000H单元中要放一条无条件转移指令，转移到实际的入口去执单元中要放一条无条件转移指令，转移到实际的入口去执行。然后自始至终地一条一条连续执行下去。行。然后自始至终地一