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1、单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束第2章 AT89C51的结构和原理 教学目标 2.1 AT89C51单片机的结构 2.2 AT89C51单片机外形及引脚功能2.3 AT89C51存储器 2.4 AT89C51单片机工作方式 2.5 AT89C51时钟电路与时序本章小结 思考题与习题单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束教学目标1. 总体了解AT89C51单片机内部结构。2. 熟悉AT89C51单片机40个引脚及其功能。3. 熟悉AT89C51三个不同存储空间配置及地址 范围，了解不同存储空间的操作指令和控制信 号。4. 熟悉AT89C51片内RAM低128B分区结构和作 用。5. 了
2、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 PSW结构组成和各位作用。通过本章教学，要求达到以下目标：单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束6. 理解程序计数器PC的功能。7. 了解AT89C51 4个I/O端口结构及工作原理 。8. 理解在扩展外存储器情况下，P0、P2及P3口的功能作用。9. 了解堆栈指针SP及堆栈的作用；10. 掌握堆栈的设置及使用方式；11. 熟悉AT89C51复位条件、复位电路和复位后常用的SFR的状态。 12. 理解时钟电路组成、时钟和机器周期的概念。 单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束课前预习和复习检测1号题2号题
3、3号题4号题5号题6号题7号题8号题9号题单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束温故知新检测微机中常用的进制有哪些？ 各有何特点？1号题单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束温故知新检测什么是BCD码和BCD数？BCD数的加减运算有何特点？2号题单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束温故知新检测什么是原码、反码和补码？3号题单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束温故知新检测4号题1101101.1011B =？H单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束温故知新检测5号题AT89C51系列单片机内部 包含哪些主要功能部件？ 单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束温故知新检测程序计数器P
4、C的作用是什么？ 6号题单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束温故知新检测AT89C51的CPU主要由哪几部分组成? 7号题单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束温故知新检测单片机CPU运算器的核心部件是什么？其主要功能有哪些？8号题单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束温故知新检测AT89C51单片机内部有多少字节的RAM和FlashROM？9号题单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束2.1 AT89C51单片机的结构AT89AT89系列单片机在内部结构上基本相同，其中系列单片机在内部结构上基本相同，其中不同型号的单片机只不过在个别模块和功能方面有些不同型号的单片机只不过在个别模块和
5、功能方面有些区别。区别。AT89C51AT89C51单片机内部硬件结构框图如图单片机内部硬件结构框图如图2.12.1所示所示。它由一个。它由一个8 8位中央处理器（位中央处理器（CPUCPU）、一个）、一个256B256B片内片内RAMRAM及及4KB Flash ROM 4KB Flash ROM 、2121个特殊功能寄存器、个特殊功能寄存器、4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口、两个口、两个1616位定时位定时/ /计数器、一个串行计数器、一个串行I/OI/O口以及中断系统等部分组成，各功能部件通过片内单口以及中断系统等部分组成，各功能部件通过片内单一总线联成一个整体，集成在一块芯片
6、上。一总线联成一个整体，集成在一块芯片上。 单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束2.1 AT89C51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 口内部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD时钟源外部事件图2.1 AT89C51单片机内部结构框图单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束RAM 128BRAM地址寄存器P3口P1口P2口P0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P
7、CPC增量器地址寄存器AR定时与控制4K ROMALUDPH运算运算 器器控制控制 器器存储存储 器器 I/OI/O接口接口图2.2 AT89C51单片机的内部结构示意单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束2.1.1 中央处理器(CPU)CPU是单片机内部的核心部件，是一个8位 二进制数的中央处理单元，主要由运算器、 控制器和寄存器阵列构成。1. 运算器运算器用来完成算术运算和逻辑运算功能 ，它是AT89C51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(ALU)、累加器 (ACC)、暂存寄存器(TMP1、TMP2)和状态寄存 器(PSW)组成。单片机原理及应用回目录上一页下一页结
8、 束1. 运算器(1) 算术逻辑单元(ALU)：AT89C51中的 ALU由加法器和一个布尔处理器组成。 (2) 累加器(ACC)：用来存放参与算术运算和逻辑运算的一个操作数或运算的结果。(3) 暂存寄存器(TMP1、TMP2)：用来存放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。(4) 状态寄存器(PSW)：PSW是一个8位标志 寄存器，用来存放ALU操作结果的有关状态。单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束表2.1 PSW各位定义表位编号PSW7PSW6PSW5PSW4PSW3PSW2PSW1PSW0位定义CYCYACF0RS1RS0OVP位地址D7HD6HD5HD4HD3H
9、D2HD1HD0H 进位标志位CY：表示累加器A在加减运算过程中其最高位 A7有无进位或借位。 辅助进位位AC：表示累加器A在加减运算时低4位(A3)有无向高4位(A4)进位或借位。 用户标志位F0：是用户定义的一个状态标志位，根据需要可以用软件来使它置位或清除。单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束1. 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
10、关系如表2.2 所示。单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束表2.2 工作寄存器组R0R7的物理地址RS1 RS0工作寄存器组号R0R1的物理地址0 00 11 01 1012300H 07H08H 0FH10H 17H18H 1FH 溢出标志位OV：当执行算术指令时，由硬件自动置位或清零，表示累加器A的溢出状态。 奇偶标志位P：用于指示运算结果中1的个数的奇偶性，若累加器A中1的个数为奇数，则P=1；若1的个数为偶数，则P=0。单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束2. 控制器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。 控制器主要由程序计数器PC、指令寄存器
11、IR 、指令译码器ID和定时控制逻辑电路等构成。程序计数器PC是专门用于存放现行指令 的16位地址的。CPU就是根据PC中的地址到ROM中去读取程序指令码和数据，并送给指 令寄存器IR进行分析。单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束2. 控 制 器指令寄存器IR用于存放CPU根据PC地址从 ROM中读出的指令操作码。指令译码器ID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 作的信号。定时控制逻辑中定时部件用来产生脉冲序列和多种节拍脉冲。 单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束3寄存器阵列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 存器
12、组。通用寄存器组用来存放过渡性的数据和地 址，提高CPU的运行速度。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，指示指令运 行的状态等。 单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束2.1.2 存储器AT89C51单片机内部有256个字节的RAM数据 存储器和4 KB的闪存程序存储器(Flash)，当不够 使用时，可分别扩展为64 KB外部RAM存储器和 64 KB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 单片机称为哈佛型结构单片机。程序存储器是可读不可写的，用于存放编好 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 算
13、的中间结果，进行数据暂存及数据缓冲等。单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束AT89C51单片机对外部电路进行控制或 交换信息都是通过I/O端口进行的。单片机的 I/O端口分为并行I/O端口和串行I/O端口，它们的结构和作用并不相同。1并行I/O端口AT89C51有四个8位并行I/O端口，分别 命名为P0口、P1口、P2口和P3口，它们都是8位准双向口，每次可以并行输入或输出8位二进制信息。 2.1.3 I/O端口单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束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
14、为串行数据的接收线RXD。 2串行I/O端口单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束2.1.4 定时器/计数器AT89C51内部有两个16位可编程定时器/计 数器，简称为定时器0(T0)和定时器1(T1)，T0和 T1分别由两个8位寄存器构成，其中T0由TH0(高 8位)和TL0(低8位)构成，T1由TH1(高8位)和TL1( 低8位)构成。TH0、TL0、TH1、TL1都是SFR中 的特殊功能寄存器。T0和T1在TCON和TMOD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 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6章。单片机原理及应用回目录上一页下一页
15、结 束2.1.5 中断系统单片机中的中断是指CPU暂停正在执行的原程序转而为中断源服务(执行中断服务程序)，在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分电路 。AT89C51的中断系统由中断源、中断允许控制器IE、中断优先级控制器IP、定时器控制器 TCON(中断标志寄存器)等构成，IE、IP、TCON 均为SFR特殊功能寄存器(见表2.2)。单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束2.1.6 内部总线总线是用于传送信息的公共途径。总线 可分为数据总线、地址总线和控制总线。单 片机内的CPU、存储器、I/O接口等单元部件都是通过总线连接到一起的。采
16、用总线结构 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。AT89C51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。单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束2.2 AT89C51单片机引脚及其功能AT89C51有40条引脚，与其他51系列单片机引脚是兼容的。这40条引脚可分为I/O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：双列直插封装 (DIP)形式和方形封装形式，如图2.2所示。单片机原理及应用回目录上一页下一页结 束图2.2 AT89C51封装和引脚分配图(a) 双列直插式封装 (b) 方形封装2.2 AT89C51单片机引脚及其功能AT89C51AT89C51单片机原
