《单片机原理及应用技术 教学课件 ppt 作者 牛月兰 第2章 硬件结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理及应用技术 教学课件 ppt 作者 牛月兰 第2章 硬件结构（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第2章 AT89S51单片机硬件结构,2,片内硬件组成结构如图2-1所示。把作为控制应用所必需的基本功能部件都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。,2.1 AT89S51单片机的硬件组成,图2-1 AT89S51单片机片内结构,3,（1）8位微处理器（CPU）； （2）数据存储器（128B RAM）； （3）程序存储器（4KB Flash ROM）； （4）4个8位可编程并行I/O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； （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（SF
2、R）26个； （10）低功耗模式有空闲模式和掉电模式，且具有掉电模式 下的中断恢复模式； （11）3个程序加密锁定位。,AT89S51单片机硬件有如下功能部件和特性：,4,（1）增加在线可编程功能ISP（In System Program），字节和页编程，现场程序调试和修改更加方便灵活； （2）数据指针增加到两个，方便了对片外RAM的访问过程； （3）增加了看门狗定时器，提高了系统的抗干扰能力； （4）增加断电标志； （5）增加掉电状态下的中断恢复模式。,与AT89C51相比，AT89S51有更突出的优点：,5,图2-2 AT89S51双列直插封装方式的引脚,2.2 AT89S51的引脚功能,
3、AT89S51目前多采用40只引脚双列直插，如图2-2所示。,6,引脚按其功能可分为如下3类： （1）电源及时钟引脚VCC、VSS；XTAL1、XTAL2。 （2）控制引脚 、ALE/ 、 /VPP、RST（RESET） （3）I/O口引脚P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口,2.2.1 电源及时钟引脚 1电源引脚 （1）VCC（40脚）：+5V电源。 （2）VSS（20脚）：数字地。,7,2时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路输入端。用片内振荡器时，该脚接外部石英晶体和微调电容。外接时钟源时，该脚接外部时钟振荡器的信号。 （2）XTAL2（18脚）
4、：片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器，该脚连接外部石英晶体和微调电容。当使用外部时钟源时，本脚悬空。,8,1.ALE/ （30脚） ALE/ （Address Latch Enable /PROGramming）为低8位地址锁存控制信号/编程脉冲输入。 ALE用于CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器时提供地址锁存信号，将低8位地址锁存在片外的地址锁存器中 是30引脚的第二功能，在对片内 Flash存储器编程时，该引脚作为编程脉冲输入脚。,2.2.2 控制引脚,9,2. （29脚） （Program Strobe Enable）为片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。在AT
5、89S51向片外程序存储器读取指令（或常数）期间，每个机器周期该信号两次有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器时，没有两次有效的该信号。,10,3 /VPP (31脚) ：引脚第一功能：外部程序存储器访问允许控制端。 =1，在PC值不超出0FFFH时，单片机读片内程序存储器（4KB）中的程序，但PC值超出0FFFH （即超出片内4KB Flash地址范围）时，将自动转向读取片外60KB（1000H-FFFFH）程序存储器空间中的程序。,11,=0，只读取外部的程序存储器中的内容，读取的地址范围为0000HFFFFH，片内的4KB Flash 程序存储器不起作用。 VPP：引脚第二功能，对片
6、内Flash编程，接编程电压。 4.RST (RESET，9脚) RST (RESET)为复位信号输入端，高电平有效。当振荡器工作时，在该引脚加上持续时间大于2个机器周期（24个振荡周期）的高电平，可使单片机复位。,12,（1）P0口：8位，漏极开路的双向I/O口 当外扩存储器及I/O接口芯片时，P0口作为低8位地址总线及数据总线的分时复用端口。 P0口也可用作通用的I/O口，需加上拉电阻，这时为准双向口。作为通用I/O输入，应先向端口写入1。可驱动8个LS型TTL负载。 （2）P1口：8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 准双向I/O口，作为通用I/O输入时，应先向端口锁存器写1。 P1
7、口可驱动4个LS型TTL负载。,2.2.3 并行I/O口引脚,13,P1.5/MOSI、P1.6/MISO和P1.7/SCK 可用于对片内Flash存储器串行编程和校验，它们分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。 （3）P2口：8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 当AT89S51扩展外部存储器及I/O口时，P2口作为高8位地址总线用，输出高8位地址。 P2口也可作为普通的I/O口使用。P2口可驱动4个LS型TTL负载。,14,（4）P3口：8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 可作为通用的I/O口使用。作为通用I/O输入，应先向端口输出锁存器写入1。可驱动4个LS型TTL负载。 P
8、3口还可提供第二功能。第二功能定义如下，应熟记。,15,CPU由运算器和控制器构成。 2.3.1 运算器 运算器的功能是对操作数进行算术、逻辑和位操作等运算。 1算术逻辑运算单元ALU ALU不仅可以实现8位数据的加、减、乘、除、增量、减量、十进制的调整、比较等算术运算和与、或、异或、循环、求补和清零等逻辑运算，同时还具有位处理功能，可以对位变量进行置位、清零、求补、测试转移及逻辑与、或等操作。,2.3 AT89S51的CPU,16,累加器A是CPU中使用最频繁的一个8位寄存器，它既可用于存放操作数，也可用于存放运算的中间结果，累加器A自身带有全零标志Z，A=0，则Z=1；A0，则Z=0，该标
9、志用于程序分支转移的判断条件。,2累加器A,17,3程序状态字寄存器PSW PSW是一个8位寄存器，位于片内特殊功能寄存器区，用于反映程序执行的状态信息。在状态字中，有些位是根据指令执行的结果由硬件自动完成设置，有些位则必须通过软件设定。PSW中的每个状态位都可由软件读出，PSW的各位定义见下表,18,PSW中各个位的功能： （1）Cy（PSW.7）进位标志位 在执行算术和逻辑运算指令时，可以被硬件或软件置位或清零。在进行算术运算时，可作为进位标志。在位处理器中，它作为位累加器使用。 （2）Ac（PSW.6）辅助进位标志位 当进行加法或减法操作而产生低4位（BCD码一位）向高4位数进位或借位时
10、，Ac将被硬件置位，否则就被清零。 （3）F0（PSW.5）用户设定标志位 F0是用户定义的一个状态标志位，可用软件来使它置1或清0，控制程序的流向。,19,（4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）4组工作寄存器区选择 选择片内RAM区中的4组工作寄存器区中的某一组为当前工作寄存区见下表。,20,（5）OV（PSW.2）溢出标志位 补码运算的运算结果有溢出时，OV=1；无溢出时，OV=0。 （6）PSW.1位 该位为保留位，此位未定义。 （7）P（PSW.0）奇偶标志位 该标志位表示运算结果（存放在累加器A）中“1”的个数是奇数还是偶数。若P=1，表示A中“1”的个数为奇数。若P=0，表
11、示A中“1”的个数为偶数。,21,控制器是AT89S51单片机的神经中枢，主要包括：程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等。其主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动协调地工作。,2.3.2 控制器,22,2.4 AT89S51存储器的结构 存储器的结构特点之一是将程序存储器和数据存储器分开（哈佛结构），并有各自的访问指令。 存储器空间可分为4类： 程序存储器空间 数据存储器空间 特殊功能寄存器SFR （Special Function Register） 位地址空间,23,.程序存储器空间 片内与片外两部分 片内4KB Fla
12、sh ，编程和擦除完全是电气实现。可用通用编程器对其编程，也可在线编程。 当片内4KB Flash 存储器不够用时，可片外扩展，最多可扩展至64KB程序存储器。 .数据存储器空间 片内与片外两部分。 片内有128 B RAM。 片内RAM 不够用时，在片外可扩展至64KB RAM 。,24,.特殊功能寄存器SFR （Special Function Register） 特殊功能寄存器SFR综合反映了整个单片机基本系统内部实际的工作状态及工作方式。其功能已做了专门的规定，用户不能修改其结构。 .位地址空间 AT89S51单片机共有211个可寻址位，构成了位地址空间。它们位于内部 RAM（共128
13、位）和特殊功能寄存器区（共83位）中。,25,2.4.1 程序存储器空间 存放程序和表格之类的固定常数。片内为4KB的 Flash ，地址为0000H0FFFH。16位地址线，可外扩的程序存储器空间最大为64KB，地址为0000HFFFFH。使用时应注意以下问题： 访问片内的还是片外的程序存储器，由 引脚电平确定。 =1时，CPU从片内0000H开始取指令，当PC值没有超出0FFFH时，只访问片内Flash 存储器，当PC值超出0FFFH自动转向读片外程序存储器空间1000HFFFFH 内的程序。 =0时，只能执行片外程序存储器（0000HFFFFH）中的程序。,26,程序存储器某些固定单元用
14、于各中断源中断服务程序入口。 64KB程序存储器空间中有5个特殊单元分别对应于5个中断源 的中断入口地址，见下表。,通常这5个中断入口地址处都放一条跳转指令跳向对应的中断服务子程序，而不是直接存放中断服务子程序。,27,片内与片外两部分。 .片内数据存储器 片内数据存储器（RAM）共128个单元，字节地址为00H7FH。见下表。,2.4.2 数据存储器空间,28,00H1FH 的32个单元是4组通用工作寄存器区，每区包含8B，为R7R0。可通过指令改变RS1、RS0两位来选择。 当片内128B的RAM不够用时，需外扩，最多可外扩64KB的RAM。注意，片内RAM与片外RAM两个空间是相互独立的
15、，片内RAM与片外RAM的低128B的地址是相同的，但由于使用的是不同的访问指令，所以不会发生冲突。,29,采用特殊功能寄存器集中控制各功能部件。特殊功能寄存器映射在片内RAM的 80HFFH 区域中，共26个。表2-6 SFR的名称及其分布。有些还可位寻址，位地址见表2-6。 与AT89C51相比，新增5个SFR：DP1L、DP1H、AUXR、AUXR1和WDTRST，已在表2-6中标出。 凡是可位寻址的SFR，字节地址末位只能是0H或8H。另外，若读/写未定义单元，将得到一个不确定的随机数。 下面介绍某些SFR，余下的SFR将在后面介绍。,2.4.3 特殊功能寄存器（SFR）,30,1堆栈
16、指针SP 指示堆栈顶部在内部RAM块中的位置。 堆栈的功能主要有以下3点： 保护断点 现场保护 用于数据的临时保存,31,2寄存器B 寄存器B是一个8位寄存器，地址为F0H，主要用于乘法和除法运算。在不执行乘、除法操作的情况下，可把它当作一个普通寄存器来使用。 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。,32,3. 数据指针DPTR0和DPTR1 DPTR0和DPTR1为双数据指针寄存器，为了便于访问数据存储器，AT89S51设置了两个双数据指针寄存器。DPTR0为AT89C51单片机原有的数据指针，DPTR1为AT89S51单片机新增加的数据指针。 AUXR1的DPS位用于选择这两个数据指针。当DPS=0时，选用DPTR0；当DPS=1时，选用DPTR1。AT89S51单片机复位时，默认选用DPTR0。,33,4AUXR寄存器 AUXR是辅助寄存器，其格式如下图所示：,34,5. AUXR1寄存器
