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1、第2章 AT89S51单片机原理与基本应用系统,本章主要内容,一、AT89S51单片机内部结构,（1）一个8位的CPU； （2）一个片内振荡器及时钟电路； （3）4KB的Flash ROM； （4）128B的内部RAM （5）可扩展64KB外部ROM和外部 RAM的控制电路； （6）两个十六位的定时/计数器； （7）26个特殊功能寄存器（双数据 指针）； （8）4个8位的并行口； （9）一个全双工的串行口； （10）5个中断源，两个外部中断， 三个内部中断； （11）内部硬件看门狗电路； （12）一个SPI串行接口，用于芯片 的在系统编程（ISP）。,1、电源 VCC（P40）芯片电源，接+5
2、V。 VSS（P20） 接电源地。,二、AT89S51单片机引脚功能,2、时钟 XTAL1（P19）晶体振荡电路的反相器 输入端 XTAL2（P18）晶体振荡电路的反相器 输出端。,使用内部振荡电路时，该引脚外接石英晶体和补偿电容。使用外部振荡输入时从XTAL2输入，此时XTAL1需接地。,3、控制 控制引脚有4个，先学习其中的两个。 （1）RST/VPD复位/备用电源 RST复位功能是单片机正常工作必不可少的，因为复位可以使单片机从程序的开头运行，使单片机按照人们设计的程序运行，在单片机系统上电开始工作，或单片机系统由于外界干扰偏离正常运行，都需要复位。AT89S51单片机是高电平复位，只要
3、在该引脚上一段时间（两个机器周期以上）的高电平，单片机就复位。在正常运行程序时该引脚为低电平。 VPD功能是在VCC掉电情况下，该引脚接备用电源，向片内的RAM供电，使RAM中的数据不丢失。,3、控制 （2）EA/VPP内外ROM选择/EPROM编程电源 在通常的应用中EA功能是作为内部和外部ROM的选择端。当EA=1，CPU从芯片内部的ROM中取指令运行，但超过4KB范围的程序，也从外部扩展的ROM中取得。反之当EA=0时，只从芯片外部扩展的ROM中取指令运行。在绝大多数的应用中，4KB空间范围足够存放程序，一般都选择内部ROM，将EA接高电平。 VPP功能是在我们要把程序下载到内部ROM中
4、才用到的功能，只有设计制造编程器时考虑，一般情况用不到。,4、I/O口 AT89S51单片机有4个8位的并行口，分别称为P0口、P1口、P2口和P3口，共32个引脚 。 单片机就是通过这些口线对外部电路进行控制和检测。它们的详细结构原理和功能在本章第三节中介绍。,三、AT89S51单片机存储空间配置,AT89S51单片机存储器结构采用的是哈佛型结构，程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）是分开的，有各自的寻址系统和控制信号，分别用不同的指令操作。ROM用来存放我们编写的程序和常数表格。数据存储器用来存放程序运行的数据和结果。ROM和RAM都分为内部和外部。,内部 ROM (4KB) EA=
5、1,外部 ROM (4KB) EA=0,外部 ROM (60KB),内部 RAM 128B,SFR (21个),外部 RAM (64KB),0000H,0000H,0000H,0FFFH,0FFFH,1000H,FFFFH,FFFFH,FFH,00H,7FH,80H,MOVC指令操作,MOV指令操作,MOVX指令操作,ROM地址空间,RAM地址空间,1、程序存储器（ROM） 不管是内部的还是外部的ROM，开头的0003H002AH空间地址是中断源的入口地址区，是专用单元，一般情况下用户不能用来存放其它程序。 CPU是根据PC（程序计数器）值从ROM中取指令来执行的。CPU每从ROM中读取一个字
6、节，自动执行（PC）+1PC，即PC指向下一个地址空间，一般情况下CPU是按ROM地址空间顺序从小到大依次执行。只有执行的指令是转移类指令，才根据转移类指令所指示的新地址，调整PC值，然后根据新的PC值从对应的地址空间中取指令来执行。 当调用子程序或中断发生时，PC值也会改变。,2、内部数据存储器（内RAM） AT89S51单片机内部有128B字节划分为三部分：工作寄存器区、位寻址区和数据缓冲区。,0区,1区,2区,3区,位寻址 区,数据 缓冲 区,工作寄存器区 8位整体操作,位寻址区 8位整体操作、位操作,堆栈与数据缓冲区 8位整体操作,0007H,080FH,1017H,181FH,202
7、FH,位地址,D7,D0,PSW,D7,D0,20H（字节地址）,（R0R7）,307FH,（1）工作寄存器区 从00H1FH共32个单元为工作寄存器区，每8个一组，分为4个区，依次为： 0区（00H07H） 1区（08H0FH） 2区（10H17H） 3区（18H1FH） 在任一时刻只有一个区作为当前的工作寄存器区，相应的空间单元作为工作寄存器使用。工作寄存器区的选择可通过程序状态字PSW中的D4、D3位实现。不是当前工作寄存器区的可以作为一般的RAM空间使用。 操作方式：8位整体操作。,（2）位寻址区 20H2FH共计16个单元为位寻址区，每个单元的8位又位操作，有位的置1、清0、取反以及
8、判断操作有自己的位地址 。 位地址的范围：007FH。（要注意和内RAM空间单元地址的区别） 位寻址区空间单元操作的有两种方法，即可以象其它RAM空间一样进行8位整体操作，也可以通过位地址对这些空间单元的某一。,位寻址区的位地址映象表,位寻址区的位地址形式有两种：位地址和位编号。,位地址,D7,D0,20H（字节地址）,如20H单元的8个位 位地址为：00H07H 位编号为：20H.020H.7 它们的含义是一致的，都表示20H单元的位地址，在应用中可以互换，位编号更便于记忆。,（3）堆栈与数据缓冲区 30H7FH为数据缓冲区，用于存放数据和中间结果，起到数据缓冲的作用，这些空间数据的操作是8
9、位的整体操作 。,3、特殊功能寄存器（SFR） 51系列单片机的状态字、并行口、串行口、定时器和中断系统的寄存器等，是一些有专门用途的寄存器，称为特殊功能寄存器SFR，离散地分布在80HFFH地址范围内。 SFR操作同内部RAM的操作，其中字节地址能被8整除的特殊功能器，它们的每一位也有自己的位地址，也可以进行位操作。字节地址不能被8整除的特殊功能寄存器，只能8位的整体操作。8位整体操作既可以对它们的字节地址操作，也可以对它们的符号（名称）操作。,几个常用的特殊功能寄存器： （1）累加器ACC 累加器ACC是51系列单片机最常用的寄存器，许多指令都用到累加器，特别是算术运算都需要用到，在指令中
10、ACC简写为A。 （2）寄存器B 乘除法指令都要用到寄存器B，B也可以作为一般的寄存器使用。,（3）程序状态字寄存器PSW ， PSW反映的程序运行的状态，其结构和含义如下表所示。,Cy进位标志。 累加器A在执行加减法运算中，如果最高位有进位或借位，Cy置1，否则清0，用于无符号数运算。另Cy还是位操作累加器，在指令中简写为C。,OV溢出标志。 累加器A在执行加减法运算中，如果最高位和次高位只有一个进位或借位，OV置1，否则清0，用于有符号数的运算。 AC进位标志辅助。 累加器执行加法运算时，低4位向高4位进位时置1，否则清0。BCD码加法运算调整标志。 P奇偶标志。 表示累加器A中“1”的个
11、数的奇偶性。如果A中“1”的个数为奇数，则P置1，否则清0 。,F0、F1用户标志。 与位寻址区的位地址功能相同。 RS1、RS0工作寄存器区选择位。 工作寄存器区有4个，每次只有一个区当作工作寄存器用，通过RS1、RS0可以选择它们中的一个。 RS1、RS0=000区（00H07H） RS1、RS0=011区（08H0FH） RS1、RS0=102区（10H17H） RS1、RS0=113区（18H1FH）,例2-1 设A中有下面的加法运算，分析PSW中有关位的值，及其表示的含义。 0 1 1 0 0 1 1 1 + 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 最高位没有
12、向更高位进位，因此Cy=0，表明如果我们把这两个数看作无符号数，它们的和没有超过256。 次高位向最高位进位，最高位没有进位，因此OV=1，表明如果我们把这两个数看作有符号数，它们的和超出了范围，显然两个正数相加，不可能得到负数。,低4位向高4位进位，AC=1，表明如果把这两个数看作是BCD码表示的数，需要在低4位加6调整才能得到结果仍是BCD码的正确结果。显然看作BCD码，两个分别是67和29，相加后得到96，低4位加6可得96的BCD码。 加法运算的结果是放在A中的，8位中共有2个“1”，因此P=0，表明此时累加器中的数据满足偶校验。,（4）数据指针DPTR0、DPTR1。 AT89S51
13、单片机内部有两个数据指针（都是16位），但在某一时刻只能使用其中一个作为数据指针DPTR，由辅助寄存器1 （AUXR1）的DPS位控制，DPS=0，选择DPTR0的两个8位的寄存器构成数据指针，DPS=1，选择DPTR1的两个8位的寄存器构成数据指针。统一用DPH表示DPTR的高8 位，DPL表示低8位。可以十六位整体操作，也可以分开按8位操作。 在实际的应用中DPTR一般用来存放ROM空间或外部RAM空间的地址。,一、汇编语言指令的基本格式,1、51系列单片机汇编语言指令格式由4部分构成： 标号：操作码 目的操作数，源操作数 ；注释。 （1）标号：为该指令的符号地址，根据需要设置。 标号以字
14、母开头，由字母、数字和下画线组成的字符串，字符串的最后必须有“：” ，系统的保留字不能作为标号 。 标号是该指令的符号地址，它的实质是反映该指令在ROM中的地址（存放位置），因此在同一个程序中标号不可重复。 标号在程序中主要是作为其它转移类指令的目的地址，或子程序的名称。,指令举例： LOOP：MOV A，20H；将20H单 ；元内容送 ；累加器A,（2）操作码 操作码是每条汇编语言指令都必须有的，它是51系列单片机指令系统规定的助记符，规定某条指令的操作功能。 （3）操作数 操作数是参与操作的数据或地址。不同功能的指令，操作数的个数是不同的，在03个之间。在书写时操作数和操作码之间要留有空格
15、，当有多个操作数时，操作数之间要用“，”隔开，前面的操作数称为目的操作数，后面的称为源操作数。,（4）注释。是对该条指令的说明，便于阅读和理解程序功能。必须以“；”开始。,二、51系列单片机汇编语言指令中常用符号 即操作数的符号。 （1）Rn：当前工作寄存器区的8个工作寄存器R0R7，n=07。 （2）Ri：当前工作寄存器R0和R1， i=0，1。,（3）direct：8位的直接地址，代表内部RAM 00H7FH单元，以及特殊功能寄存器的字节地址或名称。 （4）Ri：8位的间接地址，也代表内部RAM 00H7FH的某一单元，此时工作寄存器Ri的内容是多少，就代表相应的单元。 用间址寻址的优点之
16、一是循环方便。 （5）#data：8位的立即数，所谓立即数就是指令中直接参与操作的数据。 （6）#data16：16位的立即数。,（7）bit：位地址。代表内部RAM 位寻址区 （20H2FH）中可寻址位以及SFR中的可寻址位。具体的形式可以是位地址、位编号以及位定义。 （8）addr16：十六位的目的地址。 （9）addr11：11位的目的地址。 （10）rel：带符号的8位偏移地址。范围是 +127 128。 X：某寄存器或某单元 (X)：某寄存器或某单元中的内容。 ：指令执行后数据传送的方向。,操作数在具体程序中是数字形式或标号，direct、data、bit可以用二进制数、十进制数或十六进制数书写，用十六进制数时，如果高位是A、B、C、D、E、F时，必须在数的前面加0，以便和标号区别开来。addr16、addr1
