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1、3.1.1 单片机的选择MCS-51单片机硬件结构及其一些主要特点：1.内部程序存储器和内部数据存储器2.输入/输出口MCS-51单片机内的I/O口的数量和种类较多且齐全，尤其是它有一个全双工的串行口。3.外部程序存储器和外部数据存储器寻址空间MCS-51可对64KB的外部数据存储器寻址且不受该系列中各种芯片型号的影响，而对程序存储器是内外总空间为64KB.4.中断与堆栈MCS-51有5个中断源，分为2个优先级，每个中断源的优先级是可编程的，它的堆栈位置也是可编程的，堆栈深度可达128字节。MCS-51子系列有2个16位的定时/计数器，通过编程可以实现四种工作模式。MCS-52子系列有3个16
2、位的定时/计数器。MCS-51在内部RAM中开设了四个通用工作寄存器区，共32个通用寄存器，以适应多种中断或子程序嵌套的要求。6.指令系统MCS-51是一个功能很强的指令系统，主要表现在MCS-51的指令系统中增添了减法、乘法、除法、比较、堆栈操作和多种位操作指令。5当振荡器频率接最高12MHZ时，大部分指令执行时间为1s，少部分为2s，乘除指令的执行时间也只有4s。7.布尔处理器特别值得一提的是MCS-51的布尔处理器。它实际上是一个完整的一个微计算机，这个一位的微机有自己的CPU ,位寄存器、I/O口和指令集。把八位微机和一位微机结合在一起，是微机技术上的一个突破。一位机在开关决策、逻辑电
3、路仿真和实时测控方面非常有效，而八位机在运算处理、智能仪表常用的数据采集方面有明显的长处。在MCS-51系列单片机中八位机和一位机（布尔处理器）的硬件资源是复合在一起的，二者相辅相成，这是MCS-51在设计上的精美之处，也是一般微机所不具备的。1 3.1.2 89C51的引脚介绍图3-1 单片机引脚图掌握MCS-51单片机，应首先了解MCS-51的引脚，熟悉并牢记各引脚的功能。MCS-51系列中各种芯片的移交是互相兼容的。制造工艺为HMOS的MCS-51的单片机都采用40只引脚的双列直插封装（DIP方式，如图所示。目前大多树为此类封装方式。制造工艺为CHMOS的8031/89C51/87C51
4、除采用DIP封装方式以外，还采用方行封装方式，为44只引脚（其中4只是无用的引脚）如图上图所示。40只引脚按其功能来分，可分为如下3类：1. 电源及时钟引脚：Vcc、Vss;XTAL1、XTAL2。2. 控制引脚：/PSEN、ALE、/EA、RESET3. I/O口引脚；P0、P1、P2、P3、为4个8位I/O口的外部引脚。下面来介绍各引脚的功能。电源及时钟引脚1电源引脚电源引脚接入单片机的工作电源（1） Vcc(40引脚)：接+5V电源。（2） Vss(20引脚)：接地2时钟引脚2个时钟引脚XTAL1，XTAL2外接晶体与片内的反相放大器构成了1个振荡器，它为单片机提供了时钟信号。2个时钟引
5、脚也可以外接独立的晶体振荡器。XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。8晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。型号同样为AT89C51的芯片，在其后面还有频率编号，有12,16,20,24MHz可选。大家在购买和选用时要注意了。如AT89C51 24PC就是最高振荡频率为24MHz,40P6封装的普通商用芯片。根据综上分析，此次设计中的最小系统的设计采用89C51芯片作为最小系统芯片是最佳选择。
6、1（1）XTAL1（19引脚）：接外部晶体1个引脚。该引脚内部是1个反相放大器的输入端。这个反相放大器构成了片内振荡器/如果采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。（2）XTAL2（18引脚）：接外部晶体的另一端，在该引脚内部接至内部反相放大器的输出端。若采用外部时钟振荡器时，该引脚接收时钟振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。2控制引脚此类引脚提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。（1）RST/Vpd(9引脚)：RST（RESET）是复位信号输入断，高电平有效。当单片机运行时，在此引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电平时候，就可以完成复位操作。在单片机正常工作时，此引脚应为0
7、.5V低电平。Vpd为本引脚的第二功能，即备用电源的输入断。当主电源Vcc发生故障，降低到某一规定值的低电平时，将+5V电源自动接入RST端，为内部RAM提供备用电源，以保证片内RAM中的信息不丢失，从而使单片机在复位后能继续正常运行。ALE引脚输出为地址锁存允许信号，当单片机上电正常工作后，ALE引脚不断输出正脉冲信号。当单片机访问外部存储器时，ALE输出信号的负跳沿用于单片机发出的低8位地址经外部锁存器锁存的锁存控制信号。即使不访问外部锁存器，ALE端仍有正脉冲号输出，此频率为时钟振荡频率的1/6。如果有脉冲信号输出，则单片机基本上是完好的。应该注意的是，每当MCS-51访问外部数据存储器
8、时，在2个机器周期中ALE只出现1次，即丢失1个ALE脉冲。因此，严格来说，用户不宜用ALE做精确的时钟源或定时信号。ALE端可以驱动8个LS型TTL负载。/PROG为本引脚的第二功能。在对片内EPROM型单片机编程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端（3）/PSEN：程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程序存储器时，此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。此引脚外接部程序存储器的/OE端。/PSEN端可以驱动8个LS型TTL负载。 如果检查一个MCS-51单片机应用系统上电后，CPU能否正常到外部程序存储器读取指令码，可用示波器查/PSEN端有无脉冲输出。（4）/EA/Vpp（
9、Enable Address/Voltage Pulse of Programing,31脚）：/EA功能为内外程序存储器选择控制端。 当/EA引脚为高电平时，单片机访问片内程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH时，即超出片内程序存储器的4KB地址范围，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。 当/EA引脚为低电平时，单片机则只访问外部程序存储器，不论是否有内部程序存储器。对于8031来说，因其无内部程序存储器，所以该引脚必须接地，这样只能选择外部程序存储器。 Vpp为本引脚的第二功能。在对EPROM型单片机8751内EPROM固化编程时，用于施加叫高的编程电压。10对于89C51，
10、则加在Vpp引脚的编程电压为+12V或+5V。I/O口引脚（1）P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。（2）P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。（3）P2口：8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可驱动4个LS型TTL负载。（4）P3口：8位准双星I/O口，双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载。这里要特别注意准双向与双向三态口的差别。P3口的第二功能RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR
11、(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0
12、位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。P1口，P2口，P3口是3个8位双向的I/O口，各口线在片内均有固定的上拉电阻。当这3个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写1，另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态，故称为双向三态I/O口。63
13、.1.3 89C51单片机的存储器MCS-51单片机的存储器分为：1)程序存储器（最大空间64K）2)片内数据存储器（00H-1FH:工作寄存器，只有R0、R1可作为指针使用、20H-2FH：位寻址区、30H-7FH：数据缓冲区）3)特殊功能寄存器（21个）4)位寻址空间（211位）5)外部数据寄存器（最大空间64K） 但在逻辑上，即从用户的角度上，8051单片机有三个存储空间：1、片内外统一编址的64K的程序存储器地址空间（MOVC）2、256B的片内数据存储器的地址空间（MOV）3、以及64K片外数据存储器的地址空间（MOVX）在访问三个不同的逻辑空间时，应采用不同形式的指令（具体我们在后
14、面的指令系统学习时将会讲解），以产生不同的存储器空间的选通信号。程序内存ROM寻址范围：0000H FFFFH 容量64KBEA = 1，寻址内部ROM；EA = 0，寻址外部ROM地址长度：16位作用： 存放程序及程序运行时所需的常数。七个具有特殊含义的单元是：0000H 系统复位，PC指向此处；0003H 外部中断0入口000BH T0溢出中断入口0013H 外中断1入口001BH T1溢出中断入口0023H 串口中断入口002BH T2溢出中断入口内部数据存储器RAM 物理上分为两大区：00H 7FH即128B内RAM 和 SFR区。作用：作数据缓冲器用。图3-2是8051单片机存储器的
15、空间结构图图3-2程序存储器 一个微处理器能够聪明地执行某种任务，除了它们强大的硬件外，还需要它们运行的软件，其实微处理器并不聪明，它们只是完全按照人们预先编写的程序而执行之。那么设计人员编写的程序就存放在微处理器的程序存储器中，俗称只读程序存储器（ROM）。程序相当于给微处理器处理问题的一系列命令。其实程序和数据一样，都是由机器码组成的代码串。只是程序代码则存放于程序存储器中。1 MCS-51具有64kB程序存储器寻址空间，它是用于存放用户程序、数据和表格等信息。对于内部无ROM的8031单片机，它的程序存储器必须外接，空间地址为64kB，此时单片机的端必须接地。强制CPU从外部程序存储器读取程序。对于内部有ROM的8051等单片机，正常运行时，则需接高电平，使CPU先从内部的程序存储中读取程序，当PC值超过内部ROM的容量时，才会转向外部的程序存储器读取程序。 当=1时，程序从片内ROM开始执行，当PC值超过片内ROM容量时会自动转向外部ROM空间。 当=0时，程序从外部存储器开始执行，例如前面提到的片内无ROM的8031单片机，在实际应用中就要把8031的引脚接为低电平。11 8051片内有4kB的程序存储单元，其地址为0000H0FFFH
