AT89S51单片机.docx
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AT89S51单片机
AT89S51
AT89S51单片机的硬件组成
单片机内硬件组成结构如图2-1所示。
XTAL1
PO
7
P0
数据存储器
RAM
程序存储器4KBFlashROM
(运算器)
(控制器)
看门狗定时器
定时器/计数器
中断
1俺2个
系统
待殊功能
寄存器
(SFR)
Pl
P3
・」
PSENRESET
有如下功能部件和特性:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
AT89S51
图AT89S51单片机片内结构8位微处理器(CPU)数据存储器(128BRAM);
程序存储器(4KBFlashROM);
4个8位可P1□>P2口和P3口);编程并行
I/O口(P0口、
1个全双工的异步串行口;2个可编程的16位定时器/计数器;
1个看门狗定时器;
中断系统具有5个中断源、5个中断向量;
(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。
与A画踊鉅住厢b讎,府80躅却貓奧突起白勺韦磺页编程,现场程序调试和修改更加方便灵活;
(1)数据指针增加到两方便了对片外RAM的访问过程;
(2)个,提高了系统的抗干扰能力;
(3)增加了看门狗定时
(4)增加掉电状态下的中断恢复模式。
特殊功能寄存器(SFR26个;
单片机内各功能部件通过片内单一总线连接而成(见图机结2-1),基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统微构。
CPU对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器(SFRSpecialFunctionRegister)的集中控制方式。
单片机内部件功能
1)CPU(微处理器)
8位的CPU与通用CPU基本相同,同样包括了运算器和控制器两大部分,还有面向控制的位处理功能。
2)数据存储器(RAM
片内为128B(52子系列为256B),片外最多可扩64KB片内128B的RAM以高速RAM的形式集成‘可加快单片机运行的速度和降低功耗。
3)程序存储器(FlashROM)
片内集成有4KB的Flash存储器(AT89S52则为8KB;AT89C55片内20KB),如片内容量不够,片外可外扩至64KBo
4)中断系统具有5个中断源,2级中断优先权。
5)定时器/计数器
2个16位定时器/计数器(52子系列有3个),4种工作方式。
6)1个看门狗定时器WDT
当CPU由于干扰使程序陷入死循环或跑飞时,WDT可使程序恢复正常运行。
7)串行口
1个全双工的异步串行口,4种工作方式。
可进行串行通信,扩展并行I/O口,还可与多个单片机构成多机
系统。
8)P0口、P1口、P2口和P3口
4个8位并行I/O口。
9)特殊功能寄存器(SFR
26个,对片内各功能部件管理、控制和监视。
是各个功能部件的控制寄存器和状态寄存器,映射在片内RAM
区80H〜FFH内。
AT89S51完全兼容AT89C51,在充分保留原来软、硬件条件下,完全可以用AT89S51直接代换。
AT89S51的引脚功能
AT89S51与51系列中各种型号芯片的引脚互相兼容。
目前多采用40只引脚双列直插,如图2・2所示。
引脚按其功能可分为如下3类:
1)电源及时钟弓I脚一VCGVSSXTAL1、XTAL2
2)控制弓[脚一pSEN、ALE/PROG、EVPP>RST(RESET
3)I/O口引脚一一P0、P1、P2、P3,为4个8位I/O口
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。
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):
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。
3・控制引脚
1)RST(RESET9脚)
复位信号输入,在引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电平,可使单片机复位。
正常工作,此脚电平
应v0.5Vo
当看门狗定时器溢出输岀时,该脚将输出长达96个时钟振荡周期的高电平。
2)EAVPP(EnableAddress/VoltagePulseofPrograming,31脚)
EA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(即不超出片内4KBFlash存储器的地址范围)时,单片机读片内程序存储器(4KB)中的程序,但PC值超岀0FFFH(即超出片内4KBFlash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。
EA
=0:
只读取外部的程序存储器中的内容,读取的地址范围为0000H〜FFFFH片内的4KBFIash程序存储器
不起作用。
VPP:
弓I脚第二功能,对片内Flash编程,接编程电压。
3)ALE/PROG(AddressLatchEnable/PROGramming,30脚)
ALE为CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器提供地址锁存信号,将低8位地址锁存在片外的地址锁存
器中。
此外,单片机正常运行时,ALE端一直有正脉冲信号输出‘此频率为时钟振荡器频率fosc的1/6o
可用作外部定时或触发信号。
注意,每当AT89S51访问外部RAM时(执行MOVX八指令),要丢失一个ALE脉冲。
如需要'可将特殊功能寄存器AUXR(地址为8EH将在后面介绍)的第0位(ALE禁止位)置1,来禁止ALE操作,但
4)PSEN(ProgramStrobeENable29脚)片外程序存储器读选通信号,低电平有效。
并行I/O口引脚
1)P0口:
8漏极开路的双向I/O口
当外扩存储器及I/O接口芯片时,P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口可驱动4个LS型TTL负载。
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。
当作为通用I/O输入时,应先向端口输出锁存器写1。
P2口可驱动4个LS型TTL负载。
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。
P3口还可提供第二功能。
第二功能定义见表2-1,应熟记。
表P3口的第二功能定义
PSWcyAcFORSIRSOOV-PDOH
图2-3PSW的格式
PSW中各个位的功能:
1)Cy(PSW.7进位标志位
可写为C。
在算术和逻辑运算时,若有进位/借位,Cy=7;否则,Cy=0。
在位处理器中,它是位累加器。
2)Ac(PSW.6辅助进位标志位
在BCD码运算时,用作十进位调整。
即当D3位向D4位产生进位或借位时,Ac=1;否则,Ac二0。
3)FO(PSW.5用户设定标志位
由用户使用的一个状态标志位,可用指令来使它置1或清0,控制程序的流向。
用户应充分利用。
4)RS1、RSO(PSW.4PSW.34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表2-2。
5)OV(PSW.2溢出标志位
当执行算术指令时,用来指示运算结果是否产生溢出。
如果结果产生溢出,ov=1;否则,OV=Q
6)PSW.1位保留位
7)P(PSW.0奇偶标志位
指令执行完,累加器A中“1”的个数是奇数还是偶数。
的个数为奇数。
P=1,表示A中“1
二、控制器
任务识别指令,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。
控制器包括:
程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等。
功能是控制指令的读入、译码和执行,从而对各功能部件进行定时和逻辑控制。
程序计数器PC是一个独立的16位计数器,不可访问。
单片机复位时,PC中内容为0000H,从程序存储
器0000H单元取指令,开始执行程序。
PC工作过程是:
CPU读指令时,PC的内容作为所取指令的地址,程序存储器按此地址输出指令字节,同时PC自动加1。
PC中内容变化轨迹决定程序流程。
当顺序执行程序时自动加1;执行转移程序或子程序、中断子程序调用
时,自动将其内容更改成所要转移的目的地址。
PC的计数宽度决定了程序存储器的地址范围。
PC为16位,故可对64KB(=216B)寻址。
基本工作方式:
1)程序计数器自动加1
2)执行有条件或无条件转移指令时,程序计数器将被置入新的数值,从而使程序的流向发生变化。
3)执行子程序调用或中断调用时完成下列操作:
1PC的当前值保护
2将子程序入口地址或中断向量的地址送入PC
PC变化的轨迹决定程序的流程。
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幵(哈佛结构),并有各自的访问指令。
存储器空间可分为4类。
1•程序存储器空间
片内和片外两部分。
片内4KBFlash,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4KBFlash存储器不够用时,可片外扩展,最多可扩展至64KB程序存储器。
2.数据存储器空间片内与片外两部分。
片内有128BRAM(52子系列为256B)。
片内RAM不够用时,在片外可扩展至64KBRAM。
3.特殊功能寄存器SFR(SpecialFunctionRegister)
片内各功能部件的控制寄存器及状态寄存器。
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。
4•位地址空间
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位)和特殊功能寄存器区(共83位)中O
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0000H〜0FFFH16位地址线,可外扩的
程序存储器空间最大为64KB地址为0000H〜FFFFH使用时应注意以下问题:
1)分为片内和片外两部分,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1000H-FFFFH内的程序。
=0时,只能执行片外程序存储器(0000H〜FFFFH中的程序。
不理会片内4KBFlash存储器。
2)程序存储器某些固定单元用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,见表2-3。
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。
表2-3五个中断源的中断入口地址
中断源
入口地址
外部中断0
0003H
定时器TO
000BH
外部中断1
0013H
定时器T1
001BH
串行口
0023H
■
1
V
□JT血弓址匡
Jrr
第3头工作审帘磅氏
1OKI
弟N決丄作晋住硝尺
OKU.
*
站1红工作舌齐钳X
tOOH
第o纯丄作击件显尺
数据存储器空间片内与片外两部分。
1.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00H〜7FH。
图2-4为片内数据存储器的结构。
00H〜仆H的32个单元是4组通用工作寄存器区,每区包含8B,为R7〜R0。
可通过指令改变RS1、RSO两
位来选择。
20H〜2FH的16个单元的128位可位寻址,也可字节寻址。
30H〜7FH的单元只能字节寻址,用作存数据以及作为堆栈区。
2.片外数据存储器
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,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。
特殊功能寄存器(SFR
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80H〜FFH区域中,共26个。
表2-4SFR的名称及其分布。
有些还可位寻址,位地址见表2-4。
与AT89C51相比,新增5个SFRDP1LDP1HAUXRAUXR1和WDTRST已在表2-4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。
表2-4SFK的名称及其分布,
序号
特殊功能寄存器符号
名称
字节地
址
位地址
复位值
1
P0
尹。
口
S0H
旷日〜EDE
FFH
SP
堆校扌旨针
S1H
07H
3
DP0L
数据指针DPIXM氐字节
82H
—
00H
4
DP0H
数据指针DPIK0咼字节
S3H
—
00H
5
DPIL
数据扌旨针DFTR1低字节
S4H
00H
6
DP1H
数据指针DPTK1咼字节
85H
—
OOH
17
PCON
电源控制寄存器
S7H
OXXXOOOOB
S
TCON
定时器数器控制寄存器
8SH
SFH—S8H
QQH
0
IAIOD
定时器计数器行式控制
S9H
—•
00H
I10
TL0
定时器计数器0(低宇节)
EAH
—
00H
11
TL1
走时器计数器1f低字节)
SBH
•■一■•
COH
12
TH0
定时器计数器0(咼了节)
801
OOH
A<2-4
13
TH1
定时器计数器1(咼字节)
8DH
—
OOH
14
AUXR
辅助寄存器
SEH
—
XXXQOXXOB
15
Pl
P1口寄再器
90H
97HA90H
FFH
Id
SCON
串行控制寄存器
9SH
OOH
17
SBUF
串行发送数据缓沖器
99H
—
XXXXXXxxs
IS
P2
F2口寄存器
A0H
A7H—AOH
FFH
19
ALJXRl
辅助寄存器.
A2H
■
XXXXXXX03
20
WDTKST
看门狗复位寄存器
A6H
—
XXXXXXXXB
21
IE
中断允许控制寄存器
ASH
AFHAASH
oxXOOOOOB
P3
pm口寄存器
BOH
B7H—BOH
FFH
23
IP
中断洸先级控制寄存器
B8H
BFHABSH
XXOQOOOOB
24
PSW
程序状态字寄存器
DOH
D7H〜DOH
OOH
25
A(或A©
EOH
LJH〜EQH
OOH
26
B
£寄存器
FOH
F7HAFOH
OOH
1.堆栈指针SP
指示堆栈顶部在内部RAM块中的位置。
堆栈结构一向上生长型。
单片机复位后,SP为07H使得堆栈实际上从08H单元开始,由于08H〜1FH单元分别是属于1〜3组的工作寄存器区,最好在复位后把SP值改置为60H或更大的值,避免堆栈与工作寄存
器冲突。
堆栈是为子程序调用和中断操作而设,主要用来保护断点和现场。
1)保护断点。
无论是子程序调用操作还是中断服务子程序调用,最终都要返回主程序。
应预先把主程序的断点在堆栈中保护起来,为程序正确返回做准备。
2)现场保护。
执行子程序或中断服务子程序时,要用到一些寄存器单元,会破坏原有内容。
要把有矢寄存
器单元的内容保存起来,送入堆栈,这就是所谓的“现场保护”。
两种操作:
数据压入(PUSH堆栈,数据弹出(POP堆栈。
数据压入堆栈,SP自动加1;数据弹出堆栈,
SP自动减1。
2.寄存器B
为执行乘法和除法而设。
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。
3.AUXR寄存器
AUXR是辅助寄存器,其格式如图2・5所示:
D7D6D5D4D3D2D[
AUXR“一WDIDLEDISRTO—DTSALE8EH
图2-5AUX寄存器的格式
其中:
DISALEALE的禁止/允许位。
0:
ALE有效,发出脉冲;
1:
ALE仅在执行MOV和MOVX八指令时有效,不访问外部存储器时,ALE不输出脉冲信号。
DISRTO禁止/允许WDT溢出时的复位输出。
0:
WDT溢出时,在RST引脚输出一个高电平脉冲;
1:
RST引脚仅为输入脚。
WDIDLEWDT在空闲模式下的禁止/允许位。
0:
WDT在空闲模式下继续计数;
1:
WDT在空闲模式下暂停计数。
4.数据指针DPTRC和DPTR1
双数据指针寄存器,便于访问数据存储器。
DPTROAT89C51单片机原有的数据指针;
DPTR1新增加的数据指针。
AUXR1的DPS位用于选择两个数据指针。
当DPS=O时,选用DPTRO当DPS=1时,选用DPTR1
数据指针可作为一个16位寄存器来用,也可作为两个独立的8位寄存器DPOH(或DP1H和DPOL(或DP1L)来用。
5.AUXR1寄存器
AUXR1是辅助寄存器,格式如图所示:
DPS数据指针寄存器选择位。
0:
选择数据指针寄存器DPTRO
1:
选择数据指针寄存器DPTR1
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
DO
AUXR1
DPS
A2H
6•看门狗定时器WDT
WDT包含一个14位计数器和看门狗定时器复位寄存器一一(WDTRS)
当CPU由于干扰,程序陷入死循环或跑飞状态时,WDT提供了一种使程序恢复正常运行的有效手段。
有矢WDT在抗干扰设计中的应用以及低功耗模式下运行的状态,将在相应的章节中具体介绍。
上面介绍的特殊功能寄存器,除了前两个SP和B以外,其余的均为AT89S51在AT89C51基础上新增加的SFF。
位地址空间
211个寻址位的位地址,位地址范围为00H〜FFH淇中00H〜7FH这128位处于片内RAM字节地址20H〜
2FH单元中,如表2-5所示。
其余的83个可寻址位分布在特殊功能寄存器SFR中,见表2-6。
可被位寻址的特殊寄存器有11个,共有位地址88个,5个位未用,其余83个位的位地址离散地分布于片内数据存储器区字节地址为80H〜FFH的范围内,其最低的位地址等于其字节地址,且其字节地址的末位都为0H或8Ho
表一5AI89S51片内的可寻址位及其位地址
位地址
字节地址
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
DO
2FH
7FH
7EH
7DH
7CH
7BH
7AH
79H
78H
2EH
77H
76H
75H
74H
73H
72H
71H
70H
2DH
6FH
6EH
6DH
6CH
6BH
6AH
69H
6SH
2CH
67H
66H
65H
64H
63H
62H
61H
60H
2BH
5FH
5EH
5DH
5CH
5BH
5AH
59H
58H
2AH
57H
56H
55H
54H
53H
52H
51H
50H
29H
4FH
4EH
4DH
4CH
4BH
4AH
斗9H
4SH
28H
47H
46H
45H
44H
43H
42H
41H
40H
27H
3FH
3EH
3DH
3CH
3BH
3AH
39H
38H
26H
37H
36H
35H
34H
33H
32H
31H
30H
25H
2FH
2EH
2DH
2CH
2BH
2AH
29H
28H
24H
27H
26H
25H
24H
23H
22H
21HI
20H
23H
1FH
1EH
1DH
1CH
1BH
1AH
19H
1SH
特殊功能位地址
寄存器
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
DO
地址
B
F7H
F6H
F5H
F4H
F3H
F2H
F1H
FOH
FOH
Acc
E7H
E6H
E5H
E4H
E3H
E2H
E1H
EOH
EOH
PSW
D7H
D6H
D5H
D4H
D3H
D2H
D1H
DOH
DOH
IP
■
■
*
BCH
BBH
BAH
B9H
B8H
B8H
P3
B7H
B6H
B5H
B4H
B3H
B2H
B1H
BOH
BOH
IE
AFH
•
ACH
ABH
AAH
A9H
A8H
A8H
P2
A7H
A6H
A5H
A4H
A3H
A2H
A1H
AOH
AOH
SCON
9FH
9EH
9DH
9CH
9BH
9AH
99H
98H
98H
P1
97H
96H
95H
94H
93H
92H
91H
90H
90H
TCON
8FH
8EH
8DH
8CH
8BH
8AH
89H
88H
88H
PO
87H
86H
85H
84H
83H
82H
81H
80H
80H
作为对AT89S51存储器结构的总结,图2・7为各类存储器的结构图。
从图中可清楚看出各类存储器在存储器空间的位置。
FFFFH
外部
FFH
80H
SFR
FFFFH
1000H
ROM
7FH
30H
RAM
外部
2FH
20H
位寻址区
RAM
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- 关 键 词:
- AT89S51 单片机