第2章89C51单片机硬件结构和原理李朝青单片机原理及接口技术北京航空航天大学出版社(第3版)课件.ppt

第2章 89C51单片机的结构和原理 §2.1 89C51单片机芯片内部结构及特点 §2.1.1 89C51单片机的基本组成 §2.1.1 89C51单片机的基本组成 一、组成 一、组成 89C51单片机结构框图 如 图2-1所示 一、组成 二、89C51系列单片机的性能 89C51单片机与8051相比，具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式。 以上各个部分通过片内8位数据总线（DBUS）相连接。 另外89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0 Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式——空闲方式（Idle Mode)和掉电方式（Power Down Mode）。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。此时的电流可降到大约为正常工作方式的15%。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。这种方式下的电流可降到15 μA以下，最小可降到06 μA。 89C51单片机还有一种低电压的型号，即89LV51，除了电压范围有区别之外，其余特性与89C51完全一致。 89C51/LV51是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机。它采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器（NURAM）技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS51兼容；片内的Flash ROM允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此89C51/LV51是一种功能强、灵活性高，且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。 §2.1.2 89C51单片机芯片内部结构 一、结构图 一、结构图 由 中央处理单元（CPU）、存储器（ROM及RAM）和I/O接口组成。 89C51单片机内部结构如 图2-2所示。 二、结构组成 1、中央处理单元（89C51CPU） 1）运算器 1）运算器 （1）8位的ALU： 1）运算器 可对4位、8位、16位数据进行操作。 1）运算器 （2）8位累加器ACC（A）： 1）运算器 1）运算器 （4）8位寄存器B： 1）运算器 （5）布尔处理器： 1）运算器 （6）2个8位暂存器： 2）控制器 （1）程序计数器PC（16位） （1）程序计数器PC（16位） 由两个8位计数器PCH、PCL组成。 PC是程序的字节地址计数器，PC内容为将要执行的指令地址。 改变PC内容，改变执行的流向。 PC可对64KB的ROM直接寻址，也可对89C51片内RAM寻址。 （2）指令寄存器IR及指令译码器ID 由PC中的内容指定ROM地址 取出来的指令经IR送至ID 由ID对指令译码产生一定序列的控制信号，以执行指令所规定的操作。 （3）振荡器和定时电路 89C51单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容（2个30pF左右），其频率范围为1.2MHz~12MHz。该信号作为89C51工作的基本节拍即时间的最小单位。 2、存储器 1）程序存储器（ROM） 1）程序存储器（ROM） 89C51片内为4KB Flash ROM。 地址从0000H开始。 用于存放程序和表格常数。 2）数据存储器（RAM） 89C51RAM均为128B，地址为00H～7FH。 用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。 这128B的RAM中有32个字节单元可指定为工作寄存器。 片内还有21个特殊功能寄存器（SFR），它们同128字节RAM统一编址，地址为80H～FFH。后面详细介绍。 3、I/O接口 89C51有四个8位并行I/O接口P0～P3。 它们都是双向端口，每个端口各有8条I/O线。 P0-P3口四个锁存器同RAM统一编址，可作为SFR来寻址。 2.2 89C51单片机引脚及其功能 §2.2.1 89C51单片机引脚 §2.2.1 89C51单片机引脚 图2-3是 89C51/LV51的引脚结构图，有双列直插封装(DIP)方式和方形封装方式。 §2.2.2 89C51单片机引脚功能 一、电源引脚：Vcc和Vss 二、时钟电路引脚：XTAL1和XTAL2 三、控制信号引脚RST、ALE、PSEN和EA 四、I/O端口P0、P1、P2和P3 一、电源引脚：Vcc和Vss 1．Vcc(40脚)：电源端，为+5V。 2．Vss(20脚)：接地端。 二、时钟电路引脚：XTAL1和XTAL2 XTAL2（18脚）：接外部晶体和微调电容的一端；在89C51 片内它是振荡电路反向放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。89C51正常工作时，该引脚应有脉冲信号输出。 二、时钟电路引脚：XTAL1和XTAL2 XTAL1（19脚）：接外部晶体和微调