89C51单片机硬件结构和原理.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 二、89C51系列单片机的性能 1） 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。 2）89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0 Hz。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。 3）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 采用5V电源， 89LV采用51 2.7~6V电源。 4）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 1、中央处理单元（89C51CPU）：运算器+控制器 1）8位的ALU：可对4位、8位、16位数据进行操作。 2）8位累加器ACC（A）：它经常作为一个运算数经暂存器2进入ALU的输入端，与另一个来自暂存器1的运算数进行运算，运算结果又送回ACC。 3）8位程序状态寄存器PSW：指示指令执行后的状态信息供程序查询和判别用。 4）8位寄存器B：在乘除运算时，用来存放一个操作数也用来存放运算后的一部分结果；如不能做乘除运算时，作为通用寄存器。 5）布尔处理器：专门用于处理位操作的，以PSW中的C为其累加器。 6）2个8位暂存器： ALU的两个入口处。 2）控制器 （1）程序计数器PC（16位）： 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和片外RAM直接寻址，不可对89C51片内RAM寻址。 由两个8位计数器PCH、PCL组成。 （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） 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。 128B的RAM=工作寄存器组+位寻址空间+普通RAM+堆栈。 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。 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条独立的I/O口线。 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 下图是 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(40脚) +5V电源端，Vss(20脚)：接地端。 二、时钟电路引脚：XTAL1和XTAL2 XTAL2（18脚）、XTAL1（19脚） ：分别接外部晶体和微调电容的一端，为单片机提供时钟； 三、控制信号引脚RST、ALE、PSEN和EA RST（9脚）：复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。 ALE（30脚）：地址锁存允许信号端。正常工作时，该引脚以振荡频率的1/6固定输出正脉冲。CPU访问片外存储器时，该引脚输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。 PSEN（29脚）：程序存储器允许信号输出端。在访问片外ROM时，定时输出负脉冲作为读片外ROM的选通信号，接片外ROM 的OE端。 EA（31脚）：外部程序存储器地址允许输入端。 EA=1：CPU访问片内ROM并执行片内程序存储器中的指令，但当PC值超过0FFFH（