12023/1/12單片機原理與應(yīng)用電子課件第2

章AT89系列單片機的硬件體系結(jié)構(gòu)2023/1/122本章主要內(nèi)容2.1AT89系列單片機概述2.2

AT89系列單片機的結(jié)構(gòu)原理2.3AT89系列單片機的存儲器結(jié)構(gòu)2.4AT89系列單片機的引腳功能2.5AT89系列單片機的I/O接口2.6

AT89S系列單片機內(nèi)部看門狗定時器(WDT)2.7AT89系列單片機的復(fù)位工作方式2.8AT89系列單片機的低功耗方式2.9AT89系列單片機的時序2023/1/123第2章AT89系列單片機的硬件體系結(jié)構(gòu)

ATMEL公司是美國20世紀(jì)80年代中期成立并發(fā)展起來的半導(dǎo)體公司。該公司率先將獨特的Flash存儲技術(shù)注入于單片機產(chǎn)品中。其推出的AT89系列單片機，在世界電子技術(shù)行業(yè)中引起了極大的反響，在國內(nèi)也受到廣大用戶的歡迎。本章以AT89S51為主線敘述AT89XXX系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能、工作方式和時序等方面的知識，本章的知識是學(xué)習(xí)后續(xù)章節(jié)的基礎(chǔ)，也是單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計的基礎(chǔ)。

2023/1/1252.1AT89系列單片機概述2.1.1AT89系列單片機簡介

AT89系列單片機是與MCS—51系列單片機兼容的低功耗高性能８位Flash單片機。它是在MCS-51的技術(shù)內(nèi)核為主導(dǎo)的基礎(chǔ)上傾注了ATMEL公司優(yōu)良技術(shù)進(jìn)行新的設(shè)計和開發(fā)，使之功能更強、更具特色，尤其是AT89S系列單片機具有在系統(tǒng)可程序設(shè)計功能，使生產(chǎn)維護(hù)更加方便靈活。

2023/1/1262.1.2AT89系列單片機的主要性能與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容4K/8K等可程序設(shè)計Flash內(nèi)存1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz～33MHz(89S系列)或00Hz～24MHz(89C系列)三級加密程序內(nèi)存32個可程序設(shè)計I/O口線兩個/三個16位定時器/計數(shù)器6/8個中斷源全雙工UART串行通道低功耗空閑和掉電模式看門狗定時器及雙數(shù)據(jù)指針(89S系列)靈活的在系統(tǒng)程序設(shè)計（ISP）(89S系列)

2023/1/1272.1.3AT89系列單片機的主要品種

Atmel公司的AT89系列單片機有多種型號，但以AT89X51和AT89X52為代表，其主要單片機品種及其特性見表2-1。

PLCC(PlasticLeadedChipCarrier),帶引線的塑料芯片載體.表面貼裝型封裝之一,外形呈正方形,32腳封裝PQFP(PlasticQuadFlatPackage，塑料方塊平面封裝)一種芯片封裝形式,引腳總數(shù)一般都在100以上。2023/1/12102.1.3AT89系列單片機的主要品種

從表2-1中可以看出，AT89系列單片機主要分為51和52兩個子系列，每個子系列都有四種型號.

52子系列與51子系列相比不同之處：flash程序內(nèi)存增至8KB，數(shù)據(jù)存儲器增至256B，有3個定時器/計數(shù)器等；AT89S和AT89C相比新增加了以下功能：支持在系統(tǒng)程序設(shè)計ISP使生產(chǎn)及維護(hù)更方便;增加了片內(nèi)看門狗使用戶的應(yīng)用系統(tǒng)更堅固;雙數(shù)據(jù)指針使數(shù)據(jù)操作更加快捷方便;速度更高最高可使用33MHZ的晶振；AT89LS和AT89LV系列可以在更低的電壓(2.7V)和更寬的范圍下（2.7V～6.0V）工作，使應(yīng)用范圍更加廣泛。

2023/1/12112.1.4AT89系列單片機的型號編碼AT89系列單片機的型號編碼由三個部分組成,它們是前綴、型號和后綴,格式如下:

AT89XXXXX－YYYY其中AT是前綴，89XXXXX是型號，YYYY是后綴。有關(guān)參數(shù)的表示和意義如下：前綴由字母“AT”組成，表示該器件是ATMEL公司的產(chǎn)品。型號由“89CXXXX”或“89LVXXXX”或“89SXXXX”等表示?！?9CXXXX”中，9是表示內(nèi)部含F(xiàn)lash內(nèi)存，C表示為CMOS產(chǎn)品?！?9LVXXXX”中，LV表示低壓產(chǎn)品?！?9SXXXX”中，S表示含有串行下載Flash內(nèi)存?！癤XXX”，表示器件型號數(shù)如51、52、53、1051、8252等2023/1/1212

后綴由“YYYY”四個參數(shù)組成，每個參數(shù)的表示和意義不同。在型號與后綴部分有“-”號隔開。

后綴中的第一個參數(shù)Y用于表示速度，后綴中的第二個參數(shù)Y用于表示封裝，后綴中第三個參數(shù)Y用于表示溫度范圍，后綴中第四個參數(shù)Y用于說明產(chǎn)品的處理情況。例如：有一個單片機型號為“AT89C51—12PI”，則表示意義為該單片機是ATMEL公司的Flash單片機，內(nèi)部是CMOS結(jié)構(gòu)，速度為12MHz，封裝為塑封DIP，是工業(yè)用產(chǎn)品，按標(biāo)準(zhǔn)處理工藝生產(chǎn)。

2023/1/12142.2

AT89系列單片機的結(jié)構(gòu)原理2.2.1AT89系列單片機的基本組成圖2-1是AT89系列單片機的基本結(jié)構(gòu)框圖。

圖2-1AT89系列單片機的基本結(jié)構(gòu)框圖時序和振蕩電路程序存儲器ROM數(shù)據(jù)存儲器RAM2個16位定時/計數(shù)器CPU內(nèi)部8位數(shù)據(jù)總線中斷系統(tǒng)并行I/O口

串行I/O口內(nèi)部中斷外部中斷P0P1P2P3RXDTXD時鐘源外部事件RAM128BRAM地址寄存器P3口P1口P2口P0口鎖存器鎖存器鎖存器鎖存器中斷定時/計數(shù)器串行口SPBACC暫存器1暫存器2PSW指令寄存器IR指令譯碼器IDDPL緩沖器程序計數(shù)器PCPC增量器地址寄存器AR定時與控制4KROMALUDPH運算器控制器存儲器I/O接口圖2.2AT89C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意2023/1/12162.2.2AT89系列單片機的內(nèi)部框圖

圖2-2是AT89S系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。圖2-2AT89S系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2023/1/12172.2.3AT89系列單片機的CPU

中央處理器CPU是單片機的大腦，它決定了單片機的指令系統(tǒng)及主要功能。CPU由運算器和控制器兩部分組成，主要完成取指令、指令譯瑪、發(fā)出各種操作所需的控制信號，使單片機各個部分協(xié)調(diào)工作。1．運算器

運算器是以算術(shù)邏輯單元ALU為核心，加上累加器A、寄存器B、程序狀態(tài)字PSW及專門用于位操作的布爾處理機等組成的，它可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳送等操作。（1)累加器ACC累加器ACC是一個8位累加器，它是CPU中使用最頻繁的寄存器，ALU進(jìn)行運算時，數(shù)據(jù)絕大多數(shù)時候都來自于累加器ACC。它一般用于存放參加運算的操作數(shù)和運算結(jié)果，在指令系統(tǒng)中用A表示。2023/1/1218（2)?B寄存器B寄存器是運算器中的一個工作寄存器，它是為乘法和除法指令而設(shè)置的。在除法指令中，被除數(shù)取自ACC，除數(shù)取自B，商數(shù)存放在ACC中，而余數(shù)則存放在B中。乘法指令的兩個操作數(shù)分別取自ACC和B，乘積則存放在AB寄存器對中(此處的A即ACC)。在其他的運算中，B寄存器可作為中間結(jié)果寄存器使用。（3）程序狀態(tài)字寄存器PSW程序狀態(tài)字寄存器PSW是一個8位的寄存器，包含了各種程序狀態(tài)信息，它相當(dāng)于一個標(biāo)志寄存器，用來存放ALU操作結(jié)果的有關(guān)狀態(tài)，以供程序查詢和判別。

表2.1PSW各位定義表位編號PSW7PSW6PSW5PSW4PSW3PSW2PSW1PSW0位定義CYACF0RS1RS0OV—P位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H2023/1/1219此寄存器各位的含義如下(其中PSW.1未用)：CY(PSW.7)：進(jìn)位標(biāo)志。在執(zhí)行某些算術(shù)和邏輯指令時，它可以被硬件或軟件置位或清零。CY在布爾處理機中被認(rèn)為是位累加器，其重要性相當(dāng)于一般中央處理器中的累加器A。AC(PSW.6)：輔助進(jìn)位標(biāo)志。當(dāng)進(jìn)行加法或減法操作而產(chǎn)生由低4位數(shù)向高4位數(shù)進(jìn)位或借位時，AC將被硬件置位，否則就被清零。AC被用于BCD碼調(diào)整，詳見指令系統(tǒng)中的“DAA”指令。

F0(PSW.5)：用戶標(biāo)志位。F0是用戶定義的一個狀態(tài)標(biāo)記，用軟件來使它置位或清零。該標(biāo)志位狀態(tài)一經(jīng)設(shè)定，可由軟件測試F0，以控制程序的流向。

RS1、RS0(PSW.4、PSW.3)：寄存器區(qū)選擇控制位。可以用軟件來置位或清零以確定工作寄存器區(qū)。RS1、RS0與寄存器區(qū)的對應(yīng)關(guān)系見表2-5。2023/1/1220OV(PSW.2)：溢出標(biāo)志。帶符號加減運算中，超出了累加器A所能表示的符號數(shù)有效范圍（－128～＋127）時，即產(chǎn)生溢出，OV=1，表明運算運算結(jié)果錯誤。如果OV=0，表明運算結(jié)果正確。執(zhí)行加法指令A(yù)DD時，當(dāng)位6向位7進(jìn)位，而位7不向C進(jìn)位時，OV=1；或者位6不向位7進(jìn)位，而位7向C進(jìn)位時，同樣OV=1。乘法指令，乘積超過255時，OV=1，乘積在AB寄存器對中。若OV=0，則說明乘積沒有超過255，乘積只在累加器A中。表2-5工作寄存器組R0～R7的物理地址RS1RS0工作寄存器組號R0~R1的物理地址00011011012300H~07H08H~0FH10H~17H18H~1FH2023/1/1221除法指令，OV=1，表示除數(shù)為0，運算不被執(zhí)行；否則，OV=0。

P(PSW.0)：奇偶標(biāo)志。每個指令周期都由硬件來置位或清零，以表示累加器A中1的位數(shù)的奇偶數(shù)。若1的位數(shù)為奇數(shù)，P置1，否則P清零。

P標(biāo)志位對串行通信中的數(shù)據(jù)傳輸有重要的意義，在串行通信中常用奇偶校驗的辦法來檢驗數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ诎l(fā)送端可根據(jù)P的值對數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶置位或清零。PSW.1：程序狀態(tài)字的第1位，該位的含義沒有定義，若用戶要使用這一位，可直接使用PSW.1的位地址。PSW寄存器除具有字節(jié)地址外，還具有位地址，因此，可以對PSW中的任一位進(jìn)行操作，這無疑大大提高了指令執(zhí)行的效率。2023/1/1222例【2-1】試分析下面指令執(zhí)行后，累加器A，標(biāo)志位C、AC、OV、P的值？MOVA，#66HADDA，#58H分析：第一條指令執(zhí)行時把立即數(shù)66H送入累加器A，第二條指令執(zhí)行時把累加器A中的立即數(shù)66H與立即數(shù)58H相加，結(jié)果回送到累加器A中。加法運算過程如下：

66H=01100110B58H=01011001B

01100110B+01011001B

10111111=0BFH則執(zhí)行后累加器A中的值為0BFH，由相加過程得C=0、AC=0、OV=1、P=1。2023/1/12232．控制器

控制部件是單片機的控制中心，它包括定時和控制電路、指令寄存器、指令譯碼器、程序計數(shù)器PC、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR以及信息傳送控制部件等。它先以振蕩信號為基準(zhǔn)產(chǎn)生CPU的時序，從ROM中取出指令到指令寄存器，然后在指令譯碼器中對指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生指令執(zhí)行所需的各種控制信號，送到單片機內(nèi)部的各功能部件，指揮各功能部件產(chǎn)生相應(yīng)的操作，完成指令對應(yīng)的功能。2023/1/1224（1）程序計數(shù)器PC

程序計數(shù)器PC用于存放CPU要執(zhí)行的下一條指令的地址。

執(zhí)行指令時，CPU按PC的指示地址從ROM中讀取指令碼送入指令寄存器中，由指令譯碼器對指令進(jìn)行譯碼，發(fā)出相應(yīng)的控制信號，從而完成指令所指定的操作。讀取指令后PC會自動+1指向CPU要執(zhí)行的下一條指令的地址。系統(tǒng)復(fù)位后PC的初始值為0000H，因此CPU從ROM中0000H單元讀取指令并譯碼執(zhí)行。

程序計數(shù)器PC不屬于特殊功能寄存器SFR塊，本身并沒有地址，因而不可尋址，用戶無法對它進(jìn)行讀/寫操作，但是可以通過轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以控制程序按要求轉(zhuǎn)移。

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(2)堆棧指針SP堆棧指針SP是一個8位特殊功能寄存器。它指示出堆棧頂部在內(nèi)部RAM中的位置。系統(tǒng)復(fù)位后，SP初始化為07H，使得堆棧事實上由08H單元開始?？紤]到08H～1FH單元分屬于工作寄存器區(qū)1～3，若程序設(shè)計中要用到這些區(qū)，則最好把SP值改置為1FH或更大的值如60H。除用軟件直接改變SP值外，在執(zhí)行PUSH、POP、各種子程序調(diào)用、中斷響應(yīng)、子程序返回(RET)和中斷返回(RETI)等指令時，SP值將自動調(diào)整。2023/1/1226（3)數(shù)據(jù)指針DPTR

DPTR為16位的數(shù)據(jù)指針寄存器，由兩個8位的寄存器DPH和DPL組成，可存放一個16位的地址值。

當(dāng)CPU訪問64KB的外部數(shù)據(jù)存儲器時，就用DPTR作地址指針，存放外部內(nèi)存的地址；當(dāng)CPU訪問64KB的程序存儲器時，DPTR用作基址寄存器。

CPU也可單獨對DPH、DPL操作，即將DPTR分成兩個寄存器使用。

2023/1/12272.3

AT89系列單片機的存儲器結(jié)構(gòu)

AT89系列單片機采用哈佛結(jié)構(gòu)，有單獨的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都可以64K尋址。AT89系列單片機存儲器的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。

圖2-3AT89系列單片機內(nèi)存的結(jié)構(gòu)EA=1時，若地址大于4k,則自動訪問外部RAM2023/1/1228

2.3.1AT89系列單片機的程序存儲器1．AT89系列單片機程序存儲器ROM 程序存儲器用于存放編好的程序、常數(shù)或表格。在正常工作時只可讀不可寫，掉電后數(shù)據(jù)不丟失。以AT89S51單片機為例：（1）片內(nèi)具有4K的flash結(jié)構(gòu)的電可擦除只讀存儲器，與INTEL公司早期產(chǎn)品的紫外線擦除的EPROM結(jié)構(gòu)相比，使用更靈活更方便。（2）外部可以擴展64K的ROM，以滿足一些大程序的需要。

但是建議用戶盡量不要外擴ROM，因為當(dāng)擴展外部ROM的時候，系統(tǒng)要占有單片機的P0、P2口及P3口的部分口線作為總線。所以在大多數(shù)的應(yīng)用場合，盡量選擇片內(nèi)的FLASH內(nèi)存的容量能夠滿足實際需要單片機型號，這樣不僅可以節(jié)省額外的硬件投資、節(jié)省單片機的口線資源，更重要的是片內(nèi)FLASH中的程序在下載、燒寫時通過“加密”可以得到保護(hù)。只有當(dāng)程序特別大，內(nèi)部空間無法滿足要求時才選用擴展外部ROM。2023/1/1229

（3）程序內(nèi)存最低端的地址可以在片內(nèi)Flash中，或在外部ROM中。通過單片機/EA的引腳的電平來選擇。例如，在帶有4KB片內(nèi)Flash的AT89S51中，如果把/EA引腳連到Vcc，當(dāng)?shù)刂窞?000H～0FFFH時，則訪問內(nèi)部Flash；當(dāng)?shù)刂窞?000H～FFFFH時，將自動轉(zhuǎn)向外部程序內(nèi)存。如果/EA端接地，則只訪問外部程序內(nèi)存，不管是否有內(nèi)部Flash內(nèi)存。2023/1/12302．AT89系列單片機程序存儲器管理（1）每個ROM單元（byte）對應(yīng)一個惟一的16bit的地址編碼（Address）(2)CPU要到某個ROM單元去取指令，是通過把地址編碼寫入16位的程序計數(shù)器PC來實現(xiàn)的，因此AT89系列單片機地址的編碼范圍（通常稱為尋址范圍）為：

0000000000000000B～1111111111111111B（二進(jìn)制）

0000H～FFFFH（十六進(jìn)制）

0～65535（十進(jìn)制）（3）系統(tǒng)復(fù)位后，PC的初始值為0000H，以后的取值是CPU根據(jù)用戶程序的運行流程自動裝載的（程序順序執(zhí)行時，PC值自動加1；執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用和中斷服務(wù)程序時，PC值分別等于轉(zhuǎn)移的目標(biāo)地址、子程序或中斷服務(wù)程序的入口地址。

2023/1/12313．AT89系列單片機程序存儲器的分配 程序內(nèi)存的某些單元是保留給系統(tǒng)使用的，這幾個單元的配置如圖2-4所示。

從圖2-4可知，單片機復(fù)位后，程序計數(shù)器PC的內(nèi)容為0000H，所以CPU總是從0000H單元開始執(zhí)行程序。系統(tǒng)分配的中斷區(qū)復(fù)位時PC=0000H，指向次地址外部中斷0定時器0外部中斷1定時器1串口定時器2溢出2023/1/12323．AT89系列單片機程序存儲器的分配

從地址0003H開始，系統(tǒng)每隔8個單元為6個中斷服務(wù)子程序分配有一個固定的入口地址。

中斷響應(yīng)后，程序指針PC

將自動根據(jù)中斷類型指向這些入口地址的某一個，CPU就從這里開始執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。

因此從0003H單元開始的這段區(qū)域應(yīng)該保留給中斷使用，所以程序設(shè)計時在0000H～0002H單元放置一條轉(zhuǎn)移指令，跳過這段區(qū)域，轉(zhuǎn)到系統(tǒng)主程序，除非系統(tǒng)不使用中斷，主程序才可以覆蓋這段區(qū)域。

2023/1/12332.3.2AT89系列單片機的數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器RAM用于存放程序中的“中間數(shù)據(jù)”或程序運行后的結(jié)果。掉電后內(nèi)容會丟失。與程序存儲器一樣，數(shù)據(jù)存儲器同樣可分為兩個地址空間：一個為內(nèi)部256B內(nèi)存空間，一個為外部擴展的64KB內(nèi)存空間。

使用外部RAM同樣是要付出占用口資源為代價的，所以一般情況下不提倡使用外部RAM。

51系列單片機使用MOV指令訪問內(nèi)部RAM空間，使用

MOVX指令訪問外部RAM空間。2023/1/12341.

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu)單片機的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址范圍是00H～FFH，只有256個字節(jié)。

對于51系列高128B被特殊功能寄存器占用。對于52等內(nèi)部具有256B系列單片機,高128字節(jié)與特殊功能寄存器地址重迭。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。

圖2-5單片機的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器結(jié)構(gòu)00H工作寄存器區(qū)020H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)R0R2R1R3R4R5R6R707H02H01H00H06H04H05H03H08H1FH工作寄存器區(qū)3工作寄存器區(qū)2工作寄存器區(qū)10FH10H17H18HSFR當(dāng)一條指令訪問高于7FH的地址時，尋址方式?jīng)Q定CPU訪問高128字節(jié)RAM還是特殊功能寄存器空間。2023/1/1235直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（SFR）：例如：MOV0A0H,#data，直接尋址指令訪問0A0H（P2口）存儲單元；間接尋址方式訪問高128字節(jié)RAM：例如：當(dāng)R0內(nèi)容為0A0H，指令MOV@R0,#data，訪問的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口（它的地址也是0A0H）。（1）低128字節(jié)RAM區(qū) 低128字節(jié)區(qū)的分配情況如圖2-6所示。主要分為三個區(qū)域：工作寄存器組區(qū)、位尋址區(qū)和用戶RAM區(qū)。圖2-6內(nèi)部RAM低128字節(jié)區(qū)的分配2023/1/12361）工作寄存器組區(qū)最低32個單元(地址為00H～1FH)是4個通用工作寄存器組。每個寄存器組含有8個8位寄存器，編號為R0～R7。

程序狀態(tài)字PSW中的2位RS0、RS1用來確定當(dāng)前采用哪一個工作寄存器組，其對應(yīng)關(guān)系如前面的表2-3所示。

在某一時刻只能選用其中的一組寄存器工作，系統(tǒng)復(fù)位后，指向工作寄存器組0。如果用戶程序不需要4個工作寄存器區(qū)，則不用的工作寄存器單元可以作一般的RAM使用。2023/1/12372）位尋址區(qū)內(nèi)部RAM區(qū)中的20H～2FH單元(16字節(jié))可供位尋址，這16個單元共有128位，每位均可直接尋址，其位地址范圍為00H～7FH，具體情況見表2-6。這些位地址有兩種表示方式：一種是采用位地址形式，即00H～7FH；一種是用字節(jié)地址(20H～2FH).位數(shù)方式表示。例如，位地址00H～07H也可表示為20H.0～20H.7。單元地址00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)27H22H21H20H26H24H25H23H28H2FH07060504030201000F0E0D0C0B0A090817161514131211101F1E1D1C1B1A191827262524232221202F2E2D2C2B2A292837363534333231303F3E3D3C3B3A393847464544434241407F7E7D7C7B7A7978位地址總共128個可按位尋址的位位尋址區(qū)分布在:20H—2FH單元2023/1/1239

3）用戶RAM區(qū)30H～7FH共80個字節(jié)單元，為字節(jié)尋址的內(nèi)部RAM區(qū)，可供用戶作為數(shù)據(jù)存儲區(qū)。這一區(qū)域的操作指令非常豐富，數(shù)據(jù)處理方便靈活，是非常寶貴的資源。但是，如果堆棧指針初始化時設(shè)置在這個區(qū)域，就要留出足夠的字節(jié)單元作為堆棧區(qū)，以防止在數(shù)據(jù)存儲時，破壞了堆棧的內(nèi)容。堆棧：是按先進(jìn)后出或后進(jìn)先出原則進(jìn)行讀/寫的特殊RAM區(qū)域。51單片機的堆棧區(qū)是不固定的,原則上可設(shè)置在內(nèi)部RAM的任意區(qū)域內(nèi)。實際使用時要根據(jù)對片內(nèi)RAM各功能區(qū)的使用情況而靈活設(shè)置,應(yīng)避開工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶實際使用的數(shù)據(jù)區(qū),一般設(shè)在2FH地址單元以后的區(qū)域。2023/1/1240堆棧的作用：主要用在子程序調(diào)用或中斷處理過程中，用于保護(hù)斷點和現(xiàn)場，實現(xiàn)子程序或中斷的多級嵌套處理。

在CPU響應(yīng)中斷或調(diào)用子程序時，會自動地將斷點處的16位返回地址壓入堆棧。

在中斷服務(wù)程序或子程序結(jié)束時，返回地址會自動由堆棧彈出，并放回到程序計數(shù)器PC中，使程序從原斷口處繼續(xù)執(zhí)行下去。堆棧除了用于保護(hù)斷點處的返回地址外，還可以用于保護(hù)其他一些重要信息，要注意的是，必須按照“后進(jìn)先出”的原則存取信息。堆棧也可以作為特殊的數(shù)據(jù)交換區(qū)使用。2023/1/1241堆棧的開辟：棧頂?shù)奈恢糜蓪ｉT設(shè)置的堆棧指針寄存器SP指出。51單片機的SP是8位寄存器,堆棧屬向上生長的，當(dāng)數(shù)據(jù)壓入堆棧時,SP的內(nèi)容自動加1，作為本次進(jìn)棧的指針,然后再存入數(shù)據(jù)。SP的值隨著數(shù)據(jù)的存入而增加。

當(dāng)數(shù)據(jù)從堆棧彈出之后,SP的值隨之減少。

復(fù)位時,SP的初值為07H,用戶在初始化程序中可以給SP賦新的初值。

2023/1/1242（2）高128字節(jié)的特殊功能寄存器SFR區(qū)

特殊功能寄存器SFR是單片機片內(nèi)資源的控制指揮單元，單片機內(nèi)部不管集成了多少外圍接口部件和功能單元，都是通過特殊功能寄存器SFR進(jìn)行控制和管理的，因此學(xué)習(xí)任何一個單片機的功能部件的使用，一定要了解與之相關(guān)的SFR，并弄清通過這些SFR如何去控制你所使用的功能部件。51系列單片機內(nèi)的I/O鎖存器、定時器、串行口數(shù)據(jù)緩沖器以及各種控制寄存器和狀態(tài)寄存器都以特殊功能寄存器的形式出現(xiàn)。它們離散地分布在80H～FFH的地址空間范圍內(nèi)，具體分布見表2-7。2023/1/12432023/1/1244字節(jié)地址能被8整除的專用寄存器可以實現(xiàn)位尋址2023/1/12451）SFR的使用方法①從表2-7可以看出，80H～FFH這128字節(jié)并不是所有的地址都定義了SFR。在這個區(qū)域當(dāng)中，除了SFR之外剩余的空閑單元，用戶不得使用。讀這些地址，一般將得到一個隨機數(shù)據(jù)；寫入的數(shù)據(jù)將會無效。②必須使用直接尋址方式對SFR進(jìn)行訪問，可使用寄存器名稱（是它的符號地址）或地址。例如：0EOH——累加器的地址

ACC——累加器的名稱2023/1/1246③具有位地址和位名稱的SFR才可以位尋址，位地址有以下4種表示形式：直接使用位地址表示例如：0D7H——PSW最高位的位地址使用位名稱表示、例如：CY——PSW最高位的位名稱使用SFR字節(jié)地址.位形式表示例如：0D7H.7——PSW字節(jié)地址.最高位使用SFR名稱.位形式表示例如：PSW.7——PSW名稱.最高位2023/1/12472）AT89S系列單片機新增的SFR及功能簡介

AT89S系列單片機除了如表2-8所示的和AT89C系列單片機相同的SFR以外，又新增了幾個SFR，使其功能更強。

①雙數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR0和DPTR1：AT89S系列單片機提供了兩路16位數(shù)據(jù)指針寄存器：位于SFR中82H～83H的DPTR0和位于84H～85H的DPTR1，能給程序設(shè)計帶來很大的便利。在8051體系中，數(shù)據(jù)指針DPTR作為一個特殊的16位寄存器，用于尋址64KB的XDATA或CODE空間。雙數(shù)據(jù)指針可以改善同時需要兩個16位指針運用時的性能。

DPTR0仍然運用原來的地址，用AUXR1的0位DPS來切換。當(dāng)DPS位為0時，所有對DPTR的操作運用DPTR0；當(dāng)DPS位為1時，所有對DPTR的操作運用DPTR1。

這樣，通過一個基本的INCAUXR1指令，就可以來回切換兩個數(shù)據(jù)指針

2023/1/1248例如：MOVAUXR1,#0;DPS為0，DPTR0有效……INCAUXR1;DPS為1，DPTR1有效……INCAUXR1;DPS為0，DPTR0有效

②輔助寄存器1（AUXR1）AUXR1用于選擇雙數(shù)據(jù)指針寄存器DP0和DP1，它的字節(jié)地址為A2H，不可以位尋址。各位的定義如圖2-7所示。

圖2-7輔助寄存器1AUXR1

其中：-：預(yù)留擴展用；DPS：數(shù)據(jù)指針選擇位DPS=0選擇DPTR寄存器DP0L和DP0H；DPS=1選擇DPTR寄存器DP1L和DP1H。2023/1/1249③輔助寄存器（AUXR）

AUXR用于選擇ALE的時鐘輸出方式、RESET輸出及空閑模式下WDT的工作方式，地址為8EH，不可以位尋址，各位的定義如圖2-8所示。圖2-8輔助寄存器AUXR其中：-：預(yù)留擴展用DISALE：

ALE使能標(biāo)志位DISALE=0ALE以1/6晶振頻率輸出信號；DISALE=1ALE只有在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時啟動DISRTO：復(fù)位輸出標(biāo)志位DISRTO=0看門狗（WDT）定時結(jié)束，Reset輸出高電平；DISRTO=1Reset只有輸入WDIDLE：空閑模式下WDT使能標(biāo)志位WDIDLE=0空閑模式下，WDT繼續(xù)計數(shù)；WDIDLE=1空閑模式下，WDT停止計數(shù)2023/1/1250

④看門狗復(fù)位特殊功能寄存器WDTRSTWDTRST的地址為0A6H，用于系統(tǒng)初始化時向WDTRST寄存器依次寫入0E1H和0E1H來啟動WDT；當(dāng)WDT啟動后，系統(tǒng)正常工作時，用戶必須定時向WDTRST寫入01EH和0E1H即喂狗來避免WDT溢出。當(dāng)系統(tǒng)由于干擾造成死機，不能定時向WDTRST寫入01EH和0E1H即喂狗時，WDT溢出使系統(tǒng)復(fù)位，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。（3）內(nèi)部高128B的RAM區(qū)（僅52等系列單片機具有）內(nèi)部高128B的RAM區(qū)具有和SFR區(qū)相同的地址，但必須使用間接尋址方式訪問，例如：將50H寫入85H單元，可以采用如下形式：

MOVR0，#85HMOV@R0,#50H2023/1/12512.外部數(shù)據(jù)存儲器

外部數(shù)據(jù)存儲器的尋址空間可達(dá)64?KB，地址范圍是0000H～FFFFH。P0端口作為RAM的地址/數(shù)據(jù)總線，當(dāng)外部地址空間小于FFH時，只需P0口作為地址總線即可，P2口可以作為一般的I/O使用。當(dāng)外部地址空間大于FFH時，則由P2端口傳送高8位地址。對片外數(shù)據(jù)存儲器的訪問，使用MOVX的間接尋址指令，以區(qū)別對內(nèi)部RAM的訪問，同時產(chǎn)生讀、寫信號。2023/1/12522.4AT89系列單片機的引腳功能2.4.1外部引腳圖2-9是AT89S51/2單片機的引腳結(jié)構(gòu)圖。TQFP(thinquadflatpackage)薄塑封四角扁平封裝厚度為1.0mm2023/1/1253

圖2-9AT89S52單片機的引腳圖在圖2-9AT89S52單片機的引腳圖中，P1.0（T2EX）、P1.1（T2）引腳的第二功能（括號內(nèi)功能），只有52等內(nèi)部具有T2的系列單片機具有，P1.5（MOSI）、P1.6（MISO）、P1.7（SCK）引腳的第二功能只有89S系列單片機具有。這些引腳從功能角度來看可分為下面四個部分：2023/1/1254

1．輸入輸出引腳AT89系列單片機共有四個8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3口，對應(yīng)的引腳分別是P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7，共32根I/O線。每根線可以單獨用作輸入或輸出。2023/1/12552．控制引腳

（1）RST復(fù)位輸入端。在振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗定時器（Watchdog）溢出后，該引腳會保持98個振蕩周期的高電平，也會使單片機復(fù)位。（2）ALE/PROG————地址鎖存允許/編程脈沖在訪問外部存儲器時，這個輸出信號用于鎖存低字節(jié)地址。在對Flash內(nèi)存編程時，這條引腳用于輸入編程脈沖PROG。一般情況下，ALE是振蕩器頻率的6分頻信號，可用于外部定時或時鐘。但是，在對外部數(shù)據(jù)存儲器每次存取中，會跳過一個ALE脈沖。在需要時，可以把AUXR寄存器的0位置為“1”，從而屏蔽ALE的工作；而只有在MOVX或MOVC指令執(zhí)行時ALE才被啟動。在單片機處于外部執(zhí)行方式時，對ALE屏蔽位置“1”并不起作用。2023/1/1256(3）/PSEN————外部程序存儲器的選通信號它用于讀外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。當(dāng)AT89系列單片機在執(zhí)行來自外部程序存儲器的指令時，每一個機器周期PSEN被啟動2次。在對外部數(shù)據(jù)存儲器的每次存取中，/PSEN不出現(xiàn)。（4）/EA/Vpp————外部程序存儲器訪問允許端/編程電源輸入端/EA接地，單片機從地址為0000H～FFFFH的外部程序內(nèi)存中讀取代碼。/EA接到Vcc，單片機先從內(nèi)部程序內(nèi)存中讀取代碼，然后自動轉(zhuǎn)向外部。在對Flash內(nèi)存編程時，這條引腳接收12V編程電壓Vpp。2023/1/1257

3．電源和時鐘引腳

Vcc：電源端。

GND：接地端。

4．外接晶體引腳

XTAL1：接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時，該引腳接收振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。

XTAL2：接外部晶體的另一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時，此引腳應(yīng)懸浮不連接。如圖2-10、圖2-11所示。2023/1/1258

圖2-10內(nèi)部振蕩器的接法圖2-11外部振蕩器的接法XTAL1XTAL2GND8XX51C01C02外部時鐘XTAL1XTAL2GND8XX51懸空外部時鐘XTAL1XTAL2GNDCHMOSHMOS8XX512023/1/12592.4.2片外總線結(jié)構(gòu)從AT89系列單片機引腳可以看出，除了電源、復(fù)位、時鐘輸入以及I/O口外，其余的管腳都是為實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設(shè)置的。這些管腳構(gòu)成了片外三總線結(jié)構(gòu)，如圖2-12所示。

圖2-1251系列單片機片外總線結(jié)構(gòu)圖2023/1/12601.地址總線(AB)地址總線的寬度是16位，因此可以尋址的范圍是64?KB。采用分時復(fù)用技術(shù)，可以對外部64?KB的數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器直接尋址。它由P0口提供16位地址總線的低8位(A0～A7)，由P2口提供地址總線的高8位(A8～A15)。2.數(shù)據(jù)總線(DB)數(shù)據(jù)總線的寬度是8位，它由P0口提供。3.控制總線(CB)控制總線由P3口的第二功能(RXD、TXD、INT0、INT1、T0、T1、RD、WR)和4根獨立的控制線(RST、EA、ALE、PSEN)組成。2023/1/12612.5AT89系列單片機的I/O接口

AT89系列單片機有P0(P0.0～P0.7)、P1(P1.0～P1.7)、P2(P2.0～P2.7)、P3(P3.0～P3.7)4個8位雙向輸入/輸出端口，在結(jié)構(gòu)上因端口的使用功能不同，其結(jié)構(gòu)和性能都有所不同因此了解端口的結(jié)構(gòu)特點是十分必要的，下面分別介紹。2023/1/1262圖2-13P0口的位結(jié)構(gòu)圖2.5.1P0口P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。圖2-13是P0口的位結(jié)構(gòu)圖。0×

P0口是一個8位雙向I/O口,可作為通用I/O接口,也可作為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用口。輸出級是漏極開路電路，

必須外接上拉電阻。

1.P0口作通用I/O口使用。對于內(nèi)部有flash內(nèi)存的單片機，P0口可以作通用I/O口，此時控制端為低電平，轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX把輸出級與鎖存器的端接通，同時因與門輸出為低電平，輸出級T1管處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出級為漏極開路電路。（1）在I/O模式下作輸出口使用時，P0口應(yīng)外接上拉電阻（10K左右），否則P0口無法輸出高電平（2）在I/O模式下作輸入口使用時，在輸入操作前應(yīng)先向端口寫“1”2023/1/12642.?P0口作低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。若單片機外部擴展存儲器，P0口輸出低8位地址或數(shù)據(jù)信息，此時控制端應(yīng)為高電平，轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX將反相器輸出端與輸出級場效應(yīng)管T2接通。在該模式，兩個MOS管輪流導(dǎo)通，無需上拉電阻。工作時低8位地址與數(shù)據(jù)線分時使用P0口。低8位地址由ALE信號的負(fù)跳變使它鎖存到外部地址鎖存器中，而高8位地址由P2口輸出。3.對Flash內(nèi)存進(jìn)行編程或校驗時輸入或輸出代碼在對Flash內(nèi)存進(jìn)行編程下載時，P0用于接收程序代碼字節(jié)；在校驗時，則輸出程序代碼字節(jié),此時需要外加上拉電阻。2023/1/12652.5.2P1口P1口是一個有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向口與P0口有一些不同之處。無多路轉(zhuǎn)接電路MUX，有內(nèi)部有上拉電阻。與場效應(yīng)管共同組成輸出驅(qū)動電路。2023/1/12661.?P1口作通用I/O口使用

作為輸出口使用時，已能向外提供推拉電流負(fù)載，無需再外接上拉電阻。在作輸入時，和P0口一樣，必須先將“1”寫入鎖存器，使場效應(yīng)管T2截止，從而完成輸入操作。

2023/1/12672.P1口管腳復(fù)用功能對于52系列單片機，P1.0與P1.1可以配置成定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入端（P1.0/T2）與定時/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入端（P1.0/T2EX）；對于AT89S系列單片機P1.5、P1.6、P1.7用于flash內(nèi)存的ISP下載引腳。3.對Flash內(nèi)存進(jìn)行編程或校驗時接收低8位地址在對AT89系列單片機內(nèi)部Flash并行編程下載和程序校驗時，P1口接收低8位地址。2023/1/12682.5.3P2口2023/1/12691.?P2口作通用I/O口使用。當(dāng)P2口作通用I/O口使用時，是一個準(zhǔn)雙向口2.?P2口作高8位地址總線口使用。

當(dāng)系統(tǒng)擴展外部存儲器時，P2口用于輸出高8位地址A15～A8。這時在CPU的控制下，轉(zhuǎn)換開關(guān)，接通內(nèi)部地址總線。3.對Flash內(nèi)存進(jìn)行編程和校驗時接收高位地址在對AT89系列單片機內(nèi)部Flash并行程序設(shè)計和程序校驗時，P2口也接收高位地址或一些控制信號。2023/1/12702.5.4P3口P3口是一個多用途的口，也是一個準(zhǔn)雙向口，作為第一功能（通用I/O端口）使用時，第二功能信號引線應(yīng)保持高電平，與非門開通其功能同P1口。以維持從鎖存器到輸出端數(shù)據(jù)輸出通路的暢通。第二功能輸出第二功能輸入2023/1/12712.5.4P3口使用P3口的第二功能時，該位的鎖存器應(yīng)置“1”，使與非門對第二功能信號的輸出是暢通的。CPU區(qū)分單片機的引腳是否有第二功能只要CPU執(zhí)行到相應(yīng)的指令，就自動轉(zhuǎn)成了第二功能。2023/1/12722.6

AT89S單片機內(nèi)部看門狗定時器(WDT)2.6.1

看門狗定時器(WDT)簡介WDT是為了解決CPU運行時可能進(jìn)入混亂或死循環(huán)而設(shè)置的，AT89S51的WDT由一個14bit計數(shù)器和看門狗復(fù)位SFR（WDTRST）構(gòu)成。

外部復(fù)位時，WDT默認(rèn)為關(guān)閉狀態(tài)，要打開WDT，用戶必須順序?qū)?1EH和0E1H寫到WDTRST寄存器（SFR地址為0A6H）中。當(dāng)啟動WDT后，它會隨晶體振蕩器在每個機器周期計數(shù)，除硬件復(fù)位或WDT溢出復(fù)位外沒有其它方法關(guān)閉WDT。WDT溢出將使RST引腳輸出高電平的復(fù)位脈沖，復(fù)位脈沖持續(xù)時間98個時鐘周期

2023/1/12732.6.2

看門狗定時器(WDT)的使用1.按次序?qū)?1EH和0E1H到WDTRST寄存器（SFR地址為0A6H）中，打開WDT。2．當(dāng)WDT打開后，需周期性地寫01EH和0E1H到WDTRST寄存器以避免WDT計數(shù)溢出。3．WDT打開時它會隨晶體振蕩器在每個機器周期計數(shù)，14bitWDT計數(shù)器計數(shù)達(dá)到16383（即3FFFH），WDT將溢出并使器件復(fù)位。這意味著用戶必須在小于16383個機器周期內(nèi)復(fù)位WDT（重寫01EH和0E1H到WDTRST寄存器）。2023/1/12742.7AT89系列單片機的復(fù)位工作方式復(fù)位：將單片機系統(tǒng)置成特定初始狀態(tài)的操作，復(fù)位后程序從頭（0000H單元）開始執(zhí)行程序。系統(tǒng)剛接通電源或重新啟動時均進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以實現(xiàn)可靠復(fù)位，如圖2-17所示，其中TCY為機器周期，等于12個時鐘周期。各寄存器和程序計數(shù)器PC的狀態(tài)見表2-11所示。圖2-17復(fù)位電路示意圖2023/1/1275系統(tǒng)簡單的復(fù)位電路圖如圖2-18所示其中.圖2.18(a)是上電復(fù)位電路，也稱為自動復(fù)位電路。當(dāng)接通電源的瞬間，RST端與VCC同電位，隨著電容上的電壓逐漸上升，RST端的電壓逐漸下降，于是在RST端便形成了一個正脈沖，只要該正脈沖的寬度持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)系統(tǒng)自動復(fù)位。圖2.18(b)是上電復(fù)位和按鈕復(fù)位(也稱為手動復(fù)位)的組合，當(dāng)人工按下P按鈕后就可實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。單片機復(fù)位后，各寄存器和程序計數(shù)器PC的狀態(tài)見表2-11所示。（a）上電復(fù)位電路（b）上電復(fù)位及按鈕復(fù)位電路圖2-18單片機的復(fù)位電路2023/1/12762023/1/12772.8AT89系列單片機的低功耗方式

節(jié)電工作方式是減少單片機功耗的工作方式，通常分為空閑（等待）方式和掉電（停機）方式兩種。只有CHMOS型器件才有這種工作方式。正常工作電流：11~20mA空閑狀態(tài)電流：1.7~5mA掉電狀態(tài)電流：5~50μA節(jié)電工作方式由SFR中的PCON寄存器進(jìn)行控制：PD－－掉電控制位IDL－－空閑控制位Idle（空閑）PowerDown2023/1/12782.8AT89系列單片機的低功耗方式

在空閑工作方式中(IDL=1)，振蕩器繼續(xù)工作，時鐘脈沖輸出到中斷系統(tǒng)、串行口以及定時器模塊，但卻不提供給CPU。在掉電方式中(PD=1)，振蕩器停止工作。

SMOD：串行口波特率倍率控制位。GF0，GF1：通用標(biāo)志位。PD：掉電方式控制位。PD=1，進(jìn)入掉電工作方式。IDL：空閑方式控制位。IDL=1，進(jìn)入空閑工作方式。PCON寄存器的復(fù)位值為0XXX000，PCON.4～PCON.6為保留位，用戶不要對它們進(jìn)行寫操作。2023/1/12792.8.1空閑工作方式

當(dāng)CPU執(zhí)行完置IDL=1(ORLPCON，#01H，PCON.0=1)的指令后，系統(tǒng)進(jìn)入了空閑工作方式。這時，內(nèi)部時鐘不提供給CPU，而只供給中斷、串行口、定時器部分。CPU的內(nèi)部狀態(tài)維持不變，即包括堆棧指針SP、程序計數(shù)器PC、程序狀態(tài)字PSW、累加器ACC等其他所有的內(nèi)容保持不變，端口狀態(tài)也保持不變。ALE保持邏輯高電平。

有兩種方法可以使系統(tǒng)退出空閑工作方式:

1、任何的中斷請求都可以由硬件將PCON.0(IDL)清0而中止空閑工作方式。當(dāng)執(zhí)行完中斷服務(wù)程序返回時，從置空閑工作方式指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序。

2、硬件復(fù)位。RST端