1第2章AT89S51單片機(jī)

的硬件結(jié)構(gòu)

2【內(nèi)容概要】

本章介紹AT89S51單片機(jī)的片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)。讀者應(yīng)牢記AT89S51單片機(jī)的片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)，以及片內(nèi)外設(shè)資源的基本功能及工作原理，重點(diǎn)掌握AT89S51單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、常見(jiàn)的特殊功能寄存器的基本功能以及復(fù)位電路與時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)，掌握單片機(jī)最小系統(tǒng)的概念，最后介紹了低功耗節(jié)電模式。本章的學(xué)習(xí)目的是為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

單片機(jī)應(yīng)用特點(diǎn)是程序來(lái)控制硬件，讀者應(yīng)首先熟知并掌握AT89S51片內(nèi)硬件的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成AT89S51單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，它把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本外圍部件都集成在一個(gè)集成電路芯片上。AT89S51單片機(jī)具有如下外圍部件及特性：（1）8位CPU；（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（128BRAM）；（3）程序存儲(chǔ)器（4KBFlashROM）；（4）4個(gè)8位可編程并行I/O口（P0口、P1口、P2口和P3口）；（5）2個(gè)可編程的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；圖2-1AT89S51單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)5（6）1個(gè)通用的全雙工的異步收發(fā)串行口（UART）；（7）中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源、5個(gè)中斷向量；（8）特殊功能寄存器（SFR）26個(gè)；（9）1個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器（WDT）；（10）低功耗節(jié)電的空閑模式和掉電模式，且具有掉電模式下的中斷恢復(fù)模式。與AT89C51相比，AT89S51具有更突出的優(yōu)點(diǎn)，具體如下：（1）增加了在線可編程（ISP）功能，使得現(xiàn)場(chǎng)程序調(diào)試和修改更加方便靈活；（2）數(shù)據(jù)指針DPTR增加到兩個(gè)，方便了對(duì)片外RAM的訪問(wèn)；6（3）增加了看門(mén)狗定時(shí)器，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力；（4）增加了斷電標(biāo)志；（5）增加了掉電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)模式。AT89S51片內(nèi)的各部件通過(guò)片內(nèi)單一總線連接而成（見(jiàn)圖2-1），其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外設(shè)部件的傳統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模式，但CPU對(duì)各種外設(shè)部件的控制是采用特殊功能寄存器SFR（SpecialFunctionRegister）的集中控制方式。下面對(duì)圖2-1中的片內(nèi)各部件作簡(jiǎn)單介紹。（1）CPU（微處理器）：8位的CPU，包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，此外還有面向控制的位處理和位控功能。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）：片內(nèi)為128B（增強(qiáng)型的52子系列為256B），片外最多還可外擴(kuò)64KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。（3）程序存儲(chǔ)器（FlashROM）：用來(lái)存儲(chǔ)程序。AT89S51片內(nèi)有4KB的Flash存儲(chǔ)器（AT89S52片內(nèi)有8KB的Flash存儲(chǔ)器；AT89S53/AT89S54、/AT89S55片內(nèi)集成了12KB/20KB/20KB的Flash存儲(chǔ)器），如果片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量不夠，片外最多可外擴(kuò)至64KB程序存儲(chǔ)器。（4）中斷系統(tǒng)：具有5個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。（5）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（增強(qiáng)型的52子系列有3個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器），具有4種工作方式。（6）串行口：1個(gè)全雙工的異步串行口（UART），具有4種工作方式?？蛇M(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行I/O口，還可與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)串行通信系統(tǒng)。（7）4個(gè)8位的并行口：P0口、P1口、P2口和P3口。（8）特殊功能寄存器（SFR）：共有26個(gè)特殊功能寄存器，用于CPU對(duì)片內(nèi)各外設(shè)部件進(jìn)行管理、控制和監(jiān)視。特殊功能寄存器實(shí)際上是片內(nèi)各7外設(shè)部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，這些特殊功能寄存器映射在片內(nèi)RAM區(qū)的80H～FFH的地址區(qū)間內(nèi)。（9）1個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器WDT，當(dāng)單片機(jī)由于干擾而使程序陷入死循環(huán)或跑飛狀態(tài)時(shí)，可引起單片機(jī)復(fù)位，使程序恢復(fù)正常運(yùn)行。AT89S51完全兼容AT89C51單片機(jī)，使用AT89C51單片機(jī)的系統(tǒng)，在保留原來(lái)軟硬件的條件下，可用AT89S51直接代換。2.2AT89S51的引腳功能掌握AT89S51單片機(jī)，應(yīng)首先熟悉并掌握各引腳的功能。AT89S51與各種8051單片機(jī)的引腳是互相兼容的。目前，AT89S51單片機(jī)多采用40只引腳的塑料雙列直插封裝（DIP）方式，如圖2-2所示。此外，還有44引腳的PLCC和TQFP封裝方式的芯片。8圖2-2AT89S51雙列直插封裝方式的引腳40只引腳按功能可分為如下3類(lèi)：（1）電源及時(shí)鐘引腳—VCC、VSS；XTAL1、XTAL2；（2）控制引腳—PSEN*、ALE/PROG*、EA*/

VPP、RST（即RESET）；（3）I/O口引腳—P0、P1、P2與P3，為4個(gè)8位并行I/O口的外部引腳。下面結(jié)合圖2-2介紹各引腳的功能。2.2.1電源及時(shí)鐘引腳1．電源引腳（1）VCC（40腳）：接+5V電源。（2）VSS（20腳）：接數(shù)字地。102．時(shí)鐘引腳（1）XTAL1（19腳）：片內(nèi)振蕩器的反相放大器和外部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。使用片內(nèi)的振蕩器時(shí)，該引腳外接石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)采用外部的獨(dú)立時(shí)鐘源時(shí)，本引腳接外部時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)。（2）XTAL2（18腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部時(shí)鐘源時(shí)，本引腳懸空。2.2.2控制引腳控制引腳提供控制信號(hào)，有的引腳還具有復(fù)用功能。（1）RST（RESET，9腳）復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。在此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可使單片機(jī)復(fù)位。在單片機(jī)正常工作時(shí)，此引腳應(yīng)為≤0.5V的低電平。當(dāng)看門(mén)狗定時(shí)器溢出輸出時(shí)，該引腳將輸出長(zhǎng)達(dá)96個(gè)時(shí)鐘振蕩周期的11高電平。（2）EA*/

VPP(EnableAddress/VoltagePulseofPrograming，31腳)（ExternalAccessEnable）為該引腳的第一功能：外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許控制端。當(dāng)EA*

=1時(shí)，在單片機(jī)片內(nèi)的PC值不超出0FFFH（即不超出片內(nèi)4KBFlash存儲(chǔ)器的最大地址范圍）時(shí)，單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（4KB）中的程序代碼，但PC值超出0FFFH（即超出片內(nèi)4KBFlash存儲(chǔ)器地址范圍）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向讀取片外60KB（1000H～FFFFH）程序存儲(chǔ)器中的程序代碼。當(dāng)EA*

=0時(shí)，只讀取外部的程序存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，讀取的地址范圍為0000H～FFFFH，片內(nèi)的4KBFlash程序存儲(chǔ)器不起作用。VPP為該引腳的第二功能，在對(duì)片內(nèi)Flash進(jìn)行編程時(shí)，VPP引腳接入編程電壓。12（3）ALE/PROG*（AddressLatchEnable/PROGramming，30腳）ALE的第一功能為CPU訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供低8位地址鎖存信號(hào)，將單片機(jī)P0口發(fā)出的低8位地址鎖存在片外地址鎖存器中。此外，單片機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，ALE端一直有正脈沖信號(hào)輸出，此頻率為時(shí)鐘振蕩器頻率fosc的1/6。該正脈沖振蕩信號(hào)可作外部定時(shí)或觸發(fā)信號(hào)使用。但是要注意，每當(dāng)AT89S51讀寫(xiě)外部RAM或I/O時(shí)，要丟失一個(gè)ALE脈沖。所以ALE引腳的輸出信號(hào)頻率并不是準(zhǔn)確的fosc1/6。如果不需要ALE端輸出脈沖信號(hào)，可將特殊功能寄存器AUXR（地址為8EH，將在本章后面介紹）的第0位（ALE禁止位）置1，來(lái)禁止ALE

13操作，但在執(zhí)行訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作時(shí)，ALE仍然有效。也就是說(shuō)，ALE的禁止位不影響對(duì)單片機(jī)對(duì)外部存儲(chǔ)器的訪問(wèn)。

PROG*為該引腳的第二功能，在對(duì)片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，此引腳作為編程脈沖輸入端。（4）PSEN*（ProgramStrobeENable，29腳）片內(nèi)或片外程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平有效。142.2.3并行I/O口引腳（1）P0口：P0.7~P0.0引腳漏極開(kāi)路的雙向I/O口。當(dāng)AT89S51擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器及I/O接口芯片時(shí)，P0口作為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用端口。P0口也可作為通用I/O口使用，但需加上拉電阻，這時(shí)為準(zhǔn)雙向口。P0口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。（2）P1口：P1.7~P1.0引腳準(zhǔn)雙向I/O口，引腳內(nèi)部接有上拉電阻，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P1口是完全可提供給用戶使用的準(zhǔn)雙向I/O口。

P1.5/MOSI、P1.6/MISO和P1.7/SCK也可用于對(duì)片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器的串行編程和校驗(yàn)，它們分別是串行數(shù)據(jù)輸入、串行數(shù)據(jù)輸出和移位脈沖引腳。（3）P2口：P2.7~P2.0引腳準(zhǔn)雙向I/O口，引腳內(nèi)部接有上拉電阻，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。當(dāng)AT89S51擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器及I/O口時(shí)，P2口作為高8位地址總線用，輸出高8位地址。P2口也可作為通用的I/O口使用。（4）P3口：P3.7~P3.0準(zhǔn)雙向I/O口，引腳內(nèi)部接有上拉電阻。P3口可作為通用的I/O口使用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P3口還可提供第二功能，其第二功能定義如表2-1，讀者應(yīng)熟記。1617

綜上所述，P0口作為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，為雙向口。作為通用的I/O口使用時(shí)，需加上拉電阻，這時(shí)為準(zhǔn)雙向口。而P1口、P2口、P3口均為準(zhǔn)雙向口。雙向口P0與P1口、P2口、P3口這3個(gè)準(zhǔn)雙向口相比，多了一個(gè)高阻輸入的“懸浮”態(tài)。這是由于P0口作為數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，多個(gè)數(shù)據(jù)源都掛在數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)P0口不需與其他數(shù)據(jù)源打交道時(shí)，需要與數(shù)據(jù)總線高阻“懸浮”隔離。而準(zhǔn)雙向I/O口則無(wú)高阻的“懸浮”狀態(tài)。另外，準(zhǔn)雙向口作通用I/O的輸入口使用時(shí)，一定要向該口先寫(xiě)入“1”。以上的準(zhǔn)雙向口與雙向口的差別，讀者在學(xué)習(xí)本章2.5節(jié)的P0~P3口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)后，將會(huì)有更深入的理解。至此，AT89S51單片機(jī)的40只引腳已介紹完畢，讀者應(yīng)熟記每一個(gè)引腳的功能，這對(duì)于掌握AT89S51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)十分重要。182.3AT89S51的CPUAT89S51的CPU是由運(yùn)算器和控制器構(gòu)成，具體見(jiàn)圖2-1。2.3.1運(yùn)算器運(yùn)算器主要用來(lái)對(duì)操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)、邏輯和位操作運(yùn)算。主要包括算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU、累加器A、位處理器、程序狀態(tài)字寄存器PSW及兩個(gè)暫存器等。1．算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALUALU的功能強(qiáng)，不僅可對(duì)8位變量進(jìn)行邏輯與、或、異或以及循環(huán)、求補(bǔ)和清0等操作，還可以進(jìn)行加、減、乘、除等基本算術(shù)運(yùn)算。ALU還具有位操作功能，可對(duì)位（bit）變量進(jìn)行位處理，如置“1”、清“0”、求補(bǔ)、測(cè)試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”、“或”等操作。2．累加器A累加器A是CPU中使用最頻繁的一個(gè)8位寄存器。累加器的作用如下。（1）是ALU單元的輸入數(shù)據(jù)源之一，同時(shí)又是ALU運(yùn)算結(jié)果的存放單元。（2）CPU中的數(shù)據(jù)傳送大多都通過(guò)累加器A，故累加器A又相當(dāng)于數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站。為解決累加器結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的“瓶頸堵塞”問(wèn)題，AT89S51單片機(jī)增加了一部分可以不經(jīng)過(guò)累加器A的傳送指令。累加器A的進(jìn)位位Cy（位于程序狀態(tài)字特殊功能寄存器PSW中）是特殊的，因?yàn)樗瑫r(shí)又是位處理器的位累加器。3．程序狀態(tài)字寄存器PSWAT89S51單片機(jī)的程序狀態(tài)字寄存器（ProgramStatusWord，PSW）位于單片機(jī)片內(nèi)的特殊功能寄存器區(qū)，字節(jié)地址為D0H。PSW的不同位包含了2021圖2-3PSW的格式程序運(yùn)行狀態(tài)的不同信息，其中4位保存當(dāng)前指令執(zhí)行后的狀態(tài)，以供程序查詢和判斷。PSW格式見(jiàn)圖2-3。PSW中各個(gè)位的功能如下。（1）Cy（PSW.7）進(jìn)位標(biāo)志位：也可寫(xiě)為C。在執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算指令時(shí)，若有進(jìn)位/借位，則Cy

=

1；否則，Cy=0。在位處理器中，它是位累加器。（2）Ac（PSW.6）輔助進(jìn)位標(biāo)志位：Ac標(biāo)志位用于在BCD碼運(yùn)算時(shí)進(jìn)行十進(jìn)位調(diào)整。即在運(yùn)算時(shí)，當(dāng)D3位向D4位產(chǎn)生進(jìn)位或借位時(shí)，Ac=1；否則，Ac=0。（3）F0（PSW.5）用戶使用的標(biāo)志位：可用指令來(lái)使它置“1”或清“0”，也可用指令來(lái)測(cè)試該標(biāo)志位，根據(jù)測(cè)試結(jié)果控制程序的流向。編程時(shí)，用戶應(yīng)當(dāng)充分利用該標(biāo)志位。22（4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）4組工作寄存器區(qū)選擇控制位1和位0：這兩位用來(lái)選擇片內(nèi)RAM區(qū)中的4組工作寄存器區(qū)中的某一組為當(dāng)前工作寄存區(qū)，RS1、RS0與所選擇的4組工作寄存器區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2-2所示。（5）OV（PSW.2）溢出標(biāo)志位：當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時(shí)，OV用來(lái)指示運(yùn)算結(jié)果是否產(chǎn)生溢出。如果結(jié)果產(chǎn)生溢出，OV=1；否則，OV=0。（6）PSW.1位：保留位，未用。（7）P（PSW.0）奇偶標(biāo)志位：該標(biāo)志位表示指令執(zhí)行完時(shí)，累加器A中“1”的個(gè)數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)。P=1，表示A中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。P=0，表示A中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。該標(biāo)志位對(duì)串行口通信中的數(shù)據(jù)傳輸有重要的意義。在串行通信中，常用奇偶檢驗(yàn)的方法來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)目煽啃浴?.3.2控制器控制器的主要任務(wù)是識(shí)別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機(jī)片內(nèi)各部件，從而保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)協(xié)調(diào)地工作。24控制器主要包括程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、定時(shí)及控制電路等。其功能是控制指令的讀入、譯碼和執(zhí)行，從而對(duì)單片機(jī)的各功能部件進(jìn)行定時(shí)和邏輯控制。程序計(jì)數(shù)器PC是控制器中最基本的寄存器，它是一個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器，用戶不能直接使用指令對(duì)PC進(jìn)行讀寫(xiě)。當(dāng)單片機(jī)復(fù)位時(shí)，PC中的內(nèi)容為0000H，即CPU

從程序存儲(chǔ)器0000H單元取指令，開(kāi)始執(zhí)行程序。PC的基本工作過(guò)程是：CPU讀取指令時(shí)，PC內(nèi)容作為欲讀取指令的地址發(fā)送給程序存儲(chǔ)器，然后程序存儲(chǔ)器按此地址輸出指令字節(jié)，同時(shí)PC自動(dòng)加1，這也是為什么PC被稱(chēng)為程序計(jì)數(shù)器的原因。由于PC實(shí)質(zhì)上是作為程序存儲(chǔ)器的地址指針，所以也稱(chēng)其為程序指針。

25PC內(nèi)容的變化軌跡決定了程序的流程。由于PC是用戶不可直接訪問(wèn)的，當(dāng)順序執(zhí)行程序時(shí)自動(dòng)加1；執(zhí)行轉(zhuǎn)移程序或子程序或中斷子程序調(diào)用時(shí)，由運(yùn)行的指令自動(dòng)將其內(nèi)容更改成所要轉(zhuǎn)移的目的地址。程序計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寬度決定了訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器的地址范圍。AT89S51單片機(jī)中的PC位數(shù)為16位，故可對(duì)64KB（=216B）的程序存儲(chǔ)器進(jìn)行尋址。2.4AT89S51單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)為哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是各自獨(dú)立的。AT89S51單片機(jī)的存儲(chǔ)器空間可劃分為如下4類(lèi)。26１．程序存儲(chǔ)器空間單片機(jī)能夠按照一定的次序工作，是由于程序存儲(chǔ)器中存放了經(jīng)調(diào)試正確的程序。程序存儲(chǔ)器可以分為片內(nèi)和片外兩部分。AT89S51單片機(jī)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器為4KB的Flash存儲(chǔ)器，編程和擦除完全是電氣實(shí)現(xiàn)，且速度快?？墒褂镁幊唐鲗?duì)其編程，也可在線編程。當(dāng)AT89S51單片機(jī)的片內(nèi)的4KB的Flash存儲(chǔ)器不夠用時(shí)，用戶可在片外可擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，最多可擴(kuò)展至64KB程序存儲(chǔ)器。27２．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分為片內(nèi)與片外兩部分。AT89S51單片機(jī)內(nèi)部有128B的RAM（增強(qiáng)型的52子系列為256B），用來(lái)存放可讀/寫(xiě)的數(shù)據(jù)。當(dāng)AT89S51單片機(jī)的片內(nèi)RAM不夠用時(shí)，可在片外擴(kuò)展最多64KB的RAM的能力，究竟擴(kuò)展多少RAM，由用戶根據(jù)實(shí)際需要來(lái)定。３．特殊功能寄存器AT89S51單片機(jī)片內(nèi)共有26個(gè)特殊功能寄存器SFR（SpecialFunctionRegister）。SFR實(shí)際上是各外圍部件的控制寄存器及狀態(tài)寄存器，綜合反映了整個(gè)單片機(jī)基本系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)際的工作狀態(tài)及工作方式。28４．位地址空間AT89S51單片機(jī)內(nèi)共有211個(gè)可尋址位，構(gòu)成了位地址空間。它們位于片RAM區(qū)地址20H~2FH（共128位）和特殊功能寄存器區(qū)（片內(nèi)RAM區(qū)字節(jié)地址80H~FFH，共計(jì)83位）。2.4.1程序存儲(chǔ)器空間程序存儲(chǔ)器是只讀存儲(chǔ)器（ROM），用于存放程序和表格之類(lèi)的固定常數(shù)。AT89S51的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器為4KB的Flash存儲(chǔ)器，地址范圍為0000H～0FFFH。AT89S51單片機(jī)有16位地址總線，可外擴(kuò)的程序存儲(chǔ)器空間最大為64KB，地址范圍為0000H～FFFFH。有關(guān)片內(nèi)與片外擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器在使用時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題。（1）整個(gè)程序存儲(chǔ)器空間可分為片內(nèi)和片外兩部分，CPU究竟是訪問(wèn)片內(nèi)的還是片外的程序存儲(chǔ)器，可由引腳上所接的電平來(lái)確定。29當(dāng)EA*=1，PC值≤0FFFH（為片內(nèi)4KB

Flash存儲(chǔ)器的最大地址）時(shí)，CPU只讀取片內(nèi)的Flash程序存儲(chǔ)器中的程序代碼，當(dāng)PC值>0FFFH會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向讀取片外程序存儲(chǔ)器空間1000H～FFFFH內(nèi)的程序代碼。當(dāng)EA*=0，單片機(jī)只讀取片外程序存儲(chǔ)器（地址范圍為0000H～FFFFH）中的程序代碼。CPU不理會(huì)片內(nèi)4KB（地址范圍0000H～0FFFH）的Flash存儲(chǔ)器。（2）程序存儲(chǔ)器的某些單元被固定用于各中斷源的中斷服務(wù)程序的入口地址。64KB程序存儲(chǔ)器空間中有5個(gè)特殊單元分別對(duì)應(yīng)于5個(gè)中斷源的中斷服務(wù)子程序的中斷入口，如表2-3所示。32用匯編語(yǔ)言編程時(shí)，通常在這5個(gè)中斷入口地址處都放1條跳轉(zhuǎn)指令跳向?qū)?yīng)的中斷服務(wù)子程序，而不是直接存放中斷服務(wù)子程序。這是因?yàn)閮蓚€(gè)中斷入口間隔僅有8個(gè)單元，如果這8個(gè)單元存放中斷服務(wù)子程序，往往是不夠用的。AT89S51復(fù)位后，程序存儲(chǔ)器地址指針PC的內(nèi)容為0000H，程序從程序存儲(chǔ)器地址0000H開(kāi)始執(zhí)行程序。由于外部中斷0的中斷服務(wù)程序入口地址為0003H，為使主程序不與外部中斷0的中斷服務(wù)程序發(fā)生沖突，用匯編語(yǔ)言編程時(shí)，一般在0000H單元存放一條跳轉(zhuǎn)指令，轉(zhuǎn)向主程序的入口地址。2.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分為片內(nèi)與片外兩部分。１.片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT89S51單片機(jī)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）共有128個(gè)單元，字節(jié)地址為00H～7FH。圖2-4為AT89S51片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。3334圖2-4AT89S51片內(nèi)RAM的結(jié)構(gòu)地址為00H～1FH的32個(gè)單元是4組通用工作寄存器區(qū)，每個(gè)區(qū)包含8B的工作寄存器，編號(hào)為R7～R0。用戶可以通過(guò)指令改變特殊功能寄存器PSW中的RS1、RS0這兩位來(lái)切換選擇當(dāng)前的工作寄存器區(qū)，如表2-2所示。地址為20H～2FH的16個(gè)單元的128位（8位×16）可進(jìn)行位尋址，也可以進(jìn)行字節(jié)尋址。地址為30H～7FH的單元為用戶RAM區(qū)，只能進(jìn)行字節(jié)尋址，用作存放數(shù)據(jù)以及作為堆棧區(qū)使用。２.片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器當(dāng)片內(nèi)128B的RAM不夠用時(shí)，需要外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，AT89S51單片機(jī)最多可外擴(kuò)64KB的RAM。注意，雖然片內(nèi)RAM與片外RAM的低128B的地址是相同的，但是由于是兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，訪問(wèn)時(shí)使用不同的指令，所以不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。352.4.3特殊功能寄存器AT89S51單片機(jī)中的特殊功能寄存器的單元地址映射在片內(nèi)RAM區(qū)的80H～FFH區(qū)域中，共有26個(gè)，離散地分布在該區(qū)域中，表2-4所示為SFR的名稱(chēng)及其分布。其中有些SFR還可進(jìn)行位尋址，其位地址已在表2-4中列出。與AT89C51相比，AT89S51新增加了5個(gè)SFR：DP1L、DP1H、AUXR、AUXR1和WDTRST（見(jiàn)表2-4中的序號(hào)為5、6、14、19和20的寄存器）。3637從表2-4中可以發(fā)現(xiàn)，凡是可以進(jìn)行位尋址的SFR，其字節(jié)地址的末位只能是0H或8H。另外，若CPU讀/寫(xiě)沒(méi)有定義的單元，將得到一個(gè)不確定的隨機(jī)數(shù)。SFR塊中的累加器A和程序狀態(tài)字寄存器PSW已在前面作過(guò)介紹。下面簡(jiǎn)單介紹SFR塊中的某些SFR，余下的SFR與片內(nèi)外圍部件密切相關(guān)，將在后續(xù)介紹片內(nèi)外圍部件時(shí)進(jìn)行說(shuō)明。1．堆棧指針SP堆棧指針SP的內(nèi)容指示出堆棧頂部在內(nèi)部RAM塊中的位置。它可指向內(nèi)部RAM00H～7FH的任何單元。AT89S51的堆棧結(jié)構(gòu)屬于向上生長(zhǎng)型的堆棧（即每向堆棧壓入1字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，SP的內(nèi)容自動(dòng)增1）。單片機(jī)復(fù)位后，SP中的內(nèi)容為07H，使得堆棧實(shí)際上從08H單元開(kāi)始，考慮到08H～1FH單元分別是屬于1～3組的工作寄存器區(qū)，所以在程序設(shè)計(jì)中要用到這些工作寄存器區(qū)最好在復(fù)位后且運(yùn)行程序前，把SP值改置為60H或更大的值，以避免堆棧區(qū)與工作寄存器區(qū)發(fā)生沖突。堆棧主要是為子程序調(diào)用和中斷操作而設(shè)立的，具體功能有兩個(gè)：保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)。（1）保護(hù)斷點(diǎn)。因?yàn)闊o(wú)論是子程序調(diào)用操作還是中斷服務(wù)子程序調(diào)用操作，主程序都會(huì)被“打斷”，但最終都要返回到主程序繼續(xù)執(zhí)行程序。因此，應(yīng)預(yù)先把主程序的斷點(diǎn)在堆棧中保護(hù)起來(lái)，為程序的正確返回做準(zhǔn)備。（2）現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)。在單片機(jī)執(zhí)行子程序或中斷服務(wù)子程序時(shí)，很可能要用到單片機(jī)中的一些寄存器單元，這就會(huì)破壞主程序運(yùn)行時(shí)這些寄存器單元的原有內(nèi)容。所以在執(zhí)行子程序或中斷服務(wù)程序之前，要把單片機(jī)中有關(guān)寄存器單元的內(nèi)容保存起來(lái)，送入堆棧，這就是所謂的“現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)”。40堆棧的操作有兩種：一種是數(shù)據(jù)壓入（PUSH）堆棧，另一種是數(shù)據(jù)彈出（POP）堆棧。當(dāng)1字節(jié)數(shù)據(jù)壓入堆棧時(shí)，SP先自動(dòng)加1，再把1字節(jié)數(shù)據(jù)壓入堆棧；1字節(jié)數(shù)據(jù)彈出堆棧后，SP自動(dòng)減1。例如，(SP)=60H，CPU執(zhí)行1條子程序調(diào)用指令或響應(yīng)中斷后，PC內(nèi)容（斷點(diǎn)地址）進(jìn)棧，PC的低8位PCL的內(nèi)容壓入到61H單元，PC的高8位PCH的內(nèi)容壓入到62H，此時(shí)，(SP)=62H。2．寄存器BAT89S51單片機(jī)在進(jìn)行乘法和除法操作時(shí)要使用寄存器B。在不執(zhí)行乘、除法操作的情況下，可把它當(dāng)作一個(gè)普通寄存器來(lái)使用。乘法運(yùn)算時(shí)，兩個(gè)乘數(shù)分別在A、B中，執(zhí)行乘法指令后，乘積存放在BA寄存器對(duì)中。B中放乘積的高8位，A中放乘積的低8位。除法運(yùn)算時(shí)，被除數(shù)取自A，除數(shù)取自B，商存放在A中，余數(shù)存放于B中。413．AUXR寄存器AUXR是輔助寄存器，格式見(jiàn)圖2-5。42圖2-5AUXR寄存器的格式DISALE：ALE的禁止/允許位。0：ALE有效，發(fā)出ALE脈沖；1：ALE僅在CPU訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)有效，不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE引腳不輸出脈沖信號(hào)，可減少對(duì)外部電路的干擾。DISRTO：禁止/允許看門(mén)狗定時(shí)器WDT溢出時(shí)的復(fù)位輸出。0：WDT溢出時(shí)，允許向RST引腳輸出一個(gè)高電平脈沖，使單片機(jī)復(fù)位；1：禁止WDT溢出時(shí)的復(fù)位輸出。WDIDLE：WDT在空閑模式下的禁止/允許位。0：允許WDT在空閑模式下計(jì)數(shù)；1：禁止WDT在空閑模式下計(jì)數(shù)。434．?dāng)?shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1DPTR0和DPTR1為雙數(shù)據(jù)指針寄存器。是為了便于訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器而設(shè)置的。DPTR0為8051單片機(jī)原有的數(shù)據(jù)指針，DPTR1為新增加的數(shù)據(jù)指針。AUXR1的DPS位（見(jiàn)圖2-6）用于選擇這兩個(gè)數(shù)據(jù)指針。當(dāng)DPS=0時(shí)，選用DPTR0；當(dāng)DPS=1時(shí)，選用DPTR1。AT89S51復(fù)位時(shí)，默認(rèn)選用DPTR0。DPTR0（或DPTR1）是一個(gè)16位的SFR，其高位字節(jié)寄存器用DP0H（或DP1H）表示，低位字節(jié)寄存器用DP0L（或DP1L）表示。DPTR0（或DPTR1）既可以作為一個(gè)16位寄存器來(lái)用，也可以作為兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器DP0H（或DP1H）和DP0L（或DP1L）來(lái)用。44455．AUXR1寄存器AUXR1的格式如圖2-6所示。其中：DPS—數(shù)據(jù)指針寄存器選擇位。

0：選擇數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR0；

1：選擇數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR1。6．看門(mén)狗定時(shí)器WDT看門(mén)狗定時(shí)器WDT包含1個(gè)14位計(jì)數(shù)器和看門(mén)狗復(fù)位寄存器（WDTRST）。當(dāng)CPU由于干擾，程序陷入死循環(huán)或跑飛狀態(tài)時(shí)，看門(mén)狗定時(shí)器WDT提供了一種使程序恢復(fù)正常運(yùn)行的有效手段。46有關(guān)WDT在抗干擾設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，將在本章的2.9節(jié)中介紹。上面介紹的特殊功能寄存器，除了SP和B以外，其余的均為AT89S51在AT89C51的基礎(chǔ)上新增加的SFR。2.4.4位地址空間AT89S51在RAM和SFR中共有211個(gè)尋址位的位地址，位地址范圍為00H～FFH，其中00H～7FH這128位處于片內(nèi)RAM字節(jié)地址20H～2FH單元中，如表2-5所示。其余的83個(gè)可尋址位分布在特殊功能寄存器SFR中，如表2-6所示?？杀晃粚ぶ返募拇嫫饔?1個(gè)，共有位地址88個(gè)，其中5個(gè)位未用，其余83個(gè)位的位地址離散地分布于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)字節(jié)地址為80H～FFH的范圍內(nèi)，其最低位的位地址與其字節(jié)地址相同，并且其字節(jié)地址的末位都為0H或8H。48圖2-7所示為AT89S51單片機(jī)中各類(lèi)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖，從圖中可清楚地看出AT89S51單片機(jī)的各類(lèi)存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)器空間的位置。圖2-7AT89S51單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)2.5AT89S51單片機(jī)的并行I/O端口AT89S51單片機(jī)共有4個(gè)雙向的8位并行I/O端口，即P0~P3，表2-4中的特殊功能寄存器P0、P1、P2和P3就是這4個(gè)端口的輸出鎖存器。4個(gè)端口除了按字節(jié)輸入/輸出外，還可按位尋址，便于實(shí)現(xiàn)位控功能的實(shí)現(xiàn)。2.5.1P0口P0口是一雙功能的8位并行端口，字節(jié)地址為80H，位地址為80H～87H。P0口的位電路結(jié)構(gòu)如圖2-8所示。

5152圖2-8P0口某一位的位電路結(jié)構(gòu)1．P0口的工作原理（1）P0口用作系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)總線用當(dāng)AT89S51外擴(kuò)存儲(chǔ)器或I/O時(shí)，P0口作為單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線使用。此時(shí)，圖2-8中的“控制”信號(hào)為1，硬件自動(dòng)使轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)MUX打向上面，接通反相器的輸出，同時(shí)使“與門(mén)”處于開(kāi)啟狀態(tài)。當(dāng)輸出的“地址/數(shù)據(jù)”信息為1時(shí)，“與門(mén)”輸出為1，上方的場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，下方的場(chǎng)效應(yīng)管截止，P0.x引腳輸出為1；當(dāng)輸出的“地址/數(shù)據(jù)”信息為0時(shí)，上方的場(chǎng)效應(yīng)管截止，下方的場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P0.x引腳輸出為0?？梢?jiàn)P0.x引腳的輸出狀態(tài)隨“地址/數(shù)據(jù)”控制信號(hào)的狀態(tài)變化而變化。上方的場(chǎng)效應(yīng)管起到內(nèi)部上拉電阻的作用。當(dāng)P0口作為數(shù)據(jù)線輸入時(shí)，僅從外部存儲(chǔ)器（或外部I/O）讀入信息，對(duì)應(yīng)的“控制”信號(hào)為0，MUX接通鎖存器的端。由于P0口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用方式訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，CPU自動(dòng)向P0口寫(xiě)入FFH，使下方的場(chǎng)效應(yīng)管截止，由于控制信號(hào)為0，上方的場(chǎng)效應(yīng)管也截止，從而保證數(shù)據(jù)信息的高阻抗輸入，從外部存儲(chǔ)器或I/O輸入的數(shù)據(jù)信息直接由P0.x引腳通過(guò)輸入緩沖器BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線。由以上分析，P0口具有高電平、低電平和高阻抗輸入3種狀態(tài)的端口，因此，P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，是一真正的雙向端口，簡(jiǎn)稱(chēng)雙向口。（2）P0口用作通用I/O口使用P0口不作地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，也可作為通用的I/O口使用。此時(shí)，對(duì)應(yīng)的“控制”信號(hào)為0，MUX打向下面，接通鎖存器的端，“與門(mén)”輸出為0，上方的場(chǎng)效應(yīng)管截止，形成的P0口輸出電路為漏極開(kāi)路輸出。P0口用作通用I/O輸出口時(shí)，來(lái)自CPU的“寫(xiě)”脈沖加在D鎖存器的CP端，內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)寫(xiě)入D鎖存器，并由引腳P0.x輸出。當(dāng)D鎖存器為1時(shí)，端為0，下方場(chǎng)效應(yīng)管截止，輸出為漏極開(kāi)路，此時(shí)，必須外接上拉電阻才能有高電平輸出；當(dāng)D鎖存器為0時(shí)，下方場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P0口輸出為低電平。P0口作為通用I/O輸入口時(shí)，有兩種讀入方式：“讀鎖存器”和“讀引腳”。當(dāng)CPU發(fā)出“讀鎖存器”指令時(shí)，鎖存器的狀態(tài)由Q端經(jīng)上方的三態(tài)緩沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線；當(dāng)CPU發(fā)出“讀引腳”指令時(shí)，鎖存器的輸出狀態(tài)=1（即端為0），從而使下方場(chǎng)效應(yīng)管截止，引腳的狀態(tài)經(jīng)下方的三態(tài)緩沖器BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線。2．P0口總結(jié)綜上所述，P0口具有如下特點(diǎn)：（1）當(dāng)P0口用作地址/數(shù)據(jù)總線口使用時(shí)，是一個(gè)真正的雙向口，用作與外部擴(kuò)展的存儲(chǔ)器或I/O連接，輸出低8位地址和輸出/輸入8位數(shù)據(jù)。（2）當(dāng)P0口用作通用I/O口使用時(shí)，P0口各引腳需要在片外接上拉電阻，此時(shí)端口不存在高阻抗的懸浮狀態(tài)，因此是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。大多數(shù)情況下，單片機(jī)片外都擴(kuò)展RAM或I/O接口芯片，此時(shí)P0口只能作為復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線使用。如果單片機(jī)片外沒(méi)有外擴(kuò)RAM和I/O接口芯片，此時(shí)P0口才能作為通用I/O口使用。2.5.2P1口P1口為通用I/O端口，字節(jié)地址為90H，位地址為90H～97H。位電路結(jié)構(gòu)如圖2-9所示。圖2-9P1口某一位的位電路結(jié)構(gòu)1．P1口的工作原理P1口只能作為通用I/O口使用。（1）P1口作為輸出口時(shí)，若CPU輸出1，Q=1，=0，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P1口引腳的輸出為1；若CPU輸出0，Q=0，=1，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P1口引腳的輸出為0。（2）P1口作為輸入口時(shí)，分為“讀鎖存器”和“讀引腳”兩種方式?！白x鎖存器”時(shí)，鎖存器的輸出端Q的狀態(tài)經(jīng)輸入緩沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線；“讀引腳”時(shí)，先向鎖存器寫(xiě)1，使場(chǎng)效應(yīng)管截止，P1.x引腳上的電平經(jīng)輸入緩沖器BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線。2．P1口總結(jié)P1口由于有內(nèi)部上拉電阻，沒(méi)有高阻抗輸入狀態(tài)，故為準(zhǔn)雙向口。作為輸出口時(shí)，不需要在片外接上拉電阻。P1口“讀引腳”輸入時(shí)，必須先向鎖存器P1寫(xiě)入1。2.5.3P2口P2口是一個(gè)雙功能口，字節(jié)地址為A0H，位地址為A0H～A7H。P2口的位電路結(jié)構(gòu)如圖2-10所示。圖2-10P2口某一位的位電路結(jié)構(gòu)1．P2口的工作原理（1）P2口用作地址總線口。在內(nèi)部控制信號(hào)作用下，MUX與“地址”接通。當(dāng)“地址”線為0時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P2口引腳輸出0；當(dāng)“地址”線為1時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P2口引腳輸出1。（2）P2口用作通用I/O口。在內(nèi)部控制信號(hào)作用下，MUX與鎖存器的Q端接通。CPU輸出1時(shí)，Q=1，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P2.x引腳輸出1；CPU輸出0時(shí)，Q=0，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P2.x引腳輸出0。輸入時(shí)，分為“讀鎖存器”和“讀引腳”兩種方式?！白x鎖存器”時(shí)，Q端信號(hào)經(jīng)輸入緩沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線；“讀引腳”時(shí)，先向鎖存器寫(xiě)1，使場(chǎng)效應(yīng)管截止，P2.x引腳上的電平經(jīng)輸入緩沖器BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線。

2．P2口總結(jié)P2口作為地址輸出線使用時(shí)，可輸出外部存儲(chǔ)器的高8位地址，與P0口輸出的低8位地址一起構(gòu)成16位地址，共可尋址64KB的片外地址空間。當(dāng)P2口作為高8位地址輸出口時(shí)，輸出鎖存器的內(nèi)容保持不變。P2口作為通用I/O口使用時(shí)，為準(zhǔn)雙向口，功能與P1口一樣。一般情況下，P2口大多作為高8位地址總線口使用，這時(shí)就不能再作為通用I/O口。如果不作為地址總線口使用，可作為通用I/O口使用。2.5.4P3口由于AT89S51的引腳數(shù)目有限，因此在P3口電路中增加了引腳的第二功能（第二功能定義見(jiàn)表2-1）。P3口的每一位都可以分別定義為第二輸入功能或第二輸出功能。P3口的字節(jié)地址為B0H，位地址為B0H～B7H。P3口的位電路結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-11。1．P3口的工作原理（1）P3口用作第二輸入/輸出功能。當(dāng)選擇第二輸出功能時(shí)，該位的鎖存器需要置“1”，使“與非門(mén)”為開(kāi)啟狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙敵鰹?時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P3.x引腳輸出為1；當(dāng)?shù)诙敵鰹?時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P3.x引腳輸出為0。圖2-11P3口某一位的位電路結(jié)構(gòu)當(dāng)選擇第二輸入功能時(shí)，該位的鎖存器和第二輸出功能端均應(yīng)置1，保證場(chǎng)效應(yīng)管截止，P3.x引腳的信息由輸入緩沖器BUF3的輸出獲得。（2）P3口用作第一功能—通用I/O口。當(dāng)P3口用作通用I/O的輸出時(shí)，“第二輸出功能”端應(yīng)保持高電平，“與非門(mén)”為開(kāi)啟狀態(tài)。CPU輸出1時(shí)，Q=1，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P3.x引腳輸出為1；CPU輸出0時(shí)，Q=0，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P3.x引腳輸出為0。

當(dāng)P3口用作通用I/O的輸入時(shí)，P3.x位的輸出鎖存器和“第二輸出功能”端均應(yīng)置1，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P3.x引腳信息通過(guò)輸入BUF3和BUF2進(jìn)入內(nèi)部總線，完成“讀引腳”操作。當(dāng)P3口用作通用I/O的輸入時(shí)，也可執(zhí)行“讀鎖存器”操作，此時(shí)Q端信息經(jīng)過(guò)緩沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線。2．P3口總結(jié)P3口內(nèi)部有上拉電阻，不存在高阻抗輸入狀態(tài)，故為準(zhǔn)雙向口。由于P3口每一引腳有第一功能與第二功能，究竟是使用哪個(gè)功能，完全是由單片機(jī)執(zhí)行的指令控制來(lái)自動(dòng)切換的，用戶不需要進(jìn)行任何設(shè)置。引腳輸入部分有兩個(gè)緩沖器，第二功能的輸入信號(hào)取自緩沖器BUF3的輸出端，第一功能的輸入信號(hào)取自緩沖器BUF2的輸出端。

2.6時(shí)鐘電路與時(shí)序時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生AT89S51單片機(jī)工作時(shí)所必需的控制信號(hào)，單片機(jī)的內(nèi)部電路正是在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作。CPU執(zhí)行指令時(shí)，首先到程序存儲(chǔ)器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時(shí)序電路產(chǎn)生一系列控制信號(hào)完成指令所規(guī)定的操作。

CPU發(fā)出的時(shí)序信號(hào)有兩類(lèi)：一類(lèi)用于對(duì)片內(nèi)各個(gè)功能部件的控制，用戶無(wú)需了解；另一類(lèi)用于對(duì)片外存儲(chǔ)器或I/O端口的控制，這部分時(shí)序?qū)τ诜治?、設(shè)計(jì)硬件接口電路至關(guān)重要，這也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)者普遍關(guān)心和重視的問(wèn)題。

682.6.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)AT89S51單片機(jī)各外設(shè)部件的運(yùn)行都以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊、一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。AT89S51單片機(jī)的最高時(shí)鐘頻率為33MHz。1．內(nèi)部時(shí)鐘方式AT89S51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，它的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳外部跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，圖2-12所示為AT89S51單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路。69圖2-12AT89S51內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路

電路中的電容

C1和

C2

的典型值通常選擇為

30pF。晶體振蕩頻率通常選擇6MHz、12MHz（可得到準(zhǔn)確的定時(shí)）或11.0592MHz(可得到準(zhǔn)確的串行通信波特率)的石英晶體。2．外部時(shí)鐘方式外部時(shí)鐘方式使用現(xiàn)成的外部振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，常用于多片AT89S51單片機(jī)同時(shí)工作，以便于多片AT89S51單片機(jī)之間的同步。外部時(shí)鐘源直接接到XTAL1端，XTAL2端懸空，其電路如圖2-13所示。7172圖2-13

外部時(shí)鐘方式電路3．時(shí)鐘信號(hào)的輸出當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，XTAL1、XTAL2引腳還能為應(yīng)用系統(tǒng)中的其他芯片提供時(shí)鐘，但需增加驅(qū)動(dòng)能力。其引出的方式有兩種，如圖2-14所示。73圖2-14

時(shí)鐘信號(hào)的兩種引出方式2.6.2時(shí)鐘周期、機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序

各種指令時(shí)序與時(shí)鐘周期相關(guān)。1．時(shí)鐘周期

時(shí)鐘控制信號(hào)的基本時(shí)間單位。若晶振頻率為fosc，則時(shí)鐘周期Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。2．機(jī)器周期CPU完成一個(gè)基本操作所需時(shí)間為機(jī)器周期。執(zhí)行一條指令分為幾個(gè)機(jī)器周期。每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作，如取指令、讀或?qū)憯?shù)據(jù)等。每12個(gè)時(shí)鐘周期為1個(gè)機(jī)器周期751個(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)時(shí)鐘周期，分6個(gè)狀態(tài)：S1～S6。每個(gè)狀態(tài)又分兩拍：P1和P2。因此，一個(gè)機(jī)器周期中的12個(gè)時(shí)鐘周期表示為S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P2，見(jiàn)圖2-15。76圖2-15AT89S51的機(jī)器周期3．指令周期指令周期是執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間。AT89S51單片機(jī)中指令按字節(jié)來(lái)分，可分為單字節(jié)、雙字節(jié)與三字節(jié)指令。因此執(zhí)行一條指令的時(shí)間也不同。對(duì)于簡(jiǎn)單的單字節(jié)指令，取出指令立即執(zhí)行，只需一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。而有些復(fù)雜的指令，如轉(zhuǎn)移、乘、除指令則需兩個(gè)或多個(gè)機(jī)器周期。從指令的執(zhí)行時(shí)間看，單字節(jié)和雙字節(jié)指令一般為單機(jī)器周期和雙機(jī)器周期，三字節(jié)指令都是雙機(jī)器周期，只有乘、除指令占用4個(gè)機(jī)器周期。772.7復(fù)位操作和復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需給AT89S51單片機(jī)的復(fù)位引腳RST加上大于2個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就可使AT89S51單片機(jī)復(fù)位。2.7.1復(fù)位操作復(fù)位時(shí)，PC初始化為0000H，程序從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行。

除系統(tǒng)的正常初始化外，當(dāng)程序出錯(cuò)（如程序跑飛）或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，需按復(fù)位鍵使RST腳為高電平，使AT89S51擺脫“跑飛”或“死鎖”狀態(tài)而重新從0000H開(kāi)始執(zhí)行程序。

復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響，這些寄存器復(fù)位時(shí)的狀態(tài)見(jiàn)表2-7。

由表2-7可看出，復(fù)位時(shí)，SP=07H

，而P0～P3引腳均為高電平。在某些控制應(yīng)用中，要注意考慮P0～P3引腳的高電平對(duì)接在這些引腳上的外部電路的影響。

例如，當(dāng)P1口某個(gè)引腳外接一個(gè)繼電器繞組，當(dāng)復(fù)位時(shí)，該引腳為高電平，繼電器繞組就會(huì)有電流通過(guò)，就會(huì)吸合繼電器開(kāi)關(guān)，使開(kāi)關(guān)接通，可能會(huì)引起意想不到的后果。792.7.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)AT89S51

的復(fù)位是由外部復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的。典型的復(fù)位電路見(jiàn)圖

2-16。上電復(fù)位的工作原理是+5V（VCC）電源通過(guò)電容C與電阻Rk回路，給電容C充電加給RST引腳上一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此信號(hào)隨著VCC對(duì)電容C的充電過(guò)程而逐漸回落，即RST引腳上的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容C充電時(shí)間。充電時(shí)間越長(zhǎng)，復(fù)位時(shí)間越長(zhǎng)，增大電容或電阻都可以增加復(fù)位時(shí)間。

除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要人工按鍵復(fù)位。按下按鍵后，通過(guò)兩個(gè)電阻Rs和Rk的分壓，在RST端產(chǎn)生高電平，按鍵按下的時(shí)間決定了復(fù)位的時(shí)間。81圖2-16

復(fù)位電路當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí)，CR的典型取值為10μF，兩個(gè)電阻Rs和Rk的典型值分別為220?和2k?。一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)的復(fù)位速度比外圍I/O接口電路快些。因此在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，在單片機(jī)應(yīng)用程序的初始化程序段應(yīng)安排一定的復(fù)位延遲時(shí)間，以保證單片機(jī)與外圍I/O接口電路都能可靠地復(fù)位。832.8AT89S51單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)AT89S51單片機(jī)本身片內(nèi)有4KB閃爍存儲(chǔ)器，128B的RAM單元，4個(gè)I/O口，外接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即構(gòu)成了一個(gè)AT89S51單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，如圖2-1