AT89C51的结构和原理解析
(完整)AT89C51单片机的概述
AT89C51单片机的概述（1）AT89C51单片机的结构AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM)和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大［3]。
AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
上图为AT89C51单片机的基本组成功能方块图.由图可见,在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分,其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。
下面介绍几个主要部分。
外时钟源外部事件计数外中断控制并行口串行通信AT89C51 功能方块图（2）AT89C51的管脚说明ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器.采用40引脚双列直插封装形式。
AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。
VCC：供电电压.GND：接地.P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入.P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH进行校验时,P0输出原码，此时P0外部必须被拉高.P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高，可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流,这是由于内部上拉的缘故.在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流,当P2口被写1时,其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
AT89C51系列单片机介绍
3.1 AT89C51系列单片机介绍3.1.1 AT89C51系列基本组成及特性AT89C51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
而在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更实用，也是一种高效微控制器，因为它不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器，用户可以用电的方式达到瞬间擦除、改写。
而这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。
AT89C51基本功能描述如下：AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，而且在其片种还有4k字节的在线可重复编程快擦快写程序存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。
它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。
AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积, 增加系统的可靠性，降低了系统成本。
只要程序长度小于4k, 四个I/O口全部提供给用户。
可用5V电压编程，而且写入时间仅10毫秒, 仅为8751/87C51 的擦除时间的百分之一，与8751/87C51的12V电压擦写相比, 不易损坏器件, 没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。
AT89C51 芯片提供三级程序存储器锁定加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段, 能完全保证程序或系统不被仿制。
另外,AT89C51 还具有MCS-51系列单片机的所有优点。
128×8 位内部RAM, 32 位双向输入输出线, 两个十六位定时器/计时器, 5个中断源, 两级中断优先级, 一个全双工异步串行口及时钟发生器等。
AT89C51有间歇、掉电两种工作模式。
间歇模式是由软件来设置的, 当外围器件仍然处于工作状态时, CPU可根据工作情况适时地进入睡眠状态, 内部RAM和所有特殊的寄存器值将保持不变。
at89c51单片机核心电路
at89c51单片机核心电路at89c51单片机核心电路是一种常用的单片机核心电路，广泛应用于各种嵌入式系统中。
本文将介绍at89c51单片机核心电路的基本原理、特点和应用领域。
at89c51单片机是一款由美国公司Atmel生产的经典单片机，它采用CMOS技术制造，具有8位数据总线、16KB的闪存和128字节的RAM。
该单片机集成了丰富的外设接口，包括串行通信接口、定时器、中断控制器等，可以实现各种复杂的控制功能。
at89c51单片机核心电路的基本原理是通过时钟信号和控制信号对内部寄存器和外部设备进行控制。
时钟信号由外部晶振提供，通过时钟发生器产生系统时钟，控制单片机内部操作的节奏。
控制信号由程序存储器中的指令产生，通过总线传输到各个部件，实现数据的读写和控制逻辑的运算。
at89c51单片机核心电路具有以下特点：1. 高性能：at89c51单片机采用高性能的CMOS工艺制造，具有快速的运算速度和响应能力，适用于各种实时控制应用。
2. 丰富的外设接口：at89c51单片机集成了多个外设接口，包括串行通信接口（UART）、定时器/计数器、中断控制器等，方便与外部设备进行数据交互和控制。
3. 大容量存储器：at89c51单片机内置16KB的闪存和128字节的RAM，可以存储大量的程序代码和数据，满足复杂控制任务的需求。
4. 低功耗设计：at89c51单片机采用低功耗的CMOS技术制造，功耗较低，适用于电池供电和功耗敏感的应用场景。
at89c51单片机核心电路在各个领域都有广泛的应用，例如：1. 工业控制：at89c51单片机核心电路可以用于各种工业控制系统，如温度控制、压力控制、流量控制等，通过与传感器和执行器的连接，实现自动化控制。
2. 家电控制：at89c51单片机核心电路可以应用于家电控制领域，如空调控制、电视遥控、洗衣机控制等，通过与各种传感器和操作器件的连接，实现家电的智能控制。
3. 电力系统：at89c51单片机核心电路可以用于电力系统的监测和控制，如电能计量、电力负载管理等，通过与电力仪表和通信模块的连接，实现电力系统的远程监控和管理。
第五讲：AT89C51单片机存储器结构
注意事项：见备注。
第2章 AT89C51单片机结构和原理
五、MCS-51片外总线构
AB：用来传送片内发送的地址信息的总线。共16位，P0 口提供低8位，P2口提供高8位。
第2章 AT89C51单片机结构和原理
〈二〉、AT89C51存储器结构（见23页图2-7） 1、从物理上看有四个空间：片内ROM、片外ROM、
片内RAM、片外RAM。 2、从用户角度，即逻辑上看有三个空间：片内外统
一编址的64KBROM（0000H~0FFFFH）、片内 256B的RAM（00H~0FFH）、片外64KB的RAM （0000H~0FFFFH） 。 分别用MOVC、MOV、MOVX 三个不同的指令来 访问这三个不同的空间。因此，三个空间地址可 重叠。
第2章 AT89C51单片机结构和原理
存储器结构示意图：
n ┇ 2 1 0 D7
存储单元
D0
位
第2章 AT89C51单片机结构和原理
〈三〉分类（按存方式分） 1、随机存取存储器RAM（Radom Access Memory）
可读可写，存取速度快，但掉电信息丢失。常用于存 放需要暂时保存的数据，因此也叫数据存储器。又可分为 动态RAM、静态RAM两种类型。 2、只读存储器ROM（Read Only Memory）
（3）EPROM：紫外线擦除的只读存储器。 （4）EEPROM（E2PROM）：电信号擦除的只读存储器。 （5）Flash ROM：闪速存储器。
第2章 AT89C51单片机结构和原理
〈四〉主要技术指标 1、存储容量：越大越好
AT89C51单片机结构和原理
第2章 AT89C51单片机结构和原理
3．寄存器阵列 寄存器阵列是单片机内部的临时存储单元或固定用 途单元，包括通用寄存器组和专用寄存器组。 通用寄存器组用来存放过渡性的数据和地址，提高 CPU的运行速度。
专用寄存器组主要用来指示当前要执行指令的内 存地址，存放特定的操作数，指示指令运行的状态等。
第2章 AT89C51单片机结构和原理
第2章 AT89C51单片机结构和原理
2.1 AT89C51单片机的结构 2.2 AT89C51单片机引脚及其功能 2.3 AT89C51存储器 2.4 AT89C51单片机工作方式 2.5 AT89C51时钟电路与时序 习题与思考题
第2章 AT89C51单片机结构和原理
P1.5 7 P1.6 8 P1.7 9 RST 10 (RXD)P3.0 11 NC 12 (TXD)P3.1 13 (INT0)P3.2 14 (INT1)P3.3 15 (T0)P3.4 16 (T1)P3.5 17
(b)
图2-2 AT89C51封装和引脚分配图 (a) 双列直插式封装；(b) 方形封装
第2章 AT89C51单片机结构和原理
④ 寄存器选择位RS1、RS0：AT89C51共有四组， 每组八个工作寄存器R0～R7。编程时用于存放数据或 地址。但每组工作寄存器在内部RAM中的物理地址不 同。RS1和RS0的四种状态组合就是用来确定四组工作 寄存器的实际物理地址的。RS1、RS0状态与工作寄存 器R0～R7的物理地址关系如表2-2所示。
36 P0.7(AD7)
35 34
EA/VPP NC
33 ALE/PROG
32 PSEN
31 P2.7(A15)
at89c51单片机的组成
AT89C51单片机的组成1. 引言单片机是一种功能强大且易于使用的集成电路，其中AT89C51是一款经典的8位单片机。
本文将深入探讨AT89C51单片机的组成，包括其内部结构、特性以及应用。
2. AT89C51单片机的内部结构AT89C51单片机的内部结构是其功能和性能的基础。
该单片机主要由以下几个部分组成：2.1 CPU核心AT89C51单片机的CPU核心使用的是8位8051架构，包括ALU（算术逻辑单元）、寄存器、高速时钟等。
它是控制和执行指令的核心部分，提供高性能和高效率的运算能力。
2.2 存储器AT89C51单片机具有丰富的存储器资源，包括片内ROM和RAM。
它的片内ROM大小为4KB，用于存储程序指令；片内RAM大小为128字节，用于存储数据。
2.3 输入/输出端口AT89C51单片机提供多个输入/输出端口，用于与外部设备进行信息的输入和输出。
它具有四个8位I/O口，可用于连接外部开关、LED、显示屏等设备。
2.4 串口通信AT89C51单片机还配备了一个可编程的串行通信接口（UART），可与其他设备进行串行通信。
这为单片机与计算机、传感器等设备之间的数据传输提供了便利。
2.5 定时/计数器AT89C51单片机内置多个定时/计数器，用于计时和计数操作。
它们可以用于生成精确的时间延迟、脉冲宽度调制等功能，极大地增强了单片机的灵活性和可扩展性。
3. AT89C51单片机的特性AT89C51单片机具有许多独特的特性，使其成为广泛应用于各个领域的首选之一。
3.1 高性能AT89C51单片机采用优化的架构和高速时钟，能够以高效率执行指令，提供出色的性能。
这使得它适用于对计算能力要求较高的应用场景。
3.2 低功耗AT89C51单片机在工作时能够以低功耗运行，这使得它非常适合移动设备和电池供电的应用。
它的低功耗特性延长了电池寿命，提供了更长的使用时间。
3.3 强大的外设支持AT89C51单片机支持多种外设，包括LCD显示屏、ADC（模数转换器）、PWM（脉冲宽度调制器）等。
AT89C51的结构和原理解析 ppt课件
1
单片机原理及应用
教学目标
通过本章教学，要求达到以下目标：
1. 总体了解AT89C51单片机内部结构。 2. 熟悉AT89C51单片机40个引脚及其功能。 3. 熟悉AT89C51三个不同存储空间配置及地址范
围，了解不同存储空间的操作指令和控制信号。 4. 熟悉AT89C51片内RAM低128B分区结构和作用。 5. 了解特殊功能寄存器地址分布范围，理解ACC、
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5
单片机原理及应用
温故知新检测
2号题
什么是BCD码和BCD数？ BCD数的加减运算有何特点？
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6
单片机原理及应用
温故知新检测
3号题
什么是原码、反码和补码？
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7
单片机原理及应用
温故知新检测
4号题
1101101.1011B =？H
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19
单片机原理及应用
1. 运算器
RS0 D3H
OV D2H
— D1H
P D0H
① 进位标志位CY：表示累加器A在加减运算过程中其最高位 A7有无 进位或借位。
② 辅助进位位AC：表示累加器A在加减运算时低4位(A3)有无向高4 位(A4)进位或借位。
③ 用户标志位F0：是用户定义的一个状态标志位，根据需要可以用 软件来使它置位或清除。
常用的SFR的状态。 12. 理解时钟电路组成、时钟和机器周期的概念。
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3
单片机原理及应用
AT89C51单片机的基本结构
单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。AT89C51单片机的程序存储器采用4KB的快速擦写存储器Flash Memory,编程和擦除完全是电器实现。
（4）外围接口电路
AT89C51单片机的外围接口电路主要包括：4个可编程并行I/O口,1个可编程串行口，2个16位的可编程定时器以及中断系统等。
当EA信号接地时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器，地址为0000H-FFFFH;当EA接VCC时，对ROM的读操作从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。在编程时，该引脚可接编程电压5V或12V。在编程校验时，该引脚可接VCC。
·PSEN 片外程序存储器读选通信号PSEN，低电平有效。在片外程序存储器取指期间，当PSEN有效时，程序存储器的内容被送至P0口；在访问外部RAM时，PSEN 无效。
(2)振荡电路的接法
AT89C51的工作原理：
1.引脚排列及功能
AT89C51的封装形式有PDIP,TQFP,PLCC等，现以PDIP为例。
（1）I/O口线
·P0口 8位、漏极开路的双向I/O口。
当使用片外存储器及外扩I/O口时，P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时，P0口可用于接收指令代码字节；程序校验时，可输出指令字节。P0口也可做通用I/O口使用，但需加上拉电阻。作为普通输入时，应输出锁存器配置1。P0口可驱动8个TTL负载。
ALU是运算电路的核心，实质上是一个全加器，完成基本的算术和逻辑运算。算术运算包括加、减、乘、除、增量、减量、BCD码运算；逻辑运算包括“与”、“或”、“异或”、左移位、右移位和半字节交换，以及位操作中的位置位、位复位等。
暂存器1和暂存器2是ALU的两个输入，用于暂存参与运算的数据。ALU的输出也是两个：一个是累加器，数据经运算后，其结果又通过内部总线返回到累加器；另一个是程序状态字PSW，用于存储运算和操作结果的状态。
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定时与控制
程序计数器PC 地址寄存器AR
回目图录2.2 AT上89一C页51单片下机一的页内部结结构示束意
单片机原理及应用
2.1.1 中央处理器(CPU)
CPU是单片机内部的核心部件，是一个8 位二进制数的中央处理单元，主要由运算器、 控制器和寄存器阵列构成。 1. 运算器
运算器用来完成算术运算和逻辑运算功能， 它是AT89C51内部处理各种信息的主要部件。 运算器主要由算术逻辑单元(ALU)、累加器 (ACC)、暂存寄存器(TMP1、TMP2)和状态 寄存器(PSW)组成。
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单片机原理及应用
RAM 128B
B
RAM地址寄存器
P3口
P1口
P2口
P0口
SP
暂存器1
存储 运算 中断
锁存器 锁存器
器 定时/计数器 串行口
器
控制 锁存器
锁存器
器
I/O接口
ACC
指令寄存器IR
缓冲器
4K
DPH DPL
ROM
暂存器2 指令译码器ID
PC增量器
PSW
ALU
(4) 状态寄存器(PSW)：PSW是一个8位标志 寄存器，用来存放ALU操作结果的有关状态。
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单片机原理及应用
位编号
PSW7
表2.1 PSW各位定义表
PSW6
PSW5
PSW4 PSW3
PSW2
PSW1
PSW0
位定义
CY
AC
位地址
D7H
D6H
F0 D5H
RS1 D4H
RS0 D3H
常用的SFR的状态。 12. 理解时钟电路组成、时钟和机器周期的概念。
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单片机原理及应用
课前预习和复习检测
1号题
2号题
3号题
4号题
5号题
6号题7号题Fra bibliotek8号题
9号题
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单片机原理及应用
温故知新检测
1号题
微机中常用的进制有哪些？ 各有何特点？
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单片机原理及应用
第2章 AT89C51的结构和原理
教学目标 2.1 AT89C51单片机的结构 2.2 AT89C51单片机外形及引脚功能 2.3 AT89C51存储器 2.4 AT89C51单片机工作方式 2.5 AT89C51时钟电路与时序 本章小结 思考题与习题
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单片机原理及应用
单片机原理及应用
温故知新检测
2号题
什么是BCD码和BCD数？ BCD数的加减运算有何特点？
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单片机原理及应用
温故知新检测
3号题
什么是原码、反码和补码？
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单片机原理及应用
温故知新检测
4号题
1101101.1011B =？H
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单片机原理及应用
2.1 AT89C51单片机的结构
时钟源
外部事件
时序和振荡 电路
程序存储 器 ROM
数据存储器 RAM
2个16位定时/ 计数器
CPU
内部8位数据总线
中断 系统
内 部 中
并行 I/O口
断
串行I/O 口
外部中断
P0 P1 P2 P3
RXD TXD
图2.1 AT89C51单片机内部结构框图
教学目标
通过本章教学，要求达到以下目标：
1. 总体了解AT89C51单片机内部结构。 2. 熟悉AT89C51单片机40个引脚及其功能。 3. 熟悉AT89C51三个不同存储空间配置及地址范
围，了解不同存储空间的操作指令和控制信号。 4. 熟悉AT89C51片内RAM低128B分区结构和作用。 5. 了解特殊功能寄存器地址分布范围，理解ACC、
B、SP、DPTR的作用和功能，重点掌握PSW结构 组成和各位作用。
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单片机原理及应用
6. 理解程序计数器PC的功能。 7. 了解AT89C51 4个I/O端口结构及工作原理。 8. 理解在扩展外存储器情况下，P0、P2及
P3口的功能作用。 9. 了解堆栈指针SP及堆栈的作用； 10. 掌握堆栈的设置及使用方式； 11. 熟悉AT89C51复位条件、复位电路和复位后
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单片机原理及应用
1. 运算器
(1) 算术逻辑单元(ALU)：AT89C51中的 ALU由加法器和一个布尔处理器组成。
(2) 累加器(ACC)：用来存放参与算术运算和 逻辑运算的一个操作数或运算的结果。
(3) 暂存寄存器(TMP1、TMP2)：用来存放 参与算术运算和逻辑运算的另一个操作数，它 对用户不开放。
OV D2H
— D1H
P D0H
① 进位标志位CY：表示累加器A在加减运算过程中其最高位 A7有无 进位或借位。
② 辅助进位位AC：表示累加器A在加减运算时低4位(A3)有无向高4 位(A4)进位或借位。
③ 用户标志位F0：是用户定义的一个状态标志位，根据需要可以用 软件来使它置位或清除。
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单片机原理及应用
1. 运算器
④ 寄存器选择位RS1、RS0：AT89C51共 有四组，每组八个工作寄存器R0～R7。编 程时用于存放数据或地址。但每组工作寄 存器在内部RAM中的物理地址不同。RS1 和RS0的四种状态组合就是用来确定四组工 作寄存器的实际物理地址的。RS1、RS0状 态与工作寄存器R0～R7的物理地址关系如 表2.2 所示。
单片机原理及应用
温故知新检测
5号题
AT89C51系列单片机内部 包含哪些主要功能部件？
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单片机原理及应用
温故知新检测
6号题
程序计数器PC的作用是什么？
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单片机原理及应用
温故知新检测
7号题
AT89C51 的 CPU 主 要 由哪几部分组成?
2.1 AT89C51单片机的结构
AT89系列单片机在内部结构上基本相同，其中 不同型号的单片机只不过在个别模块和功能方面有些 区别。AT89C51单片机内部硬件结构框图如图2.1所示。 它由一个8位中央处理器（CPU）、一个256B片内 RAM及4KB Flash ROM 、21个特殊功能寄存器、4个 8位并行I/O口、两个16位定时/计数器、一个串行I/O 口以及中断系统等部分组成，各功能部件通过片内单 一总线联成一个整体，集成在一块芯片上。
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单片机原理及应用
温故知新检测
8号题
单片机CPU运算器的核心 部件是什么？ 其主要功能有哪些？
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单片机原理及应用
温故知新检测
9号题
AT89C51单片机内部 有多少字节的RAM和 FlashROM？
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单片机原理及应用