89C51单片机硬件结构与基本原理
89C51单片机硬件结构和原理
目 录第一章 微机基础知识 第 章 89C51单片机的结构和原理 单片机的结构和原理 第 章 89C51指 系统 指 第四章 汇编语言程序 计知识 第五章 中断系统 第六章 定时器及应用 第七章 89C51串行口及通信技术 串行口及通信技术 第八章 单片机小系统片外扩展 附录A 89C51指 系统表 附录 指 参考资料第2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8章 MCS-51单片机的结构和原理 单片机的结构和原理MCS-51单片机的结构 单片机的结构 MCS-51单片机引脚及 单片机引脚及 89C51 储器配置 能CPU时时序 时时序 复 及复 电路 89C51单片机的 单片机的 输出/输入端口结构 输出 输入端口结构 思考题 题 耗工 方式MCS-5令单片机的结构 该.令 MCS-5令单片机的结构该.令.令 MCS-5令单片机概述 MCS-5令单片机 单片机概 MCS-5令单片机内部结构 该.令.该 MCS-5令单片机内部结构MCS-5令单片机概述 该.令.令 MCS-5令单片机概述一组成MCS-51系列单片机简介 系列单片机简 系列单片机89C51单片机结构框图 如图 所示 单片机结构框图 如图2-1所示外部时钟源 外部 件计数振荡器和时序 OSC程序 储器 4KBROM数据 储器 256B RAM/SFR2×16 × 定时器/计数器 定时器 计数器89C51 CPU 64KB 总线 扩展控制器可编程I/O 可编程可编程全双工 串行口内中断 外中断 控制 并行口 串行通信2.1.180C51系列简介 80C51系列简介MCS-51系列 一 MCS-51系列 是Intel公司生产的一个单片 1 MCS-51是Intel公司生产的一个单片 机系列名称 属于这一系列的单片机有多 种，如 ﹡8051/8751/8031 ﹡8052/8752/8032 ﹡80C51/87C51/80C31 ﹡80C52/87C52/80C32等 等2系列生产工艺有两种一是HMOS工艺 高密度短沟道 工艺 高密度短沟道MOS工 一是 工 是CHMOS工艺 互补金属氧化物 艺 是 工艺 的HMOS工艺 工艺 CHMOS是 CMOS和 HMOS的结合 既保 是 和 的结合 持了HMOS高速度和高密度的特点 持了 高速度和高密度的特点 有 CMOS的 的 耗的特点 在产品型号中凡带有母 “ C” 的 即CHMOS 芯 片TTL电平兼容 电平兼容 又CHMOS芯片的电平既 芯片的电平既 CMOS电平兼容 电平兼容3 在 能 和增 型两大类系列单片机有基本型基本型 8051/8751/8031 80C51/87C51/80C31 增 型 8052/8752/8032 80C52/87C52/80C324 在片内程序 储器的配置 系列单片机有 种形式 即掩膜 ROM EPROM 和 ROMLess( 无 片 内 储器) 程序 储器 如 节的掩膜ROM ﹡80C51有4K 节的掩膜 有 节的EPROM 有 ﹡87C51有4K 节的 ﹡80C31在芯片内无程序 储器 在芯片内无程序80C5令型产品资源配置单片机的要能·8 CPU ·4kbytes 程序 储器 储器(ROM) (52 8K) ·256bytes的数据 储器 的数据 储器(RAM) 52有384bytes的RAM 有 的 ·32条I/O口线 条 口线 ·111条指 条指 大部分 单 节指 ·21个专用寄 器 个专用寄定时/计数器 ● 2个可编程定时 计数器 个可编程定时● 5个中断源 个中断源2个优先级 个优先级52有6个 有 个 ●一个全双工串行通信口 ●外部数据 储器寻址空间 ●外部程序 储器寻址空间 ●逻辑操 寻址 能 双列直插40PinDIP封装 ●双列直插 封装 单一+5V电源供电 ●单一 电源供电64kB 64kB●5个中断源的中断控制系统 个中断源的中断控制系统 个全双工UART 通用异步接收发 个全双工 ●1个全双工 的串行I/O口 送器 的串行 口 用于实现单片 机之间或单片机 微机之间的串行 通信 ●片内振荡器和时钟产生电路 石英 晶体和微调电容需要外接◆ CPU 由运算和控制逻辑组成 时 包括 中断系统和部分外部特殊 能寄 器 ◆ RAM 用 放可 读写的数据 如运算的 中间结果 最终结果 及欲显示的数据 ◆ ROM 用 放程序 一些原始数据和表格 并行I/O口 ◆ I/O口 四个 口 四个8 并行 口 既可用 输入 可用 输出 两个定时/记数器 ◆ T/C 两个定时 记数器 既可 工 在定时模 式 可 工 在记数模式2.1.2 MCS-51单片机内部结构 单片机内部结构一 结构图 结构组成一 结构图●由 中央处理单元 CPU 储器 ROM及RAM 和I/O接口组成 接口组成 及 接口 ● MCS-51单片机内部结构如 图2-2 MCS-51单片机内部结构如 所示89C5令单片机内部 89C5令单片机内部 结构图RAM地 地 址寄 器 128B RAMP0.0-P0.7 P0驱 器 驱P2.0-P2.7P2驱 器 驱P0锁 器 锁P2锁 器 锁4KB Flash ROM程序地址 寄 器 B寄 器 寄 器1 暂 器 器2 暂 器 ACC SP 缓冲器 ALU 中断 串行口和定时器 PSEN ALE EA RST 定 时 控 制 指 译 码 器 OSC XTAL1 XTAL2 指 PSW 寄 器 P1锁 器 锁 P1驱 器 驱 P1.0-P1.7 P3锁 器 锁 P3驱 器 驱 P3.0-P3.7 PC DPTR PC增1 增结构组成一 中央处理单元 储器 I/O接口 接口 CPU一● 1 ● 2中央处理单元 CPU运算器 控制器11 2 3 4 5 6运算器8 的 的ALU 8 累 器 器ACC A 8 程序状态寄 器 器PSW 8 寄 器 器B 布尔处理器 2个8 暂 器 个1 运算器令 8 的 的AL栈AL栈AL栈●可对可对44 8 令6令6 数据进行操 数据进行操 数据进行操1 运算器2 8 累 器ACC A它 常 一个运算数 暂 器该它 常 一个运算数 暂 器该进入进入AL栈AL栈的输入端的输入端 另一个来自暂 器 另一个来自暂 器令令的运算数进行运算数进行运算 运算结果又送回运算结果又送回ACC ACC ACC1 运算器3 8 程序状态寄 器PSW指示指 执行 的状态信息供程序查询和判别用和判别用1 运算器4 8 寄 器B在乘除运算时在乘除运算时 用来 放一个操 数 用来 放运算 的一部分结果数 用来 放运算 的一部分结果 如 能做乘除运算时如 能做乘除运算时 通用寄 器1 运算器布尔处理器5 布尔处理器中PS上中专门用于处理 操 的 PS上专门用于处理 操 的的C 累 器累 器1 运算器暂 器6 2个8 暂 器的两个入口处 AL栈的两个入口处AL栈的两个入口处1 程序计数器PC 16 ●由两个由两个88 计数器 计数器PC寻PC寻PC寻 PCL PCL组成组成组成 ●PC PC是程序的 节地址计数器是程序的 节地址计数器是程序的 节地址计数器，，PC PC内容 将要执行的指 地址内容 将要执行的指 地址内容 将要执行的指 地址 ●改变改变PC PC PC内容内容内容，，改变执行的流向改变执行的流向 ●PC PC可可对64KB 64KB的的ROM ROM直接 址直接 址，也可对可对89C5令89C5令89C5令片内片内片内RAM RAM RAM 址 址2 指 寄 器IR 及指 译码器ID ●由PC PC中的内容指定中的内容指定中的内容指定ROM ROM ROM地址地址，取出来的指 指 寄 器 指 寄 器导R 导R 导R送至送至送至导D 导D ，由导D 对指 译码产生一定序列的控制信号， 执行指 所规定的操作 执行指 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 右 右 ， ， ，其频率范围 其频率范围1.2MHz~24MHz 该信号作 89C51 作的基本节拍即时间的最小单 时间的最小单储器储器程序 储器 ROM 1 程序 储器数据 储器 RAM 2 数据 储器1 程序 储器程序 储器 ROM开始◆地址从0000H开始◆用于 放程序和表格常数用于 放程序和表格常数2 数据 储器数据 储器 RAM ◆片外64kB 0000H ～FFFFH 片内片内256 节 0000H ～00FFH◆ 中00H ～7FH 用于 放运算的中间结果用于 放运算的中间结果 数据暂 及数据缓冲等数据暂 及数据缓冲等 ◆ 128B 的RAM 中有32个 节单元可指定 工 寄 器个 节单元可指定 工 寄 器 ◆片内 有21个特殊 能寄 器个特殊 能寄 器 SFR 它它们 128 节RAM 统一编址统一编址 地址 80H ～FFH 面 细介绍 面 细介绍I/O 接口◆89C5令89C5令有四个有四个有四个88 并行 并行导/O 导/O 导/O接口接口接口P0P0～P左P左 ◆它们都是它们都是((准) 向端口 向端口，， 个端口各有8各有8条导/O 导/O线线◆P0P0--P左P左口四个锁 器同口四个锁 器同口四个锁 器同RAM RAM RAM统一编址统一编址统一编址，，可作 可作 SFR SFR SFR来 址来 址来 址2.2MCS-51单片机引脚及 能2.2.1 MCS-51单片机引脚2.2.2 MCS-51单片机引脚 能2.2.189C51单片机引脚所示89C5令单片机引脚如•89C5令单片机引脚如图该-详所示单片机引脚图89C5189C51单片机引脚图2.2.2 89C51单片机引脚 能电源引脚 Vcc和Vss•一 电源引脚时钟电路引脚 XTAL1和XTAL2• 时钟电路引脚• 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电源引脚•令．三cc(40脚) 电源端， +5三 •工．三ss(工0脚) 接地端 图该-详时钟电路引脚时钟电路引脚 XTAL1和XTAL2•XTAL2 18脚 接外部晶体和微调电容的一端容的一端 在89C51 片内它是振荡电路 向放大器的输出端 向放大器的输出端，，振荡电路的频率就是晶体固有频率就是晶体固有频率 若需采用外部时钟电路时电路时，，该引脚悬空该引脚悬空 89C51/8031 常 作时 作时，，该引脚应有脉冲信号输出该引脚应有脉冲信号输出•XTAL1 令9令9脚脚 接外部晶体和微调电容的另一端 时钟电路引脚时钟电路引脚 XTAL1和XTAL2容的另一端 在片内它是振荡电路 向放大器的输入端放大器的输入端，，在采用外部时钟时在采用外部时钟时，，该引脚输入外部时钟脉冲该引脚输入外部时钟脉冲控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EA•RS标/三PD 9脚RST RST 复 信号输入端复 信号输入端，，高电平有效高电平有效 当 输入端保持两个机器周期的高电平时，就可 完成复 操作就可 完成复 操作•RS标/三PD 9脚三 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EAPD RST RST引脚的第二功能引脚的第二功能引脚的第二功能，，备用电源输入端入端 当 电源当 电源三cc 三cc 三cc 发生故障发生故障发生故障，，降 到 电平规定值时到 电平规定值时，，将+5三+5三电源自动接电源自动接入该引脚入该引脚，， RAM RAM提供备用电源提供备用电源提供备用电源，， 保证RAM RAM中的信息不丢失中的信息不丢失中的信息不丢失，，使得复 后能继续 常运行继续 常运行•ALE/PROG ALE/PROG 详0详0脚脚ALE 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EAALE 地址锁 允许信号端地址锁 允许信号端 常 作时，该引脚 振荡频率的该引脚 振荡频率的令/6令/6令/6固定输出固定输出 脉冲 脉冲 CPU CPU访问片外 储器时访问片外 储器时访问片外 储器时，，该引脚输出信号作 锁 脚输出信号作 锁 88 地址的控制信号信号 它的负载能力 它的负载能力 88个LS LS型型TTL TTL负负载•ALE/PROG ALE/PROG 详0详0脚脚PROG 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EAPROG 是对片内带有是对片内带有4KB EPROM 4KB EPROM 4KB EPROM的的875令编程写入时的编程脉冲输入端编程写入时的编程脉冲输入端•PSEN 29脚控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EA▲程序 储器允许信号输出端程序 储器允许信号输出端▲在访问片外ROM 时，定时输出负脉冲作 读片外作 读片外ROM ROM ROM的选通信号的选通信号的选通信号，，接片外ROM 的OE 端▲它的负载能力 它的负载能力 88个LS 型标标L 负载负载•EA/V pp 31脚EA 外部程序 储器地址允许输入端外部程序 储器地址允许输入端 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EA当该引脚接高电平时当该引脚接高电平时，，CPU 访问片内EPROM/ROM 并执行片内程序 储器中的指 ，但当PC 值超过0FFFH 片内ROM 4KB 时，将自动转向执行片外ROM 中的程序中的程序 当该引脚接 电平时当该引脚接 电平时，，CPU 只访问片外EPROM/ROM 并执行外部程序 储器中的程序•EA/V pp 31脚 三 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EA pp 对875令875令片内片内EPROM 固化编程时固化编程时，，编程电压输入端编程电压输入端 令工令工--工令三工令三四 I/O I/O端口端口端口P0P0P0 P令P令 P该P该和和P详•令 准双向•该 P0P0口口•详 P 令口•4 P 该口•5 P 详口1 准双向当导/O 导/O口作 输入时口作 输入时口作 输入时，，应先向 口锁 器写入全令锁 器写入全令， 时该口引脚浮空浮空，，可作高阻抗输入可作高阻抗输入。
第2章 89C51单片机硬件结构和原理 (单片机原理课件)
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单片机原理及接口技术
1、准双向 当I/O口作为输入时，应先向此口锁存器写入 全1， 此时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。
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2、P0口：
P0口可作为一个8位数据准双向输入/输出口；
在CPU访问片外存储器时，P0口为分时复用的
低8位地址总线和8位数据总线。
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3、片内4KB程序存储器Flash ROM（4KB）: 用以存放程序、一些原始数据和表格。但有一些单片机内
部不带ROM/EPROM，如8031、8032、80C31等。
4、四个8位并行I/O（输入/输出）接口 P0~P3: 每个口可以用作输入，也可以用作输出。
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单片机原理及接口技术
5、两个或三个定时/计数器: 每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部 事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据 计数或定时的结果 实现计算机控制。 6、一个全双工UART的串行I/O口: 可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。 7、片内振荡器和时钟产生电路: 但需外接晶振和电容。 8、五个中断源的中断控制系统。 9、具有节电工作方式：
（3）8位程序状态寄存器PSW： （4）8位寄存器B：
（5）布尔处理器： （6）2个8位暂存器：
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单片机原理及接口技术
1）运算器 （1）8位的ALU： 可对4位、8位、16位数据进行操作。
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单片机原理及接口技术
（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。
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STC89C51系列单片机的结构和原理
输入/输出引脚
• P0口（P0.0-P0.7，32-39脚）：是双向8位三态I/O口。可向 其写入1 使其状态为悬浮，用作高阻输入。P0口也可以在访 问外部程序存储器时作地址的低字节，在访问外部数据存储 器时作数据总线，此时通过内部强上拉传送1。
• P1口（P1.0-P1.7，1-8脚）：是带内部上拉的双向I/O口。向 P1口写入1时，P1口被内部上拉为高电平，可用作输入口； 当作为输入脚时，被外部拉低的P1口会因为内部上拉而输出 电流。
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PSW中各个位的功能： （1）Cy（PSW.7）进位标志位
可写为C。在算术和逻辑运算时，若有进位/借位，Cy＝1； 否则，Cy＝0。在位处理器中，它是位累加器。 （2）Ac（PSW.6）辅助进位标志位
在BCD码运算时，用作十进位调整。即当D3位向D4位产生进 位或借位时，Ac＝1；否则，Ac＝0。 （3）F0（PSW.5）用户设定标志位
端口2 可配置的I/O口
端口1 可配置的I/O口
端口0 可配置的I/O口
振荡器
4K / 8 K/ ... 64KB 程序FLASH
全双工增强型 UART
定时器0 定时器1
定时器2
看门狗定时器
51系列单片机结构框图
1. 电源引脚
VSS（20脚）：接地，0V参考点。 VCC（40脚）：电源，提供掉电、空闲、正常工作
因为寄存器名和地址单元的地址已经一一对应序号特殊功能寄存器符号字节地址位地址复位值a或acc累加器e0he7he0h00hb寄存器f0hf7hf0h00hdph数据指针dptr高字节83h00hdpl数据指针dptr低字节82h00hie中断允许控制寄存器a8hafha8h00hip中断优先级控制寄存器b8hbfhb8hx0000000bp0p0口寄存器80h87h80hffhp1p1口寄存器90h97h90hffhp2p2口寄存器a0ha7ha0hffh10p3p3口寄存器b0hb7hb0hffh11pcon电源控制寄存器87h00xxx000b12psw程序状态字寄存器d0hd7hd0h00h13sbuf串行发送数据缓冲器99hxxxxxxxxb14scon串行控制寄存器98h9fh98h00h15sp堆栈指针81h07h16tcon定时器计数器控制寄存器88h8fh88h00h17tl0定时器计数器0低字节8ah00h18th0定时器计数器0高字节8bh00h19tl1定时器计数器1低字节8ch00h20th1定时器计数器1高字节8dh00h21tmod定时器计数器方式控制89h00hsfr的分布情况如下
第2章 89C51单片机硬件结构和原理
2．累加器A 使用最频繁的寄存器，可写为Acc。“A”与“Acc” 书写上 的差别，将在第3章介绍。
作用如下：
（1）ALU单元的输入数据源之一，又是ALU运算结果存放单元。 （2）数据传送大多都通过累加器A，相当于数据的中转站。为 解决“瓶颈堵塞”问题，AT89S51增加了一部分可以不经过 累加器的传送指令。
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PSW中各个位的功能： （1）Cy（PSW.7）进位标志位
可写为C。在算术和逻辑运算时，若有进位/借位，Cy＝1；
否则，Cy＝0。在位处理器中，它是位累加器。 （2）Ac（PSW.6）辅助进位标志位 在BCD码运算时，用作十进位调整。即当D3位向D4位产生进 位或借位时，Ac＝1；否则，Ac＝0。 （3）F0（PSW.5）用户设定标志位 由用户使用的一个状态标志位，可用指令来使它置1或清0， 控制程序的流向。用户应充分利用。
端（12-21V）。
4、I/O端口P0、P1、P2和P3 准双向的含义：
当I/O口作为输入时，应先向此口锁存器写入全1， 此 时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。
1）P0口：用作通用的I/O口；当外扩存储器及I/O接口芯片时，P0口作为低8位地址 总线及数据总线的分时复用端口。 2）P1口：用作通用的I/O口 3）P2口：用作通用的I/O口；当外扩存储器及I/O接口芯片时，P2口作为高8位地址 总线 4）P3口：用作通用的I/O口；每个引脚有第二功能
图2－6 高128字节RAM(SFR区)
1、堆栈指针SP
堆栈指针SP（8位），可指向片内RAM00H～7FH的任何单元。系统 复位后，SP指向07H的RAM单元，所以入栈的第一个数据位于08H单元。
堆栈：在片内RAM区专门开辟的一个区域，数据的存取是按“后进先
AT89C51单片机的基本结构和工作原理
A T89C51单片机的主要工作特性：·内含4KB的FLASH存储器，擦写次数1000次；·内含28字节的RAM；·具有32根可编程I/O线；·具有2个16位可编程定时器；·具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构；·具有1个全双工的可编程串行通信接口；·具有一个数据指针DPTR;·两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式；·具有可编程的3级程序锁定定位；AT89C51的工作电源电压为5（1±0.2）V且典型值为5V,最高工作频率为24MHz.AT89C51各部分的组成及功能：1.单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和操作控制，主要包括运算器和（1）运算器运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。
其中包括算术和逻辑运算单元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器等。
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。
累加器是CPU使用最频繁的一个寄存器。
ACC既是ALU处理数据的来源，又是ALU运算结果的存放单元。
单片机与片外RAM或I/O扩展口进行数据交换必须通过ACC来进行。
B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一，另一个输入来自ACC。
运算结果存于AB寄存器中。
（2）控制器控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件，主要包括程序计数器PC、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等，其功能是控制指令的读入、译码和执行，并对指令执行过程进行定时和逻辑控制。
STC89C51单片机硬件结构资料
0023H —— 串口中断入口
( 002BH —— T2溢出中断入口 )
三、内部数据存储器
物理上分为两大区域：00H ~ 7FH即128B内RAM区
7FH
80H ~ FFH即SFR区。
用户RAM区
数据缓冲区、堆栈区、工作 单元
2FH / 30H
位寻址区 （位地址00H ~ 7FH ）
1FH / 20H
PC增1 PC DPTR P1锁存器 P1驱动器 P1.0-P1.7 P3锁存器 P3驱动器 P3.0-P3.7
1、中央处理单元（89C51 CPU） CPU是单片机的核心，是计算机的控制和指挥中心，由运算 器和控制器等部件组成。如图2-2。 运算器 ALU—8位算术和逻辑运算 对4位(半字节)、8位(字节)、16位(双字节)操作 算术运算 -- 加、减、乘、除、加1、减1、BCD数十进制 调整、比较 逻辑运算 -- 与、或、非、异或、求补、移位 TMP1，TMP2 – 8位暂存器 ACC – 8位累加器 累加器ACC经常作为一个操作数经TMP2进入ALU，与 来自TMP1的另一个操作数进行运算，结果存入ACC中 作为89C51内部数据传送的中间寄存器 大部分指令中用注记符A表示，进出堆栈指令时用注记 符ACC表示
一、89C51单片机的基本组成 图2-1所示位89C51带闪存(Flash ROM)单片机的基本结构 框图。
外部时钟 外部事件计数
振荡器和 时序OSC
程序存储器 4KB FlashROM
数据存储器 256B RAM/SFR
2×16位 定 时器/计数器
80C51 CPU
64KB总线 扩展控制器 可编程I/O 可编程全 双工串行口
MCS-51单片机内共有22个特殊功能寄存器，包括PC及SFR。 PC为程序计数器。它是一个双字节寄存器,寻址范围为: 0000H ～ FFFFH，即0 ～ 64KB。
第2章 89C51单片机的结构及原理PPT课件
2. 数据存储器
FF
80
SFR RAM
30
位寻址区
20
工作 寄存器 0-3组
FFFF RAM
外部 RAM
00
0000
12
表 2.2 寄存器与RAM 地址对照表
13
表 2.3 RAM中的位寻址区地址表
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内部数据存储器高128单元
（特殊功能寄存器区）
程序计数器PC 累加器A 寄存器B 状态字寄存器PSW
4
2.3 89C51系列单片机的引脚功能
2.3.1 89C51系列单片机引脚功能 2.3.2 三总线结构
5
图2-3（a）89C51系列单片机的引脚 6
表2.1 P3口的第二功能表
7
2.3.2 三总线结构
图2-3（b）89C51系列单片机功能引脚分类
(总线结构图）
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2.4 89C51系列单片机的主要组成部分
外部 ROM EA=0
0000
FF
SFR 80 RAM
30 位寻址区
20
工作 寄存器 0-3组
00
FFFF RAM
外部 RAM
0000
10
1. 程序存储器
在程序存储器中有6个单元具有特殊功能： 0000H～0002H：是所有执行程序的入口
地址，89C51复位后，CPU总是从0000H单 元开始执行程序。 0003H：外部中断0入口。 000BH：定时器0溢出中断入口。 0013H：外部中断1入口。 001BH：定时器1溢出中断入口。 0023H：串行口中断入口。
0
1
3组
18H~1FH
R0~R7
堆栈指针SP：按照先进后出、后进先出 的原则存取RAM区域。
《单片机原理及应用》第二章 89C51单片机的结构和原理2012
• 片内容量为4KB，地址范围为0000H～0FFFH。 • 片外最多可扩至64KB ROM/EPROM，地址范围为 1000H～FFFFH。 • 片内外统一编址。 • ROM的寻址方式： • 1）当 EA=“1”时：
– 在0000～0FFFH范围内执行片内ROM中的程序，当指令地址超 过0FFFH 后就自动转向片外ROM中取指令。
• 四个8位并行I/O（输入/输出）接口P0~P3 • 两个定时/计数器
– 每个定时/计数器都可以设置成计数或定时方式
• 一个全双工UART的串行I/O口
– 可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信
• 五个中断源的中断控制系统
MCS-51系列单片机的性能
表中型号带“C”表示所用的是CMOS工艺，具有功耗低的优点。
什么是入口地址？
0023H
2 数据存储器 • 一般将随机存储器（RAM）用做数据存储器。可寻址空 间为64KB。MCS-51数据存储器可分为片内和片外两部 分。片内、片外独立编址。 片外RAM： 最大范围：0000H～FFFFH， 64KB；用指令MOVX访问。 片内RAM： 最大范围：00H～FFH，256B； 用指令MOV访问。 又分为两部分：低128B（00～ 7FH）为真正的RAM区，高128B （80～FFH）为特殊功能寄存器 （SFR）区。如右图所示。
第二章 89C51单片机的结构和原理
• • • • • 2.1 89C51单片机的结构 2.2 89C51的引脚及其功能 2.3 CPU时序 2.4 复位操作 2.5 89C51单片机的低功耗工作方式
2.1 89C51单片机的结构
89C51单片机内部结构示意图如下所示： 外部时钟源 外部事件计数输入
振荡器和时序 OSC
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1. 89C51单片机结构框图
Flash ROM
bus
89C51
89C5189C51单片机硬件结构和 基本的原理
8位CPU
256字节RAM
4KB Flash ROM
4个8位I/O口
2个定时/计数器
5个中断源
1个全双工串行口
片内振荡器和时钟 产生电路（最高允 许振荡频率为 24MHz）
EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地) 2、振荡电路：XTAL1、XTAL2 3、复位引脚：RST 4、并行口：P0、P1、P2、P3 5、EA：访问程序存储控制信号 6、PSEN：外部ROM读选通信号 7、ALE：地址锁存控制信号
振荡器及时钟电路：提供片内时钟
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
2.2 89C51单片机的引脚及功能
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
MCS-51单片机信号引脚简介
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
RST RXD/ P3.0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4
片内RAM：
① 低128B片内RAM ② 高128B片内RAM
0000-007FH 0080-00FFH
SFR：特殊功能寄存器区
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
PSW位地址
数据存储器
FFFFH
CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P
1 1 第3区 1 0 第2区 0 1 第1区 0 0 第0区 RS1 RS0 寄存器区
节电工作方式（空 闲、掉电）
3. 89C51 CPU功能介绍
单片机的核心
由运算器和控制器构成
运算器：进行算术运算、逻辑运算，由ALU、 A、B、PSW、暂存器组成。
控制器：包括PC、IR、ID、振荡器和时钟电 路
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
ALU 单元
Arithmetic Logic Unit 算术/逻辑运算
14
15
64K
1
28
2
27
3
26
4
25
5
24
6 7
RAM
23 22
8 6264 21
9
20
10
19
11
18
12
17
13
16
14
15
89C51单2片56机B（硬字件结节构）和
基本的原理
1
28
2
27
3
26
EPROM
4
25
5
24
6
23
7
22
8
21
9
20
10 2764 19
11
18
12
17
13
16
14
15
1
28
2
27
3
26
EPROM
4
25
5
24
6
23
7
22
8
21
9
20
10 2764 19
11
18
12
17
13
16
14
15
64K
3. 程序存储器
通过16位PC寻址，最大可寻址64kB地址空间
与ROM密切相关的两个引脚
EA
、 PS EN
当ROM容量不够时，尽量选择高容量存储器空间的单片机，如 89C52、89C54、89C58等，应避免外扩程序存储器，因为会增加 硬件负担。
中断1
8位
串行口中断
定时器1中断
外部中断1
定时器0中断
外部中断0 0000H是程序执行的起始单元, 在这三个单元存放一条 无条件转移指令
程序存储器
程序存储器资源分布
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
4. 数据存储器
片内、片外分开编址
如何区分0000-00FFH的地址空间是片内RAM还是片外 RAM？
T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7
XTAL2 XTAL1
VSS
1
40
2
39
3
38
4 5
8031
37 36
6
35
7 8051 34
8
33
9 10
8751
32 32
11 12
89C51
52 42
81
42
9
22
20
1
VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7
4K
1
40
2
39
3
38
4
37
5 6
8031
36 35
存
7 片内 34
8 8R7OM51 33
储 器
9
32
10 11
8051
32 52
12
42
81 89C51 42
9 片内 22
226
4
25
5
24
6 7
RAM
23 22
8 6264 21
9
20
10
19
11
18
12
17
13
16
18H~1FH 10H~17H 08H~0FH 00H~07H 片内RAM地址
89C51单片机硬件结构和基本的 原理
89C51单片机硬件结构和基本的原理
主要掌握
基本组成（内部资源） 引脚 存储器的配置 I/O口的应用功能
（以89C51（AT89C51、P89C51、STC89C51）为代表讲解）
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
2.1 89C51单片机的基本组成
A
最忙碌的寄存器 累加器
B
多用于乘除运算 寄存器
PSW
用于指示指令执行后的状态信息，
可供程序查询和判别用。程序状态字寄存器
PC
Program Counter，下一条指令的
地址。改变PC的内容可以改变程序运行方向。
IR
Instruction Register 指令寄存器
ID
Instruction Decoder 指令译码器
P3口线的第二功能
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
2.3 89C51单片机的存储器配置
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
1. 存储器结构
普林斯顿结构
✓ 一般微机采用的结构 ✓ ROM、RAM安排在同一个地址空间 ✓ 相同指令访问ROM、RAM
哈佛结构
✓ 89C51采用此结构 ✓ ROM和RAM占用不同的物理空间 ✓ 采用不同指令访问
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
2. 89C51 存储空间
物理结构
✓ ROM
片内、片外
✓ RAM
片内、片外
逻辑结构（从用户使用的角度看）
✓ ROM：
MOVC
0000-FFFFH
✓ 片内RAM ：MOV
0000-00FFH
✓ 片外RAM： MOVX
0000-FFFFH
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
89C51单片机硬件结构和 基本的原理
程序存储器
中断入口地址
FFFFH
(64K)
0FFFH (4K)
0000H
内部
EA=1
外部
0000H
0FFFH
(4K) EA=0 0000H
0FFFH
0FFEH
．．．
002BH
中断5
0023H
001BH 中断4
中断3
0013H
中断2
000BH
(PC)
0003H 0002H 0001H 0000H