STC89C51系列单片机的结构
18
PC中内容变化轨迹决定程序流程。当顺序执行程序时自动 加1；执行转移程序或子程序、中断子程序调用时，自动
将其内容更改成所要转移的目的地址。
PC的计数宽度决定了程序存储器的地址范围。PC为16位， 故可对64KB（=216B）寻址。
19
2.3、存储器
程序存储器（FLASH，下载到4 KB ROM） 1．编址与访问 计算机的工作是按照事先编制好的程序命令序列一条 条顺序执行的，程序存储器就是用来存放这些已编好的程
2. 内部数据存储器 MCS-51 片内RAM为 256 字节, 地址范围为00H~FFH, 分 为两大部分: 低 128 字节（00H~7FH）为真正的RAM区; 高 128 字节（80H~FFH）为特殊功能寄存器区SFR。
在低 128 字节RAM中, 00H~1FH共 32 单元是 4 个通用
14
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。
零），还可算术运算（加、减、乘、除）
12
ALU还有位操作功能，对位变量进行位处理，如置“1”、 清“0”、求补、测试转移及逻辑“与”、“或”等。 2．累加器A
使用最频繁的寄存器，可写为Acc。“A”与“Acc”
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。
2．程序的7个特殊入口地址 表1
操 复位
MCS-51单片机复位、中断入口地址
作 入口地址 0000H
外部中断0
定时器/计数器0溢出 外部中断1 定时器/计数器1溢出 串行口中断
0003H
000BH 0013H 001BH 0023H 002BH
定时器 / 计数器 0 溢出或 T2EX 端负跳变 (52 子系 列)
定时及控制逻辑电路等。功能是控制指令的读入、译码和执 行，从而对各功能部件进行定时和逻辑控制。
程序计数器PC是一个独立的16位计数器，不可访问。单
片机复位时，PC中内容为0000H，从程序存储器0000H单元取 指令，开始执行程序。 PC工作过程是：CPU读指令时，PC的内容作为所取指令的 地址，程序存储器按此地址输出指令字节，同时PC自动加1。
15
（4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）4组工作寄存器区选择 选择片内RAM区中的4组工作寄存器区中的某一组为当前工
作寄存区。
（5）OV（PSW.2）溢出标志位 当执行算术指令时，用来指示运算结果是否产生溢出。如 果结果产生溢出，OV=1；否则，OV=0。 （6）PSW.1位 保留位 （7）P（PSW.0）奇偶标志位 指令执行完，累加器A中“1”的个数是奇数还是偶数。
2.利用 keil c软件编写程序 #include <reg51.h> #include <stdio.h> unsigned int temp1; void delay(unsigned int temp)//延时程序 { while(--temp); }
void main() { P2=0XFF;//led is off while(1) { P2=0XFE; temp1=35000; delay(temp1); P2=0XFD; temp1=35000; delay(temp1); P2=0XFB; temp1=35000; delay(temp1); P2=0XF7; temp1=35000; delay(temp1);
全双工增强型 UART
定时器0 定时器1
定时器2
振荡器
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
2．外接晶体引脚
XTAL1（19脚）：接外部晶体的一端，振荡反向放大器 的输入端和内部时钟电路输入端。 XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端，振荡反向放大 器的输出端。
D5
F5H E5H D5H — B5H — A5H 9DH 95H
D4
F4H E4H D4H BCH B4H ACH A4H 9CH 94H
D3
F3H E3H D3H BBH B3H ABH A3H 9BH 93H
D2
F2H E2H D2H BAH B2H AAH A2H 9AH 92H
D1
F1H E1H D1H B9H B1H A9H A1H 99H 91H
3. 控制信号或与其它电源复用引脚
控制信号或与其它电源复用引脚有 RST/VPD、 ALE / PROG.、PSEN 和 EA / VPP 等4种形式。
• RST （ 9 脚）：复位端。当晶体在运行时，只要此引脚上出 现2个机器周期高电平即可复位，内部有扩散电阻连接到Vss， 仅需要外接一个电容到Vcc即可实现上电复位。 • ALE（30脚）：地址锁存使能。在访问外部存储器时，输出 脉冲锁存地址的低字节，在正常情况下，ALE输出信号恒定 为1/6振荡频率。并可用作外部时钟或定时，注意每次访问外 部数据时，一个ALE脉冲将被忽略。 • PSEN （ 29 脚）：程序存储使能。读外部程序存储。当从外 部读取程序时， PSEN 每个机器周期被激活两次，在访问外 部数据存储器时PSEN无效，访问内部程序存储器时 PSEN无 效。 • EA/Vpp（31脚）：外部寻址使能 /编程电压。在访问整个外 部程序存储器时，EA必须外部置低。如果EA为高时，将执 行内部程序。当RST释放后EA脚的值被锁存，任何时序的改 变都将无效。该引脚在对 FLASH 编程时用于输入编程电压 (Vpp)。
D0
F0H E0H D0H B8H B0H A8H A0H 98H 90H
字节 地址 F0H E0H D0H B8H B0H A
8FH
87H
8EH
思考：单片机如何使用？
2.2 STC89C51系列单片机的内部结构
增强的80C51 CPU 12时钟模式,6时钟模式
512B/1280B 数据RAM 端口3 可配置的I/O口 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 晶体 或 谐振器
4K / 8 K/ ... 64KB 程序FLASH
第二章 STC89C51系列单片机的结构和原理
2.1 STC89C51如何控制流水灯 2.2 STC89C51系列单片机的内部结构 2.3 STC89C51系列单片机的主要组成部分 2.4 单片机的复位电路 2.5 单片机最小系统
2.1 STC89C51如何控制流水灯
任务：使用单片机控制发光管按一定顺序亮 1.利用Proteus7连接电路图
13
A的进位标志Cy是特殊的，因为它同时又是位处理机的位累
加器 3．程序状态字寄存器PSW PSW（Program Status Word）位于片内特殊功能寄存器区， 字节地址为D0H。
包含了程序运行状态的信息，其中4位保存当前指令执行后
的状态，供程序查询和判断。格式如图2-3所示。
图2-3
PSW的格式
P3.6
P3.7
WR
RD
O
O
外部数据存储器写信号
外部数据存储器读信号
2.3
STC89C51的系列单片机的主要组成部分
该系列单片机由中央处理器(CPU)、存储器和I/O接口三 大部分组成。 其中CPU包括运算器和控制器两大部分。 2.3.1 运算器
对操作数进行算术、逻辑和位操作运算。主要包括算术
逻辑运算单元ALU、累加器A、位处理器、程序状态字寄存 器PSW及两个暂存器等。 1．算术逻辑运算单元ALU 可对8位变量逻辑运算（与、或、异或、循环、求补和清
工作寄存器区。每一个区有 8 个通用寄存器R0~R7。
低 128 字节（00H~7FH） 其中真正用户能用到 得只有20H—7FH共96个 字节；故一般需要扩展片 外存储器。 其中20H—2FH为位寻 址（重点），故可设位变 量。 sbit p20=P2^0; sbit p21=P2^1; If p20==1 then p21=0
序和表格常数，它由只读存储器ROM或EPROM组成。计算
机为了有序地工作，设置了一个专用寄存器 -- 程序计数器 PC，用以存放将要执行的指令地址。每取出指令的１个字
节后，其内容自动加１，指向下一字节地址，使计算机依
次从程序存储器取出指令予以执行，完成某种程序操作。 由于MCS-51单片机的程序计数器为16位，因此，可寻址的 地址空间为64 KB。
P2=0XEF; temp1=35000; delay(temp1); P2=0XDF; temp1=35000; delay(temp1); P2=0XBF; temp1=35000; delay(temp1); P2=0X7F; temp1=35000; delay(temp1);
} }
3.利用 keil c软件将C语言转化成HEX文件 4.将HEX文件添加到Proteus7软件中，进行仿真
16
P=1，表示A中“1”的个数为奇数。 P=0，表示A中“1”的个数为偶数。 此标志位对串行通信有重要的意义，常用奇偶检验的 方法来检验数据串行传输的可靠性。
17
2.3.2
控制器
任务识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部 件，从而保证单片机各部分能自动协调地工作。
控制器包括：程序计数器、指令寄存器、指令译码器、
PC中内容变化轨迹决定程序流程。当顺序执行程序时自动 加1；执行转移程序或子程序、中断子程序调用时，自动
将其内容更改成所要转移的目的地址。
PC的计数宽度决定了程序存储器的地址范围。PC为16位， 故可对64KB（=216B）寻址。
19
2.3、存储器
程序存储器（FLASH，下载到4 KB ROM） 1．编址与访问 计算机的工作是按照事先编制好的程序命令序列一条 条顺序执行的，程序存储器就是用来存放这些已编好的程
2. 内部数据存储器 MCS-51 片内RAM为 256 字节, 地址范围为00H~FFH, 分 为两大部分: 低 128 字节（00H~7FH）为真正的RAM区; 高 128 字节（80H~FFH）为特殊功能寄存器区SFR。
在低 128 字节RAM中, 00H~1FH共 32 单元是 4 个通用
14
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。
零），还可算术运算（加、减、乘、除）
12
ALU还有位操作功能，对位变量进行位处理，如置“1”、 清“0”、求补、测试转移及逻辑“与”、“或”等。 2．累加器A
使用最频繁的寄存器，可写为Acc。“A”与“Acc”
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。
2．程序的7个特殊入口地址 表1
操 复位
MCS-51单片机复位、中断入口地址
作 入口地址 0000H
外部中断0
定时器/计数器0溢出 外部中断1 定时器/计数器1溢出 串行口中断
0003H
000BH 0013H 001BH 0023H 002BH
定时器 / 计数器 0 溢出或 T2EX 端负跳变 (52 子系 列)
定时及控制逻辑电路等。功能是控制指令的读入、译码和执 行，从而对各功能部件进行定时和逻辑控制。
程序计数器PC是一个独立的16位计数器，不可访问。单
片机复位时，PC中内容为0000H，从程序存储器0000H单元取 指令，开始执行程序。 PC工作过程是：CPU读指令时，PC的内容作为所取指令的 地址，程序存储器按此地址输出指令字节，同时PC自动加1。
15
（4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）4组工作寄存器区选择 选择片内RAM区中的4组工作寄存器区中的某一组为当前工
作寄存区。
（5）OV（PSW.2）溢出标志位 当执行算术指令时，用来指示运算结果是否产生溢出。如 果结果产生溢出，OV=1；否则，OV=0。 （6）PSW.1位 保留位 （7）P（PSW.0）奇偶标志位 指令执行完，累加器A中“1”的个数是奇数还是偶数。
2.利用 keil c软件编写程序 #include <reg51.h> #include <stdio.h> unsigned int temp1; void delay(unsigned int temp)//延时程序 { while(--temp); }
void main() { P2=0XFF;//led is off while(1) { P2=0XFE; temp1=35000; delay(temp1); P2=0XFD; temp1=35000; delay(temp1); P2=0XFB; temp1=35000; delay(temp1); P2=0XF7; temp1=35000; delay(temp1);
全双工增强型 UART
定时器0 定时器1
定时器2
振荡器
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
2．外接晶体引脚
XTAL1（19脚）：接外部晶体的一端，振荡反向放大器 的输入端和内部时钟电路输入端。 XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端，振荡反向放大 器的输出端。
D5
F5H E5H D5H — B5H — A5H 9DH 95H
D4
F4H E4H D4H BCH B4H ACH A4H 9CH 94H
D3
F3H E3H D3H BBH B3H ABH A3H 9BH 93H
D2
F2H E2H D2H BAH B2H AAH A2H 9AH 92H
D1
F1H E1H D1H B9H B1H A9H A1H 99H 91H
3. 控制信号或与其它电源复用引脚
控制信号或与其它电源复用引脚有 RST/VPD、 ALE / PROG.、PSEN 和 EA / VPP 等4种形式。
• RST （ 9 脚）：复位端。当晶体在运行时，只要此引脚上出 现2个机器周期高电平即可复位，内部有扩散电阻连接到Vss， 仅需要外接一个电容到Vcc即可实现上电复位。 • ALE（30脚）：地址锁存使能。在访问外部存储器时，输出 脉冲锁存地址的低字节，在正常情况下，ALE输出信号恒定 为1/6振荡频率。并可用作外部时钟或定时，注意每次访问外 部数据时，一个ALE脉冲将被忽略。 • PSEN （ 29 脚）：程序存储使能。读外部程序存储。当从外 部读取程序时， PSEN 每个机器周期被激活两次，在访问外 部数据存储器时PSEN无效，访问内部程序存储器时 PSEN无 效。 • EA/Vpp（31脚）：外部寻址使能 /编程电压。在访问整个外 部程序存储器时，EA必须外部置低。如果EA为高时，将执 行内部程序。当RST释放后EA脚的值被锁存，任何时序的改 变都将无效。该引脚在对 FLASH 编程时用于输入编程电压 (Vpp)。
D0
F0H E0H D0H B8H B0H A8H A0H 98H 90H
字节 地址 F0H E0H D0H B8H B0H A
8FH
87H
8EH
思考：单片机如何使用？
2.2 STC89C51系列单片机的内部结构
增强的80C51 CPU 12时钟模式,6时钟模式
512B/1280B 数据RAM 端口3 可配置的I/O口 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 晶体 或 谐振器
4K / 8 K/ ... 64KB 程序FLASH
第二章 STC89C51系列单片机的结构和原理
2.1 STC89C51如何控制流水灯 2.2 STC89C51系列单片机的内部结构 2.3 STC89C51系列单片机的主要组成部分 2.4 单片机的复位电路 2.5 单片机最小系统
2.1 STC89C51如何控制流水灯
任务：使用单片机控制发光管按一定顺序亮 1.利用Proteus7连接电路图
13
A的进位标志Cy是特殊的，因为它同时又是位处理机的位累
加器 3．程序状态字寄存器PSW PSW（Program Status Word）位于片内特殊功能寄存器区， 字节地址为D0H。
包含了程序运行状态的信息，其中4位保存当前指令执行后
的状态，供程序查询和判断。格式如图2-3所示。
图2-3
PSW的格式
P3.6
P3.7
WR
RD
O
O
外部数据存储器写信号
外部数据存储器读信号
2.3
STC89C51的系列单片机的主要组成部分
该系列单片机由中央处理器(CPU)、存储器和I/O接口三 大部分组成。 其中CPU包括运算器和控制器两大部分。 2.3.1 运算器
对操作数进行算术、逻辑和位操作运算。主要包括算术
逻辑运算单元ALU、累加器A、位处理器、程序状态字寄存 器PSW及两个暂存器等。 1．算术逻辑运算单元ALU 可对8位变量逻辑运算（与、或、异或、循环、求补和清
工作寄存器区。每一个区有 8 个通用寄存器R0~R7。
低 128 字节（00H~7FH） 其中真正用户能用到 得只有20H—7FH共96个 字节；故一般需要扩展片 外存储器。 其中20H—2FH为位寻 址（重点），故可设位变 量。 sbit p20=P2^0; sbit p21=P2^1; If p20==1 then p21=0
序和表格常数，它由只读存储器ROM或EPROM组成。计算
机为了有序地工作，设置了一个专用寄存器 -- 程序计数器 PC，用以存放将要执行的指令地址。每取出指令的１个字
节后，其内容自动加１，指向下一字节地址，使计算机依
次从程序存储器取出指令予以执行，完成某种程序操作。 由于MCS-51单片机的程序计数器为16位，因此，可寻址的 地址空间为64 KB。
P2=0XEF; temp1=35000; delay(temp1); P2=0XDF; temp1=35000; delay(temp1); P2=0XBF; temp1=35000; delay(temp1); P2=0X7F; temp1=35000; delay(temp1);
} }
3.利用 keil c软件将C语言转化成HEX文件 4.将HEX文件添加到Proteus7软件中，进行仿真
16
P=1，表示A中“1”的个数为奇数。 P=0，表示A中“1”的个数为偶数。 此标志位对串行通信有重要的意义，常用奇偶检验的 方法来检验数据串行传输的可靠性。
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2.3.2
控制器
任务识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部 件，从而保证单片机各部分能自动协调地工作。
控制器包括：程序计数器、指令寄存器、指令译码器、
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89C51单片机硬件结构和原理
01:28
返回
单片机原理及接口技术
2.2 89C51单片机引脚及其功能
§2.2.1 89C51单片机引脚
§2.2.2 89C51单片机引脚功能
01:28
返回
单片机原理及接口技术
§2.2.1 89C51单片机引脚
P22图2-3：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。
01:28
返回
单片机原理及接口技术
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/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。
01:28
返回
单片机原理及接口技术
三、控制信号引脚：
RST、ALE、PSEN和EA
RST / VPD（9或10脚）： RST：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。
单片机原理及接口技术
01:28
三、控制信号引脚：
RST、ALE、PSEN和EA
RST / VPD（9或10脚）： VPD ：RST引脚的第二功能，备用电源输入 端。当主电源Vcc 发生故障，降低到低电 平规定值时，将+5V电源自动接入该引脚， 为RAM提供备用电源，以保证RAM中的信息 不丢失，使得复位后能继续正常运行。
返回
单片机原理及接口技术
2.2 89C51单片机引脚及其功能
§2.2.1 89C51单片机引脚
§2.2.2 89C51单片机引脚功能
01:28
返回
单片机原理及接口技术
§2.2.1 89C51单片机引脚
P22图2-3：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。
01:28
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单片机原理及接口技术
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/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。
01:28
返回
单片机原理及接口技术
三、控制信号引脚：
RST、ALE、PSEN和EA
RST / VPD（9或10脚）： RST：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。
单片机原理及接口技术
01:28
三、控制信号引脚：
RST、ALE、PSEN和EA
RST / VPD（9或10脚）： VPD ：RST引脚的第二功能，备用电源输入 端。当主电源Vcc 发生故障，降低到低电 平规定值时，将+5V电源自动接入该引脚， 为RAM提供备用电源，以保证RAM中的信息 不丢失，使得复位后能继续正常运行。
第2章 89C51系列单片机的结构和原理
2016/6/30 11
后缀由“YYYY”四个参数组成，每个参数的表示
和意义不同。在型号与后缀部分有“-”号隔开。
后缀中的第一个参数 Y用于表示速度，后缀中的
第二个参数Y用于表示封装，后缀中第三个参数 Y用 于表示温度范围，后缀中第四个参数Y用于说明产品 的处理情况。 例如：有一个单片机型号为“AT89C51—12PI”，则
2016/6/30
23
OV(PSW.2)：溢出标志。带符号加减运算中，超出了累加器A所能 表示的符号数有效范围（－128～＋127）时，即产生溢出， OV=1，表明运算运算结果错误。如果OV=0，表明运算结果正 确。 执行加法指令ADD时，当位6向位7进位，而位7不向C进位时， OV=1；或者位6不向位7进位，而位7向C进位时，同样OV=1。 乘法指令，乘积超过255时，OV=1，乘积在AB寄存器对中。若 OV=0，则说明乘积没有超过255，乘积只在累加器A中。
2.2 89C51系列单片机的结构
（3） 21（18）个SFR（128字节） 它用于控制和管理片内算术逻辑部件、并行 I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断 系统等功能模块的工作。 3. 并行I/O口 89C51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1 、P2和P3），每一条I/O线都能独立地用作 输入或输出。P0口为三态双向口，能带8个 TTL门电路，P1、P2和P3口为准双向口，负 载能力为4个TTL门电路。
89——表示芯片内带有非易失性的Flash程序存储器；
C——代表CMOS工艺制造；
51/52/54/58——分别表示芯片内Flash程序存储器的
容量分别为4K/8K/16K/32K。
2016/6/30
4
2.1 89C51单片机的概述
后缀由“YYYY”四个参数组成，每个参数的表示
和意义不同。在型号与后缀部分有“-”号隔开。
后缀中的第一个参数 Y用于表示速度，后缀中的
第二个参数Y用于表示封装，后缀中第三个参数 Y用 于表示温度范围，后缀中第四个参数Y用于说明产品 的处理情况。 例如：有一个单片机型号为“AT89C51—12PI”，则
2016/6/30
23
OV(PSW.2)：溢出标志。带符号加减运算中，超出了累加器A所能 表示的符号数有效范围（－128～＋127）时，即产生溢出， OV=1，表明运算运算结果错误。如果OV=0，表明运算结果正 确。 执行加法指令ADD时，当位6向位7进位，而位7不向C进位时， OV=1；或者位6不向位7进位，而位7向C进位时，同样OV=1。 乘法指令，乘积超过255时，OV=1，乘积在AB寄存器对中。若 OV=0，则说明乘积没有超过255，乘积只在累加器A中。
2.2 89C51系列单片机的结构
（3） 21（18）个SFR（128字节） 它用于控制和管理片内算术逻辑部件、并行 I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断 系统等功能模块的工作。 3. 并行I/O口 89C51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1 、P2和P3），每一条I/O线都能独立地用作 输入或输出。P0口为三态双向口，能带8个 TTL门电路，P1、P2和P3口为准双向口，负 载能力为4个TTL门电路。
89——表示芯片内带有非易失性的Flash程序存储器；
C——代表CMOS工艺制造；
51/52/54/58——分别表示芯片内Flash程序存储器的
容量分别为4K/8K/16K/32K。
2016/6/30
4
2.1 89C51单片机的概述
STC89C51系列单片机的结构和原理 共63页
2．外接晶体引脚
XTAL1（19脚）：接外部晶体的一端，振荡反向放大器 的输入端和内部时钟电路输入端。
XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端，振荡反向放大 器的输出端。
3. 控制信号或与其它电源复用引脚
控制信号或与其它电源复用引脚有 RST/VPD、 ALE/PROG.、PSEN 和 E A / V PP 等4种形式。
• P2口（P2.0-P2.7，21-28脚）：是带内部上拉的双向I/O口。 向P2口写入1时，P2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P2口会因为内部上拉而输出 电流。在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高 位字节和16 位地址，此时通过内部强上拉传送1。当使用8 位寻址方式访问外部数据存储器时,P2口发送P2 特殊功能寄 存器的内容。
2．程序的7个特殊入口地址
表1 MCS-51单片机复位、中断入口地址
操作
复位
外部中断0 定时器/计数器0溢出 外部中断1 定时器/计数器1溢出 串行口中断 定时器/计数器0溢出或T2EX端负跳变(52子系 列)
入口地址 0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H 002BH
18
PC中内容变化轨迹决定程序流程。当顺序执行程序时自动 加1；执行转移程序或子程序、中断子程序调用时，自动 将其内容更改成所要转移的目的地址。
PC的计数宽度决定了程序存储器的地址范围。PC为16位， 故可对64KB（=216B）寻址。
19
2.3、存储器
程序存储器（FLASH，下载到4 KB ROM） 1．编址与访问
第二章 STC89C51系列单片机的结构和原理
2.1 STC89C51如何控制流水灯 2.2 STC89C51系列单片机的内部结构 2.3 STC89C51系列单片机的主要组成部分 2.4 单片机的复位电路 2.5 单片机最小系统
XTAL1（19脚）：接外部晶体的一端，振荡反向放大器 的输入端和内部时钟电路输入端。
XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端，振荡反向放大 器的输出端。
3. 控制信号或与其它电源复用引脚
控制信号或与其它电源复用引脚有 RST/VPD、 ALE/PROG.、PSEN 和 E A / V PP 等4种形式。
• P2口（P2.0-P2.7，21-28脚）：是带内部上拉的双向I/O口。 向P2口写入1时，P2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P2口会因为内部上拉而输出 电流。在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高 位字节和16 位地址，此时通过内部强上拉传送1。当使用8 位寻址方式访问外部数据存储器时,P2口发送P2 特殊功能寄 存器的内容。
2．程序的7个特殊入口地址
表1 MCS-51单片机复位、中断入口地址
操作
复位
外部中断0 定时器/计数器0溢出 外部中断1 定时器/计数器1溢出 串行口中断 定时器/计数器0溢出或T2EX端负跳变(52子系 列)
入口地址 0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H 002BH
18
PC中内容变化轨迹决定程序流程。当顺序执行程序时自动 加1；执行转移程序或子程序、中断子程序调用时，自动 将其内容更改成所要转移的目的地址。
PC的计数宽度决定了程序存储器的地址范围。PC为16位， 故可对64KB（=216B）寻址。
19
2.3、存储器
程序存储器（FLASH，下载到4 KB ROM） 1．编址与访问
第二章 STC89C51系列单片机的结构和原理
2.1 STC89C51如何控制流水灯 2.2 STC89C51系列单片机的内部结构 2.3 STC89C51系列单片机的主要组成部分 2.4 单片机的复位电路 2.5 单片机最小系统
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单片机硬件结构和原理
二、 89C51单片机 内部结构图
RAM地 址寄存器 128B RAM
P0.0-P0.7 P0驱动器
P2.0-P2.7
P2驱动器
P0锁存器
P2锁存器
4KB Flash ROM
程序地址 寄存器 B寄存器
暂存器1
暂存器2
ACC
SP
缓冲器
ALU PSEN ALE EA RST 定 时 控 制 指 令 译 码 器 OSC XTAL1 XTAL2 指 令 寄 存 器
0003H~000AH
000BH~0012H
外部中断0
定时器0溢出中断
0013H~001AH
001BH~0022H
外部中断1
定时器1溢出中断
0023H~002AH
002BH
串行口中断
定时器2中断（89C52才有）
0003H～002AH单元：均分为五段，用作五个中断服务程序的 入口。中断矢量地址表如表2-3所示。
ROM中取指令。 当 EA=”0”时：片内ROM不起作用，CPU只能从片外
ROM/EPROM中取指令。可以从 0000H 开始寻址。
片内ROM和片外ROM取指的速度相同。
程序存储器的保留存储单元。如表2-2所示。
保留的存储单元 存储单元 0000H~0002H 保留目的 复位后初始化引导程序地址
第2章
学习目的及要求
89C51单片机硬件结构和原理
熟悉89C51芯片内部结构；
掌握89C51的存储器配置及特点；
熟练掌握21个特殊功能寄存器的功能；
了解并行I/0端口内部结构；
掌握各个引脚的功能，达到会应用的目的； 了解89C51CPU的时序及单片机的工作过程； 熟悉89C51的复位电路及复位功能； 熟练掌握堆栈的概念。
第2章 89C51单片机的结构及原理PPT课件
11
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
14
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）
8
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。
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
14
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）
8
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。
2.1 89C51单片机的内部结构解析
51系列单片机的存储器分为数据存储器和程序存储 器，其地址空间，存取指令和控制信号各有一套。
1. 物理结构
片内程序存储器
程序存储器ROM
89C51存储器
片外程序存储器 片内数据存储器 片外数据存储器
数据存储器ROM
2. 逻辑结构
FFH 特 殊 功 能 寄 存 器 80H 7FH 通用 RAM区 位寻址区 30H 2FH 20H 1FH 0FFFH 工作寄 存器区 0000H 0000H 1000H F0H E0H D0H B8H B0H A8H A0H 98H 90H 88H 80H 特 殊 FFFFH 功 能 寄 存 器 中 位 寻 址 FFFFH 外部 RAM 外部
ROM
(I/O口 地址)
内部 ROM (EA=1)
0FFFH
外部 ROM (EA=0)
00H
0000H
内部数据存储器
外部数据存储器
程序存储器
(1) 片内、外程序存储器统一编址，使用MOVC指令。 (2) 片外数据存储器统一编址，使用MOVX指令。 (3) 片内数据存储器统一编址，使用MOV指令。
系列 Intel 51 子系列 Intel 52 子系列 ATEML 89C系列 (常用型) 片内存储器（字节） MCS-51 系列单片机配置一览表 定时器 并行 片内ROM 有ROM 无 8031 80C31 8032 80C32 有EPROM 片内 计数器 RAM I/O 串行 I/O 中 断 源
PSW
中断系统 串行口 定时/计数器
PC加1
PC
DPTR
P1锁存器
P3锁存器 P3驱动器
P1驱动器
P1.0～P0.7
P3.0～P3.7
三、CPU结构
89C51单片机的硬件结构
第2章 89C51单片机硬件结构和原理
2.2 89C51的引脚及其功能
40只引脚双列直插封装 44只引脚方形封装方式
第2章 89C51单片机硬件结构和原理
89C51的引脚逻辑图
并行I/O口引脚 电 源 及 时 钟 引 脚
控 制 引 脚
X1 X2 EA PSEN ALE RST VCC GND
P0 P1
2.2.2
控制信号引脚（RST/VPD， ALE/ PROG 、PSEN和EA）
（1）RST/VPD（I，9）——多功能引脚，复位/备用电源。 RST 复位信号，高电平有效。 VPD 备用电源输入端。当Vcc发生故障(掉电等 ),降低到低 电平的规定值时，可由该端子为片内RAM提供电源。 复位电路有上电复位、按键兼上电复位两种： 在RST端加入“1”，且维持两个机器周期（24个振荡周期）， 则CPU复位。复位时 PC＝0000H。 ① 上电复位（右图）
片内RAM ① 低128字节RAM 00H～7FH 均可用作一般的RAM单元外,其中某些部分还可以 以其它形式使用。 通用Reg.区 4个，00H～1FH (4×8=32)， 指令 比一般RAM更丰富、简洁、快捷。 位地址区 20H～2FH 以位寻址方式使用时，地址从 00H～7FH。
第2章 89C51单片机硬件结构和原理
XTAL2（I,18）：振荡器反向放大器输出端。
当外接晶体时，接晶体和微调电容的一端。 当采用外部时钟时，此脚悬空。
第2章 89C51单片机硬件结构和原理
VCC 89C51 5.1K
X1
C 30PF
X1
外时钟信号 X2 89c51
6MHZ
C 30PF
X2
振荡电路的频率为晶体固有频率
STC89C51系列单片机的结构和原理
• EA/Vpp（31脚）：外部寻址使能/编程电压。在访问整个外 部程序存储器时，EA必须外部置低。如果EA为高时，将执 行内部程序。当RST释放后EA脚的值被锁存，任何时序的改 变都将无效。该引脚在对FLASH编程时用于输入编程电压 (Vpp)。
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。
13
A的进位标志Cy是特殊的，因为它同时又是位处理机的位累 加器
3．程序状态字寄存器PSW PSW（Program Status Word）位于片内特殊功能寄存器区，
字节地址为D0H。 包含了程序运行状态的信息，其中4位保存当前指令执行后
的状态，供程序查询和判断。格式如图2-3所示。
图2-3 PSW的格式
3. 控制信号或与其它电源复用引脚
控制信号或与其它电源复用引脚有 RST/VPD、 ALE/PROG.、PSEN 和 E A / V PP 等4种形式。
• RST（9脚）：复位端。当晶体在运行时，只要此引脚上出 现2个机器周期高电平即可复位，内部有扩散电阻连接到Vss， 仅需要外接一个电容到Vcc即可实现上电复位。
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
2．外接晶体引脚
XTAL1（19脚）：接外部晶体的一端，振荡反向放大器 的输入端和内部时钟电路输入端。
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。
13
A的进位标志Cy是特殊的，因为它同时又是位处理机的位累 加器
3．程序状态字寄存器PSW PSW（Program Status Word）位于片内特殊功能寄存器区，
字节地址为D0H。 包含了程序运行状态的信息，其中4位保存当前指令执行后
的状态，供程序查询和判断。格式如图2-3所示。
图2-3 PSW的格式
3. 控制信号或与其它电源复用引脚
控制信号或与其它电源复用引脚有 RST/VPD、 ALE/PROG.、PSEN 和 E A / V PP 等4种形式。
• RST（9脚）：复位端。当晶体在运行时，只要此引脚上出 现2个机器周期高电平即可复位，内部有扩散电阻连接到Vss， 仅需要外接一个电容到Vcc即可实现上电复位。
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
2．外接晶体引脚
XTAL1（19脚）：接外部晶体的一端，振荡反向放大器 的输入端和内部时钟电路输入端。
89C51单片机的硬件结构
2.3 89C51的CPU 由运算器和控制器所构成
2.3.1 运算器 1．算术逻辑运算单元ALU 进行算术、逻辑运算，还具有位操作功能
2．累加器A 使用最频繁的寄存器，可写为Acc。
累加器A的作用： （1）是ALU的输入之一，又是运算结果的存放单元。 （2）数据传送大多都通过累加器A。MCS-51增加了一部
分可以不经过累加器的传送指令，即可加快数据的传 送速度，又减少A的“瓶颈堵塞”现象。 A的进位标志Cy同时又是位处理机的位累加器。 3．程序状态字寄存器PSW PSW也称为标志寄存器，存放各有关标志。其结构和 定义如图2-3：
图2-3 程序状态字寄存器PSW
（1）Cy（PSW.7）进位标志位，用于表示Acc.7有否 向更高位进位。
4x8位
1
6
1051(1K)/ 2051(2K)/ 4051(4K)
ATEML
（20条引脚DIP封装）
128
2
15
1
5
89C系列
(常用型)
89C51(4K)/ 89C52(/ 256
2/3
32
1 5/6
2.2 89C51的引脚 40只引脚双列直插封装（DIP）。
89C51的存储器组织结构可以分为三个不同的 存储空间，分别是：
⑴ 64KB程序存储器(ROM),包括片内ROM和片外ROM； ⑵ 64KB外部数据存储器（外RAM）；
⑶ 256B内部数据存储器(内RAM) (包括特殊功能寄存器） 。
89C51存储空间配置图
存储器空间可划分为5类： 1.程序存储器空间
共有21个，是一个具有特殊功能的RAM区。 CPU对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR，
Special Function Register）的集中控制方式。