89C51单片机扩展存储器设计
89c51芯片资料
概述该系列单片机是采用高性能的静态80C51设计由先进CMOS工艺制造并带有非易失性Flash程序存储器全部支持12时钟和6时钟操作P89C51X2和P89C52X2/54X2/58X2分别包含128字节和256字节RAM32条I/O口线3个16位定时/计数器6输入4优先级嵌套中断结构1个串行I/O口可用于多机通信I/O扩展或全双工UART以及片内振荡器和时钟电路此外由于器件采用了静态设计可提供很宽的操作频率范围频率可降至0可实现两个由软件选择的节电模式空闲模式和掉电模式空闲模式冻结CPU但RAM定时器串口和中断系统仍然工作掉电模式保存RAM的内容但是冻结振荡器导致所有其它的片内功能停止工作由于设计是静态的时钟可停止而不会丢失用户数据运行可从时钟停止处恢复选型表特性特性y 80C51核心处理单元4k字节FLASH89C51X28k字节FLASH89C52X216k字节FLASH89C54X232k字节FLASH89C58X2128字节RAM89C51X2256字节RAM89C52X2/54X2/58X2布尔处理器全静态操作y 12时钟操作可选6个时钟通过软件或并行编程器y 存储器寻址范围64K字节ROM和64K字节RAMy 电源控制模式―时钟可停止和恢复―空闲模式―掉电模式y 两个工作频率范围6时钟模式时为0到20MHz12时钟模式时为0到33MHzy LQFP, PLCC或DIP封装y 扩展温度范围y 双数据指针y 3个加密位y 4个中断优先级y 6个中断源y 4个8位I/O口y 全双工增强型UART―帧数据错误检测―自动地址识别y 3个16位定时/计数器T0T1标准80C51和增加的T2捕获和比较y 可编程时钟输出y 异步端口复位y 低EMI (禁止ALE以及6时钟模式)y 掉电模式可通过外部中断唤醒订购信息P89C51X24K字节FLASH类型编号封装温度范围()P89C51X2BA PLCC44 0~+70P89C51X2BN DIP40 0~+70P89C51X2BBD LQFP44 0~+70P89C51X2FA PLCC44 -40~+85 P89C52X28K字节FLASH类型编号封装温度范围()P89C52X2BA PLCC44 0~+70P89C52X2BN DIP40 0~+70P89C52X2BBD LQFP44 0~+70P89C52X2FA PLCC44 -40~+85 P89C52X2FN DIP40 -40~+85 P89C52X2FBD LQFP44 -40~+85 P89C54X216K字节FLASH类型编号封装温度范围()P89C54X2BA PLCC44 0~+70P89C54X2BN DIP40 0~+70P89C54X2BBD LQFP44 0~+70P89C54X2FA PLCC44 -40~+85 P89C58X232K字节FLASH类型编号封装温度范围()P89C58X2BA PLCC44 0~+70P89C58X2BN DIP40 0~+70P89C58X2BBD LQFP44 0~+70P89C58X2FA PLCC44 -40~+85B=07040+85下表所示为操作模式电源电压以及最大外部时钟频率之间的关系操作模式电源电压最大时钟频率6-clock 5V10% 20MHz 12-clock 5V10% 33MHz框图1逻辑符号PLCC和CLCC封装及管脚功能DIP 封装及管脚功能 LQFP 封装及管脚功能管脚描述 管脚号名称 DIP LCC QFP 类型 名称和功能Vss 20 22 16I地 Vcc 40 44 38 I电源提供掉电空闲正常工作电压P0.0-0.739-32 43-36 37-30 I/O P0口 P0口是开漏双向口可以写为1使其状态为悬浮用作高阻输入P0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输出1P1.0-1.7 1-8 1 22-92 340-44 1-3I/O P1口 P1口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(见DC 电气特性)P1口第2功能T2(P1.0) 定时/计数器2的外部计数输入/时钟输出(见可编程输出)T2EX(P1.1)定时/计数器2重装载/捕捉/方向控制P2.0-2.7 21-28 24-31 18-25 I/O P2口 P2口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(见DC 电气特性)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(MOVX @DPTR)此时通过内部强上拉传送1当使用8位寻址方式(MOV@Ri)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P3口P3口被内部上拉为高电平可用作输入口输入脚时口会因为内部上拉而输出电电气特性)串行输入口INT0(P3.2)INT1(P3.3)WR(P3.6)当晶振在运行中期高电平即可复位内部有扩散电阻连接到VssVcc输出脉冲锁存地在正常情况下ALE输出信号恒定为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可以通过置位ALE只能在执行程序存储使能当执行外部程序存储器代码时个机器周期被激活两次在访问外部数据存储器时访问内部程序存储器时外部寻址使能在访问整个外部程序存储器时如果EA将执行内部程序除非程序计数器包含大于片内FLASH的地址该引脚在(Vpp)如果保密位已编程在复位时由内部锁存反相振荡放大器输入和内部时钟发生电路输入反相振荡放大器输出注: 为了避免上电时的”latch-up”效应任意管脚Vpp除外上的电压任何时候都不能高于Vcc+0.5V低于Vss-0.5V表1 P89C51X2/52X2/54X2/58X2 特殊功能寄存器双字节指针高字节*号的#80C51修改而来或新增加的表示保留位1复位值由复位源确定存储器的内容存储单先进的沟道氧化工艺和低内部电场的结合使擦除和编程操作特性y 可编程加密位y 每字节最少10000次擦除/编程周期 y 数据最少可保存10年y 从一般销售商处可获得编程支持振荡器特性XTAL1和XTAL2为输入和输出可分别作为一个反相放大器的输入和输出此管脚可配置为使用内部振荡器要使用外部时钟源驱动器件时XTAL2可以不连接而由XTAL1驱动外部时钟信号无占空比的要求因为时钟通过触发器二分频输入到内部时钟电路但高低电平的最长和最短时间必须符合手册的规定时钟控制寄存器CKCON该器件提供通过一个SFR 位CKCON 的X2位和一个Flash 位保密块中的FX2控制选择6时钟/12时钟模式当X2置0时12时钟模式有效该位置1时系统切换到6时钟模式由于该功能是通过SFR 位实现的因此可以随时访问并修改需要注意的是将X2从0改为1将导致用户代码以两倍的速度执行因为所有的系统时间间隔都变成原来的1/2从6时钟模式变为12时钟模式会将运行代码的速度降低为1/2Flash 时钟控制位FX2可通过并行编程器编程取代X2位实现6时钟模式见表2表2FX2时钟模式位只能通过并行编程器设置X2位CKCON.0CPU 时钟模式擦除 0 12时钟模式默认擦除 1 6时钟模式 编程 X 6时钟模式可编程时钟输出可从P1.0编程输出50%占空比的时钟信号P1.0除了作为常规I/O 口外还有两个可选功能它可编程为1用于定时/计数器2的外部时钟输入2使用16MHz操作频率时12时钟模式下输出50%占空比的61Hz~4MHz时钟信号6时钟模式时为122Hz~8MHz要将定时/计数器2配置为时钟发生器C/T2(T2CON.1)必须清零而T2MOD中的T20E位必须置位要启动定时器2还必须将TR2(T2CON.2)置位时钟输出频率由振荡器频率和定时器2捕获寄存器的重新装入值确定公式如下振荡器频率n65536RCAP2H,RCAP2L此处n = 166时钟模式或3212时钟模式RCAP2H,RCAP2L RCAP2H和RCAP2L的内容作为一个16位无符号整数在时钟输出模式中定时器2的翻转将不会产生中断这和它作为波特率发生器时相似定时器2可同时作为波特率发生器和时钟发生器但需要注意的是波特率和时钟输出频率相同复位在振荡器工作时将RST脚保持至少两个机器周期高电平12时钟模式为24个振荡器周期6时钟模式为12振荡器周期可实现复位为了保证上电复位的可靠RST保持高电平的时间至少为振荡器启动时间通常为几个毫秒再加上两个机器周期复位后振荡器以12时钟模式运行当已通过并行编程器设置为6时钟模式时除外低功耗模式时钟停止模式静态设计使时钟频率可以降至0MHz(停止)当振荡器停振时RAM和SFR的值保持不变该模式允许逐步应用并可将时钟频率降至任意值以实现系统功耗的降低如要实现最低功耗则建议使用掉电模式空闲模式空闲模式见表3中CPU进入睡眠状态但片内的外围电路仍然保持工作状态正常操作模式的最后一条指令执行进入空闲模式空闲模式下CPU内容片内RAM和所有SFR保持原来的值任何被使能的中断此时程序从中断服务程序处恢复并继续执行或硬件复位与上电复位使用相同的方式启动处理器均可终止空闲模式掉电模式为了进一步降低功耗通过软件可实现掉电模式(见表3)该模式中振荡器停振并且在最后一条指令执行进入掉电模式降到2.0V时片内RAM和SFR保持原值在退出掉电模式之前Vcc必须升至规定的最低操作电压硬件复位或外部中断均可结束掉电模式硬件复位使所有的SFR重新设置但不改变片内RAM的值外部中断允许SFR和片内RAM都保持原值WUPD AUXR1.3从掉电唤醒使能或禁止通过外部中断唤醒掉电WUPD0禁止WUPD=1使能要正确退出掉电模式在Vcc恢复到正常操作电压范围之后复位或外部中断开始执行并且要保持足够长的时间 ( 通常小于10ms )以使振荡器重新启动并稳定下来使用外部中断退出掉电模式时INT0和INT1必须使能且配置为电平触发将管脚电平拉低使振荡器重新启动退出掉电模式后将管脚恢复为高电平一旦中断被响应RETI之后所执行的是进入掉电模式指令的后一条指令表3 空闲模式和掉电模式时外部管脚的状态器件在内部复位之前从停止处恢复程序正常运行时间为这段时间内片内硬件禁止对内部RAM但对当Idle模式被复位所中为了消除可能产生的误写操作应用模式指令后的指令不应执行写I/O口或写外部存储器操作进入件将ALE保持低电平模式时口处于悬浮状态持工作状态器件处于该模式时可用仿真器或测试CPU驱动电路执行正常复位时恢复正常操作定时器0和1的操作定时器0和1定时和计数功能由特殊功能寄存器TMOD的控制位C/T进行选择这两个定时/计数器有4种操作模式通过TMOD的M1和M0选择两个定时/计数器的模式01和2都相同模式3不同如下所述模式0将定时器设置成模式0时类似8048定时器即8 位计数器带32分频的预分频器图2所示为模式0工作方式此模式下定时器寄存器配置为13位寄存器当计数从全为1翻转为全为0时定时器中断标志位TFn置位当TRn=1同时GATE=0或INTn=1时定时器计数置位GATE时允许由外部输入INTn 控制定时器这样可实现脉宽测量TRn为TCON寄存器内的控制位图3该13位寄存器包含THn全部8个位及TLn的低5位TLn的高3位不定可将其忽略置位运行标志TRn不能清零此寄存器模式0的操作对于定时器0及定时器1都是相同的两个不同的GATE位TMOD.7和TMOD.3分别分配给定时器0及定时器1模式1模式1除了使用了THn及TLn全部16位外其它与模式0相同模式2此模式下定时器寄存器作为可自动重装的8位计数器TLn如图4所示TLn的溢出不仅置位TFn而且将THn内容重新装入TLn THn内容由软件预置重装时THn内容不变模式2的操作对于定时器0及定时器1是相同的模式3在模式3中定时器1停止计数效果与将TR1设置为0相同此模式下定时器0的TL0及TH0作为两个独立的8位计数器图5为模式3时的定时器0逻辑TL0C/T GATETR0TH0TF1此时TH0控制定时器中断可用于需要一个额外的位定时器的场合定时器时80C513个定时计数器当定时器时定时器可通过开关进入它仍可用作串行端口的波特或者应用于任何不要求中断的场合复位值2 1 0 置位时只有在计数器清零时计数器用作定时器或计数器清零则用作定时器从内部系统时钟输入置位用作计数器从脚输入定时器模式选择定时器模式无预分频器当溢出时将计数器控制位控制1控制位控制图1 定时/计数器0/1模式控制寄存器TMOD图2 定时/计数器0/1的模式013位定时/计数器InterruptTCON 地址88H 7 6 5 4 3 2 1 0 可位寻址 复位值00HTF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0位符号功能TCON.7 TF1定时器1溢出标志定时/计数器溢出时由硬件置位中断处理时由硬件清除或用软件清除TCON.6 TR1定时器1运行控制位由软件置位/清零将定时/计数器打开/关闭TCON.5 TF0定时器0溢出标志定时/计数器溢出时由硬件置位中断处理时由硬件清除或用软件清除 TCON.4 TR0定时器0运行控制位由软件置位/清零将定时/计数器打开/关闭 TCON.3 IE1 中断1边沿触发标志当检测到外部中断1边沿时由硬件置位中断处理时清零TCON.2 IT1 中断1触发类型控制位由软件置位/清零以选择外部中断以下降沿/低电平方式触发TCON.1 IE0 中断0边沿触发标志当检测到外部中断0边沿时由硬件置位中断处理时清零TCON.0 IT0 中断0触发类型控制位由软件置位/清零以选择外部中断以下降沿/低电平方式触发图3 定时器/计数器控制寄存器TCON图4 定时/计数器0/1的模式28位自动重装Interrupt通过设置特殊功能寄存器位可将其作为定时见图6定时器有三种操作模式捕获递增或递减计数和波特率发生这三种模式由T2CON 中的位进行选择见表3捕获模式 通过EXEN2设置两个选项如果定时器16位由T2CON TF2溢出标志位该位可用于产生IE 中断使能位如果EXEN21与以上描述相同即外部输入时将定时器2TL2和的当前值各自捕获到RCAP2L EXF22溢出中断地址相同定时器中断服务程序通过查询来确定引起中断的事件捕获模式如图在该模式中TL2计数器仍以的负跳变或振荡频率的1/12或6时钟模式递增递减计数器位自动重装模式中2可通过C/T2配置为定时器计数的方向是由DCEN 递减计数使能位确定的DCEN 位于T2MOD 寄存器见图8中当DCEN 0时定时器2默认为向上计数当DCEN 1时定时器2可通过T2EX 确定递增或递减计数图9显示了当DCEN 0时定时器2自动递增计数在该模式中通过设置EXEN2位进行选择如果EXEN2定时器2递增计数到0FFFFH 并在溢出后将TF2置位然后将RCAP2L 和RCAP2H 中的16位值作为重新装载值装入定时器2RCAP2L 和RCAP2H 的值是通过软件预设的如果EXEN2116位重新装载可通过溢出或T2EX 从10的负跳变实现此负跳变同时将EXF2置位如果定时器2中断被使能则当TF2或EXF2置1时产生中断在图10中DCEN 1时定时器2可递增或递减计数此模式允许T2EX 控制计数的方向当T2EX 置1时定时器2递增计数计数到0FFFFH 后溢出并置位TF2还将产生中断如果中断被使能定时InterruptInterrupt器2的溢出将使RCAP2L 和RCAP2H 中的16位值作为重新装载值放入TL2和TH2当T2EX 置零时将使定时器2递减计数当TL2和TH2计数到等于RCAP2L 和RCAP2H 时定时器产生溢出定时器2溢出置位TF2并将0FFFFH 重新装入TL2和TH2当定时器2递增/递减产生溢出时外部标志位EXF2翻转如果需要可将EXF2位作为第17位在此模式中EXF2标志不会产生中断表4 定时器2工作方式图6 定时器/计数器2T2CON 控制寄存器溢出标志定时器溢出时置位必须由软件清除当TCLK 1时TF2将不会置位外部标志当EXEN21且的负跳变产生捕获或重装时置位定时器2中断使能时EXF21从中断向量处执行中断子程序EXF2位必须用软件清零在递增式DCEN 1中EXF2不会引起中断接收时钟标志RCLK 置位时定时器的溢出脉冲作为串行口模式模式的接收时钟RCLK 0时将定时器的溢出脉冲作为接收时钟发送时钟标志TCLK 置位时定时器和的发送时钟TCLK 0时将定时器的溢出脉冲作为发送时钟外部使能标志当其置位且定时器未作为串行口时钟时允的负跳变产生捕获或重装EXEN20时T2EX 的跳变对定时无效启动停止控制位置时启动定时器计数器选择定时器20内部定时器OSC/12或OSC/61外部事件计数器下降沿触发重装标志置位EXEN21T2EX 的负跳变产生捕获清零EXEN21时定时器2溢出或的负跳变都可使定时器自动重装RCLK 1TCLK 1时该位无效且定时器强制为溢出时自动重装图7 定时器2捕获模式保留将来之用2输出使能位定时器这些位在将来8051这种情况下以后用到复位时或非有效状态时而这些位为有效状态时它的值为1从保留位读到的值是不确定的图8 定时器2模式T2MOD 控制寄存器图9 定时器2自动重装模式DCEN=0EXEN 2T imer 2InterruptEXEN 2T IME R2图10 定时器2自动重装模式DCEN=1图11 定时器2波特率发生器模式波特率发生器模式寄存器T2CON 的位TCLK 和或RCLK 见表3允许从定时器1或定时器2获得串行口发送和接收的波特率当TCLK=0时定时器1作为串行口发送波特率发生器当TCLK=1时定时器2作为串行口发送波特率发生器RCLK 对串行口接收波特率有同样的作用通过这两位串行口能得到不同的接收和发送波特率 一个通过定时器1产生另一个通过定时器2产生图11所示为定时器2工作在波特率发生器模式与自动重装模式相似当TH2溢出时波特率发生器模式使定时器2寄存器重新装载来自寄存器RCAP2H 和RCAP2L 的16位的值寄存器RCAP2H 和RCAP2LR 的值由软件预置当工作于模式1和模式3时波特率由下面给出的定时器2溢出率所决定定时器2溢出速率16定时器可配置成定时或计数方式在许多应用上定时器被设置在定时方式C/T2*=0当定时器2作为定时器时它的操作不同于波特率发生器通常定时器2作为定时器它会在每个机器周期递增1/6或1/12振荡频率当定时器2作为波特率发生器时它会在每个状态周期递增例如1/2振荡频率这样波特率公式如下模式1和模式3的波特率=(UP C OUNTING R E LOADV ALUE)T2EX PINEXEN 2RXClock TXClockT imer 1OverflowNote availability of additional external interrupt.[65536n = 166或12时钟模式RCAP2H,RCAP2L)=RCAP2H 的内容为11所示定时器作为波特率发生器仅当寄存器RCLK 和或TCLK=1定作为波特率发生器才有效溢出并不置位TF2也不产生中断这样当定时器中断不必被禁止外部使能标志被置位在中1的转换会置位EXF2T2外部标志位但并不导致TH2重装载RCAP2H RCAP2L因当定时器用作波特率发生器时如果需要可用作附加的外部中断当计时器工作在波特率发生器模式下,则不要对TH2和进行读写每隔一个状态时间或定时器在此情况下对进行读写是不准确的可对RCAP2但不要进行写否则将导致自动重装错误当对定时器进行访问时应关闭定清零表列出了常用的波特率和如何用定时器得到这些波特率表由定时器外部时钟信号由波特率为2溢出率则波特率为[n[65536(RCAP2H,RCAP2L)]]此处 n = 166时钟模式或3212时钟模式f OSC = 振荡器频率 自动重装值可由下式得到RCAP2H,RCAP2L=65536-[fosc/(n波特率)]定时器/计数器2的设置除了波特率发生器模式T2CON 不包括TR2位的设置TR2位需单独设置来启动定时器表6表7给出了T2作为定时器和计数器的设置表6 T2作为定时器T2CON模式内部控制注1外部控制注216位重装00H 08H16位捕获01H 09H波特率发生器接收和发送相同波特率34H 36H只接收24H 26H只发送14H 16H 表7 T2作为计数器TMOD模式内部控制注1外部控制注216位02H 0AH自动重装03H 0BH注1.仅当定时器溢出时进行捕获和重装2.当定时/计数器溢出并且T2EX(P1.1)发生电平负跳变时产生捕获和重装定时器2用于波特率发生器模式除外全双工增强型UART标准UART操作串口为全双工结构表示可以同时发送和接收它还具有接收缓冲在第一个字节从寄存器读出之前可以开始接收第二个字节但是如果第二个字节接收完毕时第一个字节仍未读出其中一个字节将会丢失串口的发送和接收寄存器都是通过SFR SBUF进行访问的写入SBUF的数据装入发送寄存器对SBUF 的读操作是对物理上分开的接收寄存器进行访问串口有4种操作模式模式0串行数据通过RxD进出TxD输出时钟每次发送或接收以LSB最低位作首位每次8位波特率固定为MCU时钟频率的1/12模式1TxD脚发送RxD脚接收每次数据为10位一个起始位08个数据位LSB在前及一个停止位1当接收数据时停止位存于SCON的RB8内波特率可变由定时器1溢出速率决定模式2TxD脚发送RxD脚接收每次数据为11位一个起始位08个数据位LSB在前一个可编程第9位数据及一个停止位1发送时第9个数据位SCON内TB8位可置为0或1例如将奇偶位PSW内P位移至TB8接收时第9位数据存入SCON的RB8位停止位忽略波特率可编程为MCU时钟频率的1/32或1/64由PCON内SMOD1位决定模式3TxD脚发送RxD脚接收每次数据为11位一个起始位08个数据位LSB为首位一可编程的第9位数据及一个停止位1事实上模式3除了波特率外均与模式2相同其波特率可变并由定时器1溢出率决定在上述4种模式中发送过程是以任意一条以写SBUF作为目标寄存器的指令开始的模式0时接收通过设置R1=0及REN=1初始化其它模式下如若REN=1则通过起始位初始化多机通信UART模式2及模式3有一个专门的应用领域即多机通信在这些模式时接收为9位数据第9位存入RB8接下来为停止位UART可编程为接收到停止位时仅当RB8=1时串口中断才有效可通过置位SCON内SM2位来选择这一特性下述为多机系统利用这一特性的一种方法当主机需要发送一数据块给数台从机之一时首先发送出一个地址字节对目标从机进行识别地址与数据字节通过第9位数据区别其中地址字节的第9位为1而数据字节为0SM2=1时数据字节不会使各从机产生中断而地址字节则令所有从机中断这样各从机可以检查接收到的数据判断是否被寻址被寻址的从机即可清除SM2位以准备接收随后数据内容未被寻址的从机的SM2位仍为1则不理睬随后数据继续各自工作模式0时SM2无效模式1时SM2用于检验停止位是否有效在模式1时如果SM2=1那么只有接收到有效的结束位才可产生接收中断串行端口控制寄存器SCON串行端口控制及状态寄存器即SCON如图12所示其中包括模式选择位以及发送和接收的第9位数据TB8及RB8以及串行端口中断位TI及RISCON 地址98H7 6 5 4 3 2 1 0可位寻址复位值 00H SM0/FE SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 位符号功能SCON.7 FE 帧错误位当检测到一个无效停止位时通过UART接收器设置该位但它必须由软件清零要使该位有效PCON寄存器中的SMOD0位必须置1SCON.7 SM0 和SM1定义串口操作模式要使该位有效PCON寄存器中的SMOD0必须置0SCON.6 SM1 和SM0定义串行口操作模式见下表SM0 SM1 UART模式波特率0 0 0同步移位寄存器fosc/12或fosc/6取决于时钟模式0 1 18位UART 可变1 0 29位UART fosc /64或fosc /321 1 39位UART 可变SCON.5 SM2 在模式2和3中多处理机通信使能位在模式2或3中若SM2=1且接收到的第9位数据RB8是0则RI接收中断标志不会被激活在模式1中若SM2=1且没有接收到有效的停止位则RI不会被激活在模式0中SM2必须是0SCON.4 REN 允许接收位由软件置位或清除REN=1时允许接收REN=0时禁止接收SCON.3 TB8 模式2和3中发送的第9位数据可以按需要由软件置位或清除SCON.2 RB8 模式2和3中已接收的第9位数据在模式1中或sm2=0RB8是已接收的停止位在模式0中RB8未用SCON.1 TI 发送中断标志模式0中在发送完第8位数据时由硬件置位其它模式中在发送停止位之初由硬件置位在任何模式中都必须由软件来清除TISCON. 0 RI 接收中断标志模式0中接收第8位结束时由硬件置位其它模式中在接收停止位的中间时刻由硬件置位在任何模式(SM2所述情况除外)必须由软件清除RI图12 串行控制寄存器SCON波特率操作模式0的波特率是固定的为fosc/12模式2的波特率是MCU 时钟/64或MCU 时钟/32取决于PCON 寄存器中的SMOD1位的值若SMOD1=0复位值波特率为MCU 时钟/64若SMOD1=1波特率为MCU时钟/32在80C51中模式1和模式3的波特率由定时器1的溢出速率决定使用定时器1作波特率发生器 当定时器1用作波特率发生器模式1和3中波特率由定时器1的溢出速率和SMOD1的值决定在此应用中定时器1不能用作中断定时器1可以工作在定时或计数方式和3种工作模式中任何一个在最典型应用中它用作定时器方式工作自动重装载模式TMOD 的高半字节为0010B 它的波特率值由下式给出可以定时器1的中断实现非常低的波特率将定时器配置为16位定时器TMOD 的高半字节为0001B并使用中断进行16位软件重装图13列出了几个常用的波特率以及如何从定时器1获得OS CSMOD图13 由定时器1产生的通用波特率UART 模式0串行数据由RxD 端出入TxD 输出同步移位时钟发送或接收的是8位数据低位在先其波特率固定为MCU 时钟的1/12图14是串行口模式0的功能方框简图及相关的时序图执行任何一条把SBUF 作为目的寄存器的指令时就开始发送S6P2时刻的写SBUF 信号将1装入发送移位寄存器的第9位并通知发送控制部分开始发送写SBUF 信号有效后一个完整的机器周期后SEND 端有效SEND 使能RxD P3.0端送出数据TxD P3.1输出移位时钟每个机器周期的S3S4及S5状态内移位时钟为低电平而S6S1及S2状态内为高在SEND 有效时每一机器周期的S6P2时刻发送移位寄存器的内容右移一位数据位向右移时左边添加零当数据字节最高位MSB 移到移位寄存器的输出端时其左边是装入1的第9位再左的内容均为0, 此时通知Tx 控制模块进行最后一位移位处理后禁止SEND 并置位T1, 所有这些步骤均在写入SBUF 后第10个机器周期的S1P1时进行的接收初始化条件是REN=1及R1=0下一机器周期的S6P2时RX 控制单元向接收移位寄存器写入1111 1110并在下一个时钟使RECEIVE 端有效RECEIVE 使能移位时钟转换P3.1功能移位时钟在每个机器周期的S3P1及S6P1跳变在RECEIVE 有效时每一机器周期的S6P2时刻接收移位寄存器内容向左移一位从右移位进来的值是该机器周期S5P2。
89C51存储器配置
第二章 单片机的结构和原理
2.3 89C51存储器配置
2.3.1 89C51存储器分类 2.3.2 程序存储器地址空间 2.3.3 数据存储器地址空间
2
2.3.1 89C51存储器分类
程序存储器51 存储器
片外程序存储器 片内数据存储器
数据存储器 RAM
片外数据存储器
3
2.3.2 程序存储器地址空间
1. 通过16位程序计数器PC寻址，最大寻址空间64K 2. 没有指令可以从程序存储空间转移到数据存储空间 3. 片内ROM 4K 0000H~0FFFH
片外ROM 64K 0000H~FFFFH 4. ������������高，访问片内ROM，������������低，访问片外ROM 5. 8031没有片内ROM，������������接地 6. 89C51 片内､片外ROM存取速度相等 7. ROM特殊存储空间（保留的存储单元） 8. 访问ROM 的指令 ，MOVC
P1
P0
EA VCC
ALE
P2 RD P3 WR
锁存器 I/O 页面地址
RAM 数据
6116 地址
WE OE
89C51 外扩片外RAM接法 图2.12 89C51外扩片外RAM接法
Flash ROM队列 FFFF
片外
15
RAM队列
FFFF
片外 RAM
& I/O口
EA=0 片外
0FFF 0000
EA=1 片内
定
志位 进位）
寄存器组选择
溢出 （补码 运算溢 出）
保留
奇\ 位意义 偶校 验位
12
RS1
RS2
寄存器组
0
0
第8章 89C51单片机扩展存储器的设计
8.2 8.2
地址空间分配和外部地址锁存器
8.2.1 8.2.1 存储器地址空间分配 89C51发出的地址是用来选择某个存储器单元 发出的地址是用来选择某个存储器单元， 89C51发出的地址是用来选择某个存储器单元，要完成 这种功能，必须进行两种选择： 这种功能，必须进行两种选择： • “片选”； 片选” • “单元选择”。 单元选择” 常用的存储器地址分配的方法有两种： 1. 常用的存储器地址分配的方法有两种： • 线性选择法（简称线选法）； 线性选择法（简称线选法） • 地址译码法（简称译码法）：部分译码和全译码。 地址译码法（简称译码法） 部分译码和全译码。
8.1.2 8.1.2 构造系统总线 系统扩展的首要问题是构造系统总线； 系统扩展的首要问题是构造系统总线； 构造系统总线 然后再往系统总线上“ 然后再往系统总线上“挂”存储器芯片或I/O接 存储器芯片或I/O接 I/O 口芯片（ 口芯片（“挂”存储器芯片就是存储器扩展， 存储器芯片就是存储器扩展， “挂”I/O接口芯片就是I/O扩展）； I/O接口芯片就是I/O扩展）； 接口芯片就是I/O扩展 89C51扩展的三总线如8 所示。 89C51扩展的三总线如8-2所示。 扩展的三总线如
1.常用的EPROM芯片 1.常用的EPROM芯片 常用的EPROM 引脚功能如下： 引脚功能如下： A0～A15： A0～A15：地址线引脚 D7～D0： D7～D0：数据线引脚 CE*：片选输入端 OE* ：输出允许控制端 编程时， PGM*：编程时，加编程脉冲的输入端 Vpp：编程时，编程电压（+12V +25V Vpp：编程时，编程电压（+12V或+25V）输入端 Vcc：+5V，芯片的工作 工作电压 Vcc：+5V，芯片的工作电压 GND： GND：数字地 NC： NC：无用端
第2章89C51单片机硬件结构与原理
串行通信
一、组成
一个8位 的微处理器CPU。
返回
片内数据存储器(RAM128B/256B）:
用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结 果、最终结果以及欲显示的数据等。
返回
片内程序存储器Flash ROM （4KB/8KB）:
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。
返回
（3）振荡器和定时电路
• 89C51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左右），其频率范围为 1.2MHz~12MHz。该信号作为 89C51工作的基本节拍即时间的最小 单位。
返回
（二）、存储器
1、程序存储器（ROM） 2、数据存储器（RAM）
返回
1、程序存储器（ROM）
地址从0000H开始。 用于存放程序和表格常数。
返回
2、数据存储器（RAM）
地址为00H～7FH。 用于存放运算的中间结果、数据暂存以
及数据缓冲等。 片内还有21个特殊功能寄存器（SFR），
它们同128字节RAM统一编址，地址为 80H～FFH。
返回
（三）、I/O接口
89C51有四个8位并行I/O接口P0～ P3。
区.
2 sdcw@
教学内容
§2.1 §2.2 §2.3 §2.4 §2.5
§2.6 §2.7
89C51单片机的结构 89C51单片机引脚及其功能 89C51存储器配置 CPU时序 复位及复位电路
89C51单片机的低功耗工作方式 输出/输入端口结构
返回
§2.1 89C51单片机的结构 §2.1.1 89C51组成结构与性能
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。
2.1 89C51单片机的内部结构
4. 数据存储器 (1) 功能： 用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲、 标志位等。
(2) 编址：
FFH 52子系列才有 FFH
SFR分布在 80H-FFH
其中11个可 位寻址
的RAM区
80H 7FH 80H
普通RAM区
89C51 128字节
30H 2FH 20H 1FH 00H
位寻址区 工作寄存器区
片内RAM前32个单元是工作寄存器区(00H—1FH)
FFH 52子系列才有 的RAM区 1FH 18H 17H 10H 0FH 08H 07H 06H 05H 04H 03H 02H 01H 00H
工作寄存器区3
工作寄存器区2
工作寄存器区1
R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0
80H 7FH
2
15
1
5
2/3
32
1
5/6
3. 程序存储器 (1) 功能： 用于存放编好的程序和表格常数。 (2) 编址：
0FFFFH
外部 ROM
1000H 0FFFH 内部 ROM 0000H (EA=1) 外部 ROM (EA=0) 0000H 0FFFH
片内ROM和片外ROM取指的速度相同
0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H 002BH
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 F移位功能；位操作。
《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
89C51单片机的硬件结构和原理
存放运算的中间结果、 数据暂存，堆栈
3.I/O接口
4个8位的并行口P0 P1P2 P3
§2-2 89C51单片机引脚及其功能
1.电源引脚 Vcc +5V
Vss 接地
2.时钟电路引脚 XTAL1（19PIN）和XTAL2（18PIN）
片内振荡器接法：XTAL1
XTAL2
1.2MHz-12MHz
外接时钟源接法：XTAL2浮空，XTAL1输入外部时钟脉冲
（2）外接时钟源 （较少采用）
2.指令周期、机器周期与状态周期 指令周期：执行一条指令所需的时间 机器周期：执行一个基本操作所需的时间 状态周期：一个状态周期由2个振荡周期组成 振荡周期：晶振的振荡周期，最小的时序单位
关系：一个指令周期由若干个机器周期组成, (1～4个） 一个机器周期由6个状态周期（ 12个振荡周期）组成
假如外接晶振12MHZ:则振荡周期=1/fosc=1/12=0.083us 机器周期=12/fosc=12/12=1us 指令周期=(1~4)机器周期
3.各种周期的相互关系
§2-5 复位操作
1. 复位操作： 系统处于正常工作状态时，振荡器稳定后，RST引脚上有一 个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期），CPU复位
D5 D4 D3
D2
D1 D0
位符号
SMOD
—
— — GF1 GF0 PD IDL
7）并行I/O端口P0～P3 8）串行数据缓冲器SBUF
9）定时器/计数器的专用寄存器T0和T1
§2-4 时钟电路及89C51CPU时序
系统时钟的作用： 微处理器、微控制器内部电路的工作基础。 晶振频率越高，系统时钟频率越高，单片机运
MCS51单片机和8051、8031、89C51等的关系
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（1） 线选法 直接利用系统的高位地址线作为存储器芯片（或I/O接口
芯片）的片选信号。
89C51单片机扩展存储器设计
例 某一系统，需要外扩8KB的EPROM（2片2732，4K*8 位），4KB的RAM（2片6116，2K*8位），
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 0 1 1 1 2732(1) 1 0 1 1 2732(2) 1 1 0 1 6116(2) 1 1 1 0 6116(1)
两片程序存储器的地址范围： 2732（1）的地址范围：7000H～7FFFH; 2732（2）的地址范围: B000H～BFFFH; 6116（1）的地址范围：E800H～EFFFH; 6116（2）的地址范围：D800H～
1
28 Vcc Vcc Vcc Vcc
2
27 PGM PGM A14 A14
3
26 NC A13 A13 A13
4 5
2764
25 24
A8 A9
A8
A8
A9
A9
A8 A9
6 27128 23 A11 A11 A11 A11
7 8
27256
22 21
OE A10
OE A10
OE OE/Vpp A10 A10
89C51单片机扩展存储器设计
FFFFH
(64K)
0FFFH 内部
外部
0000H
(4K)
EA=1
0000H
EA=0
0FFFH
(4K)
0000H
程序存储器
89C51单片机扩展存储器设计
89C51单片机扩展存储器设计
二、程序存储器ROM的扩展
1、ROM介绍
（1）掩膜ROM 在制造过程中编程。成本较高，因此只适合于大批量生产。 （2）可编程ROM（PROM） 用独立的编程器写入。但PROM只能写入一次，且不能再修改。 （3）EPROM 电信号编程，紫外线擦除的只读存储器芯片。 （4）E2PROM（ EEPROM） 电信号编程，电信号擦除的ROM芯片。读写操作与RAM几乎没有什么差 别，只是写入的速度慢一些。但断电后能够保存信息。 （5）Flash ROM 又称闪烁存储器，简称闪存。读写速度很快、成本低，大有取代E2PROM 的趋势
89C51单片机扩展存储器设计
可用来扩展的存储器芯片：
EPROM：2716（2K*8），2732，2764，27256等
EEPROM：2816 （2K*8） ，2864，28128等
27512 27256 27128 2764
2764 27128 27256 27512
A15 Vpp Vpp Vpp A12 A12 A12 A12 A7 A7 A7 A7 A6 A6 A6 A6 A4 A4 A4 A4 A4 A4 A4 A4 A3 A3 A3 A3 A2 A2 A2 A2 A1 A1 A1 A1 A0 A0 A0 A0 Q0 Q0 Q0 Q0 Q1 Q1 Q1 Q1 Q2 Q2 Q2 Q2 GND GND GND GND
串行扩展法 利用UART双总线、SPI三线总线和I2C双总线 进行系统扩展
89C51单片机扩展存储器设计
一、系统扩展结构
89C51单片机扩展存储器设计
1．数据总线DB (Data Bus)
数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机与I/O端口之 间传送数据。数据总线是双向的，可以进行两个方向的数据传 送。
读出 未选中 编程
低电平 高电平 正脉冲
程序校验 低电平
编程禁止 低电平
低电平 任意 高电平
低电平
高电平
+5V
+5V
+25V（或 12V）
+25V（或 12V）
+25V（或 12V）
程序读出 高阻
程序写入
程序读出
高阻
89C51单片机扩展存储器设计
2、存储器地址空间分配
➢ 一个存储器单元对应一个地址 ➢ 在外扩的多片存储器芯片中，AT89C51要完成这种功能，
89C51单片机扩展存储器设计
3．控制总线CB (Control Bus)
控制总线实质上是一组控制信号线，用于协调单片机与外 围芯片间的联系。在对89C51进行系统扩展时用到的控制信 号有：
地址锁存允许信号 、A L E 外部程序存储器读选通信号 P、SEN 外部存储器访问允许信号 、EA
外部数据存储器读／写选通信号 、RD 等。WR
89C51单片机的16位地址线分为两部分： l 高8位地址线：由P2口提供； l 低8位地址线：由P0口提供。 由于P0口是低8位地址和8位数据的复用线，因此必须外接 锁存器，用于将先发送出去的低8位地址锁存起来，然后才能 传送数据。 需要注意：P0、P2口在系统扩展中用作地址线后就不能作 为一般I/O口使用。
9 27512 20 CE
CE
CE
CE
10
19 Q7
Q7
Q7
Q7
11
18 Q6
Q6
Q6
Q6
12
17 Q5
Q5
Q5
Q5
13
16 Q4
Q4
Q4
Q4
14
15 Q3
Q3
Q3
Q3
89C51单片机扩展存储器设计
EPROM的五种工作方式
引
CE/PGM OE
VPP
方 脚 （片选信 （输出允
式
号) 许控制）
D7～D0
第8章 单片机系统的扩展
89C51单片机扩展存储器设计
问题的提出
89C51单片机扩展存储器设计
在单片机应用 系统的设计中,
往往出现RAM, ROM或者I/O口
不够的情况，
怎么办？
1、系统扩展的内容
ROM的扩展 RAM的扩展 综合扩展
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2、系统扩展的基本方法
并行扩展法 利用单片机的三组总线进行系统的扩展。
89C51单片机数据总线为8位，由P0口提供。在数据总线 上可以连接多个外围芯片，但在某一时刻只能有一个有效的数 据传送通道。
89C51单片机扩展存储器设计
2．地址总线AB（Address Bus）
地址总线用于传送单片机送出的地址信号，以便进行存储单元 和I/O端口的选择。地址总线的位数决定着可访问的存储器或I/O 口的容量。89C51单片机有16条地址线。所以能寻址64KB空间。
必须进行两种选择： 一是必须选中该存储器芯片（或I/O接口芯片），这称为“片
选”，了片选的需要，每个存储器芯片都有片选信号引 脚 二是在“片选”的基础上再选择该芯片的某一单元，称为“单元选 择”。 ➢ 常用的存储器地址分配的方法有两种：线性选择法（简称 线选法）和地址译码法（简称译码法）。