第2章89C51单片机引脚及其功能分解课件.ppt
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- 89 C51 单片机 引脚 及其 功能 分解 课件
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1、第二章 89C51单片机硬件结构和原理第2章89C51单片机硬件结构和原理42.189C51单片机芯片内部结构及特点单片机芯片内部结构及特点42.289C51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能42.389C51单片机存储器配置单片机存储器配置42.4时钟电路及时钟电路及89C51CPU时序时序42.5复位操作复位操作42.6 89C51单片机的低功耗工作方式单片机的低功耗工作方式42.7输出输出/输入端口结构输入端口结构2.12.1 89C51单片机芯片内部结构及特点单片机芯片内部结构及特点:2.1.1 89C512.1.1 89C51单片机的基本组成单片机的基本组成:2.1.2 89C51
2、2.1.2 89C51单片机芯片内部结构单片机芯片内部结构2.1.1 2.1.1 89C5189C51单片机的基本组成单片机的基本组成89C51CPU振荡器和时序振荡器和时序OSC64KB 总线总线扩展控制器扩展控制器数据存储器数据存储器256B RAM/SFR216位位定时器定时器/计数器计数器可编程可编程I/O程序存储器程序存储器4KB FLASH ROM可编程全双工可编程全双工串行口串行口外中断外中断内中断内中断控制控制并行口并行口串行通信串行通信外部时钟源外部时钟源外部事件计数外部事件计数2.1.1 2.1.1 89C5189C51单片机的基本组成单片机的基本组成n另外89C51是用静
3、态逻辑来设计的,其工作频率可下降到0 Hz,并提供两种可用软件来选择的省电方式 1.在空闲方式中,CPU停止工作,而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。此时的电流可降到大约为正常工作方式的15%。2.在掉电方式中,片内振荡器停止工作,由于时钟被“冻结”,使一切功能都暂停,故只保存片内RAM中的内容,直到下一次硬件复位为止。这种方式下的电流可降到15 A以下,最小可降到0.6A。2.1.1 2.1.1 89C5189C51单片机的基本组成单片机的基本组成n89C51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。n89C51/LV
4、51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;n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。2.1.2 89C51单片机芯片内部结构单片机芯片内部结构一、结构图一、结构图二、结构组成二、结构组成一、结构图一、结构图n由由 中央处理单元(中央处理单元(CPU)、)、存储器存储器(ROM及及RAM)和和I/O接口接口组成。组成。n89C51单片机内部结构如单片机
5、内部结构如 图图2-2所示所示。P0驱动器驱动器P2驱动器驱动器P0锁存器锁存器P2锁存器锁存器RAM地址地址寄存器寄存器128BRAM4KBROMB寄存器寄存器暂存器暂存器1暂存器暂存器2ACCSP程序地址程序地址寄存器寄存器 缓冲器缓冲器PC增增1PCDPTR中断、串行口和定时器中断、串行口和定时器PSWP1锁存器锁存器P1驱动器驱动器P3锁存器锁存器P3驱动器驱动器定定时时控控制制指指令令寄寄存存器器指指令令译译码码器器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1 XTAL2PSENALEEARESET返回返回运算器运算器控制器控制器存储
6、器存储器I/O接口接口二、结构组成二、结构组成(一)、中央处理单元(一)、中央处理单元(CPU)(二)、存储器(二)、存储器(三)、(三)、I/O接口接口返回返回1、中央处理单元(、中央处理单元(89C51CPU)n1)运算器)运算器返回返回2)控制器)控制器1)运算器)运算器(1)8位的位的ALU:可对可对4位、位、8位、位、16位数据进行操作。位数据进行操作。(2)8位累加器位累加器ACC(A):它经常作为一个运算数经它经常作为一个运算数经暂存器暂存器2进入进入ALU的输入端,与另一个来自暂存器的输入端,与另一个来自暂存器1的运的运算数进行运算,运算结果又送回算数进行运算,运算结果又送回A
7、CC。(3)8位程序状态寄存器位程序状态寄存器PSW:指示指令执行后的状态指示指令执行后的状态信息供程序查询和判别用。信息供程序查询和判别用。(4)8位寄存器位寄存器B:在乘除运算时,用来存放一个操作数在乘除运算时,用来存放一个操作数也用来存放运算后的一部分结果;如不能做乘除运算时也用来存放运算后的一部分结果;如不能做乘除运算时,作为通用寄存器,作为通用寄存器(5)布尔处理器:布尔处理器:专门用于处理位操作的,以专门用于处理位操作的,以PSW中的中的C为其累加器。为其累加器。(6)2个个8位暂存器:位暂存器:ALU的两个入口处的两个入口处2)控制器)控制器(1)程序计数器)程序计数器PC(16
8、位)位)(2)指令寄存器)指令寄存器IR及指令译码器及指令译码器ID(3)振荡器和定时电路)振荡器和定时电路返回返回(1)程序计数器)程序计数器PC(16位)位)n由两个由两个8 8位计数器位计数器PCHPCH、PCLPCL组成。组成。nPCPC是程序的字节地址计数器,是程序的字节地址计数器,PCPC内容内容为将要执行的指令地址。为将要执行的指令地址。n改变改变PCPC内容,改变执行的流向内容,改变执行的流向。nPCPC可对可对64KB64KB的的ROMROM直接寻址,也可对直接寻址,也可对89C5189C51片内片内RAMRAM寻址寻址。返回返回(2)指令寄存器)指令寄存器IR及指令译码器及
9、指令译码器IDn由由PCPC中的内容指定中的内容指定ROMROM地址地址n取出来的指令经取出来的指令经IRIR送至送至IDIDn由由IDID对指令译码产生一定序列的控制对指令译码产生一定序列的控制信号,以执行指令所规定的操作。信号,以执行指令所规定的操作。返回返回(3)振荡器和定时电路)振荡器和定时电路n89C5189C51单片机片内有振荡电路,只需外接石英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(晶体和频率微调电容(2 2个个30pF30pF左右),其频左右),其频率范围为率范围为1.2MHz1.2MHz12MHz12MHz。该信号作为该信号作为89C5189C51工工作的基本节
10、拍即时间的最小单位。作的基本节拍即时间的最小单位。返回返回2、存储器、存储器1)程序存储器()程序存储器(ROM)2)数据存储器()数据存储器(RAM)返回返回1)程序存储器()程序存储器(ROM)289C5189C51片内为片内为4KB Flash ROM4KB Flash ROM。2地址从地址从0000H0000H开始。开始。2用于存放程序和表格常数。用于存放程序和表格常数。返回返回2)数据存储器()数据存储器(RAM)289C51RAM89C51RAM均为均为128B128B,地址为地址为00H00H7FH7FH。2用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓用于存放运算的中间结果、数据暂
11、存以及数据缓冲等。冲等。2这这128B128B的的RAMRAM中有中有3232个字节单元可指定为工作寄个字节单元可指定为工作寄存器。存器。2片内还有片内还有2121个特殊功能寄存器(个特殊功能寄存器(SFRSFR),),它们同它们同128128字节字节RAMRAM统一编址,地址为统一编址,地址为80H80HFFHFFH。后面详后面详细介绍。细介绍。返回返回3、I/O接口接口289C5189C51有四个有四个8 8位并行位并行I/OI/O接口接口P0P0P3P3。2它们都是双向端口,每个端口各有它们都是双向端口,每个端口各有8 8条条I/OI/O线。线。2P0-P3P0-P3口四个锁存器同口四个
12、锁存器同RAMRAM统一编址,统一编址,可作为可作为SFRSFR来寻址。来寻址。2.2.1 89C51单片机引脚单片机引脚图图2-3是是 89C51/LV51的引脚结构图,有双列的引脚结构图,有双列直插封装直插封装(DIP)方式和方形封装方式。方式和方形封装方式。图图2-3 89C51/LV51的引脚结构的引脚结构 一、电源引脚:一、电源引脚:Vcc和和Vss1 1Vcc(40Vcc(40脚脚):电源端,为电源端,为+5V+5V。2 2Vss(20Vss(20脚脚):接地端。接地端。二、时钟电路引脚:二、时钟电路引脚:XTAL1和和XTAL2nXTAL2XTAL2(1818脚):脚):片内它是
13、振荡电路反片内它是振荡电路反向放大器的输出端向放大器的输出端nXTAL1XTAL1(1919脚):脚):在片内它是振荡电路在片内它是振荡电路反向放大器的输入端反向放大器的输入端三、控制信号引脚:三、控制信号引脚:RST、ALE、PSEN和和EAnRST/VRST/VPDPD(9 9脚):脚):RSTRST:复位信号输入端,高电平有效。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。平时,就可以完成复位操作。三、控制信号引脚:三、控制信号引脚:RST、ALE、PSEN和和EAnALE/PROGALE/PROG(3030脚):脚
14、):ALEALE:地址锁存允许信号端。当地址锁存允许信号端。当89c5189c51上电上电正常后,正常后,ALEALE引脚不断向外输出正脉冲信号,引脚不断向外输出正脉冲信号,此频率为震荡频率的此频率为震荡频率的1/61/6可以用作对外输出可以用作对外输出的时钟或定时信号。的时钟或定时信号。CPUCPU访问片外存储器时,该引脚输出信号作访问片外存储器时,该引脚输出信号作为锁存低为锁存低8 8位地址的控制信号。位地址的控制信号。PROG:PROG:对片内带有对片内带有4KB Flash ROM4KB Flash ROM的的89C5189C51单单片机编程写入时,作为编程脉冲输入端。片机编程写入时,
15、作为编程脉冲输入端。三、控制信号引脚:三、控制信号引脚:RST、ALE、PSEN和和EAnPSEN(29脚):脚):程序存储器允许信号输出端。当程序存储器允许信号输出端。当89C5189C51由片由片外程序存储器取指令时,每个机器周期两次外程序存储器取指令时,每个机器周期两次PSENPSEN有效(即输出有效(即输出2 2个脉冲。)但在此期间个脉冲。)但在此期间内每当访问外部数据存储器时,这两次有效内每当访问外部数据存储器时,这两次有效的的PSENPSEN信号将部出现。信号将部出现。在访问片外在访问片外ROMROM时,定时输出负脉冲作为读时,定时输出负脉冲作为读片外片外ROMROM的选通信号,接
16、片外的选通信号,接片外ROMROM 的的OEOE端。端。它的负载能力为它的负载能力为8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。三、控制信号引脚:三、控制信号引脚:RST、ALE、PSEN和和EAnEA/EA/V Vpppp(3131脚):脚):EAEA:外部程序存储器地址允许输入端。外部程序存储器地址允许输入端。当该引脚接高电平时,当该引脚接高电平时,CPUCPU访问片内访问片内ROMROM并并执行片内程序存储器中的指令,但当执行片内程序存储器中的指令,但当PCPC值超值超过过0FFFH0FFFH(片内片内ROMROM为为4KB4KB)时,将自动转向时,将自动转向执行片外执行片外ROMRO
17、M中的程序。中的程序。当该引脚接低电平时,当该引脚接低电平时,CPUCPU只访问片外只访问片外ROMROM并执行外部程序存储器中的程序。并执行外部程序存储器中的程序。nEA/Vpppp(31脚):脚):V Vpppp:对对89C5189C51片内片内 Flash ROMFlash ROM固化编固化编程时,编程电压输入端(程时,编程电压输入端(12-21V12-21V)。)。三、控制信号引脚:三、控制信号引脚:RST、ALE、PSEN和和EA四、输入四、输入/输出端口输出端口P0、P1、P2、P3准双向准双向当当I/OI/O口作为输入时,应先向此口锁口作为输入时,应先向此口锁存器写入全存器写入全
18、1 1,此时该口引脚浮空,此时该口引脚浮空,可作高阻抗输入。可作高阻抗输入。漏极开路的漏极开路的8 8位准双向位准双向I/OI/O口,每位能驱动口,每位能驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。在在CPUCPU访问片外存储器时,访问片外存储器时,P0P0口为分时复用的口为分时复用的低低8 8位地址总线和位地址总线和8 8位数据总线。位数据总线。在在Flash ROMFlash ROM编程时,编程时,P0P0端口接受指令字节;端口接受指令字节;而在校验程序时,则输出指令字节。而在校验程序时,则输出指令字节。1、P0口:口:2、P1口:口:带内部上拉电阻的带内部上拉电阻的8位准双向位准双
19、向I/O端端口,每位能驱动口,每位能驱动4个个LS型型TTL负载。负载。用做输入口时,需对端口写用做输入口时,需对端口写1,通过,通过内部上拉电阻把端口拉到高电位。内部上拉电阻把端口拉到高电位。在对在对Flash ROM编程和校验时,接编程和校验时,接收低收低8位地址位地址3、P2口:口:P2口:口:带内部上拉电阻的带内部上拉电阻的8位准双向位准双向I/O端口,每位能驱动端口,每位能驱动4个个LS型型TTL负载。负载。在在CPU访问片外存储器时,它输出高访问片外存储器时,它输出高8位位地址地址。在对在对Flash ROM编程和校验时,接收高位地址编程和校验时,接收高位地址和控制信号和控制信号4
20、、P3口:口:带内部上拉电阻的带内部上拉电阻的8 8位准双向位准双向I/OI/O端口,端口,每位能驱动每位能驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。P3P3口除口除作为一般作为一般I/OI/O口外,每个引脚都有第二口外,每个引脚都有第二功能。功能。在对在对Flash ROM编程和校验时,接收控制编程和校验时,接收控制信号信号表表2-1 P3端口引脚与复用功能表端口引脚与复用功能表2.3.12.3.1 89C5189C51存储器分类存储器分类2.3.22.3.2 程序存储器地址空间程序存储器地址空间2.3.32.3.3 数据存储器地址空间数据存储器地址空间1、普林斯顿结构一般的微机结构
21、:通常只有一个地址空间,一般的微机结构:通常只有一个地址空间,而而ROM和和RAM可以随意安排在一个地址范可以随意安排在一个地址范围内的不同空间,即围内的不同空间,即ROM和和RAM的地址在的地址在同一个队列里的分配不同的地址空间,同一个队列里的分配不同的地址空间,CPU 访问时一个地址对应唯一的一个存储访问时一个地址对应唯一的一个存储单元,可以是单元,可以是ROM也可以是也可以是RAM,并用同,并用同类访问指令。类访问指令。2.3.12.3.189C5189C51存储器分类存储器分类2、89C51-物理结构(哈佛结构物理结构(哈佛结构)片内程序存储器片内程序存储器片外程序存储器片外程序存储器
22、片内数据存储器片内数据存储器片外数据存储器片外数据存储器89C51存储器存储器程序存储器程序存储器ROM数据存储器数据存储器RAM2.3.12.3.189C5189C51存储器分类存储器分类3、用户角度、用户角度2.3.12.3.189C5189C51存储器分类存储器分类从用户角度89C51存储器分为3类l片内外统一编址0000HFFFFH的64KB程序存储器地址空间(用16位地址)l64KB片外数据存储器地址空间,地址也从0000HFFFFH编址l256字节数据存储器地址空间用8位地址3、用户角度、用户角度-存储器的空间配置存储器的空间配置片外FFFF0FFF0000EA=0 片外EA=1
23、片内 PSEN 片外RAM&I/O端口FFFF0000片内SFRRAM007F80FFRDWR2.3.12.3.189C5189C51存储器分类存储器分类程序存储器程序存储器数据存储器数据存储器1、片内、外统一编址的、片内、外统一编址的64K程序存储器地址空间。程序存储器地址空间。CPU访问片内、片外访问片内、片外ROM指令用指令用MOVC。2、64K的片外数据存储器地址空间。访问片外的片外数据存储器地址空间。访问片外RAM指令用指令用MOVX。3、256字节的片内数据存储器地址空间。访问字节的片内数据存储器地址空间。访问片内片内RAM指令用指令用MOV。n一、用途:一、用途:n二、编址:二、
24、编址:n三、寻址方式:三、寻址方式:一、用途:一、用途:n用于存放编好的程序和表格常数。程序存储用于存放编好的程序和表格常数。程序存储器通过器通过16位程序计数器寻址。位程序计数器寻址。2.3.2 程序存储器地址空间程序存储器地址空间二、编址:二、编址:n89C51片内片内Flash ROM的容量为的容量为4KB。地址为地址为0000H0FFFH。n片外最多可扩至片外最多可扩至64KB ROM/EPROM,地址为地址为1000HFFFFH。n片内外统一编址。片内外统一编址。三、寻址方式:三、寻址方式:1、当、当 EA=“1”时:时:89C5189C51的的PCPC在在000000000FFFH
25、0FFFH范围内执行片内范围内执行片内ROMROM中的程中的程序,当指令地址超过序,当指令地址超过0FFFH 0FFFH 后就自动转向片外后就自动转向片外ROMROM中中取指令。取指令。2、当、当 EA=”0”时:时:89C5189C51片内片内ROMROM不起作用,不起作用,CPUCPU只能从片只能从片ROM/EPROMROM/EPROM中中取指令。可以从取指令。可以从 0000H0000H 开始寻址。由于开始寻址。由于80318031片内不片内不带带ROMROM ,所以使用时必须所以使用时必须 EAEA=”0”=”0”。片外FFFF0FFF0000EA=0EA=1 PSEN片内片外三、寻址
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