第2章 AT89S51单片机的片内硬件结构课件

单片机实用教程第2章AT89S51单片机原理与基本应用系统本章主要内容1、单片机的内部结构与引脚功能2、单片机存储器空间配臵与功能3、汇编语言指令格式与内部RAM的操作指令4、单片机I/O输入输出端口结构及工作原理5、单片机基本应用系统一、AT89S51单片机内部结构（1）一个8位的CPU；（2）一个片内振荡器及时钟电路；（3）4KB的Flash ROM；（4）128B的内部RAM（5）可扩展64KB外部ROM和外部RAM的控制电路；（6）两个十六位的定时/计数器；（7）26个特殊功能寄存器（双数据指针）；（8）4个8位的并行口；（9）一个全双工的串行口；（10）5个中断源，两个外部中断，三个内部中断；（11）内部硬件看门狗电路；（12）一个SPI串行接口，用于芯片的在系统编程（ISP）。

1、电源VCC （P40）——芯片电源，接+5V 。

VSS （P20）——接电源地。

二、AT89S51单片机引脚功能2、时钟XTAL1（P19）——晶体振荡电路的反相器输入端XTAL2（P18）——晶体振荡电路的反相器输出端。

使用内部振荡电路时，该引脚外接石英晶体和补偿电容。

使用外部振荡输入时从XTAL2输入，此时XTAL1需接地。

3、控制控制引脚有4个，先学习其中的两个。

（1）RST/VPD——复位/备用电源RST复位功能是单片机正常工作必不可少的，因为复位可以使单片机从程序的开头运行，使单片机按照人们设计的程序运行，在单片机系统上电开始工作，或单片机系统由于外界干扰偏离正常运行，都需要复位。

AT89S51单片机是高电平复位，只要在该引脚上一段时间（两个机器周期以上）的高电平，单片机就复位。

在正常运行程序时该引脚为低电平。

VPD功能是在VCC掉电情况下，该引脚接备用电源，向片内的RAM供电，使RAM中的数据不丢失。

3、控制（2）EA/VPP——内外ROM选择/EPROM编程电源在通常的应用中EA功能是作为内部和外部ROM的选择端。

AT89S51AT89S51单片机的硬件组成单片机内硬件组成结构如图2-1所示。

图2-1 AT89S51单片机片内结构有如下功能部件和特性：（1)8位微处理器(CPU）；（2）数据存储器（128B RAM)；（3）程序存储器（4KB Flash ROM）；（4）4个8位可编程并行I/O口（P0口、P1口、P2口和P3口）；(5）1个全双工的异步串行口；（6）2个可编程的16位定时器/计数器；（7）1个看门狗定时器；(8）中断系统具有5个中断源、5个中断向量;（9）特殊功能寄存器（SFR）26个；（10)低功耗模式有空闲模式和掉电模式，且具有掉电模式下的中断恢复模式;（11）3个程序加密锁定位。

与AT89C51相比，AT89S51有更突出的优点：(1)增加在线可编程功能ISP(In System Program），字节和页编程，现场程序调试和修改更加方便灵活；（2）数据指针增加到两个，方便了对片外RAM的访问过程；(3）增加了看门狗定时器,提高了系统的抗干扰能力；（4)增加断电标志；（5）增加掉电状态下的中断恢复模式。

单片机内各功能部件通过片内单一总线连接而成（见图2-1）,基本结构依旧是CPU 加上外围芯片的传统微机结构。

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。

单片机内部件功能1）CPU（微处理器）8位的CPU，与通用CPU基本相同,同样包括了运算器和控制器两大部分，还有面向控制的位处理功能。

2)数据存储器（RAM）片内为128B(52子系列为256B ），片外最多可扩64KB 。

片内128B 的RAM 以高速RAM 的形式集成，可加快单片机运行的速度和降低功耗。

3）程序存储器(Flash ROM ）片内集成有4KB 的Flash 存储器（A T89S52 则为8KB ；A T89C55片内20KB ），如片内容量不够，片外可外扩至64KB 。

14 第2
章
AT89S51单片机的片内硬件结构 【内容概要】本章介绍AT89S51单片机的片内硬件结构。

读者应牢记AT89S51单片机的片内硬件结构，以及片内外设资源的基本功能及工作原理，重点掌握AT89S51单片机的存储器结构、常见的特殊功能寄存器的基本功能以及复位电路与时钟电路的设计，掌握单片机最小系统的概念。

最后介绍低功耗节电模式。

本章的学习目的是为单片机应用系统的硬件设计打下基础。

单片机应用的特点是编写程序来控制硬件电路，所以，读者应首先熟知并掌握AT89S51单片机片内硬件的基本结构和特点。

2.1 AT89S51单片机的硬件组成
AT89S51单片机片内硬件结构如图2-1所示，它把那些作为控制应用所必需的基本外围部件都集成在一个集成电路芯片上。

AT89S51单片机具有如下部件及特性。

图2-1 AT89S51单片机片内结构
（1）8位CPU。

（2）数据存储器（128B RAM）。

（3）程序存储器（4KB Flash ROM）。

第二章 AT89S51 单片机的硬件结构第二章 AT89S51 单片机的硬件结构本章“从内到外”主要讲述关于AT89S51单片机的一些基础知识。

首先介绍AT89S51单片机的组成、CPU 、存储器组织以及特殊功能寄存器（SFR），然后，详细讲解了AT89S51的引脚分布及其功能；最后，讨论了使用AT89S51单片机时的时钟和复位电路。

2.1 AT89S51 单片机的组成如前所述，AT89S51单片机与MCS-51完全兼容，内部的结构如图2.1所示：从功能上分，它包括如下部件：一个8位中央处理器（CPU）；4K可在线编程Flash ；128字节RAM与特殊功能寄存器；2个16位定时/计数器；中断逻辑控制电路；一个全双工串行接口（UART）；32条可编程的I／O口线；另外，还包括一些寄存器如程序计数器PC 、程序状态寄存器PSW 、堆栈指针寄存器SP 、数据指针寄存器DPTR等部件。

2.2 AT89S51 单片机 CPU 的结构CPU是单片机的核心，它主要由运算器（ALU）、时序控制逻辑电路（控制器）以及各种寄存器等部件组成。

（ 1 ）运算器的功能是进行算术和逻辑运算。

它主要由算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）和寄存器组成，实现“加、减、乘、除、比较”等算术运算和“与、或、异或、求补、循环”等逻辑操作。

运算器中还包含一个布尔处理器，可以执行置位、清零、求补、取反、测试、逻辑与、逻辑或等操作，为单片机的应用提供了极大的便利。

（ 2 ）控制器的主要功能是产生各种控制信号和时序。

在CPU内部协调各寄存器之间的数据传送，完成ALU的各种算术或逻辑运算操作；在CPU访问外部存储器或端口时，提供地址锁存信号ALE、外部程序存贮器选通信号PSEN以及读（/RD）、写（/WR）等控制信号。

（ 3 ）寄存器。

CPU中还有一些寄存器，如累加器（ACC）、程序状态字（PSW）、B寄存器、程序计数器PC 、堆栈指针（SP）、指令寄存器（IR）等，这些寄存器有的在片内特殊功能寄存器空间有地址映像，它们既可看作CPU的寄存器，也可看作具有确定单元的存储单元。