当前位置：文档之家 › AT89C51单片机结构和原理

AT89C51单片机结构和原理

  • 格式：docx
  • 大小：37.10 KB
  • 文档页数：2

AT89C51单片机结构和原理

一、结构

1.CPU

AT89C51采用了MCS-51指令集架构。它拥有一个8位的累加器(A)和一个8位的状态字寄存器（PSW），以及一组8位的通用寄存器（R0～R7）。它还包含若干片内部特殊功能寄存器（SFR），用于控制和通信。

2.存储器

（1）程序存储器：程序存储器用于存储用户编写的程序代码，它的容量为64KB，可以存储16位的指令。程序存储器采用闪存技术，可擦写和重新编程。

（2）数据存储器：数据存储器用于存储程序运行中的各种数据，包括RAM和ROM两种类型。

- RAM(Random Access Memory)：AT89C51具有128字节的RAM空间，用于存储临时变量和数据。

- ROM(Read Only Memory)：AT89C51拥有4KB的ROM空间，用于存储常量和只读数据。

3.计时/计数器

4.I/O口

二、原理

1.时钟 2.中断

AT89C51单片机支持两种类型的中断：外部中断和定时器/计数器中断。外部中断可以由外部设备触发，如按键等；定时器/计数器中断可以由定时器溢出或计数到达指定值时触发。中断允许在程序执行的任何时候跳转到一个中断服务程序并执行完后返回。

3.I/O口

4.程序执行

（1）取指令：CPU从程序存储器中读取指令，并将其存储在指令寄存器IR中。

（2）译码：CPU根据IR中的指令，识别出需要执行的操作，并将该操作传递给相应的功能单元。

（3）执行：根据译码结果，通过ALU（算术逻辑单元）对数据进行运算和逻辑操作。

（4）更新：将执行结果存储在目标寄存器或内存中，并更新状态字寄存器PSW。

总结：

AT89C51单片机是一种经典的8位单片机，它的结构主要包括CPU、存储器、计时/计数器和I/O口。它采用闪存技术的程序存储器、RAM和ROM的数据存储器，具有时钟、中断、I/O口和程序执行的原理。AT89C51单片机广泛应用于各种嵌入式系统中，具有强大的功能和灵活的扩展性。

合集下载

AT89S51单片机

AT89S51单片机

AT89S51

AT89S51单片机的硬件组成

单片机内硬件组成结构如图2-1所示。

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。 图2-1 AT89S51单片机片内结构 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（AT89S52 则为8KB；AT89C55片内20KB），如片内容量不够，片外可外扩至64KB。

AT89C51系列单片机介绍

AT89C51系列单片机介绍

3.1 AT89C51系列单片机介绍

3.1.1 AT89C51系列基本组成及特性

AT89C51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能

CMOS8位微处理器，俗称单片机。而在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL 公

司的AT89C51更实用，也是一种高效微控制器，因为它不但和8051指令、管脚

完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器，

用户可以用电的方式达到瞬间擦除、改写。而这种单片机对开发设备的要求很低，

开发时间也大大缩短。

AT89C51基本功能描述如下：AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微

处理器，而且在其片种还有4k字节的在线可重复编程快擦快写程序存储器，能

重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。它与MCS-51系列单片机在指令

系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具

有许多MCS-51系列产品没有的功能。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系

统，缩小系统体积, 增加系统的可靠性，降低了系统成本。只要程序长度小于

4k, 四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且写入时间仅10毫秒, 仅

为8751/87C51 的擦除时间的百分之一，与8751/87C51的12V电压擦写相比, 不

易损坏器件, 没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领

域。AT89C51 芯片提供三级程序存储器锁定加密，

提供了方便灵活而可靠的硬

加密手段, 能完全保证程序或系统不被仿制。另外,AT89C51 还具有MCS-51系列

单片机的所有优点。128×8 位内部RAM, 32 位双向输入输出线, 两个十六位定

时器/计时器, 5个中断源, 两级中断优先级, 一个全双工异步串行口及时钟发

生器等。AT89C51有间歇、掉电两种工作模式。间歇模式是由软件来设置的, 当

外围器件仍然处于工作状态时, CPU可根据工作情况适时地进入睡眠状态, 内部

AT89C51单片机的基本结构和工作原理

AT89C51单片机的基本结构和工作原理

0

000AT89C51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. 中央处理器 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，主要包括运算器和控制器两部分。 振荡器和时钟电路 数据存储器 128字节 程序存储器 14KB

CPU 两个16位定时器 计数器

中断 控制 总线扩展控制器 并行可编程 I/O口 可编程 串行口 内部总线

外部中断 扩展控制 P0 P1 P2 P3 RXD TXD

B寄存AC

暂存器2 暂存器1

PSW ALU 片内ROM 地址寄存器

PC增量器

程序计数器

指令寄存器 指令译码器 定时及 控制 PSEN ALE EA RST 0

000 （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。AT89C51单片机中，PC是一个16位的计数器，可对64KB程序存储器进行寻址。复位时PC的内容是0000H. (3)存储器 单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。AT89C51单片机的程序存储器采用4KB的快速擦写存储器Flash Memory,编程和擦除完全是电器实现。 （4）外围接口电路 AT89C51单片机的外围接口电路主要包括：4个可编程并行I/O口,1个可编程串行口，2个16位的可编程定时器以及中断系统等。 AT89C51的工作原理： 1. 引脚排列及功能 AT89C51的封装形式有PDIP,TQFP,PLCC等，现以PDIP为例。 （1）I/O口线 ·P0口 8位、漏极开路的双向I/O口。 当使用片外存储器及外扩I/O口时，P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时，P0口可用于接收指令代码字节；程序校验时，可输出指令字节。P0口也可做通用I/O口使用，但需加上拉电阻。作为普通输入时，应输出锁存器配置1。P0口可驱动8个TTL负载。 ·P1口 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P1口是为用户准备的I/O双向口。在编程和校验时，可用作输入低8位地址。用作输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。 ·P2 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 当使用外存储器或外扩I/O口时，P2口输出高8位地址。在编程和校验时，P2口接收高字节地址和某些控制信号。 ·P3 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P3口可作为普通I/O口。用作输入时，应先将输出锁存器置1。在编程/校验时，P3口接收某些控制信号。它可驱动4个TTL负载。 （2）控制信号线

基于AT89C51单片机的最小系统设计

基于AT89C51单片机的最小系统设计

基于AT89C51单片机的最小系统设计

组员：田竹、王维、袁倍明

摘要：

本次实验课题为设计一个基于AT89C51单片机的最小系统。用P1口设计流水灯，用P2口和P0口分别作段选和位选设计了六位数码管的静动态显示和简易的电子钟，用P3口设计了一个4*4的矩阵键盘，并用蜂鸣器实现了唱歌功能和键盘按下的声响，用62256扩展内部RAM，还扩展并实现了LCD1602的静动态显示，最后通过ADC0809和 DAC0832分别实现了A/D、D/A转换功能。

一、系统电源

用MC7805集成稳压器将输入电压转为+5V稳压给系统供电。

二、晶振（12MHZ）及复位电路

采用12MHz的外部晶振，给系统提供时钟信号。并采用了按键复位电路。

三、流水灯

功能描述：让8个led灯循环闪烁

源程序：

流水灯

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0100H

MAIN:MOV A,#11111110B

LOOP:MOV P1,A;给P1口送值

LCALL DLY

RL A ;循环左移

LJMP LOOP

DLY:MOV R7,#250 ;延时子程序

DLY1: MOV R6,#200

DJNZ R6,$

DJNZ R7,DLY1

RET

END

四、 数码管

功能描述：数码管动态显示1~6

源程序：

ORG 0000H

LJMP START

ORG 0100H

START:

MOV P0,#0

MOV P2,#0F9H

SETB P0.0

LCALL DELAY

CLR P0.0

MOV P2,#0C4H SETB P0.1