AT89C51的结构和原理解析

AT89C51单片机的概述（1）AT89C51单片机的结构AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM)和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大［3]。

AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

上图为AT89C51单片机的基本组成功能方块图.由图可见,在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分,其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。

下面介绍几个主要部分。

外时钟源外部事件计数外中断控制并行口串行通信AT89C51 功能方块图（2）AT89C51的管脚说明ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器.采用40引脚双列直插封装形式。

AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。

VCC：供电电压.GND：接地.P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入.P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH进行校验时,P0输出原码，此时P0外部必须被拉高.P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后,被内部上拉为高，可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流,这是由于内部上拉的缘故.在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流,当P2口被写1时,其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

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RAM和所有特殊的寄存器值将保持不变。

at89c51单片机核心电路at89c51单片机核心电路是一种常用的单片机核心电路，广泛应用于各种嵌入式系统中。

本文将介绍at89c51单片机核心电路的基本原理、特点和应用领域。

at89c51单片机是一款由美国公司Atmel生产的经典单片机，它采用CMOS技术制造，具有8位数据总线、16KB的闪存和128字节的RAM。

该单片机集成了丰富的外设接口，包括串行通信接口、定时器、中断控制器等，可以实现各种复杂的控制功能。

at89c51单片机核心电路的基本原理是通过时钟信号和控制信号对内部寄存器和外部设备进行控制。

时钟信号由外部晶振提供，通过时钟发生器产生系统时钟，控制单片机内部操作的节奏。

控制信号由程序存储器中的指令产生，通过总线传输到各个部件，实现数据的读写和控制逻辑的运算。

at89c51单片机核心电路具有以下特点：1. 高性能：at89c51单片机采用高性能的CMOS工艺制造，具有快速的运算速度和响应能力，适用于各种实时控制应用。

2. 丰富的外设接口：at89c51单片机集成了多个外设接口，包括串行通信接口（UART）、定时器/计数器、中断控制器等，方便与外部设备进行数据交互和控制。

3. 大容量存储器：at89c51单片机内置16KB的闪存和128字节的RAM，可以存储大量的程序代码和数据，满足复杂控制任务的需求。

4. 低功耗设计：at89c51单片机采用低功耗的CMOS技术制造，功耗较低，适用于电池供电和功耗敏感的应用场景。

at89c51单片机核心电路在各个领域都有广泛的应用，例如：1. 工业控制：at89c51单片机核心电路可以用于各种工业控制系统，如温度控制、压力控制、流量控制等，通过与传感器和执行器的连接，实现自动化控制。

2. 家电控制：at89c51单片机核心电路可以应用于家电控制领域，如空调控制、电视遥控、洗衣机控制等，通过与各种传感器和操作器件的连接，实现家电的智能控制。

3. 电力系统：at89c51单片机核心电路可以用于电力系统的监测和控制，如电能计量、电力负载管理等，通过与电力仪表和通信模块的连接，实现电力系统的远程监控和管理。

AT89C51单片机的组成1. 引言单片机是一种功能强大且易于使用的集成电路，其中AT89C51是一款经典的8位单片机。

本文将深入探讨AT89C51单片机的组成，包括其内部结构、特性以及应用。

2. AT89C51单片机的内部结构AT89C51单片机的内部结构是其功能和性能的基础。

该单片机主要由以下几个部分组成：2.1 CPU核心AT89C51单片机的CPU核心使用的是8位8051架构，包括ALU（算术逻辑单元）、寄存器、高速时钟等。

它是控制和执行指令的核心部分，提供高性能和高效率的运算能力。

2.2 存储器AT89C51单片机具有丰富的存储器资源，包括片内ROM和RAM。

它的片内ROM大小为4KB，用于存储程序指令；片内RAM大小为128字节，用于存储数据。

2.3 输入/输出端口AT89C51单片机提供多个输入/输出端口，用于与外部设备进行信息的输入和输出。

它具有四个8位I/O口，可用于连接外部开关、LED、显示屏等设备。

2.4 串口通信AT89C51单片机还配备了一个可编程的串行通信接口（UART），可与其他设备进行串行通信。

这为单片机与计算机、传感器等设备之间的数据传输提供了便利。

2.5 定时/计数器AT89C51单片机内置多个定时/计数器，用于计时和计数操作。

它们可以用于生成精确的时间延迟、脉冲宽度调制等功能，极大地增强了单片机的灵活性和可扩展性。

3. AT89C51单片机的特性AT89C51单片机具有许多独特的特性，使其成为广泛应用于各个领域的首选之一。

3.1 高性能AT89C51单片机采用优化的架构和高速时钟，能够以高效率执行指令，提供出色的性能。

这使得它适用于对计算能力要求较高的应用场景。

3.2 低功耗AT89C51单片机在工作时能够以低功耗运行，这使得它非常适合移动设备和电池供电的应用。

它的低功耗特性延长了电池寿命，提供了更长的使用时间。

3.3 强大的外设支持AT89C51单片机支持多种外设，包括LCD显示屏、ADC（模数转换器）、PWM（脉冲宽度调制器）等。

第2章 AT89C51的结构和原理难点•单片机的内部结构•程序状态字PSW•单片机P3口的第二功能•单片机的指令时序要求掌握：•单片机的引脚信号功能定义•单片机的工作寄存器、PSW及程序存储器中的中断入口地址•单片机各I/O口的特点•单片机的复位电路、时钟电路及指令时序了解：•MCS-51系列单片机的主要型号•单片机的系统结构和内部结构•单片机的低功耗方式2.1 MCS—51系列单片机的结构原理2.2 MCS—51单片机的存储器2.3 MCS－51单片机输入/输出（I/O）口2.4 单片机的工作方式2.1 MCS—51系列单片机的结构原理2.1.1 MCS-51单片机逻辑结构MCS-51单片机采用的是冯.诺伊曼提出的经典计算机体系结构框架，即一台计算机是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备共五个基本部分组成。

MCS-51单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O口等。

MCS-51单片机的系统结构框图如图2.1所示。

图2.1 MCS-51单片机系统结构框图由图2.1可以看出，单片机内部主要包含下列几个部件：◆一个8位CPU；◆一个时钟电路；◆4Kbyte程序存储器；◆128byte数据存储器；◆两个16位定时/计数器；◆64Kbyte扩展总线控制电路；◆四个8-bit并行I/O端口；◆一个可编程串行接口；◆五个中断源，其中包括两个优先级嵌套中断。

2.1.2 MCS－51单片机内部结构MCS－51单片机芯片内部结构框图如图2.2所示。

图2.2 MCS－51单片机芯片内部结构1. CPUCPU即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作，CPU由运算器和控制器两部分电路组成。

（1）运算器电路运算器电路包括ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。

运算电路以ALU为核心单元，可以完成半字节、单字节以及多字节数据的运算操作，其中包括加、减、乘、除、十进制调整等算术运算以及与、或、异或、求补和循环等逻辑操作，运算结果的状态由状态寄存器保存。

AT89C51单片机的结构原理与引脚功能AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

外形及引脚排列如图所示主要特性：·与MCS-51 兼容·4K字节可编程闪烁存储器·寿命：1000写/擦循环·数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24MHz·三级程序存储器锁定·128×8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路管脚说明：VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

A T89C51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.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（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。