提桶进厂，厂妹的单片机学习笔记
Ch2 AT89S51单片机的片内硬件结构
2.1 AT89S51单片机的硬件组成
AT89S51单片机具有如下部件：
（1）8位CPU。包括运算器、控制器、位处理、位控
（2）数据存储器（128B RAM）。读写。
（3）程序存储器（4KB Flash ROM）。只读
（4）4个8位可编程并行I/0口（P0P1P2P3口）具体的某个：P1.2
（5）2个可编程的16位定时器/计数器
（6）1个全双工的通用异步收发串行口（UART）。
（7）中断系统有5个中断源、5个中断向量。2级中断优先权
（8）26个特殊功能寄存器。是片内各外设部件的控制寄存器和状态寄存器，映射在片内RAM区的80H~FFH地址区间内。
（9）1个看门狗定时器（WDT）。当单片机由于干扰而使程序陷入死循环或跑非状态时，可引起单片机复位，使程序恢复正常运行。
AT89S51片内的各部件通过 片内单一总线 连接而成，CPU对各种外设部件的控制采用特殊功能寄存器的集中控制方式。
2.2 AT89S51的引脚功能
多采用40只引脚的塑料双列直插封装（DIP）方式。40只引脚按功能可分为3类：
（1）电源及时钟引脚——VCC、VSS，XTAL1、XTAL2。
（2）控制引脚。
（3）I/O口引脚——P0-P4，为4个8位并行I/O口的外部引脚。
2.2.1 电源及时钟引脚
1、电源引脚
（1）VCC：接-5V电源。
（2）VSS：接数字地。
2、时钟引脚
（1）XTAL1：片内振荡器的反相放大器的输入端。使用片内振荡器时，外接石英晶体和微调电容；采用外部时钟源时接外部时钟源输出的时钟信号。
（2）XTAL2：片内振荡器的反相放大器输出端。使用片内振荡器时，接石英晶体和微调电容；使用外部时钟源时悬空。
2.2.2 控制引脚
（1）RST：复位信号输入端，高电平有效。在此引脚加上持续大于2个机器周期的高电平即可复位。单片机正常工作时此引脚应为≤0.5V的低电平。
（2）/EA：（External Access Enable,外部程序存储器访问允许控制端）/EA=1时，单片机读片内程序存储器（4KB）中的代码，超出0FFFH时（即超出片内4KB）时自动转向读取片外60KB程序存储器中的代码。/EA=0时，只读外部程序存储器中的内容。
（3）ALE：（Address Latch Enable，地址锁存允许）为CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器提供8位地址锁存信号，将P0口发出的低8位地址锁存在P0口外接的地址锁存器中。
（4）/PSEN
2.2.3 并行I/O口引脚
（1）P0口：P0.0~P0.7 双向
当AT89S51扩展外部存储器及I/O接口芯片时，P0口为双向口，作为地址总线（低8位）及数据总线的分时复用的总线端口。
P0口也可作为通用I/O口使用，需要加上拉电阻。
（2）P1口：P1.0~P1.7 准双向IO口，具有内部上拉电阻
（3）P2口：P2.0~P2.7 准双向IO口，具有内部上拉电阻。
当AT89S51扩展外部存储器及I/O口时，P2口作为高8位地址总线用，输出高8位地址。
（4）P3口：P3.0~P3.7 准双向IO口，引脚内部有上拉电阻
功能1通用IO口
功能2
引脚
第二功能
说明
P3.0
RXD
串行数据输入口
P3.1
TXD
串行数据输出口
P3.2
/INT0
外部中断0输入
P3.3
/INT1
外部中断1输入
P3.4
T0
定时器0外部计数输入
P3.5
T1
定时器1外部计数输入
P3.6
/WR
外部数据存储器的写选通控制信号
P3.7
/RD
外部数据存储器的读选通控制信号
2.4 AT89S51单片机存储器的结构
AT89S51单片机的存储器空间可划分为如下4类：
1、程序存储器空间
分为片内和片外两部分。片内4KB Flash存储器，地址范围0000H~0FFFH。有16位地址总线，内部不够用时，片外最多可扩展至2^16即64KB，地址0000H~FFFFH。
2、数据存储器空间
分为片内和片外两部分。内部128B的RAM，00H~7FH。存放可读/写的数据。内部不够用时，外部可扩展最多64KB。
地址为00H~1FH的32个单元是4组通用工作寄存器。地址为20H~2FH的16个单元的128位可进行位寻址，也可以进行字节寻址。地址为30H~7FH的单元为用户RAM区，只能进行字节寻址，用作存放数据以及作为堆栈区使用。
3、特殊功能寄存器
26个，映射在RAM区的80H~FFH区域。是各外设部件的控制寄存器和状态寄存器，反映了单片机内部的实际工作状态和工作方式。
（1）堆栈指针SP
SP的内容指示出堆栈顶部在内部RAM中的位置。堆栈主要有两个功能：保护断点和现场保护。
①保护断点。预先把主程序的断点在堆栈中保护起来，为程序的正确返回做准备。
②现场保护。执行子程序或中断服务子程序的时候，可能用到单片机中的一些寄存器单元，会破坏主程序运行时这些寄存器单元的原有内容。所以执行子程序前把单片机中有关寄存器单元的内容保存起来，送人堆栈。
（2）寄存器B
乘法运算时，两个乘数分别放在A、B中，执行乘法指令后，乘积的高八位放在B中，低八位在A中。
除法运算时，被除数取自A，除数取自B，商存放在A中，余数放在B中。
4、位地址空间
211个可寻址位。位于RAM和特殊功能寄存器区。
如图2-1是单片机中各类存储器结构图。
图2-1 AT89S51单片机存储器结构
2.5 AT89S51单片机的并行I/O口
4个双向的8位并行IO口，P0~P4，可以按字节输入输出，按位寻址。
2.6时钟电路与时序
2.6.1 时钟电路设计
1、内部时钟方式
单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，外接石英晶体振荡器和微调电容，构成自激振荡器。晶体振荡频率通常选择6MHz、12MHz（为获得准确的定时）或11.0592MHz（在串行通信时用，可得到准确的串行通信波特率）的石英晶体。
2、外部时钟方式
2.6.2 时钟周期、机器周期、指令周期与指令时序
1、时钟周期
若晶体的振荡频率为f=6MHz，则时钟周期为T=1/f=166.7ns。
2、机器周期
CPU完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。单片机中常把一条指令的过程分为几个机器周期，每个机器周期完成一个基本操作，如取指令、读数据等。AT89S51单片机的每12个时钟周期为一个机器周期，若频率为6MHz，则机器周期为2μs；若频率为12MHz，机器周期为1μs。
3、指令周期
指令周期指完成一个指令需要的时间。简单的单字节指令，需要1个机器周期时间。双字节、3字节一般2个机器周期，只有乘除指令4个机器周期时间。
2.8 AT89S51单片机最小系统
最小系统包括4KB Flash存储器，128B的RAM单元，4个I/O口，外接时钟电路和复位电路。如图2-2所示。
扩展资料
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。
AT89S51
是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。说了这么多，大家记得留意下方评论之一条（或者私信我）有干货~
