单片机知识点

第二章一、AT89C51内部结构和引脚功能1、AT89C51单片机内部结构框图2、AT89C51单片机内部结构中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM)：89C51内部有128字节数据存储器（RAM）和21个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器有专门的用途，通常用于存放控制指令数据，不能用作用户数据的存放，用户能使用的RAM只有128个字节，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。程序存储器(ROM)：89C51共有4K字节程序存储器（FLASHROM），用于存放用户程序和数据表格。定时/计数器：89C51有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数，当定时/计数器产生溢出时，可用中断方式控制程序转向。并行输入输出(I/O)口：89C51共有4个8位的并行I/O口(P0、P1、P2、P3)，用于对外部数据的传输。全双工串行口：89C51内置一个全双工异步串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。中断系统：89C51具备较完善的中断功能，有五个中断源（两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断），可基本满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。时钟电路：89C51内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的时序脉冲，但需外接晶体振荡器和振荡电容。二、AT89C51引脚说明1．电源引脚Pin20:接地脚Pin40:正电源脚，接+5V电源2.时钟引脚这两个管脚用来为单片机提供时钟信号Pin19:时钟XTAL1脚，晶体振荡电路的输入端Pin18:时钟XTAL2脚，晶体振荡电路的输出端两种接法：①使用内部振荡电路时，外接石英晶体②外部振荡脉冲输入时，ＸＴＡＬ１接外部时钟振荡脉冲，ＸＴＡＬ２悬空不用。3.控制线Pin9:RESET/Vpd复位信号脚/备用电源①正常工作时，RST（RESET）端为复位信号输入端②在VCC掉电情况下，该引脚还可接上备用电源，由VPD向内ＲＡＭ供电，以保持内RAM中的数据不丢失。Pin30:ALE/地址锁存允许信号①ALE：当访问外部存储器时,ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出,用于锁存出现在P0口的低8位地址。②PROG:在对闪存进行编程期间（也称“烧录程序”）时，此引脚用于输入编程脉冲，此时为低电平有效Pin31:EA/Vpp外部程序存储器地址允许输入端①正常工作时，EA为内外ROM选择端②对闪存进行编程期间，此引脚用于施加编程电源VPPPin29:外部程序存储器读选通信号，在从片外ROM中读取指令时，PSEN送出片外ROM的读信号（低电平），一般接到外ROM的读控制端4.I/OPin39-Pin32为P0.0-P0.7输入输出脚①普通的I/O口②作为与外部传送数据的8位数据总线（D0~D7）。③作为扩展外部存储器时的低8位地址总线（A0～A7）Pin1-Pin8为P1.0-P1.7输入输出脚普通的I/O口Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚①普通的I/O口②作为扩展外部存储器时的高8位地址总线（A8～A15）Pin10-Pin17为P3.0-P3.7输入输出脚①普通的I/O口②第二功能P3口的第二功能表三、时钟电路单片机的时钟信号用来提供单片机内部各种操作的时间基准，时钟电路用来产生单片机工作所需要的时钟信号。图2―4HMOS型MCS—51单片机时钟产生方式（a）内部振荡器方式;（b）外部振荡器方式(a)采用内部时钟方式时,片内的高增益反相放大器通过XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的片外晶体振荡器（呈感性）与电容组成的并联谐振回路构成一个自激振荡器,向内部时钟电路提供振荡时钟。振荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率,一般晶体可在1.2～12MHz之间任选,电容C1、C2可在5～30pF之间选择,电容的大小对振荡频率有微小的影响,可起频率微调作用2、周期的概念(a)振荡周期：为单片机提供定时信号的振荡源的周期，即振荡频率的倒数（晶振周期或外加振荡源周期），用P表示振荡频率：振荡器元件（晶振）的频率(b)时钟周期：振荡周期的二倍，用S表示内部时钟发生器是二分频触发器，对振荡频率二分频(c)机器周期：6个时钟周期或12个振荡周期一个机器周期由6个状态（时钟）周期组成(d)指令周期：执行一条指令所占用的时间用机器周期个数表示，可查附录AT89C51：最高振荡频率24MHZ晶振振荡周期时钟周期机器周期指令周期6M1/6μs1/3μs2μs2～8μs12M1/12μs1/6μs1μs1～4μs(e)ALE信号：允许地址锁存信号，当访问外部存储器时,ALE以每机器周期两次的信号输出,用于锁存出现在P0口的低8位地址。输出周期性的信号，频率为振荡频率的1/6，周期为机器周期的1/2。1．复位以便中央处理器ＣＰＵ及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作a.单片机上电后，对单片机的初始化，从ROM中地址为0000H处开始执行程序b.程序运行出错或操作错误进入死锁状态，复位后，重新开始2．复位信号在单片机的RST端（9）至少维持2个机器周期以上的高电平，高电平有效，再从高电平到底电平，单片机完成复位，从0000H地址开始执行程序3.复位后的状态复位后，大部分寄存器清0，特例是SP=07H，P0-P3=FFH，但不影响片内RAM存放的内容,而ALE、在复位期间将输出高电平。在复位电路中，ＲＣ构成微分电路，在接电瞬间，产生一个微分脉冲，其宽度若大于２个机器周期，８０Ｃ５１型单片机将复位。为保证微分脉冲宽度足够大，ＲＣ时间常数应大于２个机器周期。一般取１０μＦ电容、８．２ｋΩ电阻。PSEN一、AT89C51存储器的组成程序存储器：只读存储器，用于存放程序。具有非易失性，掉电后其内的信息依然存在片内ROM（FLASHROM）：用来存放程序和表格常数，4KB。片外ROM：用来存放程序，片内不够用时可以外扩ROM，内ROM+外ROM≤64K数据存储器：随机读写存储器，用于存放数据。具有易失性，芯片掉电后，其内的信息消失。片内RAM：用来存放运算过程中的数据，256B（片内数据+SFR）。片外RAM：在数据采集系统中可存放大量的数据，可扩展64KB单片机的工作是按照事先编制好的程序命令一条条循序执行的,程序存储器就是用来存放这些已编好的程序和表格常数的片内ROM是4KB的FLASHROM，只能读，需要用编程器写入程序4KB的ROM的地址范围0000H~0FFFH，有一个专门的程序计数器地址指针PC，PC用于存放CPU下一条要执行的指令地址,是一个16位的专用寄存器,可寻址范围是0000H~0FFFFH共64K.片内不够用时，可以外扩ROM，内ROM+外ROM≤64KEA管脚作用=0，全访问片外ROM；=1，先访问片内，超出4KB后，访问片外几个特殊地址：0000H：系统复位后的启动地址，用户程序的第一条指令（转移指令）中断程序的入口地址：0003H，000BH，0013H，001BH，0023H三、数据存储器1.片内数据存储器片内RAM为256字节,地址范围为00H～FFH,分为两大部分:低128字（00H～7FH）为真正的RAM区;高128字节（80H～FFH）为特殊功能寄存器区SFR低１２８ＢＲＡＭ（三个区域）工作寄存器区1.工作寄存器区是指00H～1FH区,共分4个组,每组有8个单元,共32个内部RAM单元。2.作为工作寄存器使用的8个单元，又称为R0—R73.程序状态字PSW中的PSW.3（RS0）和PSW.4（RS1）两位来选择哪一组作为工作寄存器使用。CPU通过软件修改PSW中RS0和RS1两位的状态,就可任选一个工作寄存器工作。每组８个寄存器每个寄存器都是8位4.每次只能有1组作为工作寄存器使用(R0，R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7),其它各组可以作为一般的数据缓冲区使用。位寻址区1、位寻址区是指20H～2FH单元，共16个单元。2、位寻址区的16个单元（共计128位）的每1位都有一个8位表示的位地址,位地址范围为00H～1FH。3、位寻址区的每1位都可当作软件触发器,由程序直接进行位处理。4、同样,位寻址的RAM单元也可以按字节操作作为一般的数据缓冲区。数据缓冲区1.30H~37H，数据缓冲区2.堆栈区也在此区中堆栈区高１２８ＢＲＡＭ（四个区域高128B的RAM单元中有21个单元可用，称为SFR（特殊功能寄存器）。这21个SFR分散在高128B（80H~FFH）的地址空间内凡是地址能被8整除的SFR既可字节寻址，也可位寻址SFR特殊功能１）累加器ＡＣＣ（E0H）累加器ＡＣＣ是８０Ｃ５１型单片机中最常用的寄存器。许多指令的操作数取自ＡＣＣ，许多运算的结果存放在ＡＣＣ中。乘除法指令必须通过ＡＣＣ进行。累加器ＡＣＣ的指令助记符为Ａ。（２）寄存器Ｂ（F0H）在ＭＣＳ-５１型单片机乘除法指令中要用到寄存器Ｂ。除此外，Ｂ可作为一般寄存器用。（３）程序状态字寄存器ＰＳＷ（D0H）ＰＳＷ也称为标志寄存器，存放各有关标志。其结构和定义如表２-３所示。CY：进位标志。有进位／借位时CY=1，否则CY=0；AC：半进位标志。当D3位向D4位产生进位／借位时AC=1，常用于十进制调整运算中；F0：用户可设定的标志位，可置位／复位，也可供测试。RS1、RS0：四个通用寄存器组的选择位，该两位的四种组合状态用来选择0~3寄存器组。见表1-2。OV：溢出标志。当带符号数运算结果超出-128~+127范围时OV=1，否则OV=0。当无符号数乘法结果超过255时，或当无符号数除法的除数为0时，OV=1，否则OV=0。P：奇偶校验标志。每条指令执行完，若A中“1”的个数为奇数时P=1，否则P=0，即奇偶校验方式。（４）数据指针ＤＰＴＲ（83H，82H）数据指针ＤＰＴＲ是一个１６位的特殊功能寄存器，由两个８位寄存器ＤＰＨ和ＤＰＬ组成，ＤＰＨ是ＤＰＴＲ的高８位，ＤＰＬ是ＤＰＴＲ的低８位，ＤＰＴＲ既可合并作为一个１６位寄存器，又可分开按８位寄存器单独操作。（５）堆栈指针ＳＰ（81H）堆栈是ＣＰＵ用于暂时存放部分数据的“仓库”。在８０Ｃ５１中，由内ＲＡＭ中若干存储单元组成。存储单元的个数称为堆栈的深度（可理解为仓库容量）（6）其他寄存器与单片机定时、中断、串行、并行通信功能相关的寄存器2.片外数据存储器若片内RAM不够用（数据采集系统），可扩展片外数据存储器片外最大可扩展64KB（0000H~FFFFH），和片内RAM独立编址当访问片内00H~FFH区域和片外0000H~FFFFH区域时，用不同的指令来区分（MOV，MOVX）片外数据存储区的指针：DPTR第五章一、四个口的功能和第二功能单片机经常要和外设之间传输数据（输入，输出），P0，P1，P2，P3就是可以和外设完成并行数据传输的接口。一、P1口1.结构P1由8个这样的电路组成锁存器起输出锁存作用,场效应管（FET）V组成输出驱动器,以增大带负载能力;三态门1是用于读锁存器端口;三态门2是引脚输入缓冲器;其1位的结构原理如图2―7所示。2.功能（1）输出（外接发光二极管）MOVP1，#data（P1=0Xdata)内部总线输出“0”，则D=0，Q=1，V导通，则输出点=0（2）输入（外接开关）a.读引脚MOVA,P1(A=P1)读引脚脉冲有效，为高电平，把该三态缓冲器打开，这样端口引脚上的数据经过三态门缓冲器读入到内部总线。如果输入数据走该通道，那么V是否对引脚有影响？有的。如果锁存器原来寄存的数据Q=0，那么则V导通，引脚始终被嵌位在低电平，不可能输入外接电路的高电平。所以在输入前，必须用输出指令向锁存器写入“1”，使V截止(断开)，保证单片机输入