【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1是一種高效微控制器。采用40引腳雙列直插封裝（DIP）形式，如圖33所示。AT89S51單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。圖33 AT89S51引腳圖 圖 34 SMT 的 封 裝 圖VCC：供電電壓。GND：接地。 P0口： P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時(shí)器0外部輸入） T1（記時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)端。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 主要特性： 與MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 振蕩器特性（1）XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 （2） 芯片擦除 整個(gè)EPROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 AT89S51單片機(jī)的工作周期單片機(jī)有了硬件和軟件就可以在控制器發(fā)出的控制信號(hào)作用下有條不紊地工作，控制信號(hào)必須定時(shí)發(fā)出，為了定時(shí)計(jì)算機(jī)內(nèi)部必須有一個(gè)準(zhǔn)確的定時(shí)脈沖。這種定時(shí)脈沖是由晶體振蕩器產(chǎn)生的，并組成下面幾種工作周期，如圖36所示。這種定時(shí)脈沖是由晶體振蕩器產(chǎn)生的，并組成下面幾種工作周期。圖 36 振蕩周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期和指令周期振蕩周期：是指為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)的振蕩源的周期。 即由單片機(jī)的晶體振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖的周期。狀態(tài)周期：每個(gè)狀態(tài)周期為振蕩周期的 2 倍, 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。 在一個(gè)狀態(tài)周期中有兩個(gè)時(shí)鐘脈沖，通常稱它為PP2。機(jī)器周期：一個(gè)機(jī)器周期包含 6 個(gè)狀態(tài)周期S1~S6, 也就是 12 個(gè)振蕩周期。 在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi), CPU可以完成一個(gè)獨(dú)立的操作。 指令周期：它是指CPU完成一條操作所需的全部時(shí)間?？刂撇考菃纹瑱C(jī)的神經(jīng)中樞，以主振頻率為基準(zhǔn)（主振周期即為振蕩周期），控制器控制CPU的時(shí)序，對(duì)指令進(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號(hào)，它將各個(gè)硬件環(huán)節(jié)組織在一起。一般情況下，算術(shù)邏輯操作發(fā)生在時(shí)相P1期間，而內(nèi)部寄存器之間的傳送發(fā)生在時(shí)相P2期間，這些內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)無(wú)法從外部觀察，故用XTAL2引腳振蕩信號(hào)作參考。 AT89S51單片機(jī)的工作過(guò)程和工作方式單片機(jī)工作過(guò)程遵循現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的工作原理（馮諾依曼原理），即程序存儲(chǔ)和程序控制。存儲(chǔ)程序是指人們必須事先把計(jì)算機(jī)的執(zhí)行步驟序列（即程序）及運(yùn)行中所需的數(shù)據(jù), 通過(guò)一定的方式輸入并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中。程序控制是指計(jì)算機(jī)能自動(dòng)地逐一取出程序中的指令，加以分析并執(zhí)行規(guī)定的操作。 單片機(jī)的工作方式有：復(fù)位、程序執(zhí)行、掉電保護(hù)和低功耗、編程、校驗(yàn)與加密等方式。1．復(fù)位方式通過(guò)某種方式, 使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。復(fù)位方式是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)除了正常的初始化外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或由于操作錯(cuò)誤而使系統(tǒng)處于死循環(huán)時(shí)，也需要按復(fù)位鍵重啟機(jī)器。MCS—51單片機(jī)復(fù)位后, 程序計(jì)數(shù)器PC和特殊功能寄存器復(fù)位的狀態(tài)如圖37所示。 復(fù)位不影響片內(nèi)RAM存放的內(nèi)容, 而ALE在復(fù)位期間將輸出高電平。由圖37 可以看出，復(fù)位后：(1)（PC）=0000H 表示復(fù)位后程序的入口地址為0000H，即單片機(jī)復(fù)位后從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序；(2)（PSW）=00H， 其中RS1()=0，RS0()=0，表示復(fù)位后單片機(jī)選擇工作寄存器0組；(3)（SP）=07H 表示復(fù)位后堆棧在片內(nèi)RAM的08H單元處建立；(4) P0口～P3口鎖存器為全1狀態(tài)，說(shuō)明復(fù)位后這些并行接口可以直接作輸入口，無(wú)須向端口寫(xiě)1。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)等特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)對(duì)各功能部件工作狀態(tài)的影響。 能部件工作狀態(tài)的影響。 圖 37 PC與SFR復(fù)位狀態(tài)表單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后, 在RST/VPD端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us。復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位以及“看門狗”復(fù)位三種類型。前兩種見(jiàn) 圖38所示。 “看門狗”電路則是一種集成有單片機(jī)的電源監(jiān)測(cè)、按鍵復(fù)位以及對(duì)程序運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，防止程序“跑飛”而出現(xiàn)死機(jī)而設(shè)計(jì)的電路。圖38 （a）上電復(fù)位電路。 （b）上電/外部復(fù)位電路2．程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式。由于復(fù)位后PC=0000H，因此程序執(zhí)行總是從地址0000H開(kāi)始，為此就得在0000H處開(kāi)始的存儲(chǔ)單元安放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，以便跳轉(zhuǎn)到實(shí)際程序的入口去執(zhí)行。3．待機(jī)方式待機(jī)方式也稱空閑方式，是一種節(jié)電工作方式。在待機(jī)工作方式中，振蕩器保持工作，時(shí)鐘脈沖繼續(xù)輸出到中斷、串行口、定時(shí)器等功能部件，使它們繼續(xù)工作，但時(shí)鐘脈沖不再送到CPU，因而CPU停止工作。4．掉電方式掉電方式，也被稱為停機(jī)方式。在掉電方式中，振蕩器工作停止，單片機(jī)內(nèi)部所有功能部件停止工作。它同樣是一種為降低功耗而設(shè)計(jì)的節(jié)電工作方式。待機(jī)方式和掉電方式都是為了進(jìn)一步降低功耗而設(shè)計(jì)的節(jié)電工作方式，它們特別適合于電源功耗要求很低的應(yīng)用場(chǎng)合。這類系統(tǒng)往往是直流供電或停電時(shí)依靠備用電源供電，以維持系統(tǒng)的持續(xù)工作。CHMOS型單片機(jī)的節(jié)電方式是由特殊功能寄存器PCON控制，其具體使用可參考相關(guān)書(shū)籍和手冊(cè)?？臻e和掉電模式外部引腳狀態(tài) 如下圖 39 所示： 圖 39 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài) 5. 編程和校驗(yàn)方式對(duì)于內(nèi)部集成有EPROM可以進(jìn)入編程或校驗(yàn)方式。（1）內(nèi)部EPROM編程編程時(shí)，時(shí)鐘頻率應(yīng)定在36MHz的范圍內(nèi)，其余各有關(guān)引腳的接法和用法如下：~，P1為8位地址；~；P0口為編程數(shù)據(jù)輸入；；，其余的都以TTL的高低電平為準(zhǔn)；EA/VPP端加+21V的編程脈沖，此電壓要求穩(wěn)定，否則會(huì)損壞EPROM在出現(xiàn)正脈沖期間，ALE/PROG端加上50ms的負(fù)脈，完成一次寫(xiě)入。（2）EPROM程序校驗(yàn)在程序的保險(xiǎn)位未設(shè)置前，無(wú)論在寫(xiě)入的當(dāng)時(shí)或?qū)懭胍院?，均可將片上程序存貯器的內(nèi)容讀出進(jìn)行檢驗(yàn)，在讀出時(shí)，其他引腳與寫(xiě)入EPROM的連接方式相同。~，P2口的其他引腳及保持低電平，ALE、EA和RST接高電平，檢驗(yàn)的單元內(nèi)容由P0口送出。在檢驗(yàn)操作時(shí)，需在P0的各位外部加上電阻10k?。（3）程序存貯器的保險(xiǎn)位AT89S51內(nèi)部有一個(gè)保險(xiǎn)位，亦稱保密位，一旦將該位寫(xiě)入便建立了保險(xiǎn)，就可禁止任何外部方法對(duì)片內(nèi)程序存貯器進(jìn)行讀寫(xiě)。將保險(xiǎn)位寫(xiě)入以建立保險(xiǎn)位的過(guò)程與正常寫(xiě)入的過(guò)程相似，而P0、~，加上編程脈沖后就可使保險(xiǎn)位寫(xiě)入。保險(xiǎn)位一旦寫(xiě)入，內(nèi)部程序存貯器便不能再被寫(xiě)入和讀出校驗(yàn)，而且也不能執(zhí)行外部存貯器的程序。只有將EPROM全部擦除時(shí)，保險(xiǎn)位才能被一起擦除，也才可以再次寫(xiě)入。