【文章內(nèi)容簡介】 較詳細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 圖 32 所示。 圖 32 AT89S51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 管腳說明AT89S51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)，因為受引腳數(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8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個內(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TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，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，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)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“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（記時器0外部輸入） T1（記時器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，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，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， 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，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號端。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。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)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 主要特性： 與MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 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。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 （2） 芯片擦除 整個EPROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(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，定時器，計數(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)出的控制信號作用下有條不紊地工作，控制信號必須定時發(fā)出，為了定時計算機(jī)內(nèi)部必須有一個準(zhǔn)確的定時脈沖。這種定時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)提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期。 即由單片機(jī)的晶體振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖的周期。狀態(tài)周期：每個狀態(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。 在一個狀態(tài)周期中有兩個時鐘脈沖，通常稱它為PP2。機(jī)器周期：一個機(jī)器周期包含 6 個狀態(tài)周期S1~S6, 也就是 12 個振蕩周期。 在一個機(jī)器周期內(nèi), CPU可以完成一個獨立的操作。 指令周期：它是指CPU完成一條操作所需的全部時間?？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的時序，對指令進(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，它將各個硬件環(huán)節(jié)組織在一起。一般情況下，算術(shù)邏輯操作發(fā)生在時相P1期間，而內(nèi)部寄存器之間的傳送發(fā)生在時相P2期間，這些內(nèi)部時鐘信號無法從外部觀察，故用XTAL2引腳振蕩信號作參考。 AT89S51單片機(jī)的工作過程和工作方式單片機(jī)工作過程遵循現(xiàn)代計算機(jī)的工作原理（馮諾依曼原理），即程序存儲和程序控制。存儲程序是指人們必須事先把計算機(jī)的執(zhí)行步驟序列（即程序）及運行中所需的數(shù)據(jù), 通過一定的方式輸入并存儲在計算機(jī)的存儲器中。程序控制是指計算機(jī)能自動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、校驗與加密等方式。1．復(fù)位方式通過某種方式, 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)程序運行出錯或由于操作錯誤而使系統(tǒng)處于死循環(huán)時，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)，說明復(fù)位后這些并行接口可以直接作輸入口，無須向端口寫1。定時器/計數(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)在時鐘電路工作以后, 在RST/VPD端持續(xù)給出2個機(jī)器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)不小于2us。復(fù)位方法一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位以及“看門狗”復(fù)位三種類型。前兩種見 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、按鍵復(fù)位以及對程序運行進(jìn)行監(jiān)控，防止程序“跑飛”而出現(xiàn)死機(jī)而設(shè)計的電路。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開始，為此就得在0000H處開始的存儲單元安放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便跳轉(zhuǎn)到實際程序的入口去執(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，時鐘脈沖繼續(xù)輸出到中斷、串行口、定時器等功能部件，使它們繼續(xù)工作，但時鐘脈沖不再送到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)用場合。這類系統(tǒng)往往是直流供電或停電時依靠備用電源供電，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)書籍和手冊?？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. 編程和校驗方式對于內(nèi)部集成有EPROM可以進(jìn)入編程或校驗方式。（1）內(nèi)部EPROM編程編程時，時鐘頻率應(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，完成一次寫入。（2）EPROM程序校驗在程序的保險位未設(shè)置前，無論在寫入的當(dāng)時或?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，在讀出時，其他引腳與寫入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，檢驗的單元內(nèi)容由P0口送出。在檢驗操作時，需在P0的各位外部加上電阻10k?。（3）程序存貯器的保險位AT89S51內(nèi)部有一個保險位，亦稱保密位，一旦將該位寫入便建立了保險，就可禁止任何外部方法對片內(nèi)程序存貯器進(jìn)行讀寫。將保險位寫入以建立保險位的過程與正常寫入的過程相似，而P0、~，加上編程脈沖后就可使保險位寫入。保險位一旦寫入，內(nèi)部程序存貯器便不能再被寫入和讀