【文章內(nèi)容簡介】 圖 32 所示。 8 圖 32 AT89S51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 管腳說明 ATMEL公司 的 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 單片機是高性能單片機，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。 9 圖 33 DIP 封 裝 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 10 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。 11 /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 RAM 3 2 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。 12 （ 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 單片機的工作周期 單片機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，為了定時計算機內(nèi)部必須有一個準確的定時脈沖。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，如圖 所示。 圖 36 振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期 振蕩周期 ：是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期。 即由單片機的晶體振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖的周期。 13 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 P P2。 機器周期 ：一個機器周期包含 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。 控制部件是單片機的神經(jīng)中樞，以主振頻率為基準（主振周期即為振蕩周期），控制器控制 CPU 的時序，對指令進行譯碼，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 單片機的工作過程和工作方式 單片機工作過程遵循 現(xiàn)代計算機的工作原理（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的存儲器中。程序控制是指計算機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。 單片機的工作方式有：復(fù)位、程序執(zhí)行、掉電保護和低功耗、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)位方式是單片機的初始化操作。單片機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)位鍵重啟機器。 MCS—51 單片機復(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、 PSEN 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。 14 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 單片機在時鐘電路工作以后 , 在 RST/VPD端持續(xù)給出 2個機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的電源監(jiān)測、按鍵復(fù)位以及對程序運行進行監(jiān)控，防止程序 “跑飛 ”而出現(xiàn)死機而設(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．待機方式 待機方式也稱空閑方式，是一種節(jié)電工作方式。在待機工作方式中，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 15 掉電方式，也被稱為停機方式。在掉電方式中，振蕩器工作停止，單片機內(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。 待機方式和掉電方式都是為了進一步降低功耗而設(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 口和 P2 口的 ~ 為 EPROM 的 4k 地址輸入， P1 為 8 位地址； ~ 以及 PSEN 應(yīng)為低電平； P0 口為編程數(shù)據(jù)輸入； 和 RST 應(yīng)為高