第4章 STC89C52单片机硬件结构

第4章STC89C52单片机的硬件结构， 4.1STC89C52单片机的内部组织结构和特点4.2STC89C52单片机的外部引脚和功能4.3STC89C52单片机的内存结构4.4STC89C52单片机的I/o端口4.5STC89C52单片机时钟和复位4.6STC89C52单片机节能工作模式4.1STC89C52单片机的内部组织结构和特点， STC89C52RC单片机是宏晶技术推出的下一代高速/低功耗/超抗噪单片机，指令代码与传统8051单片机完全兼容，12个时钟/机械周期和6个时钟/机械周期HD版本和90C版本内置MAX810专用复位电路。 STC89C52RC单片机内部的硬件结构框图如图4-1所示。STC89C52RC单片机具有1 .扩展的6时钟/机械周期和12时钟/机械周期任意设定的功能部件和特性。 2 .命令代码与传统的80513 .工作电压： 5.53.4V(5V单片机)/2.03.8V(3V单片机)完全兼容。 4 .工作频率：040MHz，相当于普通8051单片机的080MHz，实际工作频率达到48MHz。 5 .用户应用程序空间： 8KB片内的闪存、改写次数在10万次以上。 将512BRAM数据存储器集成在芯片上。 7 .通用I/O端口(35/39个)，复位后： P1、P2、P3、P4是准双向端口/弱上拉(通常与MCS-51的传统I/O端口功能相同)。 P0端口是泄漏输出端口，在总线扩展时使用，因此不需要施加上拉电阻。将P0端口用作I/O端口时，需要上拉电阻。 8.ISP可在系统上编程，可以在IAP上编程，无需专用的编程盒/仿真器，可以直接用串行(RxD/P3.0、TxD/P3.1 )下载用户程序，用8KB程序3s就能完成9 .芯片内置EEPROM功能。 10 .硬件看门狗(WDT )。 11 .内部集成MAX810专用复位电路(仅HD版本和90C版本)、外部结晶20M以下时，不需要外部复位电路。 另外，12 .总共三个16位计时器/计数器与常规的MCS-51单片机的计时器兼容，其中计时器T0还可用作两个8位计时器。 13 .外部中断4路、下降沿中断或低电平触发中断、停电模式可以用外部中断低电平触发中断方式启动。 14 .通用异步串行端口(UART )还可以在定时器软件中实现多个UART。 15 .工作温度范围： 075(商务级)/-40 85(工业级)。 16 .包格式为LQFP-44、PDIP-40、PLCC-44和PQFP-44。 LQFP-44小巧，扩展了P4端口、外部中断2和3、计时器T2的功能。 PDIP-40封装与传统89C52芯片兼容。 此外，STC89C52RC单片机本身还有很多独特的优点：1.加密性强，无法解密。 2 .非常强的抗干扰。 主要表现为高带电防止(ESD保护)，能简单地抵抗2KV/4KV的高速脉冲干扰(EFT测试)，不怕宽电压、电源抖动，宽温度范围为-40 85，I/O端口经过特殊处理，单片机内部的电源3 .单片机的时钟采用降低外部电磁辐射的措施：当选择禁止ALE输出的6个时钟/机械周期时，外部时钟频率可降低一半的单片机时钟振荡器的增益可为1/2gain 4、超低功耗：停电模式，典型电流损耗0.1A； 空闲模式，典型的电流损失为2mA的正常工作模式，典型的电流损失为4mA7mA。 STC89C52RC单片机的工作模式如下：1.停电模式：保存RAM的内容，振荡器冻结，单片机的所有工作停止，中断返回，直到下一次中断或硬件复位为止典型的功耗是0.1A。 2 .空闲模式：允许CPU停止工作，RAM、计时器/计数器、串行、中断继续工作。 标准功耗2mA。 3 .正常工作模式：单片机正常运行程序的工作模式，典型的功耗为4mA7mA。选择STC89C52系列单片机的主要原因：是专用的专业计算机，因为该单片机可以使用全双工异步串行端口(P3.0/P3.1 )进行系统编程(ISP )。 因为可以通过串行直接下载用户程序，所以不需要在每个编程中把单片机插入专用的手持编程器中进行插拔，可以把STC单片机直接固定在PCB板上进行焊接，实现程序的损坏。 STC89系列单片机大部分具有系统可编程(ISP )的特性。 ISP的优点是，单片机能够在用户系统中下载/写入用户程序，而不会从生产单片机的产品中脱离。 部分程序还未定型化的产品在生产的同时完善，加快了产品进入市场的速度，降低了新产品软件缺陷带来的风险。 因为可以直接将程序下载到单片机，看到执行结果，所以也可以不使用模拟器。 STC单片机在线编程的典型线路如图4-2所示。 STC89系列单片机大部分在向用户销售之前，在单片机内部ISP系统的启动程序已固化，用户的程序代码与PC端的控制程序相配合注意：请不要在通用编程箱中编程。 删除单片机内部固化的ISP系统启动程序，可能无法使用STC提供的ISP软件下载用户的程序代码。 4.2STC89C52单片机的外部引脚和功能，STC89C52现在具有LQFP44、PQFP44、PDIP40、PLCC44等封装形式，而且不同版本的引脚也不同，图4-3表示各封装形式的另外，图4-3(a)PDIP40的HD版本引脚图4-3(b)PDIP40的90C版本引脚图，图4-3(c)LQFP44的HD版本引脚图4-3(d)LQFP44的90C版本引脚图，图4-3 (e ) PLC STC89C52RC单片机的HD版本和90C版本的区别在于，HD版本有ALE引脚，没有P4.6/90C版本是PSEN，没有EA引脚，有P4.4和p 4.6引脚的90c版本作为P4.5端口使用的情况下，只能选择90C版本的单片机，用户程序写入时需要在STC-ISP编程盒中将ALEpin选择为P4.5，用户程序写入时ST 此外，STC89C52RC单片机有五个端口P0、P1、P2、P3、P4，其中P4端口仅是诸如LQFP44、PQFP44、PLCC44等的封装形式，并且许多其它管脚和控制信号共享管脚。 对各引脚进行说明。 1.P0端口端子P0.0P0.7:P0端口可以作为输入输出端口，也可以作为地址/数据多路总线使用。 当P0端口是输入输出端口时，P0是8位准双向端口，上电复位后处于泄漏模式。 因为P0端口内部没有上拉电阻，所以I/O端口上必须外置10K4.7K的上拉电阻。 P0作为地址/数据多路复用总线使用时，低位8位的地址线A0-A7和数据线D0-D7是共用的，这种情况下不需要上拉电阻。 2.P1端口端子P1.0P1.7:P1端口是带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。 P1的输出缓冲器可以驱动(吸收或输出电流方式) 4个TTL输入。 向端口写入1时，通过内部上拉电阻使端口为高电位，此时可以作为输入端口使用。 将P1端口用作输入端口时，由于有内部上拉电阻，从下拉到外部的引脚输出电流。 这里，P1.0和P1.1还用作计时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2 )和计时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX )，具体地，参考表4-1。 3.P2端口端子P2.0P2.7:P2端口内部带上拉电阻的8位双向I/O端口。 既可以作为输入输出端口，也可以作为上位8位地址总线使用(A8-A15 )。 在P2端口是输入输出端口时，P2是8比特的准双向端口。 P2在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器(执行“MOVXDPTR”指令等)时发送高位8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器时(执行“MOVXR1”指令时)，P2端口端子上的内容是专用寄存器SFR区域的P2寄存器的内容，在访问期间不变化。 4.P3端口端子P3.0P3.7:P3是带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。 P3的输出缓冲器可以驱动(吸收或输出电流方式) 4个TTL输入。 向端口写入1时，通过内部上拉电阻使端口为高电位，此时可以作为输入端口使用。 P3用作输入端口时，由于有内部的上拉电阻，所以通过外部信号向下拉的引脚输入电流。 P3端口除了一般的I/O端口以外，还具有表4-2所示的复用功能。 6 .电源和时钟端子(1)VCC :电源正极(2)Gnd :电源负极，接地(3)XTAL1:片上振荡器反相放大器和时钟发生电路输入端子。 在使用片上振荡器的情况下，将外部水晶结晶和微调电容连接在此脚上。 如果外接时钟源，那么此脚连接外部时钟产生器的信号。 (4)XTAL2:片上振荡器反相放大器的输出端。 使用片上振荡器，该脚连接外部水晶结晶和微调电容。 使用外部时钟源时，两脚悬空。 RST :复位输入。 输入连续2个机械周期以上的高电平时有效，完成单片机复位初始化操作。 看门狗的定时完成后，RST端子输出96水晶振动周期的高电平。 特殊寄存器AUXR (地址8EH )上的DISRTO位可以禁用此功能。 在DISRTO的默认状态下，复位高电平是有效的。 4.3STC89C52单片机的存储器结构、STC89C52RC存储器结构的一个特征是将程序存储器和数据存储器分离(硬件结构)，并具有各自的访问指令。 STC89C52RC系列单片机除了可以访问芯片上闪存外，还可以访问64KB的外部程序存储器。 在STC89C52RC系列单片机的内部，有512字节的数据存储器，在物理和逻辑上分为两个地址空间，即内部RAM(256字节)和内部扩展RAM(256字节)，并扩展到芯片外4.3.1STC89C52单片机程序存储器单片机程序存储器程序和固定常数，如表格。 片内为8KB的Flash，地址为0000H1FFFH。 16位地址线的可外置程序存储器容量最大64KB，地址为0000HFFFFH。 (1)分片内和片外两部分，请注意访问片内的程序存储器、访问片外的程序存储器、或由EA引脚级别决定。 在EA=1的情况下，CPU从芯片内0000H中取出命令，在PC值不超过1FFFH的情况下，仅访问芯片内闪存，在PC值超过1FFFH的情况下，自动地访问芯片外程序存储器空间2000HFFFFH内的程序EA=0时，只执行片外程序存储器(0000HFFFFH )内的程序，片内的8 kb闪存被忽略。 (2)程序存储器的一部分固定单元用于各中断源的中断服务程序的入口。 STC89C52复位后，程序存储器的地址指针PC的内容为0000H，程序从程序存储器的0000H执行，通常在该单元中保存跳跃指令，跳至主程序的入口地址。 此外，64KB程序的存储器空间中有8个特殊单元分别对应8个中断源的中断入口地址，参照表4-3。 通常，这八个中断入口地址不直接存储中断服务子例程，而是跳转指令跳转到相应的中断服务子例程。 由于两个中断入口之间的间隔只有8个单元，因此不足以存储中断服务子程序。 表4-3程序内存空间的8个中断入口地址，4.3.2STC89C52单片机数据存储器STC89C52RC系列单片机存储器内置512字节RAM，在程序执行的中间内部数据存储器，在物理上和逻辑上，分为内部RAM(256字节)和内部扩展RAM(256字节)两个地址空间。 它还可以访问扩展到片外的64KB数据存储。 STC89C52RC系列单片机的内存分布如图4-5所示。(特别说明：图中斜线部分的存取由辅助寄存器AUXR (地址为8EH )的EXTRAM位设定，该部分在物理上是内部RAM，在逻辑上占用外部RAM地址空间)， 1 .片上数据存储器：传统的89C52单片机内部RAM只能使用256字节的空间，在这种情况下STC公司响应很多用户的声音，在部分单片机内部添加了RAM。 STC89C52RC系列单片机在内部扩展了256字节的RAM。 然后，STC89C52RC单片机内部的512字节RAM包括： (1)低128字节(00H-7FH )内部RAM，(2)高128字节(80H-FFH )内部RAM (3)内部扩展的256字节RAM空间(00h - (1)低128字节(00H-7FH )的空间可以是直接地址和间接地址，内部的低128字节RAM是工作寄存器组0(00H-07H)8字节、工作寄存器组1(08H-0FH)8字节、工作寄存器组2 (1 工作寄存器组3(18H-1FH)8字节，位可寻址区域(20H-2FH)16字节，被分为用户RAM和堆栈区域(30H-7FH)80字节(2)高128字节(80H-FFH )的空间和特殊功能寄存器虽然好像共享相同的地址范围，但是它们在物理上是独立的，并且在使用时由不同地址方法来区分：虽然可以间接地寻址高达128个字节，但可以直接寻址特殊功能寄存器区域SFR。 (3)内部扩展RAM在物理上是内部，但在逻辑上是占用外部数据存储器的部分空间，需要以MOVX进行访问。 能否访问内部扩展RAM，由辅助寄存器AUXR (地址8EH )的EXTRAM位设定。 关于扩展RAM的管理，在第4.3.3节的AUXR特殊功能寄存器中进行详细说明。 2 .芯片外的数据存储区域在芯片外的RAM不足的情况下，需要芯片外的数据存储区域，STC89C52可以扩展最大64KB的RAM。 注意，片上RAM和片上RAM这两个空间是相互独立的，虽然片上RAM和片上RAM的下256字节的地址相同，但是由于它们使用不同的访问命令，因此不发生冲突。 另外，说明了WR或RD信号只在访问真正的外部数据存储器的期间有效。 但是，如果MOVX指令在物理上访问内部，并在逻辑上将RAM扩展