第2章 AT89S51单片机的硬件结构(SJ)

1、本章知识点本章知识点l AT89S52单片机的硬件组成l 中央处理器CPUl AT89S52单片机存储器及存储空间l 并行输入/输出接口l 时钟电路与时序l 复位操作与复位电路第2章AT89S52单片机的硬件结构2.1 2.1 AT89S52单片机单片机的硬件组成的硬件组成 片内硬件组成结构如片内硬件组成结构如图图2-12-1所示。把作为控制应用所必需的基本功能部件都集成在一个尺所示。把作为控制应用所必需的基本功能部件都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。寸有限的集成电路芯片上。 有如下有如下功能部件功能部件和和特性特性：（1 1）8 8位微处理器（位微处理器（CPUCPU）；）；（2 2）数

2、据存储器（）数据存储器（256B RAM256B RAM）；）；（3 3）程序存储器（）程序存储器（8KB Flash ROM8KB Flash ROM）；）；（4 4）4 4个个8 8位可编程并行位可编程并行I/OI/O口（口（P0P0口、口、P1P1口、口、P2P2口口和和P3P3口）；口）；（5 5）1 1个全双工的异步串行口；个全双工的异步串行口；（6 6）3 3个可编程的个可编程的1616位定时器位定时器/ /计数器计数器（T0T0、T1T1和和T2T2）；（7 7）1 1个看门狗定时器；个看门狗定时器；（8 8）中断系统具有）中断系统具有6 6个中断源、个中断源、6 6个中断向量；

3、个中断向量；（9 9）特殊功能寄存器（）特殊功能寄存器（SFRSFR）3232个；个；（1010）低功耗模式有）低功耗模式有空闲模式空闲模式和和掉电模式掉电模式，且具有掉电模式下的中断恢复模式；，且具有掉电模式下的中断恢复模式；（1111）3 3个程序加密锁定位个程序加密锁定位。图图2-12-1 AT89S52AT89S52单片机片内结构单片机片内结构AT89S52单片机单片机的硬件组成的硬件组成下面下面介绍介绍图图2-12-1中中片内各功能部件片内各功能部件。（1 1）CPUCPU（微处理器）（微处理器） 8 8位的位的CPUCPU，与通用，与通用CPUCPU基本相同，同样包括了基本相同，同

4、样包括了运算器运算器和和控制器控制器两大部分，还有面向两大部分，还有面向控制的控制的位处理功能位处理功能。（2 2）数据存储器（）数据存储器（RAMRAM）片内为片内为为为256B256B，片外最多可扩，片外最多可扩64KB64KB。片内。片内256B256B的的RAMRAM以高速以高速RAMRAM的形式集成，可加快的形式集成，可加快单片机运行的速度单片机运行的速度和和降低功耗。降低功耗。（3 3）程序存储器（）程序存储器（Flash ROMFlash ROM） 用来存储程序。用来存储程序。AT89S52 AT89S52 片内有片内有8KB8KB的的FlashFlash存储器；如果片内程序存储

5、器容量存储器；如果片内程序存储器容量不够，片外最多可外扩至不够，片外最多可外扩至64KB64KB程序存储器，即程序存储器，即“片内片内+ +片外片外”的程序存储器总容量的程序存储器总容量不超过不超过64KB64KB。 （4 4）定时器）定时器/ /计数器计数器：片内有片内有3 3个个1616位位的定时器的定时器/ /计数器，具有计数器，具有4 4种工作方式。种工作方式。 （5 5）中断系统）中断系统：具有具有6 6个个中断源，中断源，2 2级中断优先权。级中断优先权。（6 6）串行口）串行口 1 1个全双工的异步串行口，个全双工的异步串行口，4 4种工作方式。可进行串行通信，扩展并行种工作方式

6、。可进行串行通信，扩展并行I/OI/O口口，可与多个单片机构成多机系统。，可与多个单片机构成多机系统。（7 7）P0P0口口、P1P1口、口、P2P2口口和和P3P3口口 4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口。口。（8 8）特殊功能寄存器（）特殊功能寄存器（SFRSFR） 共有共有32个特殊功能寄存器，用于个特殊功能寄存器，用于CPU对片内各外设部件进行管理、控制和监对片内各外设部件进行管理、控制和监视。特殊功能寄存器实际上是片内各外设部件的控制寄存器和状态寄存器，这些视。特殊功能寄存器实际上是片内各外设部件的控制寄存器和状态寄存器，这些特殊功能寄存器映射在片内特殊功能寄存器映射在片内R

7、AM区的区的80HFFH的地址区间内。的地址区间内。（9 9）1 1个看门狗定时器个看门狗定时器WDTWDT 当单片机由于干扰而使程序陷入死循环或跑飞状态时，可引起单片机复位，当单片机由于干扰而使程序陷入死循环或跑飞状态时，可引起单片机复位，使程序恢复正常运行。使程序恢复正常运行。2.2 AT89S522.2 AT89S52的引脚功能的引脚功能 (a)DIP封装的引脚分布（封装的引脚分布（40引脚引脚 (b) PLCC封装的引脚分布（封装的引脚分布（44引脚）引脚）引脚按其功能可分为如下引脚按其功能可分为如下3 3类类：（1 1）电源及时钟引脚）电源及时钟引脚V VCCCC、V VSSSS；X

8、TAL1XTAL1、XTAL2XTAL2。（2 2）控制引脚）控制引脚 PSENPSEN*、ALE/PROGALE/PROG*、EAEA* /V/VPPPP、RSTRST（3 3）I/OI/O口引脚口引脚P0P0、P1P1、P2P2、P3P3，为，为4 4个个8 8位位I/OI/O口口（一）（一）电源及时钟引脚电源及时钟引脚1 1电源引脚电源引脚（1 1）V VCCCC（4040脚）：脚）：+5V+5V电源。电源。（2 2）V VSSSS（2020脚）：脚）：数字地。数字地。 2 2时钟引脚时钟引脚 （1 1）XTAL1XTAL1（1919脚）：脚）：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路输入端

9、。用片片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路输入端。用片内振荡器时，该脚接外部石英晶体和微调电容。内振荡器时，该脚接外部石英晶体和微调电容。外接时钟源时外接时钟源时，该脚接外部，该脚接外部时钟振荡器的信号。时钟振荡器的信号。（2 2）XTAL2XTAL2（1818脚）：脚）：片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器片内振荡器，该脚连接外部石英晶体和微调电容。当使用该脚连接外部石英晶体和微调电容。当使用外部时钟源外部时钟源时，本脚时，本脚悬空悬空。（二）（二）控制引脚控制引脚（1 1）RST (RESETRST (RESET，9 9脚脚) )复位信号输入，

10、在引脚加上复位信号输入，在引脚加上持续时间大于持续时间大于2 2个机器周期的高电平个机器周期的高电平，可使单片机，可使单片机复复位位。正常工作，此脚。正常工作，此脚电平电平应应 0.5V0.5V。（2 2） EAEA* */VPP/VPP (Enable Address/Voltage Pulse of Programing (Enable Address/Voltage Pulse of Programing，3131脚脚) ) EAEA* *：引脚引脚第一功能第一功能：外部程序存储器访问允许控制端。：外部程序存储器访问允许控制端。（3 3）ALE/PROGALE/PROG* *（Addre

11、ss Latch Enable/Address Latch Enable/PROGrammingPROGramming，3030脚）脚） ALE为地址锁存控制信号端，为第一功能。为地址锁存控制信号端，为第一功能。（4 4）PSENPSEN* *（Program Strobe Program Strobe ENableENable，2929脚）脚） 片外程序存储器读选通信号，低片外程序存储器读选通信号，低电平电平有效。有效。（三）（三）并行并行I/OI/O口引脚口引脚（1 1）P0P0口：口：P0.7P0.0引脚引脚 为漏极开路的为漏极开路的8位并行双向位并行双向I/O口。口。 当当AT89S5

12、2扩展外部存储器及扩展外部存储器及I/O接口芯片时，接口芯片时，P0口为分时复用的低口为分时复用的低8位地位地址址/数据总线。数据总线。在向在向P0口写入口写入“1”后就成为高阻态的输入口。后就成为高阻态的输入口。 当当P0口作为口作为通用通用I/O口使用口使用时，需外加上拉电阻，这时为准双向口。时，需外加上拉电阻，这时为准双向口。（2）P1口：口：P1.7P1.0引脚引脚准双向准双向I/O口，具有内部上拉电阻，可驱动口，具有内部上拉电阻，可驱动4个个LS型型TTL负载。负载。（3）P2口：口：P2.7P2.0引脚引脚 准双向准双向I/O口，引脚内部接有上拉电阻，可驱动口，引脚内部接有上拉电阻

13、，可驱动4个个LS型型TTL负载。负载。 当当AT89S52访问外部存储器及访问外部存储器及I/O口时，口时，P2口作为高口作为高8位地址总线使用，输位地址总线使用，输出高出高8位地址。位地址。 当当P2口不作为高口不作为高8位地址总线位地址总线时，可作为通用的时，可作为通用的I/O口使用。口使用。（4 4）P3P3口：口：P3.7P3.0 准双向准双向I/OI/O口口，具有内部上拉电阻。，具有内部上拉电阻。 P3口的口的第一功能第一功能是作为通用的是作为通用的I/O口使用，可驱动口使用，可驱动4个个LS型型TTL负载。负载。 P3 P3口还可提供口还可提供第二功能第二功能。第二功能定义。第二

14、功能定义见见表表2-12-1，应熟记。，应熟记。综上所述，综上所述，P0P0口口可可作为总线作为总线口口，为双向口。作为通用的，为双向口。作为通用的I/OI/O口使用时，为准双口使用时，为准双向口，这时需加上拉电阻。向口，这时需加上拉电阻。P1P1口、口、P2P2口、口、P3P3口口均为准双向口。均为准双向口。并行并行I/OI/O口引脚口引脚并行并行I/OI/O口引脚口引脚综上所述，综上所述，P0P0口口可可作为总线作为总线口口，为双向口。作为通用的，为双向口。作为通用的I/OI/O口使用时，为准双向口，这时需加上拉电阻。口使用时，为准双向口，这时需加上拉电阻。P1P1口、口、P2P2口、口、

15、P3P3口口均为准双向口。均为准双向口。注意注意：准双向口与双向口的差别准双向口与双向口的差别。准双向口仅有两个状态。准双向口仅有两个状态。而。而P0P0口作为总线使用，口线内无上拉电阻，处于高阻口作为总线使用，口线内无上拉电阻，处于高阻“悬浮悬浮”态。故态。故P0P0口为双向三态口为双向三态I/OI/O口。口。为什么为什么P0P0口要有高阻口要有高阻“悬浮悬浮”态？态？准双向准双向I/OI/O口则无高阻的口则无高阻的“悬浮悬浮”状态。状态。2.3 AT89S522.3 AT89S52单片机单片机的的CPUCPUCPUCPU由由运算器运算器和和控制器控制器构成构成（一）运算器（一）运算器对操作

16、数进行算术、逻辑和位操作运算。主要包括算术逻辑运算对操作数进行算术、逻辑和位操作运算。主要包括算术逻辑运算单元单元ALUALU、累加器、累加器A A、位处理器、程序状态字寄存器、位处理器、程序状态字寄存器PSWPSW及两个暂存器及两个暂存器等。等。1 1算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALUALU可对可对8 8位变量位变量逻辑逻辑运算运算（与、或、异或、循环、求补和清零与、或、异或、循环、求补和清零），还可还可算术运算算术运算（加、减、乘、除加、减、乘、除）ALUALU还有位操作功能，对位变量进行位处理，如置还有位操作功能，对位变量进行位处理，如置“1 1”、清、清“0 0”、求补、测试转移及

17、逻辑、求补、测试转移及逻辑“与与”、“或或”等等。2 2累加器累加器A A使用最频繁的寄存器，使用最频繁的寄存器，可可写为写为AccAcc。“A A”与与“AccAcc” ” 书写上的差别，将书写上的差别，将在第在第3 3章介绍。章介绍。位于片内的特殊功能寄存器区。位于片内的特殊功能寄存器区。 作用如下：作用如下：（1 1）ALUALU单元的输入数据源之一，又是单元的输入数据源之一，又是ALUALU运算结果存放单元运算结果存放单元。（2 2）数据传送大多都通过累加器）数据传送大多都通过累加器A A，相当于数据的中转站。为解决，相当于数据的中转站。为解决“瓶瓶颈堵塞颈堵塞”问题，问题，AT89S

18、52AT89S52增加了一部分可以不经过累加器的传送指令。增加了一部分可以不经过累加器的传送指令。 A A的进位标志的进位标志CyCy是特殊的，因为它同时又是是特殊的，因为它同时又是位处理机的位处理机的位累加器位累加器3 3程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSWPSWPSW（Program Status WordProgram Status Word）位于片内特殊功能寄存器区，）位于片内特殊功能寄存器区，字节地址为字节地址为D0HD0H。包含了包含了程序运行状态的信息程序运行状态的信息，其中，其中4 4位保存当前指令执行后的状态，供程位保存当前指令执行后的状态，供程序查询和判断。序查询和

19、判断。格式如格式如图图2-52-5所示所示。图图2-52-5 PSW PSW的格式的格式PSWPSWPSW中各个位的功能中各个位的功能：（1 1）CyCy（PSW.7PSW.7）进位标志位）进位标志位 可写为可写为C C。在算术和逻辑运算时，若有。在算术和逻辑运算时，若有进位进位/ /借位借位，CyCy1 1；否则，；否则，CyCy0 0。在位处理器中，它是位累加器。在位处理器中，它是位累加器。（2 2）AcAc（PSW.6PSW.6）辅助进位标志位）辅助进位标志位 在在BCDBCD码运算时，用作十进位调整。即当码运算时，用作十进位调整。即当D3D3位向位向D4D4位位产生进位或借位时，产生进

20、位或借位时，AcAc1 1；否则，；否则，AcAc0 0。（3 3）F0F0（PSW.5PSW.5）用户设定标志位）用户设定标志位 由用户使用的一个状态标志位，可用指令来使它置由用户使用的一个状态标志位，可用指令来使它置1 1或清或清0 0，控制程序的流向。用户应充分利用。控制程序的流向。用户应充分利用。PSWPSW（4 4）RS1RS1、RS0RS0（PSW.4PSW.4、PSW.3PSW.3）4 4组工作寄存器区选择组工作寄存器区选择选择片内选择片内RAMRAM区中的区中的4 4组工作寄存器区中的某一组为当组工作寄存器区中的某一组为当前工作寄存区前工作寄存区见见表表2-22-2。（5 5）

21、OVOV（PSW.2PSW.2）溢出标志位）溢出标志位 当执行算术指令时，用来指示运算结果是否产当执行算术指令时，用来指示运算结果是否产生溢出。如果结果产生溢出，生溢出。如果结果产生溢出，OV=1OV=1；否则，；否则，OV=0OV=0。（6 6）PSW.1PSW.1位位：保留位保留位（7 7）P P（PSW.0PSW.0）奇偶标志位奇偶标志位 指令执行完，累加器指令执行完，累加器A A中中“1 1”的个数的个数是是奇数奇数还还是是偶数偶数。 P=1P=1，表示表示A A中中“1 1”的个数为的个数为奇数奇数。 P=0P=0，表示，表示A A中中“1 1”的个数为的个数为偶数偶数。 此标志位对

22、串行通信有重要的意义此标志位对串行通信有重要的意义，常用常用奇偶奇偶检验检验的方法来检验数据串行传输的可靠性。的方法来检验数据串行传输的可靠性。PSW控制器控制器控制器包括控制器包括：程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等。功能是控制指令的读入、译码和执行，从而对各功能部件进行定时路等。功能是控制指令的读入、译码和执行，从而对各功能部件进行定时和逻辑控制。和逻辑控制。 程序计数器程序计数器PCPC是一个独立的是一个独立的1616位计数器，不可访问。单片机复位时，位计数器，不可访问。单片机复位时，PCPC中内容为中内容为000

23、0H0000H，从程序存储器，从程序存储器0000H0000H单元取指令，开始执行程序。单元取指令，开始执行程序。 PC PC工作过程是工作过程是：CPUCPU读指令时，读指令时，PCPC的内容作为所取指令的地址，程序存储的内容作为所取指令的地址，程序存储器按此地址输出指令字节，同时器按此地址输出指令字节，同时PCPC自动加自动加1 1。2.4 AT89S512.4 AT89S51存储器的结构存储器的结构 存储器存储器的的结构特点之一是将程序存储器和数据存储器分开结构特点之一是将程序存储器和数据存储器分开（哈佛结构），（哈佛结构），并有并有各自各自的访问指令。的访问指令。 存储器空间可分为存储

24、器空间可分为4 4类类。 AT89S51 AT89S51存储器的结构存储器的结构 64KB 64KB程序存储器空间中有程序存储器空间中有5 5个特殊单元个特殊单元分别对应于分别对应于5 5个中断源的中断个中断源的中断入口地址，见入口地址，见表表2-32-3。 通常这通常这5 5个中断入口个中断入口地址处地址处都放一条跳转指令都放一条跳转指令跳向对应的断服务子跳向对应的断服务子程序，而不是直接存放中断服务子程序程序，而不是直接存放中断服务子程序。数据存储器空间数据存储器空间. .片内数据存储器片内数据存储器. .片外数据存储器片外数据存储器当片内当片内128B128B的的RAMRAM不够用时，需

25、外扩，不够用时，需外扩，最多可外扩最多可外扩64KB64KB的的RAMRAM。注意，片内注意，片内RAMRAM与片外与片外RAMRAM两个空间是相互独立的，两个空间是相互独立的，片片内内RAMRAM与片外与片外RAMRAM的低的低128B128B的地址是相同的地址是相同的的，但由于使用的是不同的访问指令，但由于使用的是不同的访问指令，所以不会发生冲突。所以不会发生冲突。特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）堆栈指针堆栈指针SPSP指示堆栈顶部在内部指示堆栈顶部在内部RAMRAM块中的位置。块中的

26、位置。堆栈结构堆栈结构向上生长型向上生长型。单片机。单片机复位复位后，后，SPSP为为07H07H，使得堆，使得堆栈实际上从栈实际上从08H08H单元开始，单元开始，由于由于08H08H1FH1FH单元分别是属于单元分别是属于1 13 3组的工作寄存器区，组的工作寄存器区，最好在复位最好在复位后后把把SPSP值改置为值改置为60H60H或或更大的值更大的值，避免堆栈与工作寄存器冲突。，避免堆栈与工作寄存器冲突。堆栈是为堆栈是为子程序调用子程序调用和和中断操作中断操作而设而设，主要主要用来用来保护断点保护断点和和现场现场。特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）看门狗定时器看门狗定时器WD

27、TWDTWDTWDT包含一个包含一个1414位计数器位计数器和和看门狗定时器复位寄存器看门狗定时器复位寄存器 （WDTRSTWDTRST）。）。当当CPUCPU由于干扰，程序陷入死循环或跑飞状态时，由于干扰，程序陷入死循环或跑飞状态时，WDTWDT提提供了一种使程序恢复正常运行的有效手段。供了一种使程序恢复正常运行的有效手段。位地址空间位地址空间位地址空间位地址空间特殊功能寄存器位 地 址字 节地 址D7D6D5D4D3D2D1D0BF7HF6HF5HF4HF3HF2HF1HF0HF0HAccE7HE6HE5HE4HE3HE2HE1HE0HE0HPSWD7HD6HD5HD4HD3HD2HD1H

28、D0HD0HIPBCHBBHBAHB9HB8HB8HP3B7HB6HB5HB4HB3HB2HB1HB0HB0HIEAFHACHABHAAHA9HA8HA8HP2A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HA0HA0HSCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H98HP197H96H95H94H93H92H91H90H90HTCON8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H88HP087H86H85H84H83H82H81H80H80H表2-6 SFR中的位地址分布位地址空间位地址空间 作为对作为对AT89S51AT89S51存储器结构的总结，存储器结构的总结，图图2-72-7为

29、为各类存储器的各类存储器的结构图。结构图。从图中可从图中可清楚看出各类存储器在存储器空间的位置。清楚看出各类存储器在存储器空间的位置。2.5 AT89S512.5 AT89S51的并行的并行I/OI/O端口端口2.5.1 P02.5.1 P0口口图图2-8 2-8 P0P0口某一位的位电路结构口某一位的位电路结构P0P0口口P0P0口的特点口的特点P0P0口为口为双功能口双功能口地址地址/ /数据复用数据复用口和口和通用通用I/OI/O口。口。（1 1）当当P0P0口用作口用作地址地址/ /数据复用数据复用口时，是一个口时，是一个真正的双向口真正的双向口， 输出低输出低8 8位地址和输出位地址

30、和输出/ /输入输入8 8位数据。位数据。（2 2）当当P0P0口用作口用作通用通用I/OI/O口时，由于需要在片外接上拉电阻，端口不存在口时，由于需要在片外接上拉电阻，端口不存在高阻抗（悬浮）状态，因此是一个高阻抗（悬浮）状态，因此是一个准双向口准双向口。为保证引脚信号的为保证引脚信号的正确读入正确读入，应，应首先向锁存器写首先向锁存器写1 1。单片机复位后，锁存器。单片机复位后，锁存器自动被置自动被置1 1；当；当P0P0口由原来输出转变为输入时，应先置锁存器为口由原来输出转变为输入时，应先置锁存器为1 1，方可执，方可执行输入操作。行输入操作。P0P0口口大多作为地址大多作为地址/ /数

31、据复用口数据复用口使用，就不能再作为通用使用，就不能再作为通用I/OI/O口使用。口使用。P1P1口口P1P1口口图图2-92-9 P1P1口某一位的位电路结构口某一位的位电路结构P1P1口口P1P1口的特点口的特点由于内部上拉电阻，由于内部上拉电阻，无无高阻抗输入高阻抗输入状态，故为状态，故为准双向口准双向口。 P1P1口口“读引脚读引脚”输入输入时，必须时，必须先向锁存器写入先向锁存器写入1 1。P2P2口口P2P2口口图图2-10 2-10 P2P2口某一位的位电路结构口某一位的位电路结构P2P2口口P2P2口的特点口的特点作为地址输出线作为地址输出线时，时，P2P2口高口高8 8位地址

32、，位地址，P0P0口输出的低口输出的低8 8位地址寻址位地址寻址64KB64KB地址空间。地址空间。作为通用作为通用I/OI/O口口时，时，P2P2口为准双向口。功能与口为准双向口。功能与P1P1口一样。口一样。一般情况下，一般情况下，P2P2口口大多作为高大多作为高8 8位地址总线口位地址总线口使用，这时就不能使用，这时就不能再作为通用再作为通用I/OI/O口。口。P3P3口口P3P3口口图图2-112-11 P3P3口某一位的位电路结构口某一位的位电路结构P3P3口口P1P1P3P3口驱动口驱动LEDLED发光二极管发光二极管P0P0口与口与P1P1、P2P2、P3P3口相比，口相比，P0

33、P0口的驱动能力较大口的驱动能力较大，每位可驱动，每位可驱动8 8个个LSTTLLSTTL输输入，而入，而P1P1、P2P2、P3P3口口的每一位的驱动能力，的每一位的驱动能力，只有只有P0P0口的一半口的一半。当当P0P0口口某位为某位为高电平高电平时，可提供时，可提供400400 A A的电流；的电流；当当P0P0口某位为口某位为低电平低电平（0.45V0.45V）时，可提供）时，可提供3.2mA3.2mA的灌电流的灌电流。如低电平允许提高，灌电流可相应加大。所以，如低电平允许提高，灌电流可相应加大。所以，任何一个口要想获得较任何一个口要想获得较大的驱动能力，只能用大的驱动能力，只能用低电

34、平低电平输出。输出。P1P1P3P3口驱动口驱动LEDLED发光二极管发光二极管（a）不恰当的连接：高电平驱动不恰当的连接：高电平驱动 （b）恰当的连接：低电平驱动恰当的连接：低电平驱动图图2-122-12 发光二极管与发光二极管与AT89S51AT89S51并行口的直接连接并行口的直接连接2.6 2.6 时钟电路与时序时钟电路与时序 时钟电路产生时钟电路产生AT89S51AT89S51工作时所工作时所必需的控制信号必需的控制信号，在时钟信号，在时钟信号的控制下，严格按时序执行指令。的控制下，严格按时序执行指令。 执行指令执行指令时，时，CPUCPU首先首先到程序存储器中到程序存储器中取出取出

35、需要执行的指令操需要执行的指令操作码，然后作码，然后译码译码，并，并由时序电路产生一系列控制信号由时序电路产生一系列控制信号完成指令所完成指令所规定的操作。规定的操作。 CPU CPU发的发的时序信号时序信号两类两类，一类一类用对片内各个功能部件控制，用用对片内各个功能部件控制，用户无须了解；户无须了解；另一类另一类用于对片外存储器或用于对片外存储器或I/OI/O口的控制口的控制，这部分时，这部分时序对于分析、设计硬件接口电路序对于分析、设计硬件接口电路至关重要至关重要。2.6.1 2.6.1 时钟电路设计时钟电路设计 图图2-132-13 内部时钟方式电路内部时钟方式电路2 2外部时钟方式外

36、部时钟方式图图2-142-14 AT89S51AT89S51的外部时钟方式电路的外部时钟方式电路2.6.2 2.6.2 机器周期、指令周期与指令时序机器周期、指令周期与指令时序各种指令时序与时钟周期各种指令时序与时钟周期相相关。关。1 1时钟周期时钟周期时钟控制信号的时钟控制信号的基本时间单位基本时间单位。若晶振频率为。若晶振频率为f foscosc，则时钟周期，则时钟周期T Toscosc=1/=1/f foscosc。如。如f foscosc=6MHz=6MHz，T Toscosc=166.7ns=166.7ns。2 2机器周期机器周期 CPU CPU完成一个基本操作所需时间为完成一个基本

37、操作所需时间为机器周期机器周期。执行一条指令分执行一条指令分为几个机器周期为几个机器周期。每个机器周期完成一个。每个机器周期完成一个基本操作基本操作，如取指令、，如取指令、读或写数据等。每读或写数据等。每1212个时钟周期个时钟周期为为1 1个机器周期个机器周期。机器周期、指令周期与指令时序机器周期、指令周期与指令时序1 1个机器周期个机器周期包括包括1212个时钟周期个时钟周期，分，分6 6个状态个状态：S1S1S6S6。每个。每个状态又分两拍状态又分两拍：P1P1和和P2P2。因此，一个机器周期中的。因此，一个机器周期中的1212个时个时钟周期钟周期表示为表示为S1P1S1P1、S1P2S

38、1P2、S2P1S2P1、S2P2S2P2、S6P2S6P2，如如图图2-162-16所示所示。图图2-16 2-16 AT89S51AT89S51的机器周期的机器周期机器周期、指令周期与指令时序机器周期、指令周期与指令时序3 3指令周期指令周期执行一条指令执行一条指令所需的时间所需的时间。简单的。简单的单字节指令单字节指令，取出指令立即执，取出指令立即执行，行，只需只需一个机器周期一个机器周期的时间的时间。而有些。而有些复杂的指令复杂的指令，如，如转移、乘、转移、乘、除指令除指令则需则需两个两个或或多个多个机器周期。机器周期。从指令执行时间看从指令执行时间看: : 单字节和双字节单字节和双字

39、节指令指令一般为单机器周期一般为单机器周期和和双机器周期双机器周期; ; 三字节指令三字节指令都是都是双机器周期双机器周期; ; 乘、除指令乘、除指令占用占用4 4个机器周期个机器周期。2.7 2.7 复位操作和复位电路复位操作和复位电路 单片机的单片机的初始化操作初始化操作，给复位脚，给复位脚RSTRST加上加上大于大于2 2个机器个机器周期周期（即（即2424个时钟振荡周期）的个时钟振荡周期）的高电平高电平就使就使AT89S51AT89S51复位。复位。 复位时，复位时，PCPC初始化为初始化为0000H0000H，程序从，程序从0000H0000H单元开始执行。单元开始执行。除系统的正常

40、初始化外，当除系统的正常初始化外，当程序出错程序出错（如程序跑飞）或（如程序跑飞）或操作操作错误错误使系统处于使系统处于死锁死锁状态时，状态时，需按复位键需按复位键使使RSTRST脚为高电平，脚为高电平，使使AT89S51AT89S51摆脱摆脱“跑飞跑飞”或或“死锁死锁”状态而重新启动程序。状态而重新启动程序。2.7 2.7 复位操作和复位电路复位操作和复位电路2.7 2.7 复位操作和复位电路复位操作和复位电路复位电路设计复位电路设计图图2-172-17 片内复位电路结构片内复位电路结构 图图2-182-18 上电复位电路上电复位电路2.7 2.7 复位操作和复位电路复位操作和复位电路图图2

41、-192-19 按键电平复位电路按键电平复位电路 图图2-202-20 按键脉冲复位电路按键脉冲复位电路2.8 AT89S522.8 AT89S52单片机的最小应用系统单片机的最小应用系统 AT89S52 AT89S52本身片内有本身片内有8KB8KB闪烁存储器，闪烁存储器，256B256B的的RAMRAM单元，单元，4 4个个I/OI/O口，外接口，外接时钟电路和复位电路即构成了一个时钟电路和复位电路即构成了一个AT89S52AT89S52单片机最小应用系统。单片机最小应用系统。 该最小应用系统只能作为该最小应用系统只能作为小型的数字量的测控单元小型的数字量的测控单元。图图2-19 AT89

42、S52单片机的最小应用系统单片机的最小应用系统2.9 2.9 看门狗定时器（看门狗定时器（WDTWDT）功能简介）功能简介 单片机应用系统受到干扰可能会引起程序单片机应用系统受到干扰可能会引起程序“跑飞跑飞”或或“死循死循环环”，会使系统失控。如果操作人员在场，可按人工复位按钮，强，会使系统失控。如果操作人员在场，可按人工复位按钮，强制系统复位。但操作人员不可能一直监视着系统，即使监视着系统，制系统复位。但操作人员不可能一直监视着系统，即使监视着系统，也往往是在引起不良后果之后才进行人工复位。能不能不要人来监也往往是在引起不良后果之后才进行人工复位。能不能不要人来监视，视，使系统摆脱失控状态，

43、重新从使系统摆脱失控状态，重新从0000H0000H地址处执行程序地址处执行程序呢？这时可呢？这时可采用采用“看门狗看门狗”技术。技术。 “看门狗看门狗”技术就是使用一个技术就是使用一个“看门狗看门狗”定时器来对系统时定时器来对系统时钟不断计数，监视程序的运行。当看门狗启动运行后，为钟不断计数，监视程序的运行。当看门狗启动运行后，为防止看门防止看门狗定时器的不必要溢出狗定时器的不必要溢出而引起单片机的非正常的复位，应而引起单片机的非正常的复位，应定期定期地把地把看门狗清看门狗清0 0，以保证看门狗不溢出。，以保证看门狗不溢出。 2.9 2.9 看门狗定时器（看门狗定时器（WDTWDT）功能简介

44、）功能简介 “看门狗看门狗”部件，包含部件，包含1 1个个1414位看门狗定时器和看门狗复位寄存器（位看门狗定时器和看门狗复位寄存器（表表2-42-4中的特殊功能寄存器中的特殊功能寄存器WDTRSTWDTRST，地址，地址A6HA6H）。开启看门狗定时器后，）。开启看门狗定时器后，1414位位定时器会自动对系统时钟定时器会自动对系统时钟1212分频后的信号计数，即每分频后的信号计数，即每1638416384（214214）个机器）个机器周期溢出一次，并产生一个高电平复位信号，使单片机复位。采用周期溢出一次，并产生一个高电平复位信号，使单片机复位。采用12MHz12MHz的的系统时钟时，则每系统

45、时钟时，则每1638416384s s产生一个复位信号。产生一个复位信号。 当由于干扰，使单片机程序当由于干扰，使单片机程序“跑飞跑飞”或陷入或陷入“死循环死循环”时，单片机也时，单片机也就不能正常运行程序来定时地把看门狗定时器清就不能正常运行程序来定时地把看门狗定时器清0 0，看门狗定时器计满溢出，看门狗定时器计满溢出时，将在时，将在AT89S52AT89S52的的RSTRST引脚上输出一个正脉冲（宽度为引脚上输出一个正脉冲（宽度为9898个时钟周期），个时钟周期），使单片机复位，在系统的复位入口使单片机复位，在系统的复位入口0000H0000H处重新开始执行主程序，从而使程处重新开始执行主程序，从而使程序摆脱序摆脱 “跑飞跑飞”或或“死循环死循环”状态，让单片机归复于正常的工