C51单片机硬件结构和原理

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1、§2.189C51单片机芯片内部结构及特点§2.289C51单片机引脚及其功能§2.389C51单片机存储器配置§2.4时钟电路及89C51CPU时序§2.5复位操作§2.689C51单片机的低功耗工作方式返回第2章89C51单片机的结构和原理§2.7输出/输入端口结构7/26/2021§2.189C51单片机芯片内部结构及特点返回89C51单片机结构框图A89C51CPU振荡器和时钟OSC64KB总线扩展控制器数据存储器256BRAM/SFR2×16位定时器/计数器可编程I/O程序存储器4KBFLASHROM可编程全双

2、工串行口内外中断源控制并行口串行通信外部时钟源外部事件计数片内振荡器和时钟产生电路，需外接晶振和电容。片内4kB/8kBFlashROM，用以存放程序、一些原始数据和表格。128B/256B片内RAM，用以存放运算的中间结果等都可以设置成计数/定时方式，完成对外部事件进行计数或实现定时控制。8位CPU。指令简单，实现加减乘除运算、逻辑运算和强大的位控制功能。四个8位并行I/O口P0~P3，或32位独立的I/O口，可以用作输入，也可以用作输出。一个全双工UART的串行I/O口，可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。用

3、于外部ROM、RAM或外设的扩展。五个中断源的中断控制系统。7/26/2021二、89C51系列单片机的性能1）89C51单片机与8051相比，具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式。2）89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。此时的电流可降到大约为正常工作方式的15%。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。这种方式下的电流可降到15μ

4、A以下，最小可降到0.6μA。3）89C51单片机还有一种低电压的型号，即89LV51，除了电压范围有区别之外，其余特性与89C51完全一致。89C51采用5V电源，89LV采用512.7~6V电源。4）89C51/LV51是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机。它采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器（NURAM）技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS51兼容；片内的FlashROM允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此89C51/LV51是一种功能强、灵活性高，且价格合理的单片机，可方便

5、地应用在各种控制领域。返回7/26/2021§2.1.289C51单片机芯片内部结构一、结构图二、结构组成返回7/26/2021P0驱动器P2驱动器P0锁存器P2锁存器RAM地址寄存器128BRAM4KBROMB寄存器暂存器1暂存器2ACCSP程序地址寄存器缓冲器PC增1PCDPTR中断、串行口和定时器PSWP1锁存器P1驱动器P3锁存器P3驱动器定时控制指令寄存器指令译码器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1XTAL2PSENALEEARESET89C51单片机

6、内部结构图返回运算器控制器存储器I/O接口7/26/20211、中央处理单元（89C51CPU）：运算器+控制器返回1）8位的ALU：可对4位、8位、16位数据进行操作。2）8位累加器ACC（A）：它经常作为一个运算数经暂存器2进入ALU的输入端，与另一个来自暂存器1的运算数进行运算，运算结果又送回ACC。3）8位程序状态寄存器PSW：指示指令执行后的状态信息供程序查询和判别用。4）8位寄存器B：在乘除运算时，用来存放一个操作数也用来存放运算后的一部分结果；如不能做乘除运算时，作为通用寄存器。5）布尔处理器：专门用于处理

7、位操作的，以PSW中的C为其累加器。6）2个8位暂存器：ALU的两个入口处。（1）运算器二、结构组成：CPU+存储器+I/O接口7/26/20212）控制器（1）程序计数器PC（16位）：PC是程序的字节地址计数器，PC内容为将要执行的指令地址。改变PC内容，改变执行的流向。PC可对64KB的ROM和片外RAM直接寻址，不可对89C51片内RAM寻址。由两个8位计数器PCH、PCL组成。（2）指令寄存器IR及指令译码器ID由PC中的内容指定ROM地址。取出来的指令经IR送至ID。由ID对指令译码产生一定序列的控制信号，以

8、执行指令所规定的操作。（3）振荡器和定时电路89C51单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容（2个30pF左右），其频率范围为1.2MHz-12MHz。该信号作为89C51工作的基本节拍，即时间的最小单位。返回7/26/20212、存储器1）程序存储器（ROM）89C51片内为4kBFlashROM。地