代码收藏家技术教程 2024-09-07

【单片机原理】第2章：单片机引脚功能详解与存储器配置概览，程序存储器与数据存储器的探索（上海理工大学）

89C51/S51单片机引脚功能

单片机的存储器配置

ROM的分类编辑

寻址方式

2。程序存储器

3数据存储器

数据存储器地址空间

片外RAM编辑

2、片内RAM：

编辑

片内数据RAM区

4. 堆栈区及堆栈指示器SP

5.特殊功能寄存器区编辑编辑

2.2 89C51/S51单片机引脚及其功能80C51有40引脚双列直插（DIP）、44引脚方形(PLCC)和（PQFP/TQFP）封装形式。

89C51/S51单片机引脚功能

电源引脚，时钟电路引脚，控制信号引脚，输入输出端口

1、电源引脚：Vcc和Vss

Vcc(40脚)：电源端，为+5V
Vss(20脚)：接地端

2、时钟电路引脚：XTAL1和XTAL2
XTAL2（18脚）：接外部晶体和微调电容的一端；在89C51/S51 片
内它是振荡电路反向放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有
频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。
XTAL1（19脚）：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡
电路反向放大器的输入端，在采用外部时钟时，该引脚接地。

3、控制信号引脚

RST（9脚）：Reset，复位管脚，输入。高电平有效。当此输入端保
持两个机器周期的高电平时，完成单片机复位操作。

PSEN(P29)：Program Store Enable片外程序存储器读选通信号，输出。低电平有效。接片外ROM 的OE端。在从片外程序存储器取指期间，在每个机器周期中，当有效时，程序存储器的内容被送上 P0口（数据总线）。

ALE/PROG（30脚）：Address Latch Enable/Programming
ALE：地址锁存允许信号，输出。正常工作时，该引脚以振荡频率的1/6固定输出正脉冲。CPU访问片外存储器时或I/O时，用引脚输出的信号锁存低八位地址，以实现低八位地址与数据的隔离。PROG：是对片内带有4KB Flash ROM的89C51/S51编程时，编程脉冲输入端。

EA/Vpp（31脚）：Enable Address
片外程序存储器访问允许信号
EA：外部程序存储器地址允许输入端。
 接高电平: CPU访问片内ROM并执行片内程序存储器中的指令，
但当PC值超过0FFFH（片内ROM为4KB）时，将自动转向执
行片外ROM中的程序。
 接低电平: CPU只访问片外ROM并执行外部程序存储器中的程
序。
Vpp：对89C51/S51片内 Flash ROM固化编程时，编程电压输入
端（12-21V）。

4、输入输出端口P0、P1、P2和P3

P0、P1、P2和P3端口，每个端口都是8位，共占32只引脚。
每个管脚都能独立地用作输入或输出。
 每个端口都包括一个锁存器(即特殊功能寄存器P0～P3)、一个
输出驱动器和输入缓冲器
 端口作输出时，CPU通过内部总线把数据写入锁存器，且数据可
以锁存
 端口作输入时，数据可以缓冲。（读端口）操作却有两种方式：
读锁存器：当执行的是读锁存器指令时，CPU发出读锁存器信号，
此时锁存器状态由触发器的Q端经锁存器上面的三态输入缓冲器1送
入内部总线；
读端口：当执行的是读端口引脚的指令，CPU发出的是读引脚控制
信号，直接读取端口引脚上的外部输入信息，此时引脚状态经锁存
器下面的三态输入缓冲器2送入内部总线。
 在具有片外扩展存储器的系统中，P2口送出高8位地址；P0口为
双向总线，分时送出低8位地址和数据的输入/输出。

接口电路的必要性：

计算机对外设进行数据操作时，外设的数据是不能直接接到CPU的数据线上的，必须经过接口：因为CPU的数据线是外设或存储器和CPU进行数据传输的唯一公共通道，为了使数据线的使用对象不产生使用总线的冲突，以及快速的CPU和慢速的外设时间上协调，CPU和外设之间必须有接口电路( 简称接口或I/O口)接口起着缓冲、锁存数据，地址译码、信息格式转换、传递状态(外设状态)，发布命令等功能。

P0口的结构

1. P0 口作 I/O 使用：

CPU发控制电平“0”封锁与门，使T1管截止，同时使MUX开关同下面的触点接通，使锁存器的Q‾与T2栅极接通。

做输出：当CPU向端口输出数据时，写时钟输入到在锁存器的CL上、内部总线的数据经锁存器锁存，由/Q反相输出，通过MUX,再经T2管反相。因为T1是处于截止状态，则P0口的这一位引脚上出现正好和内部总线同相的数据。输出低电平：向寄存器写入0输出高电平：向寄存器写入1

注意：由于输出驱动级是漏极开路电路(因T1截止)，故P0 在作 I/O口使用时应外接10K的上拉电阻。

单片机的存储器配置

1、89C51/S51存储器分类

分为程序存储器和数据存储器

冯·诺依曼结构：也称普林斯顿结构。是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置。

ROM的分类

寻址方式

1、片内、外统一编址的64K程序存储器地址空间。
CPU访问片内、片外ROM指令用MOVC。

2、 64K的片外数据存储器地址空间。访问片外
RAM指令用MOVX。

3、256字节的片内数据存储器地址空间。访问片
内RAM指令用MOV。

2。程序存储器

1、片内、片外统一编址；
2、地址线16根，空间总共64K；
3、CPU访问片内、片外ROM指令用MOVC。
4、EA = 0，即EA引脚接低电平时，000—
0FFF在片外。迫使系统全部执行片外程序存储器，
0000H开始存放的程序。
EA = 1，即EA引脚接高电平时， 000—
0FFF在片内。程序从片内程序存储器0000H开始
执行，即访问片内存储器；当PC值超出片内ROM
容量时，会自动转向片外程序存储器空间执行
5、当程序小于4K时，可以只使用片内ROM
6、当程序大于4K时，CPU自动到片外ROM
7、片外ROM的OE连接到PSEN

某些单元被保留用于特定的程序入口地址。
由于系统复位后的PC地址为0000H，故系
统从0000H单元开始取指，执行程序。从
0003H～002DH单元被保留用于6个中断源
的中断服务程序的入口地址。
复位
0000H
外部中断0
0003H
计时器T0溢出
000BH
外部中断1
0013H
计时器T1溢出
001BH
串行口中断
0023H
计时器 T2/T2EX
002BH

AT89S51单片机片内有4 KB的Flash ROM，其地址为0000H～0FFFH
 单片机启动复位后，程序计数器的内容为0000H，所以系统将从0000H单
元开始执行程序。
 实际编程时，一般在0000H单元存放一条跳转指令，而用户设计的程序从
跳转后的地址开始存放。
 专门用于存放中断处理程序的地址单元，中断响应后，按中断的类型，自动
转到各自的中断区去执行程序。因此以上地址单元不能用于存放程序的其他
内容，只能存放中断服务程序

中断入口地址：

通常情况下，每段只有8个地址单元是不能存下完整的中断服务程序的，因而一般也在中断响应的地址区，安放一条无条件转移指令，指向程序存储器的其他真正存放服务程序的空间去执行，这样中断响应后，CPU读到这条转移指令，便转向其他地方去继续执行中断服务程序。

3数据存储器

RAM: Random Access Memory 随机存取存储器
是与CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存(内存)。
它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其
他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。
存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与
存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢
失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。

数据存储器地址空间

数据存储器RAM（读/写存储器）用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。

1、数据存储器片内、片外分别编址；
2、片内8位地址：空间256字节，地址00-
FF；包括RAM和SFR两部分
3、片外16位地址：P0口低8位， P2口高
8 位， 16 根地址线，地址 0000-FFFF, 共
64K
4、CPU访问片内RAM使用MOV指令
5、 CPU访问片外RAM使用MOVX指令