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【硬件结构回顾】 硬件结构回顾】

第2 章

AT89C51单片机片内硬件结构 AT89C51单片机片内硬件结构

P.9

2.1

AT89C51单片机的硬件组成 AT89C51单片机的硬件组成

片内硬件结构如图 所示 片内硬件结构如图2-1所示 如图 所示: 片内功能部件如下： 片内功能部件如下： 位微处理器及1 (1)微处理器(CPU) ; 1个8位微处理器及1个布尔处理器 )微处理器( ) B(128字节 (2)数据存储器(RAM); 128B(128字节) )数据存储器( ); 128B(128字节) (3)程序存储器(4KB E2PROM); )程序存储器( ); 位可编程并行I/O口 (4)4个8位可编程并行 口(P0口、P1口、P2口、P3口); ) 个 位可编程并行 口 口 口 口准双向

个全双工串行通信接 (5)1个全双工串行通信接口； (UART) ) 个全双工串行通信接口 位定时器/计数器 (6)2个16位定时器 计数器； ) 个 位定时器 计数器； (7)中断系统； 5个中断源，2个优先级的中断嵌套结构 )中断系统； 个中断源， (8)特殊功能寄存器(SFR)。 21个 )特殊功能寄存器( )。 21个 还有：片外存储器(64KB 64KB 扩展总线的控制电路。 KB) 还有：片外存储器(64KB + 64KB)扩展总线的控制电路。

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2.2

AT89C51单片机的引脚介绍 AT89C51单片机的引脚介绍40只引脚双列直插封装(DIP)。 40只引脚双列直插封装(DIP)。 只引脚双列直插封装

【硬件结构回顾】 硬件结构回顾】

P.11

除电源、复位、时钟外都是I/O端 除电源、复位、时钟外都是I/O端，多数引脚为多功能复用 I/O+5V电源 +5V电源 /AD0 /AD1 /AD2 /AD3 /AD4 /AD5 /AD6 /AD7

电源地 逻辑地

/A15 /A14 /A13 /A12 /A11 /A10 /A9 /A8

图2-2

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【硬件结构回顾】 硬件结构回顾】P. 26

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2.4

AT89C51单片机存储器的结构 AT89C51单片机存储器的结构 存储空间分布图FFFFH

片外 程序存储器

【硬件结构回顾】 硬件结构回顾】 片外数据存储器

FFFFH 64KB ROM 64KB RAM (I/O) RAM

片内 数据存储器 0FFFH

片内 程序存储器

1000H 0FFFHEA = 0

FFH 80H 7FH 00H

4KB ROM21个SFR单元 21个SFR单元 128个RAM单元 128个RAM单元

SFR

RAM

EA = 1 Flash 存储器

0000H

0000H

0000H 片外扩展存储器

片内存储器

① ② ③ ④

片内4KB,可片外扩展至64KB的程序存储器空间，地址为0000H 片内4KB,可片外扩展至64KB的程序存储器空间，地址为0000H~FFFFH 4KB 64KB的程序存储器空间 0000 B的片内数据存储器空间，地址范围为00 的片内数据存储器空间 00H 128 B的片内数据存储器空间，地址范围为00H~7FH 21个特殊功能寄存器(SFR),在地址80H~FFH之间分布着21 个特殊功能寄存器(SFR),在地址80H 之间分布着21个 21个特殊功能寄存器(SFR),在地址80H~FFH之间分布着21个SFR 可扩展的64KB的片外数据存储器空间

地址范围也为0000 FFFFH。 64KB的片外数据存储器空间， 0000H 可扩展的64KB的片外数据存储器空间，地址范围也为0000H~FFFFH。

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【硬件结构回顾】 硬件结构回顾】 P.16 (RAM:随机存取存储器 可读可写，断电丢失) 随机存取存储器， 2.4.2 内部数据存储器空间 (RAM:随机存取存储器，可读可写，断电丢失) 128个单元 每单元8位即1字节(8b=1B) 字节地址为00H 7FH。 个单元， (8b=1B), 00H~ 128个单元，每单元8位即1字节(8b=1B),字节地址为00H~7FH■寻址方式： 寻址方式： 指令中指明 操作数的方式7FH 07H 128个 128个 片内RAM字节单元 片内RAM字节单元 RAM . . . 位地址 . . . 78H 128个位 个位) (共128个位) . . . 位地址 . . . 00H R7 . . R0 R7 . . R0 R7 . . R0 R7 . . R0

位地址 bit 00H~7FH 7FH) (00H 7FH)

RS1 RS0 1 1 0 0 1 0 1 0由PSW中的RS1、RS0位 PSW中的RS1、RS0位 中的RS1 选择四个区之一的8 选择四个区之一的8个单元 兼作工作寄存器R0 R7使用 兼作工作寄存器R0~R7使用 R0 R7

(00H~7FH) (00H 7FH) 寄存器间接寻址@Ri (@R0、 (@R0、@R1)

直接地址direct 直接地址direct dir

寄存器寻址 Rn

(R0~R7) (R0 R7)

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硬件结构回顾】 【硬件结构回顾】 特殊功能寄存器(SFR)(CPU寄存器及各接口电路控制寄存器 寄存器及各接口电路控制寄存器) 2.4.3 特殊功能寄存器(SFR)(CPU寄存器及各接口电路控制寄存器) P.17■寻址方式： 寻址方式： 指令中指明 操作数的方式

乘除寄存器 AB 累加寄存器 累加寄存器 A 寄存

√ √ √ √

(SFR名 (SFR名) 累加器SFR名为ACC 累加器SFR名为ACC SFR名为

位地址 bit 80H..F7H) (80H..F7H) 符号指令中 可用位名 位名等 可用位名等 暂代其位地址 字节地址为 X0H或X8H的 X0H或X8H的SFR 可位寻址! 可位寻址!

21个 21个 SFR字节单元 SFR字节单元

√

直接地址direct 直接地址direct dir 符号指令中 可用SFR SFR名 可用SFR名 暂代其地址

(80H. F0H) (80H . .F0H)

数据指针寄存器 (16位 DPTR (16位)

SFR的 表2-4 SFR的 名称及其分布

√

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【硬件结构回顾】 硬件结构回顾】写片外数据存储器单元： 写片外数据存储器单元： 输出数据到某I/O端口) I/O端口 (输出数据到某I/O端口)

P.120

MOVX

@DPTR,A

74LS373 G

AB

读片外数据存储器单元： 读片外数据存储器单元： 从某I/O端口输入数据) I/O端口输入数据 (从某I/O端口输入数据)

MOVX

A,@DPTR

D片外程序存储器读 片外程序存储器读选通信号 程序存储器

DB

P3.6/ P3.7/ 图8-2

P3.6/片外数据存储器 P3.6/片外数据存储器写选通信号 片外数据存储器写 P3.7/片外数据存储器 P3.7/片外数据存储器读选通信号 片外数据存储器读

CB

AT89C51单片机扩展的片外三总线 AT89C51单片机扩展的片外三总线

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【硬件结构回顾】P.119 硬件结构回顾】 AT89C51

系统并行扩展结构如 系统并行扩展结构如图 所示。 AT89C51系统并行扩展结构如图8-1所示。16 8

A0~A15

D0~D7

3

WR 2 16 RD

8 PSEN1 16

8

WR 2 16 RD

8

WR 2 16 RD

8

64K× 64K×8bit =64KB取指, 取指, MOVC指令 MOVC指令

<按数据存储器空间扩展> 按数据存储器空间扩展>MOVX指令 MOVX指令

MOVX指令 MOVX指令

64K× 64K×8bit =64KB

图8-1

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8.5 EPROM和RAM的综合扩展 8.5 EPROM和RAM的综合扩展 【硬件结构回顾】 硬件结构回顾】 P.136 8.5.1 8.5.1 综合扩展的硬件接口电路 采用译码器法扩展2 译码器法扩展 EPROM, RAM。 【例8-3】 采用译码器法扩展2片8KB EPROM,2片8KB RAM。EPROM 选用2764 RAM选用6264。共扩展4片芯片。 2764, 选用6264 选用2764,RAM选用6264。共扩展4片芯片。 全译码】 【全译码】 6000H~7FFFHA15=0 A14 A13 4000H~5FFFH 2000H~3FFFH 0000H~1FFFH

8KB 程存

8KB 程存

8KB 数存

8KB 数存

图8-21

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3.扩展可回读的8位并行输出接口： 3.扩展可回读的 位并行输出接口： 【硬件结构回顾】 硬件结构回顾】 扩展可回读 74LS244的数据输入端不接开关 改接到74LS273 的数据输入端不接开关， 如：图9-20 74LS244的数据输入端不接开关，改接到74LS273 对应位的Q 对应位的Q端 则从74LS273输出的8位逻辑电平可从74LS244输入口回读 74LS273输出的 74LS244输入口 则从74LS273输出的8位逻辑电平可从74LS244输入口回读8位可回读并行输出接口

FEFFH

回读 MOV DPTR,#0FEFFH MOVX A,@DPTR 读入8个输出端上电平值到 ；读入8个输出端上电平值到A中地址分析： 1110 1111-地址分析：1111 1110 1111 1111-- FEFFH 读入的不一定是锁存在273中的8 读入的不一定是锁存在273中的8位数据 273中的

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实验板扩展82C55A(U3)驱动键盘显示电路 实验板扩展82C55A(U3)驱动键盘显示电路 82C55A(U3)

【硬件结构回顾】 硬件结构回顾】

U3 82C55A 字段输出口 字段输出口 输出 ‘0’对应段 对应段 亮 字位输出口 字位输出口 输出 ‘1’对应位显示 1 对应位显示

FEFCH

FEFDH P2.0/A8 FEFEH

4X4键盘接口 4X4键盘接口 控制口 FEFFH 方式字:89H=10001001B 初始为输入 方式字:89H=10001001B 初始为输入

地址分析： 地址分析：1111 1111 1111 1111

1110 1110 1110 1110 1110 1110 1110 1110

1111 1111 1111 1111

1100 1100 1101 1101 1110 1110 1111 1111

-----

A口 FEFCH A口 B口 FEFDH B口 C口 FEFEH C口 FEFFH 控制口 控制口

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实验板扩展82C55A(U5)驱动按键、开关及LED电路 硬件结构回顾】 实验板扩展82C55A(U5)驱动按键、开关及LED电路 硬件结构回顾】 82C55A(U5)驱动按键 LED 【L0~L7 L0 L7

P1口驱L0~L7 P1口驱L0 L7 口驱L0

U5 82C55A

单按键 PB0~PB7 PB0

FDFCH

L8~L15 L8 L15FDFDH P2.1/A9 FDFEH 控制口 FDFFH 方式字:8BH=10001011B 方式字:8BH=10001011B 地址分析： 地址分析：1111 1111 1111 1111 110 1101 110 1101 110 1101 110 1101 1111 1

111 1111 1111 1100 1100 1101 1101 1110 1110 1111 1111 ----A口 FDFCH A口 B口 FDFDH B口 C口 FDFEH C口 控制口 FDFFH 控制口 电平开关 SW0~SW7 SW0

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P.231

第13章 AT89C51单片机应用系统 13章 AT89C51单片机应用系统 的设计与调试

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P.231

13.1

AT89C51 单片机应用系统的设计步骤

设计一个单片机测控系统，一般可分为四个步骤： 设计一个单片机测控系统，一般可分为四个步骤： 四个步骤 需求分析， (1)需求分析，方案论证和总体设计 需求分析:被测控参数的形式(电量、非电量、模拟量、 需求分析:被测控参数的形式(电量、非电量、模拟量、数字量 等)、被测控参数的范围、性能指标、系统功能、工作环境、 )、被测控参数的范围、性能指标、系统功能、工作环境、 被测控参数的范围 显示、报警、打印要求等。 显示、报警、打印要求等。 方案论证:根据要求，设计出符合现场条件的软硬件方案， 方案论证:根据要求，设计出符合现场条件的软硬件方案，又要 使系统简单、经济、可靠， 使系统简单、经济、可靠，这是进行方案论证与总体设计一贯 坚持的原则。 坚持的原则。 器件选择，电路设计制作，数据处理算法， (2)器件选择，电路设计制作，数据处理算法，软件的编制阶 段。 系统调试与性能测定。 (3)系统调试与性能测定。 文件编制。 (4)文件编制。

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P.231

文件包括：任务描述、设计的指导思想及设计方案论证、 文件包括：任务描述、设计的指导思想及设计方案论证、性能 测定及现场试用报告与说明、使用指南、软件资料( 测定及现场试用报告与说明、使用指南、软件资料(流程 图、子程序使用说明、地址分配、程序清单)、硬件资料 子程序使用说明、地址分配、程序清单)、硬件资料 )、 (电原理图、元件布置图及接线图、接插件引脚图、线路 电原理图、元件布置图及接线图、接插件引脚图、 板图、注意事项)。 板图、注意事项)。 文件不仅是设计工作的结果，而且是以后使用、维修以及进一 文件不仅是设计工作的结果，而且是以后使用、 步再设计的依据。因此，一定要精心编写，描述清楚， 步再设计的依据。因此，一定要精心编写，描述清楚，使 数据及资料齐全。 数据及资料齐全。

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P.231

13.2

应用系统的硬件设计

为使硬件设计尽可能合理，应重点考虑以下几点。 为使硬件设计尽可能合理，应重点考虑以下几点。 1.尽可能采用功能强的芯片 (1)单片机的选型。随着集成电路技术的飞速发展，许多外 单片机的选型。随着集成电路技术的飞速发展， 围部件都已集成在芯片内，本身就是一个系统， 围部件都已集成在芯片内，本身

就是一个系统，这样可以 省去许多外围部件的扩展工作，设计工作大大简化。 省去许多外围部件的扩展工作，设计工作大大简化。 例如，美国Cygnal公司的C8051F020 位单片机， 例如，美国Cygnal公司的C8051F020 8位单片机，片内集成有 Cygnal公司的 8通道A/D、两路D/A、两路电压比较器，内置温度传感器、 通道A/D、两路D/A、两路电压比较器，内置温度传感器、 A/D D/A 定时器、可编程数字交叉开关和64个通用I/O口 定时器、可编程数字交叉开关和64个通用I/O口、电源监 64个通用I/O 测、看门狗、多种类型的串行总线(两个UART、SPI)等。 看门狗、多种类型的串行总线(两个UART、SPI) UART

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P.232

(2)优先选用片内带有闪烁存储器的产品。例如，使用 优先选用片内带有闪烁存储器的产品。例如， 的产品 ATMEL公司的89C51/89C52/ 89C55, PHILIPS公司的 公司的89C58 ATMEL公司的89C51/89C52/ 89C55, PHILIPS公司的89C58 公司的 (内有32KB的闪烁存储器),可省去扩展单片机程序存储 内有32KB的闪烁存储器),可省去扩展单片机程序存储 32KB的闪烁存储器), 器的工作，减少芯片数量，缩小体积。 器的工作，减少芯片数量，缩小体积。 (3)考虑EPROM空间和RAM空间。目前EPROM容量越来越大， 考虑EPROM空间和RAM空间。目前EPROM容量越来越大， EPROM空间和RAM空间 EPROM容量越来越大 一般尽量选用容量大的EPROM。89C51内部的RAM单元有限， 一般尽量选用容量大的EPROM。89C51内部的RAM单元有限， EPROM 内部的RAM单元有限 当需增强软件数据处理功能时，往往觉得不足，这就要求 当需增强软件数据处理功能时，往往觉得不足， 系统配置外部RAM, 6264,62256芯片等。 系统配置外部RAM,如6264,62256芯片等。 RAM 芯片等 如果处理的数据量大，需要更大的数据存储器空间， 如果处理的数据量大，需要更大的数据存储器空间，可采用 处理的数据量大 数据存储器芯片DS12887,其容量为256KB, 数据存储器芯片DS12887,其容量为256KB,内有锂电池保 DS12887 256KB 护，保存数据可达10年以上。 保存数据可达10年以上。 10年以上

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P.232

(4)对I/O端口的考虑。在样机研制出来进行现场试用时， I/O端口的考虑。在样机研制出来进行现场试用时， 端口的考虑 往往会发现一些被忽视的问题， 往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题是不能单靠软 件措施来解决的。如有些新的信号需要采集， 件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加 输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。 输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。 如果在硬件设计之初就多设计出一些I/O端口 在硬件设计之初就多设计

出一些I/O端口， 如果在硬件设计之初就多设计出一些I/O端口，这些问题 就会迎刃而解了。 就会迎刃而解了。 (5)预留A/D和D/A通道。和I/O端口同样的原因，留出一些 预留A/D和D/A通道。 I/O端口同样的原因， A/D 通道 端口同样的原因 A/D和D/A通道将来可能会解决大问题。 A/D和D/A通道将来可能会解决大问题。 通道将来可能会解决大问题

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2.以软代硬

P.232

原则上，只要软件能做到且能满足性能要求，就不用硬件。 原则上，只要软件能做到且能满足性能要求，就不用硬件。 硬件多了不但增加成本，而且系统故障率也会提高。 硬件多了不但增加成本，而且系统故障率也会提高。以软 带硬的实质，是以时间换空间， 带硬的实质，是以时间换空间，软件执行过程需要消耗时 间，因此这种代替带来的问题就是实时性下降。在实时性 因此这种代替带来的问题就是实时性下降。 要求不高的场合，以软代硬是很合算的。 要求不高的场合，以软代硬是很合算的。 3.工艺设计 包括机箱、面板、配线、接插件等。必须考虑到安装、调试、 包括机箱、面板、配线、接插件等。必须考虑到安装、调试、 维修的方便。另外， 维修的方便。另外，硬件抗干扰措施也必须在硬件设计时 一并考虑进去。 一并考虑进去。

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P.231

13.3

AT89C51单片机系统硬件设计 AT89C51单片机系统硬件设计

首先介绍单片机应用系统设计时的地址空间分配和总线驱动 问题，最后举一个应用系统设计的例子供读者参考。 问题，最后举一个应用系统设计的例子供读者参考。 13.3.1 应用系统设计中的地址空间分配与总线驱动

系统往往是多芯片系统，这时要遇到两个问题： 系统往往是多芯片系统，这时要遇到两个问题：一是如何把 多芯片系统 两个问题 64KB程序存储器和64KB数据存储器的空间分配给各个芯片； 64KB程序存储器和64KB数据存储器的空间分配给各个芯片； 程序存储器和64KB数据存储器的空间分配给各个芯片 二是如何实现89C51单片机对多片芯片的驱动。 二是如何实现89C51单片机对多片芯片的驱动。 89C51单片机对多片芯片的驱动 1.地址空间分配 图13-1是一个全地址译码的系统实例。各器件芯片所对应的 13- 是一个全地址译码的系统实例。 地址如表13- 所示。 地址如表13-1所示。

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P.233

地址空间分配的两种方法：线选法和译码法。 地址空间分配的两种方法：线选法和译码法。下面通过一个 例子来说明如何解决这个问题。 例子来说明如何解决这个问题。

图13-1 13-