51单片机总结【引脚、时钟电路、复位电路、I/O端口、内部结构】

1、功能简述

STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器(ROM)。STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash（程序存储器ROM），512字节RAM（256字节内部和256字节外部），32位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

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2、引脚分类

3、引脚功能

难易程度：P0>P2>P3>P1

1、P1 = 1个锁存器+一个场效应管驱动器+2个三态门缓冲期

        准双向P1口：8个相同的结构电路，组成P1特殊功能寄存器（90H）

        p1 输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

用作输出端口：单片机内部相关电路除了会往给锁存器的D端送数据外，还会往锁存器CL端送写锁存器信号，内部总线送来的数据通过D端进入锁存器并从Q和端输出，当D端输入“1”，则端输出“0”（Q端输出“1”）,端的“0”送到晶体管的栅极，晶体管截止，从P1端口引脚输出“1”。 当D端输入“0”，则端输出“1”（Q端输出“0”）,端的“1”送到晶体管的栅极，晶体管导通，从P1端口引脚输出“0”。
用作输入端口：单片机内部相关电路会先往 P1锁存器写“1”，让Q=1、,会使晶体管截止，关闭P1端口的输出电路，然后CPU往输入三态门控制端送一个读引脚控制信号，输入三态门打开，从 P1端口引脚输入的信号经输入三态门送到内部总线。 

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2、复用口P3特殊功能寄存器（B0H） = 1个锁存器+1个场效应管驱动器+2个三态门缓冲器+1个与非门

用作输出端口：单片机内部相关电路会送出“1”到与非门的一个输入端（第二功能输出端），打开与非门（与非门的特点是：一个输入端为“1”时，输出端与另一个输入端状态始终相反）。若要将P3端口用作输出端口，CPU给锁存器的CL端送写锁存器信号，内部总线送来的数据通过D端进入锁存器并从Q端输出，再通过与非门和晶体管两次反相后从P3端口引脚输出。

用作输入端口：单片机内部相关电路会送出“1”到与非门的一个输入端（第二功能输出端），打开与非门（与非门的特点是：一个输入端为“1”时，输出端与另一个输入端状态始终相反）。若要将P2端口用作输入端口，CPU会先往P3锁存器写“1”，让Q=1，与非门输出“0”，晶体管截止，关闭P3端口的输出电路，然后CPU往输入三态门控制端送一个读引脚控制信号，输入三态门打开，从P3端口引脚输入的信号经过输入缓冲器和输入三态门送到内部总线。

用作第二功能：

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3、高8位拓展地址总线P2（A0H）= 1个锁存器+2个三态门缓冲器+1个场效应管驱动器+两路开关+非门

用作输出端口：单片机内部相关电路会送控制信号到电子开关的控制端，让电子开关与P2锁存器的Q端连接。若要将P2端口用作输出端口，CPU会通过内部总线将数据送到锁存器的D端，同时给锁存器的CL端送写锁存器信号，D端数据存入锁存器并从Q端输出，再通过电子开关、非门和晶体管从P2端口引脚输出。

用作输入端口：单片机内部相关电路会送控制信号到电子开关的控制端，让电子开关与P2锁存器的Q端连接。若要将P2端口用作输入端口，CPU会先往P2锁存器写“1”，让Q=1、,Q=1会使晶体管截止，关闭P2端口的输出电路，然后CPU往输入三态门控制端送一个读引脚控制信号，输入三态门打开，从P2端口引脚输入的信号经输入三态门送到内部总线。

用作地址总线引脚：单片机内部相关电路会发出一个控制信号到电子开关的控制端，让电子开关与内部地址线接通，地址总线上的信号就可以通过电子开关、非门和晶体管后从P2端口引脚输出。

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4、低8位拓展地址总线P0口（80H） = 1个锁存器+2个三态门缓冲器+2个场效应管驱动器+两路开关+非门 +与门

用作输出端口：内部CPU会送控制信号“0”到与门和电子开关，与门关闭（上晶体管VT1同时截止，将地址/数据线与输出电路隔开），电子开关将锁存器与输出电路连接，然后CPU通过内部总线往P0端口锁存器送数据和写锁存器信号，数据通过锁存器、电子开关和输出电路从P0端口的引脚输出。在P0端口用作输出端口时，内部输出电路的上晶体管处于截止（开路），下晶体管的漏极处于开路状态（称为晶体管开漏），因此需要在P0端口引脚接外部上拉电阻，否则无法可靠输出“1”或“0”。

用作输入端口：内部CPU会先往P0端口锁存器写入“1”（往锁存器D端送“1”，同时给CL端送写锁存器信号），让,VT2截止，关闭输出电路。P0端口引脚输入的信号送到输入三态门的输入端，此时CPU再给三态门的控制端送读引脚控制信号，输入三态门打开，P0端口引脚输入的信号就可以通过三态门送到内部总线。如果单片机的CPU需要读取P0端口锁存器的值（或称读取锁存器存储的数据），会送读锁存器控制信号到三态门（上方的三态门），三态门打开，P0锁存器的值（Q 值）经三态门送到内部总线。

用作地址数据总线：单片机内部相关电路会通过控制线发出“1”，让与门打开，让电子开关和非门输出端连接。当内部地址/数据线为“1”时，“1”一方面通过与门送到 VT1的栅极，VT1导通，另一方面送到非门，反相后变为“0”，经电子开关送到VT2的栅极，VT2截止，VT1导通，P0端口引脚输出为“1”；当内部地址/数据线为“0”时，VT1截止，VT2导通，P0端口引脚输出“0”。总的来说，当单片机需要将P0端口用作地址/数据总线时，CPU会给与门和电子开关的控制端送“1”，与门打开，将内部地址/数据线与输出电路的上晶体管 VT1接通，电子开关切断输出电路与锁存器的连接，同时将内部地址/数据线经非门反相后与输出电路的下晶体管VT1接通，这样VT1、VT2状态相反，让P0端口引脚能稳定输出数据或地址信号（1或0）。

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5、其他非I/O口 

4、最小系统工作电路

 

5、时钟电路——单片机的心脏

单片机需要时钟信号才能正常工作，时钟信号是脉冲信号的一种，周期固定，占宽比1:1的矩形脉冲波。时钟电路就是通过其他元器件综合来形成的时钟信号。 1.晶振时钟：通过外部晶振电路来获取时钟信号，电容用于起振。2.脉冲时钟：外部从XTAL2引脚输出时钟信号。

 部分51单片机不需要外部晶振也能正常工作，优点是降低成本，缺点是RC振荡频率精度不高。

单片机的时序

是对象间按照时间顺序组成的序列关系，可以用状态方程、状态图、状态表和时序图表示。 

时序与时钟的关系：时钟要受时钟节拍的制约。

时钟度量单位：时钟周期（节拍）P、状态周期S、机器周期、指令周期。 

1S = 1P、1机器周期 = 6S = 12P、1指令周期 = 1~4机器周期

 6、复位与复位电路

复位电路的首要功能是通电复位。使单片机恢复原始默认状态。P0-P3复位默认是全高电平。

复位条件：在RST/VPD引脚端出现：大于等于10ms时间的高电平3V状态。

7、51内部结构

图中ROM为8k，RAM为512字节。

8、中央处理器 

控制器

用途：统一指挥和控制各单元协调工作 

任务：从ROM中取出指令——译码——执行指令

组成：程序计数器、指令寄存器、指令译码器、数据指针寄存器

程序计数器（Program Counter）：指向下一条指令首地址，ROM存储单元的地址指针，可修改，让程序跳转运行复位时：PC=0——复位后程序从0开始运行。

指令寄存器（Instruction Register）：8位寄存器，暂存指令，等待译码。

指令译码器（Instruction Decoder）：将指令寄存器的指令进行译码，转为可执行的电信号，在通过定时器电路将其执行。

数据指针寄存器（Data Pointer）：指向ROM或者RAM存储单元的地址指针（引导数据传送）DPTR是专门的16位的外设RAM或者外部ROM准备用于读取和写入的。

（16位寄存器的可寻址范围为2^16=64kb,可拆成两个8位独立寄存器DPL和DPH低8位和高8位）

运算器 

作用：对数据进行算术运算和逻辑运算。

功能：1.对暂存器中的数据进行运算。2.结果保存到ACC中。3.运行状态反映在PSW中

累加器ACC：一个8位寄存器，用来存放操作数或中间运行结果。状态值可由指令修改，是最繁忙的寄存器。

算术逻辑单元ALU：执行算术和逻辑运算，运算结果给PSW。

状态字寄存器PSW：8位寄存器，存放程序运行过程中的各种状态信息的寄存器。状态值可由指令修改