单片机学习笔记——51单片机引脚功能

                                            

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单片机的基本组成

1. 单片机包括一个8位的微处理器（CPU），CPU共有八个输入，三个内中断，两个外中断，两个频率基准源信号，一个内部总线信号。CPU包括运算器和控制器，并且增加了面向控制的处理功能，可以处理字节数据和位变量。三个内中断包括两个定时器和一个串行口，外中断是计算机感受外部的重要方式，从控制角度来说，外中断越多越好

2. 片内数据存储器RAM/SFR（128B/256B）—— RAM可以读写数据，如运算的工作变量，计算过程的中间变量，数据暂存和缓冲，标志位等，8位机是128 B，16位机是256 B，最多可以片外扩展至64KB。特殊功能寄存器（SFR）是各功能部件对应的寄存器，用于存放相应部件的控制命令，状态或数据

3. 片内程序存储器ROM/EPROM（4KB/8KB）—— ROM存放一些原始数据和表格，然也有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031，8032，80C31，外扩ROM最多可以扩展至64KB

4. 四个8位并行IO接口P0～P3 —— 四个IO口既可以按字节操作，也可以按位操作，IO没有单独的地址，占用了部分ROM地址工作

5. 两个定时器/计数器 —— 每个定时器，计数器都可以设置成计数方式，用于对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制

6. 五个中断源的中断控制系统 ——三个在片内，两个在片外，它们在程序存储器中有自己固定的中断入口地址，由此可进入中断程序服务，五个中断有两个优先级，可以形成中断嵌套

7. 一个全双工UART串行IO口 —— UART，即通用异步接收发送器，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信，具有四种工作方式

8. 片内振荡器和时钟产生电路 —— 石英晶体与两个30pf左右的电容外接，最高允许震荡频率24MHz，单片机的时钟信号用于提供各种微操作的时间基准，有两种方法可以得到时钟信号——内部振荡方式和外部振荡方式，振荡器的频率越高，计算速度越快，振荡器的目的是：产生一个单一的可用信号，定时电路对振荡器信号分频产生其他电路所需的信号

以上各部分通过内部数据总线相连接

单片机的内部结构

89C51与早期Intel的8051、8751、8031芯片的外部引脚（89C51有40个引脚）和指令系统完全兼容，只是使用Flash ROM代替了ROM/EPROM

一个完整的计算机应该由运算器，控制器，存储器（ROM/RAM）及IO接口组成

单片机包括运算器，控制器，片内存储器（RAM/ROM/EPROM）,IO串并行口，定时/计数器，中断系统，振荡器电路等功能部件

运算器以算数逻辑运算单元（ALU）为核心，包括累加器A，B寄存器，暂存器，程序状态寄存器PSW等部件；控制器含指令寄存器，指令译码器，定时和控制电路等，能根据不同的指令产生操作时序和控制信号

微处理器（CPU）

CPU是单片机的核心，决定了单片机的主要功能特性是计算机的指挥和控制中心，由运算器和控制器等部分组成

运算器

运算器包括一个可进行8位算数运算和逻辑运算的ALU，8位的暂存器1,8位的暂存器2，，8位的累积器ACC（在字节运算里用助记符A表示，在指令操作中表示为ACC），寄存器B和程序状态寄存器PSW

ALU——可对4位（半字节），8位（一个字节），16位（两个字节）的数据进行操作，主要功能是 加，减，乘，除，加一，减一， BCD数十进制调整，比较等算数运算，与、或、异或，求补及循环移位（高级语言没有此功能）等逻辑操作 ，进行的是整数运算，浮点数不进行计算

ACC——累加器， 8位，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， 结果 送回 ACC

PSW——程序状态寄存器，用于 指示指令执行后的状态信息，相当于一般微处理器的标志寄存器，一般用于检查是否有 溢出，程序执行结束后先根据PSW的状态判定 结果是否准确

B——8位寄存器，在 乘除运算中，B寄存器用于 存放一个操作数，也用于存放一部分结果，若不做乘除法运算，则可以作为通用寄存器使用

 控制器

控制器包括程序计数器PC，指令寄存器IR，指令译码器ID，振荡器和定时电路

程序计数器PC——由两个8位的计数器PCH及PLC组成，共16位。PC实际上是程序的字节地址计数器， PC中的内容是将要执行的下一条指令的地址

指令寄存器IR和指令译码器ID（ 指令的执行过程）
从程序寄存器ROM（ 程序写好或者下载都存放在ROM里，一般不能修改）中读出指令之后，送至指令寄存器ID保存，然后送到指令译码器IR进行译码，译码的结果送到定时控制逻辑电路，由定时控制逻辑电路产生各种定时信号和控制信号，最后送到各部件去执行相应的操作

振荡器及定时电路——单片机内有振荡电路，只需外接石英晶体和两个30pf的频率微调电容，频率范围为0~24MHz。该脉冲信号就会作为单片机工作的基本节拍（即最小时间）控制协调其工作

存储器

单片机有ROM（程序存储器，只读）和RAM（数据存储器，读写）组成，它们有各自的存储和地址空间

ROM（程序存储器）

89C51的片内存储是4KB，地址从0000H开始，用于存放程序和表格

RAM（数据存储器）

89C51片内数据存储器为128B，地址为00H~7FH，用于存放中间结果，数据暂存和数据缓冲

在这128B的RAM中，有32个字节单元可指定为工作寄存器，且——片内RAM和工作寄存器排在一个队列里统一编址，单片机内部有21个SFR（不包括P0~P3锁存器）也和128字节RAM在一个队列编址，地址为80H~FFH

哈佛结构和冯诺依曼结构
哈佛结构——程序和数据 分开存储的体系结构，目的是为了减轻程序运行时的访问瓶颈
冯诺依曼结构——程序和数据 合并在一起存储的存储器结构

ROM和RAM共有三种地址,四个结构——ROM（片内外联合编址），片内RAM，片外RAM；片内、外ROM，片、内外RAM

I/O接口

89C51有4个8位的并行接口，即P0~P3，它们都是双向端口，每个端口有8条IO线，均可输入输出，P0~P3四个锁存器和RAM统一编址，可以把IO口当作SFR来寻址

89C51的引脚及其功能

RST/Vpd	高电平有效，振荡器运行时，在此引脚加两个机器周期的高电平就会使单片机复位，复位后应使此引脚电平保持在不高于0.5V的低电平以保持单片机正常工作 第二功能，Vpd是备用电源输入端，掉电期间，此引脚会接备用电源，以保持RAM内数据不丢失
EA/VPP	EA外存地址允许输入端：接高电平，只访问EPROM/ROM，但当PC的值超过0FFFH，会自动转到片外ROM；接低电平时，CPU只访问外存ROM，无论内部是否有存储器，外扩，此脚接地 第二功能Vpp是8751片内EPROM固化编程时，作为较高编程电压（12-21V）输入端
ALE/PROG	访问外部存储器时，ALE输出脉冲用于锁存16位地址的低8位，不访问外存，仍有周期性正脉冲输出，频率为振荡器频率的1/6，作为对外输出的时钟（定时信号），可以驱动8个LS型TTL 第二功能PROG在对片内带有4KB EPROM的8751编程写入（固化程序）时，作为程序脉冲输入
PSEN	可用于检查CPU是否能正常到外部存储器读取指令码，PSEN有效时，允许读出EPROM/ROM 中的指令码，可以负载8个LS型TTL

8951上电后，①可通过示波器检查ALE端是否有脉冲信号输出，②看CPU是否正常到EPROM/ROM中读取指令码——如果有，则89C51基本是好的

IO端口

P0	P0是一个漏极开路（作通用IO口内部需加上拉电阻）的8位准双向（作输入口要先写1）IO口 每个能驱动8个LS型TTL负载，作为输入口时，应先向80H的口锁存器写入全1，此时P0口引脚全部浮空，可作为高阻抗输入，访问片外存储器时，是分时提供低8位地址和8位数据复用总线
P1	P1是一个带内部上拉电阻的8位准双向IO口，每一位能驱动4个LS型TTL（灌入或输出电流）负载 作输入口使用时，应先向地址为90H的P1口锁存器写入全1，此时P1引脚内部的上拉电阻拉成高电平
P2	P2是一个带上拉电阻的8位准双向IO端口，每位能驱动4个负载，访问片外ROM时，输出高8位地址
P3	P3是一个带内部上拉电阻的8位准双向IO口，每位驱动4个负载，且每个引脚还具有第二功能