3. 控制信号引脚：RST、ALE、PSEN、EA RST (9脚) : 复位信号输入端，高电平有效。 保持两个机器周期高电平时,完成复位操作。 ALE/PROG (30脚) : 地址锁存允许输出端/编程脉冲输入端 正常时,连续输出振荡器频率的1/6正脉冲信号。 访问片外存储器时： 作为锁存P0口低8位地址的控制信号。 对8751片内 ROM编程写入时： 作为编程脉冲输入端。
第3章 89C51单片机 硬件结构和原理
89C51是Atmel公司在8051基础上发 展的8位单片机。介绍它的硬件结构、
操作时序和工作方式，这是89C51应用
的重要基础知识。
3.1 89C51单片机的基本组成 3.1.1 MCS-51系列单片机

Intel公司推出的8位单片机： 1976年推出的MCS-48系列: 8039, 8048等 1980年推出了MCS-51系列: 8031, 8051, 8751, 8052等. 其中8051成为重要的品种，应用和普及得非常广泛。 Philips、 Siemems 、 Atmel、SST等半导体公司，也生 产出与8051相兼容的低功耗、高性能的产品。
3.3.2 控制器
包括指令部件、时序电路、微操作信号产生电路等 功能: 根据程序计数器PC指示的地址到ROM中取指令, 取到指令寄存器IR中，然后由指令译码器ID进行 译码，按照定时电路发出的时序信号，产生微操 作信号，完成指令所规定的操作。 1. 程序计数器PC : 16位的计数器，由两个8位的计数器PCH和PCL组成， 可以寻址64KB的程序存储器空间。 用来存放CPU要执行的下一条指令的地址。 复位后,PC内容为0000H,程序从ROM的0000H执行. 当指令取出后，PC的内容自动增量，指向下一条指令. 转移、中断、子程序调用等过程中，改变PC的内容。

2. 指令寄存器 IR 和指令译码器 ID ：
CPU读取的指令代码送入指令寄存器IR中，然后经 指令译码器ID对指令译码，按照定时控制电路的时序,
产生相应的微操作控制信号,完成指令所规定的操作。
3. 振荡器和定时电路

产生单片机的振荡信号，作为89C51的基本节拍。

在基本节拍控制下，发出指令要求的控制信号，
⑵. P0、P2、P3端口的第二功能
P0端口: 在CPU访问外部存储器或I/O接口时，P0口分时 提供低8位地址(A0-A7)和8位数据(D0-D7)总线。 这时,需要一个8位锁存器,利用ALE(地址锁存允 许)来锁存P0口低8位地址信号。 P2端口：在CPU访问外部存储器或I/O接口时，P2口提供 高8位地址(A8-A15)的总线信号。 P3端口：在CPU访问外部存储器或I/O接口时，P3口提供 读、写控制总线信号。 还提供串行通信、外部中断、计数器的外部计 数输入信号等。如表3.4所示。
3.4.3 片内数据存储器
数据存储器存放运算的结果和数据的暂存,缓冲等。 特点是可读可写，断电后信息会丢失。 在单片机中使用的都是半导体静态RAM。 89C51的数据存储器分为片内RAM和片外RAM两部分 . 片内数据存储器最大可寻址256个字节,分为两部分： 低128字节是真正的片内RAM 区，为128个字节。 用8位地址寻址，地址范围为00H—7FH。 这128字节分为3部分： 工作寄存器区、位寻址区和用户数据缓冲区。 高128字节为特殊功能寄存器（SFR） 片内80H—FFH中,分布着21个特殊功能寄存器.
4. 程序状态标志寄存器 PSW
D7 CY 进(借) 位

D6 AC 辅助 进位
D5 F0 用户 标志
D4 RS1
D3 RS0
D2 OV 溢出 标志
D1 — 保 留
D0 P 奇偶 标志
寄存器组选 择
PSW的各位包含了程序执行后的状态信息，供程序 查询或判别之用。

除有确定的字节地址(D0H)外，每一位均有位地址, 可以位操作。
外部数据存储器写选通控制输出 外部数据存储器读选通输出控制
3.3 89C51单片机中的CPU结构
3.3.1 运算器
1. 算术/逻辑运算单元 ALU 对4位、8位、十六位数据完成算术运算、逻辑运算。 2. 累加器 ACC 8位的寄存器。其中经常存放一个操作数、中间结果和 运算结果。用助记符A来表示。在位操作时，累加器A 中的每一位都可以位寻址，这时助记符号写成 ACC.X 3. 寄存器 B 8位的寄存器。它可作通用寄存器来使用。 在乘法时，B存放乘数和乘积的高位字节。 在除法时，B存放除数和结果的余数。
PSEN (29脚): 外部程序存储器读选通输出信号 访问片外ROM时,输出负脉冲作为读ROM选通. 常连接到片外ROM芯片的输出允许端（OE）作 外部ROM的读选通信号。 EA/Vpp (31脚): 外部程序存储器地址使能输入/编程电压输入端. 平常,接“1”时，CPU访问片内4KB的ROM，当 地 址超4KB时，自动转向片外ROM中的程序。 当接“0”时，CPU只访问片外ROM。 第2功能Vpp 对8751编程时，编程电压输入端。
4. 输入/输出端口引脚 P0、P1、P2、P3
4个8位的并行输入/输出端口，共32个引脚。作为通用 输入/输出端口，P0、P2和P3端口又各自有第2功能。 ⑴ 通用输入/输出端口 准双向口: 作输入时要先对锁存器写“1”。 P0端口（P0.0—P0.7，第39—32脚）： 漏极开路的准双向口,输出能驱动8个74LS类型的负载. P1端口（P1.0—P1.7，第1—8脚）： 内部带上拉电阻的准双向口,输出能驱动4个74LS负载. P2端口（P2.0—P2.7，第21—28脚）： 内部带上拉电阻的准双向口,输出能驱动4个74LS负载. P3端口（P3.0—P3.7，第10—17脚）： 内部带上拉电阻的准双向口,输出能驱动4个74LS负载.
有条不紊、按部就班地完成指令所要求的功能。

时钟信号是计算机内部协调工作的时间基准，
3.4 89C51单片机的存储器 3.4.1 哈佛结构
存储器是存放程序和数据的部件 普林斯顿结构: 把程序存储器ROM和数据存储器RAM 统一编址，安排在同一个存储空间中。 ROM和RAM分配不同的地址，使用同一类访问指令。 Intel的8088/8086微处理器，在PC机中采用这种结构。
00H — 07H
08H — 0FH 10H — 17H 18H — 1FH
R0 — R7
R0 — R7 R0 — R7 R0 — R7
OV (PSW.2)： 溢出标志位
当算术运算时,如果运算结果超出范围，即产生溢出。 溢出时，OV自动置“1”；无溢出时，OV自动清“0”。
P (PSW.0)： 奇偶校验标志位
程序存储器中的保留单元
存储单元地址 0000H—0002H 保留用途 复位后初始化引导程序地址
0003H—000AH 外部中断0中断服务程序入口地址 定时器/计数器0溢出中断服务程序 入口地址 0013H—001AH 外部中断1中断服务程序入口地址 000BH—0012H 定时器/计数器1溢出中断服务程序 入口地址 0023H—002AH 串行端口中断服务程序入口地址 001BH—0022H
这三个空间有不同的数据传送指令、不同的寻址方式 和不同的硬件控制信号，因此不会混淆。
3.4.2 程序存储器

Hale Waihona Puke 片内外统一编址的64KB程序存储器,地址0000H-FFFFH.
片内有4KB的 Flash ROM, 地址为0000H—0FFFH。 引脚EA选择是否使用片内ROM： 当EA接低电平时，CPU只从片外ROM中取指令。 EA接高电平时,先读片内 ROM.当地址超过4KB后,自动 转向片外ROM。片内外统一编址,最多可扩展到64KB. CPU读取ROM指令为查表指令,用变址寻址, 分别为 : MOVC A，@A+DPTR MOVC A , @A+PC CPU读取片外ROM时，发出PSEN信号（程序存储允 许输出），作为读ROM的选通控制信号。


哈佛结构：把程序存储器和数据存储器分开单独编址。 ROM和RAM安排在独立的地址空间，地址可以重叠。 有各自的访问指令,不同的寻址方式,不同的控制信号。 89C51单片机中使用了哈佛存储结构。在物理结构上 分为程序存储器空间和数据存储器空间，
89C51中使用哈佛存储结构
89C51中使用哈佛存储结构，地址空间分为三类： 片内、外统一编址的64KB程序存储器空间， 用16位地址寻址，地址范围为0000H—FFFFH。 片外64KB数据存储器空间， 用16位地址寻址，地址范围为0000H—FFFFH。 片内256字节的数据存储器空间,用8位地址寻址. 低128字节为片内RAM，地址为00H—7FH， 高128字节内有21个特殊功能寄存器SFR， 地址空间为80H—FFH。
P3口的第二功能
口线 P3.0 P3.1 信号 RXD TXD 功 能 串行口数据输入（接收数据） 串行口数据输出（发送数据）
P3.2 P3.3 P3.4 P3.5
P3.6 P3.7
INT0 INT1 T0 T1
WR RD
外部中断0输入 外部中断1输入 定时器0的外部输入（计数输入） 定时器1的外部输入（计数输入）
反映累加器ACC中“1”的个数的奇偶情况。89C51中采 用偶校验,当A中有奇数个“1”时，P标志置“1”,否则置 “0”. (PSW.5)： 用户标志位。 F0
PSW.1： 为保留位。89C51未用。 5. 布尔处理器 即位处理器。用来完成位数据的传送、逻辑运 算和位条件转移等。有17条位操作指令。

ATMEL公司的89C51系列产品是近年来在我国非常流 行的单片机，本书以AT89C51单片机作为典型，详细介绍 其内部结构、指令系统和工作原理。
3.1.2 89C51单片机的基本组成
89C51单片机基本组成包括有: