1、河北石油職業技術學院教 案 首 頁課程名稱單片機原理及應用班級授課時間2011年 2 月 24 日 第 一 周 星期四 第 3、4 節教學內容第二 章AT89C51單片機內部結構基礎第1、2 節內部結構和引腳功能 時鐘電路教學目的讓學生了解單片機的內部結構和工作原理，熟悉引腳功能，并且會熟練計算振蕩周期、時鐘周期、機器周期和指令周期教學重點和難點單片機內部結構和時鐘電路授課方法講授教學用具作 業P25 練習與思考 4、5復習提問單片機結構教學內容、方法和過程單片機內部結構：ALU,ACC等主要部件。單片機的引腳功能單片機時鐘電路，以及振蕩周期、時鐘周期、機器周期和指令周期之間的關系 審閱人：

2、審閱結果： 審閱日期：授 課 稿 紙 總 5 頁 第 1 頁 第二講第2章 AT89C51單片機內部結構基礎2.1 內部結構和引腳功能 內部結構框圖和主要部件1內部結構框圖AT89C51單片機內部結構框圖如書中13頁圖2-1所示。該圖包含了該單片機的基本硬件資源。單片機就是把圖中所有的硬件集成在一個芯片上，形成一個單芯片微型計算機。 圖2-1 AT89C51單片機內部結構框圖2.內部結構主要部件（1）1個以ALU為中心的8位中央處理器（CPU），完成運算和控制功能。注解：ALU-算術邏輯運算單元（運算器）。ACC：累加器（ACC是一個8位的存儲單元，是用來放數據的。）PSW：程序狀態字（又稱：

3、狀態寄存器）例：兩數相加，PSW的某位用于判斷是否有進位，是否有溢出等等。授 課 稿 紙 總 5 頁 第 2 頁 （2）128個字節的內部數據存取存儲器（內部RAM）,地址為00H7FH（3）21特殊功能寄存器在內部RAM的SFR塊中,又稱專用寄存器）， 離散分布于地址80HFFH中。（4）程序計數器PC，是物理上獨立的16位專用寄存器，其內容為將要執行的指令地址（程序存儲器地址）。（5）4KB 字節FLASH內部程序存儲器（片內ROM），用來存儲程序、原始數據、表格等。（6）4個8位可編程I/O口（P0、P1、P2、P3）（7）1個UART串行通信口（8）2個16位定時器/計數器（9）5個中

4、斷源，兩個中斷優先級的中斷控制系統（10）一個片內振蕩器和時鐘電路（11）用于擴展外RAM、外ROM等的結構 地址總線（AB）；數據總線（DB）控制總線（CB）一條指令的執行=取指令+執行指令取指令：控制器 程序計數器（PC） 指令放入ROM 傳遞給BUS 指令譯碼器（分析指令） 傳遞指令給指令寄存器執行指令：程序計數器PC自動加1 程序地址寄存器 指令放入ROM ALU 指令放入ACC 傳遞給總線BUS單片機編程語言：匯編語言和C語言，本次課程主要介紹匯編語言編程。例：MOV A #30H;機器代碼分別為（74 30） ADD A P1; （25 90） MOV P0 A; （F5 80）計

5、算機不能識別程序，只能識別機器代碼，三條程序的機器代碼可以通過查表或計算機自動編譯實現。見課本281頁附錄C單片機指令表。試驗設備：計算機（程序）仿真器用戶板（顯示結果） 引腳功能 課本14頁圖2-2所示為AT89C51雙列直插式封裝的引腳圖和邏輯符號圖。40個引腳大致可分為四類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。1.電源引腳（括號中數為引腳編號）（1）Vss(20)：接地端。 （2）Vcc(40)：接DC電源端，一般接+5V。授 課 稿 紙 總 5 頁 第 3 頁 2.時鐘引腳（1）XTAL1(19)：外接振蕩元件（如晶振）的一個引腳。愛用外部振蕩器時，此引腳接振蕩器的信號。（2）XTAL2(1

6、8)：外接振蕩元件（如晶振）的一個引腳。采用外部振蕩器時，此引腳懸浮。注解：能夠產生振蕩電流的電路。一般由電阻、電感、電容等元件和電子器件所組成。3.控制線（1）RST(9)：復位輸入端。該引腳上出現至少兩個機器周期的高電平，將使單片機復位。（2）ALE（/PROG）(30)：地址鎖存允許編程脈沖。在對Flash存儲器編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（PROG）。（3）/PSEN(29)： 外ROM讀選通信號。PSEN有效信號作為外部ROM芯片輸出允許OE的選通信號。在讀內部ROM或RAM時，PSEN無效。（4）/EAVpp(31)： 內、外ROM選擇編程電源。/EA為內、外ROM選擇端。RO

7、M尋址范圍為64KB。當/EA保持高電平時，先訪問內ROM，當PC的值超過4KB時，自動轉向執行外ROM中的程序。當/EA保持低電平時，只訪問外ROM。在Flash編程期間，此引腳用于是假編程電壓Vpp。4.P0P3： 4個8位輸入/輸出口，一共32條引腳。注解：P3.0和P3.1可以作為串行接口2-2時鐘電路與復位電路 時鐘電路單片機內部有時鐘電路（又稱時鐘發生器），與振蕩器共同產生單片機工作所需要的時鐘信號。振蕩器可由單片機內振蕩電路外接振蕩元件（如晶振）實現，構成內部時鐘方式。授 課 稿 紙 總 5 頁 第 4 頁 振蕩器也可以是外振蕩源，將其信號接單片機XTAL1腳，XTAL2腳懸空，

8、則構成外部時鐘方式。1. 振蕩器元件，振蕩周期AT89C51芯片內部有一個高增益反相放大器，其輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2,。只要在此兩端跨接一個振蕩器元件，則可構成一個穩定的自激振蕩器，單片機上電后即可工作。 晶體振蕩器：旁邊電容容量一般為30pF，振蕩器元件 陶瓷振蕩器：旁邊電容容量一般為47pF，（對時鐘精度要求不高時，可以代替晶振）注意：電路設計時，晶振、C1和C2要盡量的靠近單片機，以減少分布電容的影響，從而保證振蕩器穩定、可靠地工作。AT89C51的振蕩頻率最高可達24MHz，也可很低。振蕩頻率的倒數稱振蕩周期。振蕩周期、狀態時鐘周期、機器周期、指令周期之間的關系如課本16頁，圖2-4所示。2狀態時鐘發生器、狀態時鐘周期 內部時鐘發生器實質上是一個二分頻的觸發器。其輸入由振蕩器引入，輸出為兩個節拍（P1節拍和P2節拍）的狀態時鐘信號。顯然狀態時鐘周期是振蕩周期的兩倍。每個周期的前半周期，節拍1(P1)信號有效；后半周期，節拍2(P2)信號有效。狀態時鐘周期=振蕩周期*2=P1+P2授 課 稿 紙 總 5 頁 第 5 頁 3機器周期 一個機器周期由6個狀態組成。即S1、S2、S3、S4、S5、S6。機器周期等于6個狀態時鐘周期或等于12個振蕩周期。4指令周期指令周期是單片機執行一條指令所占用的時間（一般用機器周期表示）。AT89C51單片機有