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黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 4 AT89C51系列单片机的结构及工作原理简介
4.1 AT89C51单片机的硬件结构
8051单片机是最早生产的，但是随着科技的发展，8051的不能满足更高的要求，从而开发出了AT89C51单片机。具有8051的基本功能，并在此基础上增加了一系列新功能，它具有一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器。具有CMOS8位微处理器高性能,低电压的特点。制造技术采用ATMEL高密度非易失性内存,和工业标准的MCS - 51系列单片机的指令集和输出管脚相兼容。与51系列单片机的区别在于AT89C51将8位CPU和闪烁存储器组合在一起，构成单个芯片，因此提高了运算速度。其基本机构如下图9所示:
图9 AT89C51 单片机结构
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黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） AT89C51具有一下结构特点如下： ·与MCS-51 兼容 ·5个 中 断源 ·32可 编 程I/O线 ·可 编 程串 行 通道
·低 功 耗的闲置和掉电模式 ·两 个16位 定 时 器/计器 ·128×8位 内 部 RAM ·4K字 节可编 程闪 烁 存 储器
4.2 AT89C51单片机的引脚及其功能描述
下图10为控制器AT89C51单片机。
图10 单片机AT89C51
VCC：供电电源。 GND：接地。
P0口：被定义为数据/地址的低八位，端口置1（对端口写1）时，起到作高阻抗输入的作用。
P1口：标准输入输出I/O口，端口置1时，端口呈现高电平，用于输入口。
P2口：标准输入和输出I/O口，外部程序存储空间的高八位地址也可以用其来访问，数据存储器也是一样，端口置1时，端口呈现高电平，用于输入口。
P3口：既可以作标准输入输出I/O，也可做第二功能口，第二功能如下表：
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黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 表1 P3口第二功能 引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 RXD TXD
第二功能 串行 口输入 端 串行 口输出 端
低 电 平有效， 外 部中 断0请 求输入端 低 电 平有效， 外 部中 断1请 求输入端 定时器/计数器0计数脉 冲输 入端 定时器/计数器1计数脉 冲输 入端 低电平有效，外 部数 据存储器写选 通脉冲输 出端 低电平有效，外 部数 据存储器读选 通脉冲输 出端 INT0 INT1 T0 T1 WD RD RST：复位输入端，高电平有效。复位要求RST引脚高电平输入的时间满足两个机器周期。
ALE/PROG： 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的l/6 输出固定的正脉冲信号， 因此它 可对外输 出时钟或用来 定时目的。需要注意的是：每 当访 问外部数 据存储器 时将跳过一 个ALE脉冲。 PSEN：程序储存允许（PSEN）输 出是外部 程序存储 器的读选通 信号，当AT89C51由 外部程序 存储器取 指令（或数据）时，每 个机器周 期两次PSEN有 效，即输出两个脉 冲。在此 期间，当访 问外部数 据存储器，这两次 有效的PSEN信号 出现。
EA/VPP：外部访 问允许。欲使CPU 仅访问外部 程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必 须保持低电 平（接 地）。需要 注意的是：如果加 密位LB1被编程，复位时 内部会锁存 EA端状态。如EA端 为高电平（接 VCC端），CPU则执 行内部程序 存储器中的指 令。Flash存储器 编程时，该引脚 加上+12V的编程 允许电源Vpp，当 然这必须是 该器件是使用 12V编程电压Vpp。
XTAL1：用于反向振荡放大器以及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
4.3 AT89C51单片机的工作方式
AT89C51单片机的常用工作方式有：复位方式，节电工作方式。工作方式与状态一一对应。一下介绍两种常用工作方式。
一、复位方式
（1）上电自动复位：由RC电路充放电来实现的，上电的一瞬间，因电压的突加，使复位引脚呈现高电平，但是随着电流的减小，复位引脚呈现低电平
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黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 得以复位。
（2）按键手 动复位具有脉冲方式、电平方式两种按键电平复位。其原理是相当于在复位引脚经电阻接高电平。图11所示；按键脉 冲复位的原理是因为复 位电 路采用了微 分 电路产 生的正脉冲得以复位的。
图11 按键复位电路
表2所示为寄存器复位后状态值
表2 单片机复位后寄存器值
寄存器
复位状态
寄存器
复位状态
PC ACC PSW SP DPTR IP IE
0000H 00H 00H 07H 0000H XX000000B 0XX00000B
TCON TH0 TL0 TH1 TL1 SCON SBUF
00H 00H 00H 00H 00H 00H 不定
二、节电工作方式：由其内部的电源控制寄存器PCON决定的，该特殊功能寄存器的地址为87H，AT89C51单。片机的节电工作方式有两种，主要以掉电工作方式为主，在掉电工作方式中，单片机的内部振荡器停止工作。
PCON的寄存器如下表3所示：
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黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）
表3 PCON寄存器
位序 位符号
D7 SMOD
D6 ——
D5 ——
D4 ——
D3 ——
D2 GF1
D1 GF0
D0 IDL
SMOD：用于对串行口波特率倍率的设置； GF1、GF0：通用标志位；
PD：用于对掉电方式的设置， PD为1时，即掉电工作方式； IDL：用于对空闲方式的设置， IDL为1时，即空闲工作方式；
4.4 AT89C51单片机的最小应用系统
单片机都有自己的最小系统，在这个基础上对单片机的功能进行扩展就是所谓的单片机应用扩展，AT89C51自身就可以组成一个最小系统，AT89C51构成最小系统需要将该芯片与时钟电路以及复位电路相连接即可，需要注意的是应将EA接高电平，而引脚ALE和PSEN不接输入信号，这样便构成了最小系统，并可以工作。注意有一些单片机自身并不能构成最小系统，比如目前国内较多采用的内部无程序存储器的芯片8031来说，则要用外部程序存储器的方法才能构成一个最小应用系统，故在单片机的选取上应特别注意。 如图12所示为单片机的应用系统。
图12 AT89C51单片机的应用系统
该系统具有以下的特点：
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