基于AT89S51单片机控制的八路LED显示设计

一、单片机的内部结构

AT89S51单片机兼容标准8051的指令系统及引脚。下面以AT89S51单片机为例，简要介绍51系列单片机的内部结构。

通常，单片机片内含CPU、ROM、RAM、并行I/O口、定时器/计数器、中断控制系统、时钟电路、系统总线等。

1.中央处理器(CPU)

中央处理器是AT89S51单片机的核心，完成运算和控制功能。其CPU能处理8位二进制数或代码。

2.程序存储器

程序存储器用于存放用户编写的程序、原始数据或表格，分为片内程序存储器和片外程序存储器。

AT89S51采用片内、片外统一编址的64kB(0000H~FFFFH)程序存储器地址空间。片内有4kB Flash Memery.地址范围为0000H~OFFFH.

既可在线编程(ISP)，也可以用传统方法进行编程。

采用汇编语言或C语言编写的源程序，必须通过编译软件(如Keil C51)把编译生成二进制代码，即机器码。用户编写的程序、原始数据、表格等，都是以二进制的形式存放在程序存储器中的。计算机的工作，就是按照事先编好的程序从0000H地址单元一条条地循序执行的。

当AT89S51(31) 脚EA接高电平时，从片内ROM 中的0000H地址单元开始执行程序。当AT89S51(31)脚EA接低电平时，片内ROM不起作用，CPU只能从片外ROM 中取指令。

内部ROM 0000H~002AH共43个单元。被分为六段，作为程序运行的入口地址使用。其中：

0000H~0002H 为复位后或初始化引导程序地址区;0003H~000AH 外部中断0中断入口地址区;000BH~001 2H 定时器/计数器0中断入口地址区;001 3H~001 AH 外部中断1中断入口地址区;001 BH~0022H 定时器/计数器1中断入口地址区;0023H ~ 002AH 串行中断入口地址区。

通常， 我们编写程序时不得占用上述中断程序入口地址单元， 即0003H~002AH单元。也就是说， 主程序一般不放在该地址空间。编程时， 可以采用起始伪指令ORG,跳过0003H~002AH单元。

伪指令，是告诉汇编程序如何进行汇编的一类指令，不会被汇编成机器代码，只能为汇编软件(如Keil C51)所识别。

单片机复位后，是从0000H单元开始取指令执行程序的。因此，应在O000H~O002H三个单元存放一条无条件转移指令，转到主程序，程序结构如下：

ORG O00H:用伪指令ORG指示随后的指令代码从0000H地址单元开始存放。

LJMP START;在O000H~0002H存放一条长跳转指令，执行该指令，程序转到以START为语句标号的地址执行。

ORG 0030H;伪指令ORG指示随后的指令代码从0030H地址单元开始存放。

START: ;START是主程序入口地址标号，主程序开始。

……

END ;结束伪指令，标志程序代码到此结束。

通过该程序，保留了各中断入口地址。对各个中断入口地址的使用，我们在学习中断系统时再进行介绍。

3.数据存储器(RAM )

单片机的数据存储器有片内和片外之分，AT89S51片内有256字节RAM,其中高128单元被专用寄存器占用，低128字节供用户使用，用于存放可读写的数据。片外数据存储器可扩展6kB存储空间，地址范围为0000H~FFFFH.片内和片外RAM 的地址空间各自独立， 指令MOV用于片内数据存储器之间的传送，指令MOVX用于片外数据存储器和累加器A之间的数据传送。

AT89S51内部RAM共有256字节，通常分为低128字节(地址00H~7FH)和高128字节(地址80H~FFH)两部分。低128字节，按其用途分为三个区域，如表1所示。

表1

(1)工作寄存器区

工作寄存器区有四组工作寄存器，每组8个寄存器，用于存放操作数及中间结果等。其地址为内部RAM 的00H~1FH单元地址。在任一时刻，CPU只能使用其中一组寄存器，并把正在使用的那组寄存器称为当前寄存器组，用R0~R7表示。当前使用的到底是哪一组工作寄存器，则由程序状态字寄存器PSW 得RS1、RS0位的状态组合决定，表2为工作寄存器选择。

表2 工作寄存器选择

RS1和RS0的状态可以通过指令修改，如指令：

SETB RS1 :置RS1为1

CLR RS0 ;置RS0为0

置当前工作寄存器为第2组，R0~R7的物理地址为10H~17H.

(2)位寻址区。

内部RAM的20H~2FH单元，既可作为一般RAM单元使用，进行字节操作，也可以对各RAM单元的每一位进行位操作，因此，把该区又称为位寻址区。位寻址区有16字节RAM单元，共128位，位地址为00H~7FH.可以用位操作类指令对其进行位操作。如指令：

CLR 00H ;00H为位地址，而不是字节地址，将位地址00H清零

SETB 07H ;07H为位地址，不是字节地址，将位地址07H置1

当位地址为80H~FFH时，所代表的是特殊功能寄存器的位地址。

如指令：CLR P1.0

CLR 9OH

(3)用户RAM 区及堆栈。

用户RAM区，包括堆栈区和用户标志区等用户自己设定的数据区。其地址在内部RAM低128单元中。如果用户的程序要使用四组工作寄存器，其单元地址为30H ~7FH,共8O个单元，如果用户程序不需要四组工作寄存器，则其中一部分工作寄存器区也可作用户RAM使用。用户RAM区中的堆栈，用来暂存数据和地址，它是按先进后出的原则存取数据的。

堆栈有进栈和出栈两种操作，由栈指针SP管理。分别采用压栈和出栈指令PUSH和POP进行数据的存和取。

系统复位后，SP的值为07H,此时堆栈是从08H单元开始的。由于08H~1FH单元属于工作寄存器1~3区，如果程序中要用到这些区，最好把SP值改为2FH或更大。堆栈最好在内部RAM的30H~7FH单元中开辟。SP值一经确定，堆栈的位置也就确定下来了。由于SP可通过指令初始化为不同值。因此堆栈的位置是浮动的。如：

说明：( )：表示某寄存器、存储单元或表达式的内容。(())：表示某寄存器、存储单元或表达式的内容为地址单元的内容。

4.特殊功能寄存器(SFR)

内部RAM的高128单元是特殊功能寄存器区其单元地址为80H~FFH.本文只讲解累加器ACC.