1.2 单片机的结构

1.2.1 单片机的引脚及其功能

我通常采用的是40脚双列直插、DIP-40塑料封装形式。我的引脚识别方式为：正面面向用户，缺口向上，左上角第一脚为1脚，然后按逆时针方向依次为2～40脚，如图1-7、图1-8所示。

1. 电源引脚（2个）

（1）VCC（40脚）：电源端，接+5V电源。

（2）GND（20脚）：接地端。

2. 外接晶振引脚（2个）

XTAL2（18脚）和XTAL1（19脚）：接石英晶体振荡器。

3. 控制引脚（4个）

（1）RST（9脚）：复位信号引脚。单片机加电后，时钟电路开始工作，当此引脚出现两个机器周期以上的高电平时，系统即初始复位。

（2）ALE/PROG（30脚）：地址锁存允许输出/编程脉冲输入端。当访问外部存储器时，ALE的输出用于锁存地址的低8位。当不访问外部存储器时，ALE端将有一个1/6振荡频率的正脉冲信号输出，这个信号可以用于识别单片机时钟电路是否工作，也可以当做时钟信号向外输出。在对内部程序存储器编程时，此端将用于输入编程脉冲，低电平有效。

（3）PSEN（29脚）：片外程序存储器读选通控制信号端。当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲读选通信号。

（4）EA/VPP（31脚）：内外程序存储器选择/编程电源输入端。当为高电平时，先从内部程序存储器读取，当地址超过4KB后则从外部存储器读取；当为低电平时，只从外部程序存储器读取。对内部无程序存储器的单片机，必须接地。对片内程序存储器编程时，/VPP脚用于施加编程电压。

1.2.2 单片机的输入/输出端口结构

MCS-51 单片机有4 组8 位I/O口（P0、P1、P2 和P3口），共占用32个引脚。P1、P2 和P3 口为准双向口，P0 口则为双向三态输入/输出口。P0口每位可驱动8个LSTTL负载，每一位的最大吸收电流为3.2mA。P1～P3口每位可驱动4个LST-TL负载，每一位的最大吸收电流为1.6mA.

（1）P0口（P0.0～P0.7）：占用32～39脚。

（2）P1口（P1.0～P1.7）：占用1～8脚。

（3）P2口（P2.0～P2.7）：占用21～28脚。

（4）P3口（P3.0～P3.7）：占用10～17脚。

这四个端口的主要功能如下。

（1）P0口是一个8位不带内部上拉电阻的漏极开路型准双向I/O口，因此该口输出时需外接上拉电阻，而P1、P2和P3口都是带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

（2）在访问片外ROM时，P0口分时兼作为数据总线和低8位地址线；P2口作为高位地址线。

（3）内部带程序存储器的芯片，在EPROM编程和程序验证时，P1输入低8位地址，P2输入高8位地址，P0输入指令代码（注：P1、P2作为输入口时，必须要使每位先置“1”，才能读入外部数据）。

（4）P3口除用做双向I/O口外，还兼有专用功能。

每个端口都由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器组成。

1. P0口和P2口

P0口和P2口的位结构如图1-9所示。由图可见，电路中包含一个锁存器和两个缓冲器，另外还有一个输出控制电路和一个输入控制电路。它们一起可以作为外部地址总线。P0口“身兼两职”，既可作为地址总线，也可作为数据总线；而P2口在扩展外部存储器或外部设备时只能作为地址总线。

P2口作为外部数据存储器或程序存储器的地址总线的高8位输出口，P0口由ALE选通作为地址总线的低8位输出口。外部的程序存储器由信号选通，数据存储器则由和读/写信号选通。

P0口的输出驱动器为漏极开路电路，即漏极没有电阻接至电源，因此要想输出高电平，必须在P0口外部接一个上拉电阻，即在P0口引脚接一个电阻至电源。由于其他3个口（P1、P2和P3）和输出驱动器内部已有上拉电阻，所以无须接上拉电阻。

2. P1口

P1口的位结构如图1-10所示。P1口为8位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口。

3. P3口

P3口的位结构如图1-11所示。P3口为准双向口，它不仅可作为通用的I/O口，还有第二功能。在用做第二功能输出时，输出控制电路接通内部的第二输出功能端，第二功能信号经输出驱动器送到引脚；在用做第二功能输入时，引脚的第二功能信号经H2输入缓冲器送到第二输入功能端。

在真正的应用电路中，第二功能显得更为重要。P3口各引脚的第二功能如表1-1所示。

1.2.3 单片机的基本工作条件

我正常工作最基本的条件是：正确的电源、时钟和复位信号。AT89C51单片机的基本接线如图1-12所示。

1. 电源

第40脚接电源+5V，第20脚接地。

2. 时钟电路

51系列单片机的时钟有两种方式。

（1）内部时钟方式：此方式需在18脚和19脚外接石英晶体振荡器和电容，如图1-13所示。

（2）外部时钟方式：对于HMOS型单片机，应将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2 脚输入，如图1-14 所示；对于CHMOS型单片机，外部时钟信号从XTAL1 脚输入，XTAL2 悬空，如图1-15所示。

3. 复位电路

复位（RST）的作用是使CPU和系统中的其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。但51系列单片机不能自动复位，必须配合相应的外部电路才能实现。当复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位操作通常有两种基本形式，即上电复位和按键复位，如图1-16和图1-17所示。