第02章 MCS-51单片机的硬件结构 50页

1、第第 2 2 章章 MCS-51MCS-51单片机的单片机的 硬件结构硬件结构 2.1 MCS-51 2.1 MCS-51 单片机的硬件结构单片机的硬件结构 CPUCPU 运算部件运算部件 控制部件控制部件 B B RAMRAMP0P0口口P2P2口口ROMROM (EPROM)(EPROM) 串行口串行口 C / TC / T 中断中断 系统系统 SFRSFR P1P1口口 8 8 P3P3口口 8 8 8 88 8 XTALXTAL1 1 XTALXTAL2 2 PSEN ALEPSEN ALE EA RESET EA RESET V cV c c c V sV s s s u按功能可分成

2、按功能可分成8个部件，通过片内单一总线连接起来个部件，通过片内单一总线连接起来 1.1.微处理器微处理器 2.2.数据存储器数据存储器 3.3.程序存储器程序存储器 4.I/O4.I/O口口 5.5.串行口串行口 6.6.定时定时/ /计数器计数器 7.7.中断系统中断系统 8.8.特殊功能特殊功能 寄存器寄存器 u控制方式：控制方式：SFR对各功能部件集中控制对各功能部件集中控制 各功能部件：各功能部件： 1.CPU1.CPU（微处理器）（微处理器） 2.2.数据存储器（数据存储器（RAMRAM） 片内为片内为128128个字节（个字节（5252子系列的为子系列的为256256个字节）个字节

3、） 3.3.程序存储器（程序存储器（ROM/EPROMROM/EPROM） 8031:8031:无此部件；无此部件； 8051:8051:4K4K字节字节ROMROM； 8751:8751:4K4K字节字节EPROM EPROM ； 89C51/89C52/89C55:89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 4K/8K/20K 字节闪存。字节闪存。 4. P14. P1口、口、P2P2口、口、P3P3口、口、P0P0口：口：为为4 4个并行个并行8 8位位I/OI/O口。口。 5. 5. 串行口串行口 1 1个全双工的异步串行口个全双工的异步串行口 6. 6. 定时器定时器/

4、/计数器计数器 7. 7. 中断系统中断系统 8. 8. 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR） 共有共有2121个，是一个具有特殊功能的个，是一个具有特殊功能的RAMRAM区。区。 2.2 MCS-51的引脚的引脚 40只引脚只引脚双列直双列直 插封装（插封装（DIP） 4444只引脚方形封装方式（只引脚方形封装方式（4 4只无用）只无用） 引脚逻辑图引脚逻辑图 80518051单片机为单片机为4040条引脚双列直插式封装条引脚双列直插式封装 引脚可分为三个部分引脚可分为三个部分 X1 X2 EA PSEN ALE RST VCC GND 8051 P0 P1 P2 P3 P00P0

5、7 P10P17 P20P27 P30P37 控控 制制 引引 脚脚 并行并行I/O口引脚口引脚 电源及时钟引脚电源及时钟引脚 （1 1）电源及时钟引脚）电源及时钟引脚: Vcc: Vcc、VssVss；XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL2。 （2 2）控制引脚：）控制引脚： PSENPSEN* *、EAEA* * 、ALEALE、RESET RESET （3 3）I/OI/O口引脚：口引脚：P0P0、P1P1、P2P2、P3P3，4 4个个8 8位位I/OI/O口口 2.2.1 2.2.1 电源及时钟引脚电源及时钟引脚 1 1电源引脚电源引脚 （1 1）VccVcc（4040脚）脚）：

6、+5V+5V电源；电源； （2 2）VssVss（2020脚）脚）：接地。：接地。 2 2时钟引脚时钟引脚 （1 1）XTAL1XTAL1（1919脚）脚）：采用外接晶体振荡器时，此引：采用外接晶体振荡器时，此引 脚应接地。脚应接地。 （2 2）XTAL2XTAL2（1818脚）脚）：接外部晶体的另一端。：接外部晶体的另一端。 2.2.2 2.2.2 控制引脚控制引脚 (1) RST/VPD(9(1) RST/VPD(9脚脚) )：复位与备用电源：复位与备用电源 (2) ALE/PROG(2) ALE/PROG* *（3030脚）：脚）： 第一功能第一功能ALEALE ：地址锁存允许：地址锁存

7、允许 第二功能第二功能PROGPROG* *：编程脉冲输入端。编程脉冲输入端。 (3) PSEN(3) PSEN* * （2929脚）：脚）：读外部程序存储器的选通信号。读外部程序存储器的选通信号。 可以驱动可以驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。 (4) EA(4) EA* */VPP (31/VPP (31脚脚) )： EAEA* *为内外程序存储器选择控制为内外程序存储器选择控制 EAEA* *=1=1，访问片内程序存储器，访问片内程序存储器， EAEA* *=0=0，单片机则只访问外部程序存储器。单片机则只访问外部程序存储器。 第二功能第二功能V VPPPP，用于，用于施

8、加编程电压施加编程电压。 2.2.3 I/O2.2.3 I/O口引脚口引脚 (1) (1) P0P0口口：双向双向8 8位三态位三态I/OI/O口，地址总线（低口，地址总线（低8 8位）及位）及 数据总线分时复用口，可驱动数据总线分时复用口，可驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。 (2) (2) P1P1口口：8 8位位准双向准双向I/OI/O口，可驱动口，可驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。 (3) (3) P2P2口口：8 8位位准双向准双向I/OI/O口，与地址总线（高口，与地址总线（高8 8位）复位）复 用，可驱动用，可驱动4 4个个LSLS型型TTLTT

9、L负载。负载。 (4) (4) P3P3口口：8 8位位准双向准双向I/OI/O口，双功能复用口，可驱动口，双功能复用口，可驱动4 4 个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。 注意注意: :准双向口与双向三态口的差别准双向口与双向三态口的差别。 当当3 3个准双向个准双向I/OI/O口作输入口使用时，要向该口先写口作输入口使用时，要向该口先写 “1”1”，另外准双向，另外准双向I/OI/O口无高阻的口无高阻的“浮空浮空”状态。状态。 引脚引脚 转义引转义引 脚脚 功能说明功能说明 P3.0RXD串行数据接收端串行数据接收端 P3.1TXD串行数据发送端串行数据发送端 P3.2INT0外部中断

10、外部中断0请求请求 P3.3INT1外部中断外部中断1请求请求 P3.4T0计数器计数器0外部输入外部输入 P3.5T1计数器计数器1外部输入外部输入 P3.6WR外部数据存储器外部数据存储器 写写 P3.7RD外部数据存储器外部数据存储器 读读 2.3 MCS-512.3 MCS-51的的CPU CPU 由由运算器运算器和和控制器控制器所构成所构成 2.3.1 2.3.1 运算器运算器 对操作数进行对操作数进行算术、逻辑运算和位操作算术、逻辑运算和位操作。 1 1算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALUALU 2 2累加器累加器A A 使用最频繁的寄存器，使用最频繁的寄存器，可写为可写为Acc

11、Acc。 A A的作用：的作用： （1 1）是）是ALUALU单元的输入之一，又是运算结果存放单元。单元的输入之一，又是运算结果存放单元。 （2 2）数据传送大多都通过累加器）数据传送大多都通过累加器A A。 （3 3）A A的进位的进位标志标志CyCy同时又是同时又是位处理机的位累加器。位处理机的位累加器。 3 3程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW （1 1）CyCy（PSW.7PSW.7）进位标志位进位标志位 （2 2）Ac(PSW.6)Ac(PSW.6)辅助进位标志位辅助进位标志位 （3 3）F0F0（PSW.5PSW.5）标志位标志位 由用户使用的一个状态标志位。由用户使用的

12、一个状态标志位。 （4 4）RS1RS1、RS0RS0（PSW.4PSW.4、PSW.3PSW.3）：4 4组工作寄存器组工作寄存器 区选择控制位区选择控制位1 1和位和位0 0。 工作寄存器区的选择工作寄存器区的选择 18181FH1FH3 3区区1 11 1 101017H17H2 2区区1 01 0 08080FH0FH1 1区区0 10 1 000007H07H0 0区区0 00 0 R R0 0R R7 7地址地址寄存器组寄存器组RSRS1 1 RS RS0 0 （5 5）OVOV（PSW.2PSW.2）溢出标志位）溢出标志位 指示运算是否产生溢出。各种算术运算指示运算是否产生溢出。

13、各种算术运算 指令对该位的影响情况较复杂，将在第指令对该位的影响情况较复杂，将在第3 3章章 介绍。介绍。 （6 6）PSW.1PSW.1位位: : 保留位，未用保留位，未用 （7 7）P(PSW.0)P(PSW.0)奇偶标志位奇偶标志位 P=1P=1，A A中中“1”1”的个数为奇数的个数为奇数 P=0P=0，A A中中“1”1”的个数为偶数的个数为偶数 2.3.2 2.3.2 控制器控制器 1 1程序计数器程序计数器PCPC（Program CounterProgram Counter） 存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。 基本工作方式

14、：基本工作方式： （1 1）程序计数器）程序计数器自动加自动加1 1 （2 2）执行）执行有条件或无条件转移有条件或无条件转移指令时，程序计数器指令时，程序计数器 将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。 （3 3）执行）执行子程序调用或中断调用子程序调用或中断调用时完成下列操作：时完成下列操作： PC PC的当前值保护的当前值保护 将子程序入口地址或中断向量的地址送入将子程序入口地址或中断向量的地址送入PCPC。 2 2指令寄存器指令寄存器IRIR、指令译码器及控制逻辑电路、指令译码器及控制逻辑电路 2.4 MCS-512.4 MCS-51存储

15、器的结构存储器的结构 哈佛（哈佛（Har-vardHar-vard）结构）结构 存储器空间可划分为存储器空间可划分为5 5类：类： 1.1.程序存储器空间程序存储器空间 80318031无内部程序存储器。无内部程序存储器。 2.2.内部数据存储器空间内部数据存储器空间 3.3.特殊功能寄存器特殊功能寄存器 4.4.位地址空间位地址空间 211211个可寻址位。个可寻址位。 5.5.外部数据寄存器空间外部数据寄存器空间 片外可扩展片外可扩展64K64K字节字节RAMRAM。 内部数据存储器内部数据存储器 （a） 外部数据存储器外部数据存储器 （b） MCS-51单片机存储器空间分配单片机存储器空

16、间分配 特特 殊殊 功功 能能 寄寄 存存 器器 00H 1F H 20H 2FH 30H 7FH 80H FFH 80H 88H 90H 98H A0H A8H B0H B8H D0H E0H F0H 特殊功能寄存器中位寻址特殊功能寄存器中位寻址 外部外部 ROM 内部内部 ROM (EA=1) 外部外部 ROM (EA=0) 0000H 0000H 0FFFH 0FFFH 1000H F F F F H 外外 部部 RAM (I/O口口 地址地址) 0000H F F F F H 程序存储器程序存储器 （c） 工作寄工作寄 存器区存器区 位寻址区位寻址区 通用通用 RAM区区 返回 2.4

17、.1 2.4.1 程序存储器程序存储器 l 存放应用程序和表格之类的固定常数。存放应用程序和表格之类的固定常数。 l 分为片内和片外两部分，由分为片内和片外两部分，由EAEA* *引脚上所接电平确定引脚上所接电平确定 程序存储器中的程序存储器中的0000H0000H地址是系统程序的启动地址地址是系统程序的启动地址 5 5个单元具有特殊用途个单元具有特殊用途 表表2-1 52-1 5种中断源的中断入口地址种中断源的中断入口地址 外中断外中断0 0003H0 0003H 定时器定时器T0 000BHT0 000BH 外中断外中断1 0013H 1 0013H 定时器定时器T1 001BH T1 0

18、01BH 串行口串行口 0023H0023H 2.4.2 2.4.2 内部数据存储器内部数据存储器 共128128个字节，个字节， 字节地址为字节地址为00H00H7FH7FH。 00H00H1FH1FH：3232个单个单 元，是元，是4 4组通用工作组通用工作 寄存器区寄存器区 20H20H2FH2FH：1616个单个单 元，可进行元，可进行128128位的位的 位寻址位寻址 30H30H7FH7FH：用户用户RAMRAM 区，只能进行字节寻区，只能进行字节寻 址，用作数据缓冲区址，用作数据缓冲区 以及堆栈区。以及堆栈区。 2.4.3 2.4.3 特殊功能寄特殊功能寄 存器（存器（SFRSF

19、R） CPUCPU对各种功对各种功 能部件的控制采能部件的控制采 用特殊功能寄存用特殊功能寄存 器集中控制方式，器集中控制方式， 共共2121个个。 有的有的SFRSFR可进可进 行行位寻址位寻址，其，其字字 节地址的末位是节地址的末位是 0H0H或或8H8H。 表表2-2 SFR的名称及其分布的名称及其分布 SFRSFR中的某些寄存器中的某些寄存器 1 1堆栈指针堆栈指针SPSP 指示出堆栈顶部在内部指示出堆栈顶部在内部RAMRAM块中的位置块中的位置 复位后复位后 ，SPSP中的内容为中的内容为07H07H。 （1 1）保护断点）保护断点 （2 2）现场保护）现场保护 堆栈堆栈向上生长向上

20、生长 2. 2. 数据指针数据指针DPTRDPTR 16 16位特殊功能寄存器，位特殊功能寄存器，高位字节寄存器用高位字节寄存器用DPHDPH表表 示，低位字节寄存器用示，低位字节寄存器用DPLDPL表示。表示。 3. I/O3. I/O端口端口P0P0P3P3 P0P0P3P3分别为分别为I/OI/O端口端口P0P0P3P3的锁存器。的锁存器。 4.4.寄存器寄存器B B 为执行乘法和除法操作设置的。为执行乘法和除法操作设置的。 在不执行乘、除的情况下，可当作一个普通寄存器在不执行乘、除的情况下，可当作一个普通寄存器 来使用。来使用。 5.5.串行数据缓冲器串行数据缓冲器SBUFSBUF 存

21、放欲发送或已接收的数据，一个字节地址，物理存放欲发送或已接收的数据，一个字节地址，物理 上是由两个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器，上是由两个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器， 另一个是接收缓冲器。另一个是接收缓冲器。 6.6.定时器定时器/ /计数器计数器 两个两个1616位位定时器定时器/ /计数器计数器T1T1和和T0T0，各由两个独立，各由两个独立 的的8 8位寄存器组成：位寄存器组成： TH1TH1、TL1TL1、TH0TH0、TL0TL0，只能字，只能字 节寻址，但不能把节寻址，但不能把T1T1或或T0T0当作一个当作一个1616位寄存器来寻位寄存器来寻 址访问。址访问。 2.

22、4.4 2.4.4 位地址空间位地址空间 211211个（个（128128个个+83+83个）寻址位个）寻址位。位地址范。位地址范 围为：围为：00H00HFFHFFH。 内部内部RAMRAM的可寻址位的可寻址位128128个个( (字节地址字节地址20H20H 2FH)2FH)见见表表2-32-3（P24P24）。 特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR为为8383个个可寻址位，见可寻址位，见 表表2-42-4（P24P24）。 表表2-3 内部的可寻址位及位地址内部的可寻址位及位地址 表表2-4 SFR中的位地址分布中的位地址分布 2.4.5 2.4.5 外部数据存储器外部数据存储器 最

23、多可最多可外扩外扩64K64K字节字节的的RAMRAM或或I/OI/O。几点注意：几点注意： (1) (1) 地址的重叠性地址的重叠性 程序存储器与数据存储器全部程序存储器与数据存储器全部64K64K字节地址空间重叠字节地址空间重叠 程序存储器与数据存储器在使用上是严格区分的程序存储器与数据存储器在使用上是严格区分的 (3) (3) 位地址空间共有两个区域位地址空间共有两个区域 (4) (4) 片外与片内数据存储器由指令来区分片外与片内数据存储器由指令来区分 (5) (5) 片外数据存储区中，片外数据存储区中，RAMRAM与与I/OI/O端口统一编址。端口统一编址。 所有外围所有外围I/OI/

24、O端口的地址均占用端口的地址均占用RAMRAM地址单元，使用与访问地址单元，使用与访问 外部数据存储器相同的传送指令。外部数据存储器相同的传送指令。 内部数据存储器内部数据存储器 （a） 外部数据存储器外部数据存储器 （b） MCS-51单片机存储器空间分配单片机存储器空间分配 特特 殊殊 功功 能能 寄寄 存存 器器 00H 1F H 20H 2FH 30H 7FH 80H FFH 80H 88H 90H 98H A0H A8H B0H B8H D0H E0H F0H 特殊功能寄存器中位寻址特殊功能寄存器中位寻址 外部外部 ROM 内部内部 ROM (EA=1) 外部外部 ROM (EA=0

25、) 0000H 0000H 0FFFH 0FFFH 1000H F F F F H 外外 部部 RAM (I/O口口 地址地址) 0000H F F F F H 程序存储器程序存储器 （c） 工作寄工作寄 存器区存器区 位寻址区位寻址区 通用通用 RAM区区 返回 多路开关多路开关 功能功能：用于控制选通I/O方式 还是地址/数据输出方式 1)方式控制方式控制：由内部控制信号 产生 输入锁存器输入锁存器 两个输入缓冲器两个输入缓冲器(BUF1和BUF2) 推拉式推拉式I/O驱动器驱动器 2.5 2.5 并行并行I/OI/O端口端口 共有共有4 4个个8 8位双向位双向I/OI/O口，共口，共3

26、232口线。口线。 每位均有自己的锁存器每位均有自己的锁存器(SFR)(SFR)，输出，输出 驱动器和输入缓冲器。驱动器和输入缓冲器。 2.5.1 P02.5.1 P0口位图内部结构口位图内部结构 BUF2 BUF1 5 5、P0R2P0R2为为读引脚读引脚信号，执行信号，执行 “MOV A,P0”MOV A,P0”时该信号有时该信号有 效效 6 6、读引脚（端口）时，输出、读引脚（端口）时，输出 锁存器应为锁存器应为“1”1” 说明：说明： 1 1、当控制信号为、当控制信号为0 0时，时，P0P0口做双口做双 向向I/OI/O口，为漏极开路（三态）口，为漏极开路（三态） 2 2、控制信号为、

27、控制信号为1 1时，时，P0P0口为地址口为地址 / /数据复用总线（用于口扩展）数据复用总线（用于口扩展） 3 3、P0WP0W为端口输出写信号，用于为端口输出写信号，用于 锁存输出状态锁存输出状态 4 4、P0R1P0R1为为读锁存器读锁存器信号，执行信号，执行 “ANL P0,#0FH”ANL P0,#0FH”时该信号有时该信号有 效效 Q Q Q QD D C C VccVcc 控制控制 AD0AD0 P0R1P0R1 P0R2P0R2 D0D0 P0WP0W 图图1 1、P0P0口内部结构口内部结构 读锁存器读锁存器 读引脚读引脚 锁存器锁存器 内部总线内部总线 写锁存器写锁存器 地

28、址地址/ /数据数据 P00P00 多路开关多路开关 1 0 2.5.2 P12.5.2 P1口内部结构口内部结构 Vcc P10 Q Q D C P1R1 P1R2 D0 P1W R* 图2、P1口内部结构 P1P1口内部结构如图口内部结构如图2 2所示所示 输出部分有内部上拉电阻输出部分有内部上拉电阻R R* *约为约为20K20K。 其他部分与其他部分与P0P0端口使用相类似（读引脚时先写入端口使用相类似（读引脚时先写入1 1）。）。 写数据 读端口 P10 Vcc P11 8051 K1 D1 R1 图2.1、P1口应用 2.5.3 P22.5.3 P2口内部结构口内部结构 2 2、当

29、控制信号为、当控制信号为1 1时时 FP2P2口输出地址信息，口输出地址信息， F此时单片机完成外部的此时单片机完成外部的 取指操作或对外部数据取指操作或对外部数据 存储器存储器1616位地址的读写位地址的读写 操作。操作。 3 3、当、当P2P2口作为普通口作为普通I/OI/O口口 使用时使用时 F用法和用法和P1P1口类似。口类似。 说明：说明： 1 1、P2P2可以作为通用的可以作为通用的I/OI/O，也可以作，也可以作 为高为高8 8位地址输出。位地址输出。 Q Q D C Vcc 控制 地址 P2R1 P2R2 D0 P2W P20 图3、P2口内部结构 R* P0.3 地址锁存器

30、CB I/O A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 DB AB P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RESET P3.0 P3.1 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 VSS VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P3.2 MCS-51片外总线结构示意图 返回返回 MCS-51单片机片外总

31、线 P0.4 返回返回 单片机单片机 8031 P2.0 P2.1 P2.2 A8 A9 A10 ALE RD 74LS 373 G 6264 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 O0 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 OE CE Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 WE WR P2.7 P2.3 P2.4 A11 A12 6264 WE 单片机单片机 8031 P2.0 : . A8 . . ALE RD 74LS 373 G A7

32、. . A0 P0.0P0.0 : P0.7P0.7 OE CE Q0 . . Q7 D0 . . D7 A12 P2.4 WR D7 . . D0 2.5.4 P32.5.4 P3口内部结构口内部结构 说明：说明： 1、做普通端口使用时，第二、做普通端口使用时，第二 功能应为功能应为“1”。 Q Q D C Vcc 变异输出 P3R1 P3R2 D0 P3W P30 图3、P3口内部结构 R* 变异输入 2、使用第二功能时，输出端、使用第二功能时，输出端 口锁存器应为口锁存器应为“1”。 3、变异功能（）、变异功能（） P3.0 TXD P3.4 T0 P3.1 RXD P3.5 T1 P3

33、.2 INT0 P3.6 WR P3.3 INT1 P3.7 RD 1 输出输出I/O口口 1 读I/O口 1 1 2.5.5 P02.5.5 P0P3P3端口功能总结端口功能总结 使用中应注意的问题：使用中应注意的问题： P0P0P3P3口都是并行口都是并行I/OI/O口，但 口，但P0P0口和口和P2P2口口还可用来构建数还可用来构建数 据总线和地址总线，所以据总线和地址总线，所以电路中有一个电路中有一个MUXMUX，进行转换。，进行转换。 而而P1P1口和口和P3P3口口无构建系统的数据总线和地址总线的功能，无构建系统的数据总线和地址总线的功能， 因此，因此，无需转接开关无需转接开关MU

34、XMUX。 只有只有P0P0口口是一个真正的是一个真正的双向口双向口， ，P1P1P3P3口口都是都是准双向口准双向口。 原因原因: :P0P0口作数据总线使用时，为保证数据正确传送，需解口作数据总线使用时，为保证数据正确传送，需解 决芯片内外的隔离问题，决芯片内外的隔离问题，即只有在数据传送时芯片内外才即只有在数据传送时芯片内外才 接通；否则应处于隔离状态。为此，接通；否则应处于隔离状态。为此，P0P0口的输出缓冲器应口的输出缓冲器应 为三态门。为三态门。 P3P3口具有第二功能。因此在口具有第二功能。因此在P3 P3口电路增加了第二功能控制口电路增加了第二功能控制 逻辑。这是逻辑。这是P3

35、P3口与其它各口的不同之处口与其它各口的不同之处。 2.6 2.6 时钟电路与时序时钟电路与时序 时钟电路用于产生单片机工作所必需的时时钟电路用于产生单片机工作所必需的时 钟控制信号。钟控制信号。 2.6.1 2.6.1 时钟电路时钟电路 时钟频率直接影响单片机的时钟频率直接影响单片机的速度速度，电路的，电路的 质量直接影响系统的质量直接影响系统的稳定性稳定性。常用的时钟电路。常用的时钟电路 有两种方式：有两种方式：内部时钟内部时钟方式和方式和外部时钟外部时钟方式。方式。 一、内部时钟方式一、内部时钟方式 内部有一个用于构成振荡器的内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器高增益反相放大器，

36、其输入端：其输入端：XTAL1XTAL1，输出端：，输出端：XTAL2XTAL2。 C1和和C2典型值通典型值通 常选择为常选择为30pF左右。左右。 晶体的振荡频率晶体的振荡频率 在在1.2MHz12MHz 之间。之间。 某些高速单片机某些高速单片机 芯片的时钟频率已芯片的时钟频率已 达达40MHz。 二、外部时钟方式二、外部时钟方式 常用于多片常用于多片MCS-51MCS-51 单片机同时工作。单片机同时工作。 三、时钟信号的输出三、时钟信号的输出 为应用系统中的其它芯片提供时钟，但需增加驱为应用系统中的其它芯片提供时钟，但需增加驱 动能力。动能力。 2.6.2 2.6.2 机器周期、指令

37、周期与指令时序机器周期、指令周期与指令时序 一、时钟周期一、时钟周期 单片机的单片机的基本时间单位基本时间单位。 若时钟的晶体的振荡频率为若时钟的晶体的振荡频率为foscfosc，则时钟周期，则时钟周期 Tosc=1/foscTosc=1/fosc。如。如fosc=6MHzfosc=6MHz，Tosc=166.7nsTosc=166.7ns。 二、机器周期二、机器周期 CPUCPU完成一个基本操作所需要的时间完成一个基本操作所需要的时间。 执行一条指令分为几个机器周期。每个机器周期执行一条指令分为几个机器周期。每个机器周期 完成一个基本操作。完成一个基本操作。MCS-51MCS-51单片机每单

38、片机每1212个时钟周期个时钟周期 为一个机器周期，为一个机器周期， 一个机器周期又分为一个机器周期又分为6 6个状态个状态：S1S1S6S6。每每 个状态又分为两拍个状态又分为两拍：P1P1和和P2P2。因此，。因此，一个机器一个机器 周期中的周期中的1212个时钟周期表示为：个时钟周期表示为： S1P1S1P1、S1P2S1P2、S2P1S2P1、S2P2S2P2、S6P2S6P2。 三、指令周期三、指令周期 执行一条指令时，可分为执行一条指令时，可分为取指令阶段取指令阶段和和指令执行阶段指令执行阶段 。 取指令阶段取指令阶段，PCPC中地址送到程序存储器，并从中取出需要执行中地址送到程序

39、存储器，并从中取出需要执行 指令的操作码和操作数。指令的操作码和操作数。 指令执行阶段指令执行阶段，对指令操作码进行译码，以产生一系列控制信，对指令操作码进行译码，以产生一系列控制信 号完成指令的执行。号完成指令的执行。 ALEALE信号是为地址锁存而定义的信号是为地址锁存而定义的，以时钟脉冲，以时钟脉冲1/61/6的频率出现，的频率出现， 在一个机器周期中，在一个机器周期中，ALEALE信号两次有效（注意，在执行访问外部数信号两次有效（注意，在执行访问外部数 据存储器的指令据存储器的指令MOVXMOVX时，将会丢失一个时，将会丢失一个ALEALE脉冲）脉冲） 8051 X2X2 X1X1 VssVss TTLTTL 外接时钟源外接时钟源 VccVcc 时钟电路时钟电路 需外接晶振的频率需外接晶振的频率1.212MHZ， C1和和C2取取3010PF X1X1 X2X2 C2C2 C1C1 X X 8051 振荡电路振荡电路 S1S2S3S4S5S6S1S2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P