片机的结构课件

1、片机的结构课件第第3 3章章 单片机的内部结构单片机的内部结构主要内容：主要内容： 3.4 3.4 单片机的最小系统电路单片机的最小系统电路 3.5 3.5 并行端口并行端口P0P0P3P3的结构的结构片机的结构课件第第2 2章章 单片机的内部结构单片机的内部结构本讲重点：本讲重点： 1.1.单片机的最小系统电路单片机的最小系统电路 2.2.并行端口并行端口P0P0P3P3内部结构内部结构片机的结构课件3.4 3.4 单片机的最小系统电路单片机的最小系统电路 单片机的工作就是执行用户程序、指挥各部分硬件完成单片机的工作就是执行用户程序、指挥各部分硬件完成既定任务。如果一个单片机芯片没有烧录用户

2、程序，显然它既定任务。如果一个单片机芯片没有烧录用户程序，显然它就不能工作。可是，一个烧录了用户程序的单片机芯片，给就不能工作。可是，一个烧录了用户程序的单片机芯片，给它上电后就能工作吗？也不能。原因是除了单片机外，单片它上电后就能工作吗？也不能。原因是除了单片机外，单片机能够工作的最小系统电路还包括时钟电路和复位电路。机能够工作的最小系统电路还包括时钟电路和复位电路。 时钟电路为单片机工作提供基本时钟，复位电路用于将时钟电路为单片机工作提供基本时钟，复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到初始值。单片机内部各电路的状态恢复到初始值。片机的结构课件3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机

3、时钟电路 单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准，时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。基准，时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。 MCS-51MCS-51单片机的时钟信号通常用两种方式得到：内部振单片机的时钟信号通常用两种方式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。荡方式和外部振荡方式。片机的结构课件3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路一、内部振荡方式一、内部振荡方式 MCS-51MCS-51单片机片内有个高增益的反相放大器，其输入端单片机片内有个高增益的反相放大器，其输入端(XTAL1)(XTAL1)和输

4、出端和输出端(XTAL2)(XTAL2)用于外接石英晶体振荡器或陶瓷谐用于外接石英晶体振荡器或陶瓷谐振器和微调电容，构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲振器和微调电容，构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路直接送入内部的时钟电路。片机的结构课件3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路 电容电容C1C1和和C2C2对频率有微调作用，电容值一般取对频率有微调作用，电容值一般取30pF30pF左右，左右，振荡频率范围是振荡频率范围是1.21.212MHz12MHz。通常情况下，使用振荡频率为。通常情况下，使用振荡频率为6MHz6MHz或或12MHz12MHz的晶振，如

5、果系统中使用了单片机的串行口通的晶振，如果系统中使用了单片机的串行口通信，则一般采用振荡频率为信，则一般采用振荡频率为11.0592MHz11.0592MHz晶振。晶振。 振荡脉冲信号经过内部时钟发生器进行二分频之后，才振荡脉冲信号经过内部时钟发生器进行二分频之后，才可以成为单片机的时钟信号。可以成为单片机的时钟信号。片机的结构课件3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路二、外部振荡方式二、外部振荡方式 在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间的时在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间的时钟信号的同步，应当引入惟一的公用外部脉冲信号作为各单钟信号的同步，应当引入惟一的公用

6、外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。片机的振荡脉冲。MCS-51MCS-51在使用外部振荡脉冲信号时，对在使用外部振荡脉冲信号时，对HMOSHMOS型单片机型单片机( (如如8051)8051)的的XTAL2XTAL2端用来输入外部脉冲信号，端用来输入外部脉冲信号，XTAL1XTAL1端接地。对于端接地。对于CHMOSCHMOS型单片机型单片机( (如如80C51)80C51)，外部脉冲信，外部脉冲信号从号从XTAL1XTAL1输入，而输入，而XTAL2XTAL2悬空。悬空。片机的结构课件3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路三、时序定时单位三、时序定时单位 CPUCPU的时序是

7、指的时序是指CPUCPU在执行指令过程中，在执行指令过程中，CPUCPU的控制器所的控制器所发出的一系列特定的控制信号在时间上的相互关系。时序是发出的一系列特定的控制信号在时间上的相互关系。时序是用定时单位来说明的。用定时单位来说明的。MCS-51MCS-51单片机的时序定时单位有以下单片机的时序定时单位有以下几个：时钟周期、状态周期、机器周期、指令周期。几个：时钟周期、状态周期、机器周期、指令周期。片机的结构课件3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路 1. 1.时钟周期。时钟周期时钟周期。时钟周期( (又称为振荡周期又称为振荡周期) )是指振荡器产是指振荡器产生生1 1个振荡脉

8、冲信号所用的时间，是振荡频率的倒数。个振荡脉冲信号所用的时间，是振荡频率的倒数。 2.2.状态周期。状态周期是指振荡脉冲信号经过内部时钟状态周期。状态周期是指振荡脉冲信号经过内部时钟电路二分频之后产生的单片机时钟信号的周期电路二分频之后产生的单片机时钟信号的周期( (用用S S表示表示) )。这样这样1 1个状态周期个状态周期S S就包含就包含2 2个时钟周期，前一时钟周期称为个时钟周期，前一时钟周期称为P1P1拍，后一时钟周期称为拍，后一时钟周期称为P2P2拍。拍。片机的结构课件3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路 3. 3.机器周期。机器周期是指机器周期。机器周期是指CPU

9、CPU完成某一个规定操作所完成某一个规定操作所需的时间。需的时间。MCS-51MCS-51单片机的一个机器周期包含单片机的一个机器周期包含6 6个状态，并个状态，并依次表示为依次表示为S1S6S1S6，每个状态分为，每个状态分为2 2个节拍。因此个节拍。因此1 1个机器周个机器周期包含期包含1212个时钟周期个时钟周期( (振荡周期振荡周期) )，依次表示为：，依次表示为：S1P1S1P1，S1P2S1P2，S2P1S2P1，S6P1S6P1，S6P2S6P2。若采用。若采用12MHz12MHz的晶体振荡器时，的晶体振荡器时，则则1 1个机器周期为个机器周期为1us1us。片机的结构课件3.4

10、.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路 4. 4.指令周期。指令周期是指指令周期。指令周期是指CPUCPU执行执行1 1条指令所需要的时条指令所需要的时间。间。MCS-51MCS-51单片机指令周期根据指令的不同，可以包含有单片机指令周期根据指令的不同，可以包含有1 14 4个机器周期。个机器周期。片机的结构课件3.4.2 3.4.2 单片机复位电路单片机复位电路 复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PCPC初始化初始化为为0000H0000H，使单片机从，使单片机从0000H0000H单元开始执行程序。除了进入系单元开始执行程序。除了进入系

11、统的正常初始化之外，当单片机系统在运行出错或操作错误统的正常初始化之外，当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，也可按复位健重新启动。使系统处于死锁状态时，也可按复位健重新启动。 单片机复位的条件是：必须使单片机复位的条件是：必须使RSTRST复位信号引脚持续复位信号引脚持续2424个振荡周期个振荡周期(2(2个机器周期个机器周期) )以上的高电平。单片机常见的复以上的高电平。单片机常见的复位电路如图位电路如图2.72.7所示。所示。片机的结构课件3.4.2 3.4.2 单片机复位电路单片机复位电路 片机的结构课件3.4.2 3.4.2 单片机复位电路单片机复位电路 片机的结构课

12、件3.5 并行I/O端口P0P3 MCS-51 MCS-51系列单片机共有四个系列单片机共有四个8 8位的并行位的并行I/OI/O端口，分别用端口，分别用P0P0、P1P1、P2P2、P3P3表示。表示。每个每个I/O口既可以按位操作使用单个口既可以按位操作使用单个引脚，也可以按字节操作使用引脚，也可以按字节操作使用8个引脚。个引脚。 特殊功能寄存器特殊功能寄存器P0P0P3P3分别是并行分别是并行I/OI/O端口端口P0P0P3P3的锁存的锁存器。器。MCS-51MCS-51系列单片机是把系列单片机是把I/OI/O当作一般的特殊功能寄存器当作一般的特殊功能寄存器使用，不专设端口操作指令，使用

13、方便。使用，不专设端口操作指令，使用方便。 片机的结构课件3.5 并行I/O端口P0P3一、P0口的结构 片机的结构课件3.5 并行I/O端口P0P3 当当P0P0口作为输出口使用时，内部总线将数据送入锁存器，口作为输出口使用时，内部总线将数据送入锁存器，内部的写脉冲加在锁存器时钟端内部的写脉冲加在锁存器时钟端CPCP上，锁存数据到上，锁存数据到Q Q端及其端及其反向端。经过多路开关反向端。经过多路开关MUXMUX，T2T2反相后正好是内部总线的数反相后正好是内部总线的数据，送到据，送到P0P0口引脚输出。口引脚输出。 当当P0P0口作为输入口使用时，应区分读引脚和读端口两种口作为输入口使用时

14、，应区分读引脚和读端口两种情况，所谓读引脚，就是读芯片引脚的状态，这时使用下方情况，所谓读引脚，就是读芯片引脚的状态，这时使用下方的数据缓冲器，由的数据缓冲器，由“读引脚读引脚”信号把缓冲器打开，把端口引信号把缓冲器打开，把端口引脚上的数据从缓冲器通过内部总线读进来。脚上的数据从缓冲器通过内部总线读进来。 片机的结构课件3.5 并行I/O端口P0P3 读端口是指通过上面的缓冲器读锁存器读端口是指通过上面的缓冲器读锁存器Q Q端的状态。读端的状态。读端口是为了适应对端口是为了适应对I/OI/O口进行口进行“读读- -修改修改- -写写”操作语句的需操作语句的需要。例如下面的要。例如下面的C51C

15、51语句：语句： P0=P0&0 xf0;P0=P0&0 xf0; / /将将P0P0口的低口的低4 4位引脚清位引脚清0 0输出输出 除了具有除了具有I/OI/O功能以外，在进行单片机系统扩展时，功能以外，在进行单片机系统扩展时，P0P0口还可作为单片机系统的地址口还可作为单片机系统的地址/ /数据线使用，所以一般称为数据线使用，所以一般称为地址地址/ /数据分时复用引脚。数据分时复用引脚。 片机的结构课件3.5 并行I/O端口P0P3 当输出地址或数据时，由内部发出控制信号，使当输出地址或数据时，由内部发出控制信号，使“控制控制”端为高电平，打开与门，并使多路开关端为高电平，打开与门，并使

16、多路开关MUXMUX处于内部地址处于内部地址/ /数数据线与驱动场效应管栅极反相接通状态。此时，输出驱动电据线与驱动场效应管栅极反相接通状态。此时，输出驱动电路由于两个路由于两个FETFET处于反相，形成推拉式电路结构，使负载能处于反相，形成推拉式电路结构，使负载能力大为提高。输入数据时，数据信号直接从引脚通过输入缓力大为提高。输入数据时，数据信号直接从引脚通过输入缓冲器进入内部总线。冲器进入内部总线。 片机的结构课件3.5 并行I/O端口P0P3二、P1口的结构 片机的结构课件3.5 并行I/O端口P0P3 P1 P1口是准双向口，只能作为通用口是准双向口，只能作为通用I/OI/O口使用。口

17、使用。P1P1口作为口作为输出口使用时，无需再外接上拉电阻。输出口使用时，无需再外接上拉电阻。 当当P1P1口作为输入口使用时，应区分读引脚和读端口。读口作为输入口使用时，应区分读引脚和读端口。读引脚时，必须先向电路中的锁存器写入引脚时，必须先向电路中的锁存器写入“1”1”，使输出级的，使输出级的FETFET截止。截止。 片机的结构课件3.5 并行I/O端口P0P3三、P2口的结构 片机的结构课件3.5 并行I/O端口P0P3 P2 P2口是准双向口，在实际应用中，可以用于为系统提供口是准双向口，在实际应用中，可以用于为系统提供高高8 8位地址，也能作为通用位地址，也能作为通用I/OI/O口使用。口使用。P2P2口作为通用口作为通用I/OI/O口口的输出口使用时，与的输出口使用时，与P1P1口一样无需再外接上拉电阻。口一样无需再外接上拉电阻。 P2P2口作为通用口作为通用I/OI/O口的输入口使用时，应区分读引脚和口的输入口使用时，应区分读引脚和读端口。读引脚时，必须先向锁存器写入读端口。读引脚时，必须先向锁存器写入“1”1”。 片机的结构课件3.5 并行I/O端口P0P3四、P3口