第2章MCS-51单片机结构和原理ppt课件

1、跳转到第一页第第2 2章章 MCS-51 MCS-51单片机结构和原理单片机结构和原理 单片机的结构特点。单片机的结构特点。存储器配置与空间的分布。存储器配置与空间的分布。程序状态寄存器程序状态寄存器(PSW)(PSW)。单片机的指令时序。单片机的指令时序。跳转到第一页n2.1 2.1 单片机内部组成及引脚功能单片机内部组成及引脚功能n2.2 2.2 布尔处理机布尔处理机n2.3 2.3 单片机的存储器组织单片机的存储器组织 n2.4 2.4 单片机的输入单片机的输入/ /输出端口输出端口 n2.5 2.5 时钟电路与时钟电路与CPUCPU时序时序 n2.6 MCS-512.6 MCS-51单

2、片机工作方式单片机工作方式 n本章小结本章小结n习题习题 第第2 2章章 MCS-51 MCS-51单片机结构和原理单片机结构和原理 跳转到第一页2.1 单片机内部组成及引脚功能2.1.1 单片机的内部结构 2.1.2 单片机的引脚及功能 nMCS-51MCS-51是美国是美国IntelIntel公司的公司的8 8位高档单片机系列，位高档单片机系列，也是我国目前应用最为广泛的一种单片机系列。也是我国目前应用最为广泛的一种单片机系列。8051/80C518051/80C51是整个是整个MCS-51MCS-51系列单片机的核心，系列单片机的核心，该系列其他型号的单片机都是在这一内核的基该系列其他型

3、号的单片机都是在这一内核的基础上发展起来的。础上发展起来的。 nMCS-51MCS-51单片机系列分为单片机系列分为5151和和5252子系列，并以芯子系列，并以芯片型号的末位数字加以标识。其中，片型号的末位数字加以标识。其中，5151子系列子系列是基本型，而是基本型，而5252子系列是增强型。子系列是增强型。 n单片机型号带有字母单片机型号带有字母“C“C的，表示该单片机采的，表示该单片机采用的是用的是CHMOSCHMOS工艺，具有低功耗的特点。工艺，具有低功耗的特点。n 8051 8051的功耗为的功耗为630mW630mW，而，而80C5180C51的功耗只有的功耗只有120mW120m

4、W。 跳转到第一页2.1.1 80512.1.1 8051单片机的内部结构单片机的内部结构n80518051单片机的结构框图如下图所示，可以看出，在一单片机的结构框图如下图所示，可以看出，在一块芯片上集成了一个微型计算机的主要部件，它包括块芯片上集成了一个微型计算机的主要部件，它包括以下几部分：以下几部分：n1 1个个8 8位微处理器位微处理器(CPU)(CPU)。n1 1个时钟电路。个时钟电路。n4KB4KB程序存储器。程序存储器。n256B256B数据存储器。数据存储器。n2 2个个1616位定时位定时/ /计数器。计数器。n64KB64KB扩展总线控制电路。扩展总线控制电路。n4 4个个

5、8 8位并行位并行I/OI/O接口接口P0P0P3P3。n1 1个全双工串行个全双工串行I/OI/O接口。接口。n5 5个中断源，其中包括个中断源，其中包括2 2个优先级嵌套中断。个优先级嵌套中断。 振荡器和 时序 OSC 程序存储器 4KB ROM 数据存储器 256B RAM 定时/计数器 2 个 16 位 8051 CPU 64KB 总线 扩展控制器 并行 I/O 接口 4 个 串行 I/O 接口 1 个 内 部 总 线 内中断 外中断 控制 P0 P1 P2 P3 串行输出 串行输入 外部时钟源 外部事件计数 跳转到第一页 CPU CPU即中央处理器，是单片机的核心部件，是计算机即中央

6、处理器，是单片机的核心部件，是计算机的控制指挥中心。同微型计算机的控制指挥中心。同微型计算机CPUCPU类似，类似，80518051内部内部CPUCPU由运算器和控制器两部分组成。由运算器和控制器两部分组成。（1 1运算器电路以算术逻辑单元运算器电路以算术逻辑单元(ALU(ALU，Arithmetic Arithmetic Logic Unit)Logic Unit)为核心，由暂存器为核心，由暂存器1 1、暂存器、暂存器2 2、累加器、累加器(ACC(ACC，Accumulator)Accumulator)、寄存器、寄存器B B、程序状态寄存器、程序状态寄存器(PSW(PSW，Program

7、Status Word)Program Status Word)及布尔处理机共同组成。及布尔处理机共同组成。它的主要任务是完成算术运算、逻辑运算、位运算和它的主要任务是完成算术运算、逻辑运算、位运算和数据传送等操作，运算结果的状态由程序状态寄存器数据传送等操作，运算结果的状态由程序状态寄存器(PSW)(PSW)保管。保管。（2 2控制器电路包括程序计数器控制器电路包括程序计数器(PC)(PC)、PCPC增增1 1寄存器、指寄存器、指令寄存器令寄存器(IR)(IR)、指令译码器、指令译码器(ID)(ID)、数据指针、数据指针(DPTR)(DPTR)、堆栈指针堆栈指针(SP)(SP)、缓冲器及定时

8、控制电路等。控制器电、缓冲器及定时控制电路等。控制器电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。 跳转到第一页2.1.2 80512.1.2 8051单片机的引脚及功能单片机的引脚及功能 nMCS-51MCS-51单片机的封装形式有两种，一种是双列直单片机的封装形式有两种，一种是双列直插式插式(DIP)(DIP)封装，另一种是方形封装。封装，另一种是方形封装。n80518051的的4040个引脚可分为：个引脚可分为：n电源引脚电源引脚2 2根根n时钟引脚时钟引脚2 2根根n控制引脚控制引脚4 4根根nI/OI/O引脚引脚3232根根n由于由于8

9、0518051单片机是高性能的单片机，同时受到引单片机是高性能的单片机，同时受到引脚数目的限制，所以有部分引脚具有第二功能。脚数目的限制，所以有部分引脚具有第二功能。 跳转到第一页80518051单片机引脚图单片机引脚图 DIP引脚图 逻辑符号 跳转到第一页80518051引脚的功能描述引脚的功能描述n电源引脚电源引脚(2(2根根) ) nVCC(40VCC(40脚脚) )：电源端，接：电源端，接+5V+5V电源。电源。nVSS(20VSS(20脚脚) )：接地端。：接地端。n时钟引脚时钟引脚(2(2根根) ) nXTAL1(19XTAL1(19脚脚) )：接外部晶振和微调电容的一端。采用外部

10、时：接外部晶振和微调电容的一端。采用外部时钟电路时，对钟电路时，对HMOSHMOS型工艺的单片机，此引脚应接地；对型工艺的单片机，此引脚应接地；对CHMOSCHMOS型而言，此引脚应接外部时钟的输入端。型而言，此引脚应接外部时钟的输入端。nXTAL2(18XTAL2(18脚脚) )：接外部晶振和微调电容的另一端。使用外部：接外部晶振和微调电容的另一端。使用外部时钟时，对时钟时，对HMOSHMOS型工艺的单片机，此引脚应接外部时钟的型工艺的单片机，此引脚应接外部时钟的输入端；对输入端；对CHMOSCHMOS型而言，此引脚悬空。型而言，此引脚悬空。 跳转到第一页80518051引脚的功能描述引脚的

11、功能描述n控制引脚控制引脚(4(4根根) )n RST/VPD(9 RST/VPD(9脚脚) )：复位信号：复位信号/ /备用电源输入引脚。备用电源输入引脚。n 当当RSTRST引脚保持两个机器周期的高电平后，就可以使引脚保持两个机器周期的高电平后，就可以使80518051完成复位操作。该引脚的第二功能是完成复位操作。该引脚的第二功能是VPDVPD，即备用电源的，即备用电源的输入端，具有掉电保护功能。若在该引脚接输入端，具有掉电保护功能。若在该引脚接+5V+5V备用电源，在备用电源，在使用中若主电源使用中若主电源VCCVCC掉电，可保护片内掉电，可保护片内RAMRAM中的信息不丢失。中的信息不

12、丢失。 nALE/PROG (30ALE/PROG (30脚脚) )：地址锁存允许信号输出：地址锁存允许信号输出/ /编程脉冲输入引编程脉冲输入引脚。当脚。当CPUCPU访问片外存储器时，访问片外存储器时，ALEALE输出信号控制锁存输出信号控制锁存P0P0口输口输出的低出的低8 8位地址，从而实现位地址，从而实现P0P0口数据与低位地址的分时复用。口数据与低位地址的分时复用。当当80518051上电正常工作后，自动在上电正常工作后，自动在ALEALE端输出频率为端输出频率为fosc/6fosc/6的脉的脉冲序列冲序列(fosc(fosc代表振荡器的频率代表振荡器的频率) )。n 该引脚的第二

13、功能该引脚的第二功能PROGPROG是对是对87518751内部内部4KB EPROM4KB EPROM编程编程写入时，作为编程脉冲的输入端。写入时，作为编程脉冲的输入端。n 跳转到第一页lEA/VPP(31EA/VPP(31脚脚) )：外部程序存储器地址允许输入端：外部程序存储器地址允许输入端/ /编编程电压输入端。程电压输入端。l 当当EAEA接高电平时，接高电平时，CPUCPU执行片内执行片内ROMROM指令，但指令，但当当PCPC值超过值超过0FFFH0FFFH时，将自动转去执行片外时，将自动转去执行片外ROMROM指令；指令；当当EAEA接低电平时，接低电平时，CPUCPU只执行片外

14、只执行片外ROMROM指令。对于指令。对于80318031，由于其无片内，由于其无片内ROMROM，故其，故其EAEA必须接低电平。必须接低电平。 l 该引脚的第二功能该引脚的第二功能VPPVPP是对是对87518751片内片内EPROMEPROM编编程写入时，作为程写入时，作为21V21V编程电压的输入端。编程电压的输入端。lPSEN(29PSEN(29脚脚) )：片外：片外ROMROM读选通信号端。读选通信号端。l 在读片外在读片外ROMROM时，时，PSENPSEN有效，为低电平，以有效，为低电平，以实现对片外实现对片外ROMROM的读操作。的读操作。 8051引脚的功能描述引脚的功能描

15、述跳转到第一页80518051引脚的功能描述引脚的功能描述nI/OI/O引脚引脚(4(48=328=32根根) ) nP0.0P0.0P0.7(39P0.7(393232脚脚) )：P0P0口的口的8 8位双向位双向I/OI/O口线。口线。n P0 P0口即可作地址口即可作地址/ /数据总线使用，又可作通用的数据总线使用，又可作通用的I/OI/O口口使用。当使用。当CPUCPU访问片外存储器时，访问片外存储器时，P0P0口分时先作低口分时先作低8 8位地址位地址总线，后作双向数据总线，此时，总线，后作双向数据总线，此时，P0P0口就不能再作口就不能再作I/OI/O口口使用了。使用了。nP1.0

16、P1.0P1.7(1P1.7(18 8脚脚) )：P1P1口的口的8 8位准双向位准双向I/OI/O口线。口线。n P1 P1口作为通用的口作为通用的I/OI/O口使用。口使用。nP2.0P2.0P2.7(21P2.7(212828脚脚) )：P2P2口的口的8 8位准双向位准双向I/OI/O口线。口线。n P2 P2口即可作为通用的口即可作为通用的I/OI/O口使用，也可作为片外存储口使用，也可作为片外存储器的高器的高8 8位地址总线，与位地址总线，与P0P0口配合，组成口配合，组成1616位片外存储器位片外存储器单元地址。单元地址。nP3.0P3.0P3.7(10P3.7(101717脚脚

17、) )：P3P3口的口的8 8位准双向位准双向I/OI/O口线。口线。n P3 P3口除了作为通用的口除了作为通用的I/OI/O口使用之外，每个引脚还具口使用之外，每个引脚还具有第二功能。有第二功能。 跳转到第一页2.2 2.2 布尔处理机布尔处理机nMCS-51MCS-51单片机不仅能按字节进行操作，单片机不仅能按字节进行操作，还能按位进行操作。也就是说还能按位进行操作。也就是说MCS-51MCS-51单片机实际上又是一个完整而独立的单片机实际上又是一个完整而独立的1 1位单片机，即布尔处理机。位单片机，即布尔处理机。跳转到第一页2.3 存储器组织 n2.3.1MCS-51存储器特点 n2.

18、3.2数据存储器RAM n2.3.3程序存储器ROM跳转到第一页2.3.1 MCS-51存储器特点 n80518051的存储器结构与常见的微型计算机的配置的存储器结构与常见的微型计算机的配置方式不同，它把程序存储器和数据存储器分开，方式不同，它把程序存储器和数据存储器分开，有各自的寻址系统、控制信号和功能。有各自的寻址系统、控制信号和功能。 n80518051的存储器在物理结构上分为片内数据存储的存储器在物理结构上分为片内数据存储器、片内程序存储器、片外数据存储器和片外器、片内程序存储器、片外数据存储器和片外程序存储器程序存储器4 4个存储空间。但从用户使用的角个存储空间。但从用户使用的角度看

19、，度看，80518051的存储器分为的存储器分为3 3个逻辑空间。个逻辑空间。 片内外统一寻址的片内外统一寻址的64KB64KB程序存储器空间，地址范程序存储器空间，地址范围为围为0000H0000HFFFFHFFFFH。64KB64KB的片外数据存储器空间，地址范围也为的片外数据存储器空间，地址范围也为0000H0000HFFFFHFFFFH。256B256B的片内数据存储器空间，地址范围为的片内数据存储器空间，地址范围为00H00HFFHFFH。 0000H 7FH 00H 80H FFH 0FFFH 0FFFH 0000H 0000H EA0 FFFFH SFR RAM EA1 ROM

20、4KB FFFFH 64KB ROM RAM 64KB （I/O） RAM 片内存储器 1000H 片外扩展存储器 跳转到第一页2.3.2 2.3.2 数据存储器数据存储器RAM RAM n数据存储器数据存储器RAMRAM主要用来存放运算的中间结果和数据等。主要用来存放运算的中间结果和数据等。n在在80518051中，其存储空间分布如下：中，其存储空间分布如下：n片外片外RAMRAM最多可扩至最多可扩至64KB64KB存储单元，地址范围为存储单元，地址范围为0000H0000HFFFFHFFFFH。n片内片内RAMRAM为为256B256B存储单元，地址范围为存储单元，地址范围为00H00HF

21、FHFFH。n片内片内RAMRAM地址空间共有地址空间共有256B256B，又分为两个部分：，又分为两个部分：n低低128B(00H128B(00H7FH)7FH)为真正的为真正的RAMRAM区，如下图所示区，如下图所示 。n高高128B(80H128B(80HFFH)FFH)为特殊功能寄存器为特殊功能寄存器(SFR)(SFR)区，如下表所区，如下表所示示 。跳转到第一页片片内内RAM地地址址空空间间 7FH30H2FH7F7E7D7C7B7A79782EH77767574737271702DH6F6E6D6C6B6A69682CH67666564636261602BH5F5E5D5C5B5A

22、59582AH575655545352515029H4F4E4D4C4B4A494828H474645444342414027H3F3E3D3C3B3A393826H373635343332313025H2F2E2D2C2B2A292824H272625242322212023H1F1E1D1C1B1A191822H171615141312111021H0F0E0D0C0B0A090820H07060504030201001FH18H第第3组工作寄存器组工作寄存器 (R0R7)17H10H第第2组工作寄存器组工作寄存器 (R0R7)0FH08H第第1组工作寄存器组工作寄存器 (R0R7)07H

23、00H第第0组工作寄存器组工作寄存器 (R0R7)工作寄存器区位寻址区用户RAM区(堆栈、数据缓冲区)跳转到第一页SFRSFR中中位位地地址址分分布布表表 SFRMSB位地址位地址/位定义位定义LSB字节地址字节地址BF7F6F5F4F3F2F1F0F0HACCE7E6E5E4E3E2E1E0E0HPSWD7D6D5D4D3D2D1D0D0HCYACF0RS1RS0OV- -PIPBFBEBDBCBBBAB9B8B8H- - - -PSPT1PX1PT0PX0P3B7B6B5B4B3B2B1B0B0HP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0IEAFAEADACABAAA

24、9A8A8HEA- - -ESET1EX1ET0EX0P2A7A6A5A4A3A2A1A0A0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0SCON9F9E9D9C9B9A999898HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIP1979695949392919090HP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0TCON8F8E8D8C8B8A898888HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0P0878685848382818080HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0跳转到第一页程序状态字程序状态字PSWPSW

25、位 序 D7D6D5D4D3D2D1D0位地址 D7HD7H D5HD4HD3HD2HD1HD0H位 名CYACF0RS1RS0OVF1P进位标志半进位标志用户标志位工作寄存器组选择位溢出标志位用户标志位奇偶标志位跳转到第一页数据指针数据指针DPTRDPTRn数据指针数据指针DPTRDPTR是一个是一个1616位的特殊功能寄存器，编程时位的特殊功能寄存器，编程时DPTRDPTR可以作为一个可以作为一个1616位寄存器使用，也可以作为两个独位寄存器使用，也可以作为两个独立的立的8 8位寄存器分开使用，此时位寄存器分开使用，此时DPHDPH表示高字节，表示高字节，DPLDPL表示表示低字节。低字节

26、。n一般编程时常用一般编程时常用DPTRDPTR来存放外来存放外RAMRAM单元的单元的1616位地址，作间位地址，作间接寄存器使用。接寄存器使用。程序技术器程序技术器PCPCn程序技术器程序技术器PCPC是是1616位专用寄存器，其内容为下一条要执行位专用寄存器，其内容为下一条要执行指令的首地址。指令的首地址。nPCPC具有自动加具有自动加1 1的功能。改变的功能。改变PCPC的内容就可以改变指令执的内容就可以改变指令执行的次序。系统复位后行的次序。系统复位后PCPC的地址是的地址是0000H0000H。n一般编程时常用一般编程时常用DPTRDPTR来存放外来存放外RAMRAM单元的单元的1

27、616位地址，作间位地址，作间接寄存器使用。接寄存器使用。跳转到第一页2.3.3 2.3.3 程序存储器程序存储器ROMROMn程序存储器程序存储器ROMROM用来存放程序、常数或表格等。用来存放程序、常数或表格等。n在在80518051中，其存储空间分布如下：中，其存储空间分布如下：n片内有片内有4KB4KB的的ROMROM存储单元，地址为存储单元，地址为0000H0000H0FFFH0FFFH。n片外最多可扩至片外最多可扩至64KB64KB的的ROMROM，地址为，地址为1000H1000HFFFFHFFFFH。n片内外片内外ROMROM统一编址。统一编址。 n当当EAEA引脚接高电平时，

28、引脚接高电平时，CPUCPU将首先访问片内将首先访问片内ROMROM，当指，当指令地址超过令地址超过0FFFH0FFFH时，自动转向片外时，自动转向片外ROMROM取指令。取指令。n当当EAEA引脚接低电平时，引脚接低电平时，CPUCPU只访问片外只访问片外ROMROM。片外。片外ROMROM的的地址从地址从0000H0000H开始编址。对于开始编址。对于80318031，由于其片内无，由于其片内无ROMROM，所以使用时必须使所以使用时必须使EAEA接低电平，以便能够从片外扩展的接低电平，以便能够从片外扩展的EPROMEPROM中取指令。中取指令。跳转到第一页程序存储器程序存储器ROMROM

29、n在程序存储器中，以下在程序存储器中，以下6 6个单元具有特殊个单元具有特殊含义。含义。n0000H0000H：单片机复位后的程序入口地址。：单片机复位后的程序入口地址。 n0003H0003H：外部中断：外部中断0 0的中断服务程序入口地的中断服务程序入口地址。址。 n000BH000BH：定时器：定时器0 0的中断服务程序入口地址。的中断服务程序入口地址。 n0013H0013H：外部中断：外部中断1 1的中断服务程序入口地的中断服务程序入口地址。址。 n001BH001BH：定时器：定时器1 1的中断服务程序入口地址。的中断服务程序入口地址。 n0023H0023H：串行口的中断服务程序

30、入口地址。：串行口的中断服务程序入口地址。跳转到第一页2.4 2.4 单片机的输入单片机的输入/ /输出端口输出端口 n2.4.1 P0口n2.4.2 P1口n2.4.3 P2口n2.4.4 P3口跳转到第一页n80518051单片机有单片机有4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O端口，称为端口，称为P0P0、P1P1、P2P2和和P3P3口，每个端口都各有口，每个端口都各有8 8条条I/OI/O口口线，每条线，每条I/OI/O口线都能独立地用作输入或输口线都能独立地用作输入或输出。出。n在无片外扩展存储器的系统中，这四个在无片外扩展存储器的系统中，这四个I/OI/O口都可以作为通用口都可以

31、作为通用I/OI/O口使用。口使用。n在有片外扩展存储器的系统中，在有片外扩展存储器的系统中，P2P2口送出口送出高高8 8位地址，位地址，P0P0口分时送出低口分时送出低8 8位地址和位地址和8 8位位数据。数据。 跳转到第一页nP0P0口某一位的结构图如下图所示，它由一个输出锁存器、两个三态输入口某一位的结构图如下图所示，它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器、一个转换开关缓冲器、一个转换开关MUXMUX、一个输出驱动电路、一个输出驱动电路(T1(T1和和T2)T2)和一个与门及和一个与门及一个非门组成。一个非门组成。 1 D CP Q Q MUX & T1 T2 锁存器 地址/数

32、据 控制信号 C VCC 内部总线 写锁存器 读锁存器 读引脚 P0.X 引脚 1 2 2.4.1 P02.4.1 P0口口 跳转到第一页(1) P0(1) P0口用作通用口用作通用I/OI/O口口 MUX与锁存器的与锁存器的Q端接通，与门输出为端接通，与门输出为0，T1截止，输出驱动级就工作在需外接截止，输出驱动级就工作在需外接上拉电阻的漏极开路方式。上拉电阻的漏极开路方式。 P0口用作输出口口用作输出口 CPU在执行输出指令时，内部数据总线的数据在在执行输出指令时，内部数据总线的数据在“写锁存器信号的作用下，写锁存器信号的作用下，由由D端进入锁存器，取反后出现在端进入锁存器，取反后出现在Q

33、端，再经过端，再经过T2反向，则反向，则P0.X引脚上的数据引脚上的数据就是内部总线的数据。由于就是内部总线的数据。由于T2为漏极开路输出，故此时必须外接上拉电阻。为漏极开路输出，故此时必须外接上拉电阻。 P0口用作输入口口用作输入口 数据可以读自端口的锁存器，也可以读自端口的引脚，这要看输入操作执行的数据可以读自端口的锁存器，也可以读自端口的引脚，这要看输入操作执行的是是“读锁存器指令还是读锁存器指令还是“读引脚指令。读引脚指令。方式方式1：读引脚。：读引脚。CPU在执行在执行“MOV类输入指令时类输入指令时(如：如：MOV A , P0)，内部产生，内部产生的操作信号是的操作信号是“读引脚

34、读引脚”。P0.X引脚上的数据经过缓冲器引脚上的数据经过缓冲器2读入到内部总线。读入到内部总线。注意，在读引脚时，必须先向电路中的锁存器写入注意，在读引脚时，必须先向电路中的锁存器写入1，使，使T2截止，截止，P0.X引脚处引脚处于悬浮状态，可作为高阻抗输入。于悬浮状态，可作为高阻抗输入。方式方式2：读锁存器。：读锁存器。CPU在执行在执行“读读-改改-写类输入指令时写类输入指令时(如：如：ANL P0, A )，内部，内部产生的操作信号是产生的操作信号是“读锁存器读锁存器”，锁存器中的数据经过缓冲器，锁存器中的数据经过缓冲器1送到内部总线，送到内部总线，然后与然后与A的内容进行逻辑的内容进行

35、逻辑“与与”，结果送回，结果送回P0的端口锁存器并出现在引脚。除的端口锁存器并出现在引脚。除了了MOV类指令外，其他的读口操作指令都属于这种情况。类指令外，其他的读口操作指令都属于这种情况。 跳转到第一页(2) P0(2) P0口用作地址口用作地址/ /数据总线数据总线 nMUXMUX将地址将地址/ /数据线与数据线与T2T2接通，同时与门输出有效。接通，同时与门输出有效。n若地址若地址/ /数据线为数据线为1 1，则，则T1T1导通，导通，T2T2截止，截止，P0P0口输出为口输出为1 1；反之；反之T1T1截止，截止，T2T2导通，导通，P0P0口输出为口输出为0 0。n当数据从当数据从P

36、0P0口输入时，读引脚使三态缓冲器口输入时，读引脚使三态缓冲器2 2打开，端口上的数据经缓打开，端口上的数据经缓冲器冲器2 2送到内部总线。送到内部总线。 跳转到第一页（3 3P0P0口小结口小结 P0 P0口既可作地址口既可作地址/ /数据总线使用，也可作通用数据总线使用，也可作通用I/OI/O口使用。当口使用。当P0P0口作地口作地址址/ /数据总线使用时，就不能再作通用数据总线使用时，就不能再作通用I/OI/O口使用了。口使用了。 P0 P0口作输出口使用时，输出级属漏极开路，必须外接上拉电阻，才有口作输出口使用时，输出级属漏极开路，必须外接上拉电阻，才有高电平输出。高电平输出。 P0

37、P0口作输入口读引脚时，应先向锁存器写口作输入口读引脚时，应先向锁存器写1 1，使，使T2T2截止，不影响输入截止，不影响输入电平。电平。 跳转到第一页nP1口是唯一的单功能口，仅能作为通用口是唯一的单功能口，仅能作为通用I/O口使用。由于在其输出端接口使用。由于在其输出端接有上拉电阻，故可以直接输出而无需外接上拉电阻。有上拉电阻，故可以直接输出而无需外接上拉电阻。n同同P0口一样，当作输入口时，必须先向锁存器写口一样，当作输入口时，必须先向锁存器写“1”，使场效应管，使场效应管T截截止。止。 D CP Q Q T 锁存器 VCC 内部总线 写锁存器 读锁存器 读引脚 P1.X 引脚 1 2

38、2.4.2 P12.4.2 P1口口 跳转到第一页n图中的控制信号图中的控制信号C C决定转换开关决定转换开关MUXMUX的位置：当的位置：当C=0C=0时，时，MUXMUX拨向下方，拨向下方，P0P0口为通用口为通用I/OI/O口；当控制信号口；当控制信号C=1C=1时，时，MUXMUX拨向上方，拨向上方，P0P0口作为地址总线口作为地址总线使用。使用。n在实际应用中，在实际应用中，P2P2口通常作为高口通常作为高8 8位地址总线使用。位地址总线使用。 D CP Q Q MUX 1 锁存器 地址 控制信号 C 内部总线 写锁存器 读锁存器 读引脚 T VCC P2.X 引脚 1 2 2.4.

39、3 P22.4.3 P2口口 跳转到第一页nP3P3口用作通用口用作通用I/OI/O口时，第二输出功能信号口时，第二输出功能信号W=1W=1，P3P3口的每一位都可定口的每一位都可定义为输入或输出，其工作原理同义为输入或输出，其工作原理同P1P1口类似。口类似。n在真正的应用电路中，在真正的应用电路中，P3P3口的第二功能显得更为重要口的第二功能显得更为重要 。 D CP Q Q & 锁存器 第二输出功能 内部总线 写锁存器 读锁存器 读引脚 T VCC P3.X 引脚 第二输入功能 1 2 W 3 2.4.4 P32.4.4 P3口口 跳转到第一页 P3口的第二功能口的第二功能 IN

40、T0INT1WRRD引脚引脚 第二功能第二功能 功能说明功能说明 P3.0RXD串行口输入串行口输入P3.1TXD串行口输出串行口输出P3.2外部中断外部中断0输入输入P3.3外部中断外部中断1输入输入P3.4T0定时器定时器/计数器计数器0计数输入计数输入P3.5T1定时器定时器/计数器计数器1计数输入计数输入P3.6片外片外RAM写选通信号写选通信号(输出输出)P3.7片外片外RAM读选通信号读选通信号(输出输出)跳转到第一页输入输入/ /输出端口负载能力输出端口负载能力 nP0P0口的输出级与口的输出级与P1P1P3P3口的输出级在结构上不同，其输出级口的输出级在结构上不同，其输出级无上

41、拉电阻，因此它们的负载能力和接口要求也不相同。无上拉电阻，因此它们的负载能力和接口要求也不相同。nP0P0口的每一位能驱动口的每一位能驱动8 8个个LSTTLLSTTL负载。在作为通用负载。在作为通用I/OI/O口使用口使用时，输出驱动电路是开漏的，所以，驱动集电极开路时，输出驱动电路是开漏的，所以，驱动集电极开路(OC(OC门门) )电路或漏级开路电路需外接上拉电阻。当作为地址电路或漏级开路电路需外接上拉电阻。当作为地址/ /数据总数据总线使用时线使用时(T1(T1可以提供上拉电平可以提供上拉电平) )，口线不是开漏的，无需外，口线不是开漏的，无需外接上拉电阻。接上拉电阻。nP1P1P3P3

42、口的每一位能驱动口的每一位能驱动4 4个个LSTTLLSTTL负载。它们的输出驱动电负载。它们的输出驱动电路有上拉电阻，所以可以方便地由集电极开路路有上拉电阻，所以可以方便地由集电极开路(OC(OC门门) )电路或电路或漏级开路电路所驱动，而无需外接上拉电阻。漏级开路电路所驱动，而无需外接上拉电阻。n对于对于80C5180C51单片机单片机(CHMOS)(CHMOS)，端口只能提供几毫安的输出电流，端口只能提供几毫安的输出电流，故当作输出口去驱动一个普通晶体管的基极时，应在端口与故当作输出口去驱动一个普通晶体管的基极时，应在端口与晶体管基极间串联一个电阻，以限制高电平输出时的电流。晶体管基极间

43、串联一个电阻，以限制高电平输出时的电流。 跳转到第一页2.5 2.5 时钟电路与时钟电路与CPUCPU时序时序n2.5.1 时钟电路n2.5.2 CPU时序 跳转到第一页2.5.1 2.5.1 时钟电路时钟电路 n80518051单片机的时钟信号通常由两种方式产生：一是内部振荡方式，二单片机的时钟信号通常由两种方式产生：一是内部振荡方式，二是外部时钟方式。是外部时钟方式。 n (a) (a) 内部方式时钟电路内部方式时钟电路 (b) (b) 外部方式时钟电路外部方式时钟电路 晶振 C1 C2 XTAL1 XTAL2 8051 TTL XTAL2 XTAL1 8051 VCC 外部时钟 信号 V

44、SS 跳转到第一页2.5.1 2.5.1 时钟电路时钟电路1. 1. 内部振荡方式内部振荡方式 在在80518051单片机内部有一个高增益的反相放大器，用于构成单片机内部有一个高增益的反相放大器，用于构成振荡器，反相放大器的输入端为振荡器，反相放大器的输入端为XTAL1XTAL1，输出端为，输出端为XTAL2XTAL2。内部振荡方式是在内部振荡方式是在XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2引脚两端跨接石英晶体振荡器引脚两端跨接石英晶体振荡器和两个电容构成稳定的自激振荡电路。和两个电容构成稳定的自激振荡电路。电容电容C1C1和和C2C2通常取通常取30pF30pF，对振荡频率有微调作用。晶

45、振频率范，对振荡频率有微调作用。晶振频率范围是围是1.2MHz1.2MHz12MHz12MHz。2. 2. 外部时钟方式外部时钟方式 外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。80518051：外部时钟由：外部时钟由XTAL2XTAL2输入，直接送入内部时钟电路，输入，直接送入内部时钟电路，XTAL1XTAL1接地；接地；80C5180C51：外部时钟由：外部时钟由XTAL1XTAL1输入，输入，XTAL2XTAL2悬空。悬空。外部时钟信号为高电平持续时间要大于外部时钟信号为高电平持续时间要大于20ns20ns，且频率低于，且频率低于1

46、2MHz12MHz的方波。的方波。 跳转到第一页2.5.2 CPU2.5.2 CPU时序时序nCPUCPU时序就是时序就是CPUCPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序。在执行指令时所需控制信号的时间顺序。n单片机的时序定时单位从小到大依次为：振荡周期、状态单片机的时序定时单位从小到大依次为：振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期。周期、机器周期和指令周期。 nMCS-51MCS-51单片机共有单片机共有111111条指令，按照指令字节数和机器周期条指令，按照指令字节数和机器周期数可分为六类，即单字节单周期指令、单字节双周期指令、数可分为六类，即单字节单周期指令、单字节双周期指令、单字节四周期

47、指令、双字节单周期指令、双字节双周期指单字节四周期指令、双字节单周期指令、双字节双周期指令和三字节双周期指令。令和三字节双周期指令。 跳转到第一页典型指令的取指、执行时序典型指令的取指、执行时序 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 读操作码 再读下一个操作码 读下一个操作码(丢弃) 读操作码 读第二字节 读下一个操作码 读下一个操作码(丢弃) 再读下一个操作码 读下一个操作码(丢弃) 读操作码 不取指 无 ALE 地

48、址 数据 访问外部存储器 (a) 单字节单周期指令，如 INC A (b) 双字节单周期指令，如 ADD A,#data (c) 单字节双周期指令，如 INC DPTR (d)单字节双周期指令 S1 S2 S3 S4 S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 S1 S2 S3 S4 S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 读操作码 不取指 再读下一个操作码 如 MOVX 类指令 ALE OSC 一个机器周期 一个机器周期 l振荡周期为单片机提供定时信号的振荡源的周期或外部输入时钟信号的周期。l时钟周期又成为状

49、态周期(或状态S)是振荡周期的两倍，它分为P1节拍和P2节拍。l一条指令的执行过程分作几个基本操作，完成一个基本操作所需的时间称作机器周期。l执行一条指令所需的时间称为指令周期。 跳转到第一页2.6 MCS-512.6 MCS-51单片机工作方式单片机工作方式 n2.6.1 复位方式与复位电路 n2.6.2 程序执行方式n2.6.3 单步执行方式n2.6.4 低功耗操作方式n2.6.5 EPROM编程和校验方式 跳转到第一页2.6.1 2.6.1 复位方式与复位电路复位方式与复位电路 n复位是单片机的初始化操作。复位是单片机的初始化操作。n复位功能是把复位功能是把PCPC初始化为初始化为000

50、0H0000H，使，使CPUCPU从从0000H0000H单元开始执单元开始执行程序；复位操作同时还对其他一些寄存器有影响，但内行程序；复位操作同时还对其他一些寄存器有影响，但内部部RAMRAM的数据是不变的。的数据是不变的。 n除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。复位键重新启动。跳转到第一页部分特殊功能寄存器的复位状态部分特殊功能寄存器的复位状态 说明：表中符号状为随机态。说明：表中符号状为随机态。寄存器寄存器 复

51、位状态复位状态寄存器寄存器 复位状态复位状态PC 0000H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0P3 0FFH IP 00000B IE 000000B TMOD 00H TCON 00H TL0，TL1 00H TH0，TH1 00H SCON 00H SBUF 不定不定 PCON 00000B 跳转到第一页复位电路复位电路 n单片机的复位引脚单片机的复位引脚RSTRST出现出现2 2个机器周期以上的高电平时，单片机就执个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。行复位操作。 n常见的复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式常见的复位

52、操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式 。n上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。n按键手动复位是通过复位端经电阻与电源按键手动复位是通过复位端经电阻与电源VCCVCC接通而实现的，它兼备上接通而实现的，它兼备上电复位功能。电复位功能。 n (a) (a) 上电自动复位上电自动复位 (b) (b) 按键手动复位按键手动复位 RST 8051 R C +5V + RST 8051 R R1 C +5V + 跳转到第一页2.6.2 2.6.2 程序执行方式程序执行方式 n单片机执行程序的过程，就是逐条执行指令的过程。单片机每执行一单片机执行程序的过程，就是逐条执行指令的过程。单片机每执行一条指令都可分为三个阶段，即取指令条指令都可分为三个阶段，即取指令分析指令分析指令执行指令。执行指令。 n单片机中的程序一般事先都已通过写入器单片机中的程序一般事先都已通过写入器( (编程器编程器) )固化在片内或片外固化在片内或片外程序存储器中，因而一开机即可执行指令。程序存储器中，因而一开机即可执行指令。