第2章MCS51单片机硬件结构

1、第第2章章 MCS-51单片机结构及原理单片机结构及原理 2.1 MCS-51单片机结构单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构的存储器结构 2.3 单片机的复位、时钟与时序单片机的复位、时钟与时序 2.4 并行并行I/O口口 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理2.1 MCS-51单片机结构单片机结构 2. 1.1 MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 2. 1.2 MCS-51引脚及功能引脚及功能2.2 MCS-51的存储器结构的存储器结构 2.3单片机的复位、时钟与时序单片机的复位、时钟与时序 2.4并行并行I/O口口 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理SCM将通用

2、微计算机基本功能部件集成在一块芯片将通用微计算机基本功能部件集成在一块芯片上构成的一种专用微计算机系统上构成的一种专用微计算机系统SCM = CPU+RAM+ROM+I/O+T/C+INT+UART第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理80C51=(18)CPU+128BRAM+4KBROM+ (216)T/C + (48)I/O + 1个个UART+5个个中断源中断源注意：注意：51子系列和子系列和52子系列都采用子系列都采用51内核技术，差异主要在内核技术，差异主要在RAM/TC/INT 型号中包含字母型号中包含字母C的属于的属于CHMOS型（互补高密度金属氧化物半导体工艺）型（互补高密

3、度金属氧化物半导体工艺）87C52INTEL MCS-51系列单片机一览表系列单片机一览表第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理 80C51单片机的内部资源主要包括：单片机的内部资源主要包括： 8位中央处理器（位中央处理器（CPU）；）； 片内振荡器和时钟电路；片内振荡器和时钟电路； 4KB片内程序存储器片内程序存储器(ROM)； 128字节的片内字节的片内RAM； 4个个8位双向位双向I/O口；口； 5中断源；中断源； 2个个16位定时器位定时器/计数器；计数器； 1个全双工串行口；个全双工串行口；本节介绍本节介绍下节介绍下节介绍下节介绍下节介绍下节介绍下节介绍下节介绍下节介绍第第4章介绍

4、章介绍第第5章介绍章介绍第第6章介绍章介绍第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理控制器控制器运算器运算器单片机单片机CPU = 控制器控制器 + 运算器运算器第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理 1、控制器、控制器作用：作用：统一指挥和控制计算机协调工作统一指挥和控制计算机协调工作组成：组成：程序计数器程序计数器PC+指令译码器指令译码器ID+数据指针数据指针DPTR +其它专用寄存器其它专用寄存器功能：功能： (1)从存储器中取出下一条要执行的指令从存储器中取出下一条要执行的指令（取指）（取指） (2)对取出的指令进行识别对取出的指令进行识别（译码）（译码） (3)指挥运算器运算或控制

5、数据传送指挥运算器运算或控制数据传送（指挥）（指挥）第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理（1）程序计数器（）程序计数器（Program CounterPC） 指令地址寄存器，永远存放着下一条指令的地址，指令地址寄存器，永远存放着下一条指令的地址， PC的变化规律决定着程序的流程的变化规律决定着程序的流程0000HPC指针0011010101110111111101001001010010011110 35H 77H F4H 94H 9EHROMROM0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH第2章 单片机结构及原

6、理单片机结构及原理特点：特点： 具有具有16位字长位字长可寻址范围可寻址范围216（=64KB） 具有自动加具有自动加1功能（计数器）功能（计数器）顺序运行程序功能顺序运行程序功能 具有可被指令修改功能具有可被指令修改功能跳转运行程序功能跳转运行程序功能 复位时，复位时，PC值为值为0 复位后程序从复位后程序从0开始运行开始运行0000HPC指针0011010101110111111101001001010010011110 35H 77H F4H 94H 9EHROMROM0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH

7、第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理（2）数据指针寄存器）数据指针寄存器（Data Pointer DPTR）16位字长位字长，可寻址范围，可寻址范围216(64KB)可拆为可拆为2个个8位的独立寄存器位的独立寄存器DPL和和DPH用于表示用于表示存储器数据地址存储器数据地址的指针的指针,以便对以便对片外片外64K的数据的数据RAM区进行读区进行读/写操作写操作0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH 35H 77H F4H 94H 9EHDPTR指针指针 xxH xxHxxH xxH xxHROMRAMDPLDPH0000H0001H0002H0003H0004HFF

8、FFH第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理2、运算器、运算器作用：作用：对数据进行算术运算和逻辑操作对数据进行算术运算和逻辑操作组成：组成：算术算术/逻辑部件逻辑部件ALU +累加器累加器ACC+程序状态字程序状态字寄存器寄存器PSW+其它工作单元其它工作单元功能：功能： (1)对暂存器中的数据进行运算对暂存器中的数据进行运算 (2)结果保存在结果保存在ACC中中 (3)运行状态反映在运行状态反映在PSW中中第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理（1）累加器（）累加器（AccumulaterA） 累加器累加器A是一个是一个8位寄存器，用来位寄存器，用来存放操作数或中间运算结果；存放操作数

9、或中间运算结果； 通过暂存器与通过暂存器与ALU相连；相连；它是它是CPU中使用最频繁的寄存器。中使用最频繁的寄存器。第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1P位7位6位5位4位3位2位1位0CYACF0RS1RS0OVF1PCYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVF1F1P PPSW.7PSW.7PSW.6PSW.6PSW.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位7位6位5位4位3位2位1位0（2）程序状态字寄存器）程序状态字寄存器（Pr

10、ogram State WordPSW） PSW是一个是一个8位的专用寄存器，用于存放程序运行过程中位的专用寄存器，用于存放程序运行过程中的各种状态信息。的各种状态信息。PSW中的各位信息通常是在指令执行过程中自动形成的，中的各位信息通常是在指令执行过程中自动形成的，但也可以由传送指令加以改变。但也可以由传送指令加以改变。PSW各位的定义：各位的定义： 按位置定义的名称按位置定义的名称按功能定义的名称按功能定义的名称第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理CY（PSW.7）进位标志进位标志在进行在进行加或减运算加或减运算时，如果操作结果最高位有进位或借位时，如果操作结果最高位有进位或借位时，时

11、，CY由硬件置由硬件置“1”，否则清，否则清“0”。 10010011 + 11110000 CY= 1 10000011进位标志位CYCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1P位7位6位5位4位3位2位1位0CYACF0RS1RS0OVF1PCYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVF1F1P PPSW.7PSW.7PSW.6PSW.6PSW.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位7位6位5位4位3位2位1位0用途用途：1、根据、根据CY判断加减判断加减运算时有无进位或借位；运

12、算时有无进位或借位；2、在位操作中、在位操作中CY可作为位可作为位累加器用。累加器用。举例举例第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理 AC（PSW.6）辅助进位标志辅助进位标志在进行在进行加或减运算加或减运算时，如果操作结果的低四位数向高四位时，如果操作结果的低四位数向高四位产生进位或借位时，将由硬件置产生进位或借位时，将由硬件置“1”，否则清，否则清“0”。 01001111 + 10100001 AC=1 11110000半进位CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1P位7位6位5位4位3位2位1位0CYACF0RS1RS0OVF1PCYCYACACF0F0RS

13、1RS1RS0RS0OVOVF1F1P PPSW.7PSW.7PSW.6PSW.6PSW.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位7位6位5位4位3位2位1位0举例举例用途用途：1、根据、根据AC判断加减运判断加减运算时有无半进位或半借位；算时有无半进位或半借位；2、在、在BCD码调整运算中要用码调整运算中要用到到AC标志标志第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理F0（PSW.5）和和F1（PSW.1）用户标志位用户标志位可作为用户自行定义的一个状态标记可作为用户自行定义的一个状态标记 CYACF0RS1RS0OVF1

14、PCYACF0RS1RS0OVF1P位7位6位5位4位3位2位1位0CYACF0RS1RS0OVF1PCYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVF1F1P PPSW.7PSW.7PSW.6PSW.6PSW.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位7位6位5位4位3位2位1位0第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理RS1和和 RS0（PSW.4和和 PSW.3）工作寄存器组指针工作寄存器组指针用于选择用于选择CPU当前工作寄存器组（当前工作寄存器组（R0R7占用占用RAM地址空间地址空间）CYACF0RS1

15、RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1P位7位6位5位4位3位2位1位0CYACF0RS1RS0OVF1PCYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVF1F1P PPSW.7PSW.7PSW.6PSW.6PSW.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位7位6位5位4位3位2位1位0第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理OV（PSW.2）溢出标志溢出标志在有符号数运算或乘除运算中若有异常结果，在有符号数运算或乘除运算中若有异常结果，OV置置1，否，否则清则清0。根据运算过程中的根据运算过程中的D6和

16、和D7位的变化由硬件自动形成位的变化由硬件自动形成OV值值CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1P位7位6位5位4位3位2位1位0CYACF0RS1RS0OVF1PCYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVF1F1P PPSW.7PSW.7PSW.6PSW.6PSW.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位7位6位5位4位3位2位1位0用途用途：判断：判断有符号数有符号数运算或乘除运算的结果是否正常。运算或乘除运算的结果是否正常。第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理OV=C6

17、Y C7Y=1 0=1 01010100 （+84） + 01101001 （+105） CY=0 10111101（-67）D6有进位D7无进位101111011100001011000011正数的补码是它本身，负数的补码是正数的补码是它本身，负数的补码是除符号位外每位求反，然后末尾加除符号位外每位求反，然后末尾加1 11111011 （-5） + 11110000 （-16） CY= 1 11101011 （-21）D7有进位 D6有进位OV=C6Y C7Y=1 1=0111010111001010010010101运算出错运算正确举例举例举例举例第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理P

18、（PSW.0）奇偶标志位奇偶标志位该位始终跟踪累加器该位始终跟踪累加器A中含中含“1”个数的奇偶性个数的奇偶性如果如果A中有奇数个中有奇数个“1”，则，则P置置“1”，否则置，否则置“0”举例举例 若若A=10011111，则，则P=0 若若A=11000001，则，则P=1CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1P位7位6位5位4位3位2位1位0CYACF0RS1RS0OVF1PCYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVF1F1P PPSW.7PSW.7PSW.6PSW.6PSW.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2

19、PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位7位6位5位4位3位2位1位0用途用途：用于串行通讯中的数据校验，判断是否存在传输错误。：用于串行通讯中的数据校验，判断是否存在传输错误。第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理2.1 MCS-51单片机结构单片机结构 2. 1.1 MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 2. 1.2 MCS-51引脚及功能引脚及功能2.2 MCS-51的存储器结构的存储器结构 2.3单片机的复位、时钟与时序单片机的复位、时钟与时序 2.4并行并行I/O口口 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理MCS-51系列单片机的封装方式与制造工艺有关，采用系列单片机的

20、封装方式与制造工艺有关，采用HMOS制造工艺的制造工艺的51单片机一般采用单片机一般采用40只引脚的双列直只引脚的双列直插封装（插封装（DIPdual in-line package） 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理MCS-51单片机除了采用单片机除了采用DIP封装方式外，还采用封装方式外，还采用44只引只引脚方形扁平封装（脚方形扁平封装（QFP quad flat package）方式，）方式，其中其中4只是无用的。只是无用的。 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理DIP引脚分布引脚分布 电源及晶振引脚（共电源及晶振引脚（共4只）只）控制引脚（共控制引脚（共4只）只）输入输入/

21、输出引脚输出引脚 （共（共32只）只） 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理（1）电源及晶振引脚）电源及晶振引脚VCC(40脚脚)：+5V电源引脚电源引脚VSS(20脚脚)： 接地引脚接地引脚XTAL1(19脚脚)；外接晶振引脚（内置放大器输入端）；外接晶振引脚（内置放大器输入端）XTAL2(18脚脚)：外接晶振引脚（内置放大器输出端）：外接晶振引脚（内置放大器输出端）Vcc80C512040第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理（2）控制引脚）控制引脚 ALE/PROG(30)为地址锁存使能输出为地址锁存使能输出/ 编程脉冲输入编程脉冲输入 RST/VPD(9)为复位为复位/ 备用电源

22、引脚备用电源引脚 PSEN(29)：输出访问片外程序存储器读选通信号：输出访问片外程序存储器读选通信号 EA/ VPP (31)：外部：外部ROM允许访问允许访问/ 编程电源输入编程电源输入 10F8.2K1080C51第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理（3）并行并行I/O口引脚口引脚 共计共计48 = 32 个引脚，其中：个引脚，其中：P0.0P0.7（3932脚）脚）P0口；口；P1.0P1.7（18脚）脚）P1口；口；P2.0P2.7（2128脚）脚）P2口；口；P3.0P3.7（1017脚）脚）P3口。口。P0P3是单片机对外联络的重要通道是单片机对外联络的重要通道第2章 单片机

23、结构及原理单片机结构及原理2.1 MCS-51单片机结构单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构的存储器结构 1.存储器划分方法存储器划分方法 2 .程序存储器程序存储器 3. 数据存储器数据存储器2.3单片机的复位、时钟与时序单片机的复位、时钟与时序 2.4并行并行I/O口口 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理计算机存储器地址空间的两种结构形式：计算机存储器地址空间的两种结构形式：普林斯顿结构和哈佛结构。普林斯顿结构和哈佛结构。RAM和和ROM统一编址统一编址 RAM和和ROM分别编址分别编址 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理MCS-51系列单片机采用系列单片机采用 哈佛结

24、构哈佛结构，存储器配置如图，存储器配置如图 ：共有四个物理存储空间，或三个逻辑存储空间。共有四个物理存储空间，或三个逻辑存储空间。第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理2.1 MCS-51单片机结构单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构的存储器结构 1.存储器划分方法存储器划分方法 2 .程序存储器程序存储器 3. 数据存储器数据存储器2.3单片机的复位、时钟与时序单片机的复位、时钟与时序 2.4并行并行I/O口口 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理作用：存放程序、表格或常数（非易失性作用：存放程序、表格或常数（非易失性掉电保存）掉电保存） 字长：字长：8位位数量：数量：4KB

25、xxH xxH xxH xxH xxH0000H0001H0002H0003H0004H0FFFH1KB=1024字节（0-03FFH）4KB=4096字节（0-0FFFH）8KB=8192字节（0-1FFFH） 80C51的的4KB片内片内ROM第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理ROM的的6个特殊存储器单元个特殊存储器单元引导程序跳转引导程序跳转 0000H：复位后程序自动运行的首地址：复位后程序自动运行的首地址 0003H：外部中断：外部中断0入口地址入口地址 000BH：定时器：定时器0溢出中断入口地址溢出中断入口地址 0013H：外部中断：外部中断1入口地址入口地址 001BH：

26、定时器：定时器1溢出中断入口地址溢出中断入口地址 0023H：串行口中断入口地址：串行口中断入口地址程序一般应安排在程序一般应安排在0030H地址以后地址以后 跳转指令 跳转指令 跳转指令 跳转指令 跳转指令0000H0001H0002H0003H0004H0030H主程序首指令第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理a） 同时使用片内和片外同时使用片内和片外ROM b）ROM地址分布地址分布 当当EA引脚接高电平引脚接高电平（开关接（开关接A点）时，点）时，4 KB以内的地址在片内以内的地址在片内ROM，大，大于于4KB的地址在片外的地址在片外ROM中（图中折线），两者共同构成中（图中折线）

27、，两者共同构成64KB空间；空间；当当EA引脚接低电平引脚接低电平（开关接（开关接B点）时，片内点）时，片内ROM被禁用，全部被禁用，全部64KB地址地址都在片外都在片外ROM中（图中直线）。中（图中直线）。第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理2.1 MCS-51单片机结构单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构的存储器结构 1.存储器划分方法存储器划分方法 2 .程序存储器程序存储器 3. 数据存储器数据存储器2.3单片机的复位、时钟与时序单片机的复位、时钟与时序 2.4并行并行I/O口口 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理作用：存放程序运行结果作用：存放程序运行结果字长：字长

28、：8位位数量：数量：256B30H低低128B（ 00H7FH ）为普通）为普通RAM区区高高128B （80HFFH）为特殊功能寄存器区）为特殊功能寄存器区第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理(1) 低低128字节的区域字节的区域 工作寄存器区（工作寄存器区（00H-1FH）可位寻址区（可位寻址区（20H-2FH） 用户用户RAM区（区（30H-7FH）30H第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理区共有区共有32个字节单元（个字节单元（00H1FH），分为），分为4组，每组组，每组8个单元，个单元，命名为工作寄存器命名为工作寄存器R0R7)。任一时刻任一时刻CPU只能选用一组工作寄只能

29、选用一组工作寄存器为当前工作寄存器组。存器为当前工作寄存器组。当前工作寄存器组通过当前工作寄存器组通过PSW中中的的RS1和和RS0标志位（工作寄存标志位（工作寄存器组指针）进行设置。器组指针）进行设置。30H第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理注意：注意：CPU复位后复位后RS1和和 RS0默认值为默认值为0，即默认第，即默认第0组组为当前工作寄存器组。为当前工作寄存器组。 工作寄存器地址表工作寄存器地址表 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理利用利用Rn寄存器进行编程可以提高编程效率：寄存器进行编程可以提高编程效率： 1）不必考虑存储单元的具体地址）不必考虑存储单元的具体地址 2）

30、可在同名）可在同名Rn之间进行快速切换之间进行快速切换 3）寄存器寻址执行指令的速度快）寄存器寻址执行指令的速度快寄存器（寄存器（Register）与存储器（）与存储器（Memory）的概念：）的概念：寄存器是指一些由与非门构成的结构，而寄存器是指一些由与非门构成的结构，而Memory则由则由MOS管构成。寄存器访问速度快，但是所占面积大。而管构成。寄存器访问速度快，但是所占面积大。而Memery所占面积小，可以集成较大容量，但访问速度较慢。所占面积小，可以集成较大容量，但访问速度较慢。在在51单片机中两者差别不大，甚至部分寄存器和存储器是重单片机中两者差别不大，甚至部分寄存器和存储器是重合的

31、，如合的，如Rn与区与区RAM，SFR与高与高128字节字节RAM区。区。第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理区共有区共有16个字节单元（个字节单元（20H2FH），又可划分为），又可划分为128个位个位地址单元（地址单元（ 00H 7FH），可按两种方式（字节、位）存取），可按两种方式（字节、位）存取数据。数据。30H位寻址区与位地址位寻址区与位地址第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理例如，欲将地址例如，欲将地址(20H)中存放数中存放数 0111 0010B的最高位改为的最高位改为1， 而其余不变。而其余不变。特点：特点：位地址可以增强对数据处理的灵活性位地址可以增强对数据处理的灵

32、活性方法方法1，用，用 数数1000 0000B与与(20H)的内容进行的内容进行“或或”运算运算 MOV A, 20H ;先将先将 20H的内容传入的内容传入A里里 ORL A, #80H ;再对再对A进行进行80H的的“或或”运算运算方法方法2，直接针对最高位进行，直接针对最高位进行“置位置位”操作操作 SETB 07H ;07H为为20H最高位的位地址最高位的位地址第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理区共有区共有80个字节单元（个字节单元（ 30H7FH），是用户），是用户RAM区，区，但只能按字节进行数据存取操作。但只能按字节进行数据存取操作。30H在此区内用户可以作为在此区内用户

33、可以作为为堆栈区和中间数据存为堆栈区和中间数据存储区。储区。 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理（2）高高128字节字节RAM区区 在在80HFFH的高的高128字节字节RAM区中，离散地分布有区中，离散地分布有21个特个特殊功能寄存器（殊功能寄存器（Spetial Function Register)，又称为特殊功，又称为特殊功能寄存器区。能寄存器区。 30H第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理具有标准的具有标准的SFR名称和符号、字节地址和位地址名称和符号、字节地址和位地址前述的前述的Acc、PSW、DPL、DPH等几个寄存器都属于等几个寄存器都属于SFR，其余寄存器将在以后章节

34、中结合应用进行介绍。其余寄存器将在以后章节中结合应用进行介绍。SFR的名称及其分布的名称及其分布第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理字节地址末位是字节地址末位是0或或8的的SFR，都具有位地址。，都具有位地址。SFR之外的其它存储单元用户均不可用之外的其它存储单元用户均不可用（系统留用）（系统留用）。第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理2.1 MCS-51单片机结构单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构的存储器结构 2.3单片机的复位、时钟与时序单片机的复位、时钟与时序 1.复位与复位电路复位与复位电路 2.时钟电路时钟电路 3. CPU时序时序2.4并行并行I/O口口 第2章

35、单片机结构及原理单片机结构及原理复位复位使单片机恢复原始默认状态的操作。使单片机恢复原始默认状态的操作。复位时片内各寄存器的初始值复位时片内各寄存器的初始值第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理复位条件复位条件在在RST/VPD引脚端出现满足复位时间要求的高电平状态，该引脚端出现满足复位时间要求的高电平状态，该时间等于时间等于系统时钟振荡周期建立时间再加系统时钟振荡周期建立时间再加2个机器周期时间个机器周期时间（一般不小于（一般不小于10ms）。）。 复位方式复位方式 上电复位上电复位 按键复位按键复位 复合复位复合复位第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理2.1 MCS-51单片机结构单

36、片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构的存储器结构 2.3单片机的复位、时钟与时序单片机的复位、时钟与时序 1.复位与复位电路复位与复位电路 2.时钟电路时钟电路 3. CPU时序时序2.4并行并行I/O口口 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理CPU微操作必须在统一的时钟控制下才能正确进行。微操作必须在统一的时钟控制下才能正确进行。 内部时钟方式内部时钟方式微调电容微调电容: C1、C2 30pF 晶振：石英晶体封裝晶振：石英晶体封裝 MCS-51时振荡频率为时振荡频率为612MHZ。ALE时钟S1S4S6S5S3S2读操作码读操作码(无效)(a) 1字节1周期指令读下一指令S1S4

37、S6S5S3S2读操作码读第二字节(b) 2字节1周期指令读下一指令S1S4S6S5S3S2读操作码读操作码(无效)(c) 1字节2周期指令读下一指令S1S4S6S5S3S2外部时钟方式外部时钟方式第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理2.1 MCS-51单片机结构单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构的存储器结构 2.3单片机的复位、时钟与时序单片机的复位、时钟与时序 1.复位与复位电路复位与复位电路 2.时钟电路时钟电路 3. CPU时序时序2.4并行并行I/O口口 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理时序是计算机指令执行时各种微操作时序是计算机指令执行时各种微操作在时间上的顺

38、序在时间上的顺序关系，关系，其作用是保证其作用是保证CPU中各种微操作有序运行。中各种微操作有序运行。D触发器的波形（时序）图触发器的波形（时序）图t t1t t2t t3t tQ QD DCLCL0 0时钟端时钟端CL输入端输入端D输出端输出端Q（1）时序的概念）时序的概念第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理t t1t t2t t3t tQ QD DCLCL0 0时钟端时钟端CL输入端输入端D输出端输出端Q在时钟信号在时钟信号CL触发下，输出端触发下，输出端Q电平具有跟随输入端电平具有跟随输入端D电电平的功能；平的功能；在没有在没有CL触发时，触发时，D与与Q端是信号隔离的。端是信号隔离

39、的。D触发器的这一功能被广泛用于数字信号的输出锁存。触发器的这一功能被广泛用于数字信号的输出锁存。第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理时序定时单位共有时序定时单位共有4个参数：个参数：拍（振荡周期、时钟周期）拍（振荡周期、时钟周期）P、状态周期、状态周期S、机器周期、机器周期、指令周期指令周期 一个状态（一个状态（S）包含）包含2个拍（个拍（P）; 一个机器周期由一个机器周期由6个个S或或12个个P组成；组成； 一个指令周期约为一个指令周期约为14个机器周期。个机器周期。注：注：指令的执行速度与其需要的机器周期直接有关，所需的指令的执行速度与其需要的机器周期直接有关，所需的机器周期越少，速

40、度越快。机器周期越少，速度越快。8051只有只有乘、除乘、除两条指令两条指令需要需要4个机器周期，其余均为单周期或双周期指令个机器周期，其余均为单周期或双周期指令第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理例：外接晶振为例：外接晶振为12MHz时，时，MCS-51单片机的四种单片机的四种时序周期的具体值为：时序周期的具体值为：注意：注意：振荡周期振荡周期 = 1/12 us状态周期状态周期 = 1/6 us机器周期机器周期 = 1 us指令周期指令周期 = 14 us振荡周期是机器周期的振荡周期是机器周期的1/12ALE时钟S1S4S6S5S3S2读操作码读操作码(无效)(a) 1字节1周期指令读

41、下一指令S1S4S6S5S3S2读操作码读第二字节(b) 2字节1周期指令读下一指令S1S4S6S5S3S2读操作码读操作码(无效)(c) 1字节2周期指令读下一指令S1S4S6S5S3S2第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理（2）51单片机的取址单片机的取址/执行时序执行时序 MCS-51单片机执行任何一条指令时都可以分为单片机执行任何一条指令时都可以分为取指令阶段取指令阶段和和执行指令阶段执行指令阶段（此处将分析指令阶段也包括在内）。（此处将分析指令阶段也包括在内）。取指令阶段取指令阶段把程序计数器把程序计数器PC中的指令地址送到程序存储器，中的指令地址送到程序存储器，选中指定单元并从

42、中取出需要执行的指令。选中指定单元并从中取出需要执行的指令。指令执行阶段指令执行阶段对指令的操作码进行译码，以产生一系列控制对指令的操作码进行译码，以产生一系列控制信号完成指令的执行。信号完成指令的执行。 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理oCPU的指令都是按照的指令都是按照时序要求设计的时序要求设计的oALE信号每出现一次，信号每出现一次，CPU就进行一次取指就进行一次取指令操作令操作o在指令的执行过程中在指令的执行过程中ALE引脚上出现的信引脚上出现的信号时周期性的号时周期性的o每条指令的执行都是每条指令的执行都是从从S1P2开始的开始的o每个机器周期最多可每个机器周期最多可执行执行

43、2个字节指令个字节指令第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理（3）51单片机访问外部单片机访问外部ROM和和RAM时序时序 访问外部访问外部RAM的操作包括读操作和写操作，主要区别是的操作包括读操作和写操作，主要区别是利用不同的利用不同的P3第二功能口。写操作时要用到第二功能口。写操作时要用到WR输出命令，输出命令，读操作时要用到读操作时要用到RD输入命令。输入命令。（P41-P42页例子）页例子）第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理2.1 MCS-51单片机结构单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构的存储器结构 2.3 单片机的复位、时钟与时序单片机的复位、时钟与时序 2.4 并

44、行并行I/O口口 1、P1口口 2、P3口口 3、P0口口 4、P2口口 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理MCS-51单片机有单片机有32只只IO引脚，分别组成引脚，分别组成P0、P1、P2、P3四个端口。四个端口。P0P3口是单片机与外部联系的重要通道口是单片机与外部联系的重要通道 ，下图为几种，下图为几种典型的应用电路。典型的应用电路。P0P3都可作为并行输入或输出都可作为并行输入或输出I/O口，其中：口，其中： P0和和P2还可作为外部总线端口（地址还可作为外部总线端口（地址/数据分时复用）数据分时复用） P3还有第二输入或输出功能还有第二输入或输出功能第2章 单片机结构及原理单

45、片机结构及原理可作为并行可作为并行IO输入通道输入通道（例如，按键（例如，按键/开关连接通道）开关连接通道）第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理可作为并行可作为并行IO输出通道输出通道（例如，数码管显示器连接通道）（例如，数码管显示器连接通道）第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理可作为串行通信通道可作为串行通信通道（例如，双机通讯的连接通道）（例如，双机通讯的连接通道）第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理可作为外部设备的连接通道可作为外部设备的连接通道（例如，存储器扩展通道）（例如，存储器扩展通道）第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理2.1 MCS-51单片机结构单片机结构 2

46、.2 MCS-51的存储器结构的存储器结构 2.3 单片机的复位、时钟与时序单片机的复位、时钟与时序 2.4 并行并行I/O口口 1、 P1口口 2、 P3口口 3、 P0口口 4、 P2口口 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理P1口的结构组成口的结构组成 P1.n = 1个锁存器个锁存器 + 1个场效应管驱动器个场效应管驱动器V + 2个三态门缓冲器个三态门缓冲器V2 1第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理P1口具有输出、读引脚、读锁存器三种工作方式。口具有输出、读引脚、读锁存器三种工作方式。 输出时输出时： D端端=1/Q=0V截止截止P1.n=1 D端端=0/Q=1V导通导通P

47、1.n=0读引脚时读引脚时：P1.n读引脚三态门读引脚三态门1内部总线内部总线读锁存器读锁存器： Q端端读锁存器三态门读锁存器三态门2内部总线内部总线 V21第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理V的状态会影响的状态会影响P1.n的状态：的状态： 如如V导通导通P1.n电平电平0（钳位）（钳位） 读引脚可能出错读引脚可能出错为正确读出为正确读出P1.n引脚电平，引脚电平，需要读引脚前应先使需要读引脚前应先使V截止截止 令令D=1/Q=0V截止截止读读P1.n不会出错不会出错可见，可见，P1口作为输入口时是有口作为输入口时是有条件条件的（的（应先写应先写1），而），而输出时无条件，因此，称输出

48、时无条件，因此，称P1口为口为准准双向口。双向口。V第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理2.1 MCS-51单片机结构单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构的存储器结构 2.3 单片机的复位、时钟与时序单片机的复位、时钟与时序 2.4 并行并行I/O口口 1、 P1口口 2、 P3口口 3、 P0口口 4、 P2口口 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理P3口的结构组成口的结构组成 P3.n = 1个锁存器个锁存器 + 2个三态缓冲器个三态缓冲器 + 1个第二功能控制单个第二功能控制单元元 + 1个输出驱动单元个输出驱动单元3412第二输入功能V第2章 单片机结构及原理单片机结构

49、及原理P3口具有口具有P1的三种工作方式的三种工作方式 + 第二功能方式第二功能方式输出时输出时： D端端=1Q=1V截止截止P1.n=1 D端端=0Q=0V导通导通P1.n=0读引脚时读引脚时：P1.n读引脚三态门读引脚三态门1内部总线（内部总线（需先写需先写1）读锁存器读锁存器： Q端端读锁存器三态门读锁存器三态门2内部总线内部总线3412第二输入功能第二输入功能V第二输出功能第二输出功能 = “1”(与非门开锁与非门开锁)第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理P3口的第二功能方式：口的第二功能方式： 输出时输出时：第二输出功能：第二输出功能 = 1与非门输出与非门输出0V截止截止P3.

50、n=1 第二输出功能第二输出功能 = 0与非门输出与非门输出1V导通导通P3.n=0输入时输入时：P3.n三态门三态门4第二输入功能第二输入功能D端端 写写 “1”(与非门开锁与非门开锁)（第二输入功能先写（第二输入功能先写 “1”）3412第二输入功能第二输入功能V第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理 P3口第二功能定义口第二功能定义 引脚引脚名称名称第二功能定义第二功能定义P3.0RXD串行通信数据接收端串行通信数据接收端输入输入P3.1TXD串行通信数据发送端串行通信数据发送端输出输出P3.2外部中断外部中断0请求端口请求端口输入输入P3.3外部中断外部中断1请求端口请求端口输入输入

51、P3.4T0定时器定时器/计数器计数器0外部计数输入端口外部计数输入端口输入输入P3.5T1定时器定时器/计数器计数器1外部计数输入端口外部计数输入端口输入输入P3.6片外数据存储器写选通片外数据存储器写选通输出输出P3.7片外数据存储器读选通片外数据存储器读选通输入输入INT0WRINT1RD第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理2.1 MCS-51单片机结构单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构的存储器结构 2.3 单片机的复位、时钟与时序单片机的复位、时钟与时序 2.4 并行并行I/O口口 1、 P1口口 2、 P3口口 3、 P0口口 4、 P2口口 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理P0口的结构组成口的结构组成 P0.n = 1个锁存器个锁存器 + 2个三态缓冲器个三态缓冲器 + 1个输出控制电路个输出控制电路（非门（非门 X+与门与门A+电子开关电子开关MUX）+1个输出驱动电路个输出驱动电路（场效应管（场效应管V2 +V1）P0口既可以作为口既可以作为通用通用I/O口口实现输入实现输入/输出功能，也可作为输出功能，也可作为单片机单片机地址地址/数据线数据线实现外设扩展功能。实现外设扩展功能。 第2章 单片机结构及原理单片机结构及原理漏极开路与上拉电阻的概念漏极开路与上拉电阻的概念 封