天津大学课件单片机芯片的硬件结构

1、第2章单片机芯片的硬件结构,本章重点：MCS-51单片机的一般性能特点，内部变成结构和存储器结构讲授内容：MCS-51系列单片机机芯结构；MCS-51单片机的存储结构；MCS-51系列单片机的芯片引脚功能,因为单片机是微型机的一个分支，在原理和结构上，单片机与微型机之间不但没有根本性的差别，而微型机的许多技术与特点都被单片机继承下来了。所以，可以用微型机的眼光看待单片机，用微型机的思路学习单片机.MCS-51单片机结构框图到目前为止，尽管计算机科学和技术得到了充分的发展，但计算机的体系结构仍然没能突破计算机的开拓者、数字家约翰冯诺曼最先提出来的经典体系结构框架，即一台计算机是由运算器、控制器、

2、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的。微型机是这样，单片机也不例外。因此我们要从计算机五个基本组成部分的观点来理解单片机的系统结构，所不同的只是单片机是把那些作为控制应用所必需的内容，包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。要在一个极小的芯片上集成这么多电路，而立还要求结构简单灵活，工作稳定可靠因此，单片机必须采用精巧的设计，以克服芯片尺寸有限所带来的许多制约。以MCS一5l为例，单片机的系统逻辑结构如图所示。,2.1MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚,2.1.1MCS-51单片机的结构框图2.1.2MC

3、S-51单片机芯片内部逻辑结构2.1.3MCS-51单片机信号引脚,2.1.1MCS-51单片机的基本组成,图2-1MCS-51单片机基本结构示意图,（1）一个8位微处理器CPU。（2）数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR。（3）内部程序存储器ROM。（4）两个定时/计数器，用以对外部事件进行计数，也可用作定时器。（5）四个8位可编程的I/O（输入/输出）并行端口，每个端口既可做输入，也可做输出。（6）一个串行端口，用于数据的串行通信。（7）中断控制系统。（8）内部时钟电路。,MCS-51特点：,2.1.2MCS-51单片机芯片内部逻辑结构,1内部程序存储器（ROM）和内部数据存储器（RAM

4、）容量（如表2-1所示）。2输入/输出（I/O）端口3外部程序存储器和外部数据存储器寻址空间4中断与堆栈5定时/计数器与寄存器区6指令系统,问题：8051与8751的区别在于：（1）内部程序存储器的类型不同（2）内部数据存储器的类型不同（3）内部程序存储器的容量不同（4）内部数据存储器的容量不同问题：80C50与8051的区别在于：（1）内部ROM的类型不同（2）半导体工艺的形式不同（3）内部寄存单元的数目不同（4）80C51使用EEPROM,而8051使用EPROM,1中央处理器（1）运算器：组成、功能见书运算器由8位算术逻辑运算单元ALU（ArithmeticLogicUnit）、8位累加

5、器ACC（Accumulator）、8位寄存器B、程序状态字寄存器PSW（ProgramStatusWord）、8位暂存寄存器TMP1和TMP2等组成。（2）控制器：组成、功能见书主要由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、堆栈指针SP、数据指针DPTR、时钟发生器及定时控制逻辑等组成。,2、内部数据存储器3、内部程序存储器4、定时器/计数器5、并行I/O口6、串行口7、中断控制系统8、时钟电路9、位处理器10、总线,总结：从上述内容可以看出，虽然MCS51只是一个硅片，但“麻雀虽小五脏俱全”，作为计算机应该具有的基本部件在单片机中几乎都包括，因此，实际上它已经是一个简单的微型计算机

6、系统了，应当按计算机系统的概念来理解单片机。,2.1.3MCS-51单片机的引脚,图为MCS-51单片机的引脚配置图，40引脚。1主电源引脚VCC和VSS2外接晶振引脚XTAL1和XTAL23输入/输出引脚P0、P1、P2、P3（共32根）4.ALE/PROG：地址锁存控制信号/编程脉冲PSEN：外部程序存储器选通信号EA/Vpp:访问程序存储器控制信号/编程电压0-外部程序存储器RST/VPDRAM保护特点：存储器地址独立、命令独立、功能独立,引脚表现出的是单片机的外特性或硬件特性，在硬件方面用户只能使用引脚即通过引脚组建系统。因此熟悉引脚是单片机硬件学习的重要内容。,问题：引脚的第一、第二

7、功能不会混淆一个信号引脚。又是第一功能又是第二功能，会不会在使用时引起混乱和造成错误呢？不会的。对此起码有以下三点理由：1、对于各种型号的芯片，其引脚的第一功能信号是相同的，所不同的只在引脚的第二功能信号上。2、对于9(RST/VPD)、30（ALE/PROG）和31(EA/Vpp)各引脚，由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。3、P3口线的情况却有所不同，它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。因此在实际使用时，总是先按需要优先选用它的第二功能，剩下不用的才作为口线使用。,2.2MCS-51单片机的内部存储器,2.2.1内部数据存储器低12

8、8单元（逻辑结构研究）80C51的内部共有256个数据存储器单元通常把这256个单元按其功能划分为两部分：低128单元(单元地址00H-7FH)和高128单元(单元地址80HFFH)。如图所示。其中：低128单元是单片机中供用户使用的数据存储器单元，即我们称之为内部RAM的存储器，按用途可把低128单元划可分为3个区域：,总体介绍（笔记上内容）(内部硬件资源：软件使用),1、寄存器区内部RAM的前32个单元是作为寄存器使用的，共分为4组，每组有8个寄存器，组今依次为0、1、2、3，每个寄存器都是8位，在组中按R7R0编号。寄存器常用于存放操作数及中间结果等，由于它们的功能及使用不作预先规定，因

9、此称之为通用寄存器，有时也叫工作寄存器。4组通用寄存器占据内部RAM的00H-1FH单元地址。在任一时刻，CPU只能使用其中的一组寄存器，并且把正在使用的那组寄存器称之为当前寄存器组。到底是那一组，由程序状态字哥存器PSW中RSl、RS2位的状态组合来决定。优点：（1）通用寄存器为CPU提供了数据就近存取的便利，提高处理速度（）有利于提高程序编制的灵活性，简化程序设计，提高程序运行速度。（例子：生产线设计）因此在MCS-51中使用通用寄存器的指令特别多，又多为单字节的指令，执行速度最快。此外，使用通用寄存器还能提高程序编制的灵活性，因此在单片机的应用编程中应充分利用这些寄存器以简化程序设计，提

10、高程序运行速度。,2位寻址区内部RAM的20H-2FH单元，既可作为一般RAM单元使用，进行字节操作，也可以对单元中的每一位进行位操作、因此把该区林之为位寻址区。位寻址区共有16个RAM单元，总计128位，位地址为00H-7FH。位寻址区是为位操作而准备的，是MCS-51位处理器的数据存储空间，其中的所有位均可以直接寻址。表为位寻址区的位地址表。通常在使用中，“位”有两种表示方式。一种是以位地址的形式(如表22所示)，例如位寻址区的最后一个位是7FH；另一种是以存储单元地址加位的形式表示，例如：同样的最后位表示为2FH7。,3、用户RAM区在内部RAM低128单元中，通用寄存器占去32个单元，

11、位寻址区占去16个单元，剩余80个单元，这就是供用户使用的一般RAM区，其单元地址为30H-7FH。对于用户RAM区，只能以存储单元的形式来使用，其他没有任何规定或限制。但应当提及，在一般应用中常把堆栈开辟在此区中。,222内部数据存储器高128单元内部数据存储器的高128单元是为专用寄存器提供的，因此称之为专用寄存器区，其单元地址为80H-FFH，用于存放相应功能部件的控制命令、状态或数据。因这些寄存器的功能已作专门规定，故而称为专用寄存器(SFR)，有时也称为特殊功能寄存器。MC551中80C51的专用寄存器共有22个，其中可寻址的为21个（有些硬件影响它、有些软件编程置位影响它）。一专用

12、寄存器简介现把22个专用寄存器中的5个介绍如下，其余的将在以后章节中陆续说明。1程序计数器(PC-ProgramCounter)PC是一个16位的计数器。其内客为将要执行的指令地址，寻址范围达64KB。PC有自动加1功能，以实现程序的顺序执行。PC没有地址，是不可寻址的，因此用户无法对它进行读写。但在执行转移、调用、返回等指令时能自动改变其内容，以改变程序的执行顺序。2累加器A(或ACC-Accumulator)累加器为8位寄存器，是程序中最常用的专用寄存器，功能较多，地位重要。概括起来有以下几项功能：,累加器用于存放操作数，是ALU数据输入的一个重要来源。单片机中大部分单操作指令的操作数取自

13、累加器，许多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。累加器是ALU运算结果的暂存单元，用于存放运算的中间结果。累加器是数据传送的中转站，单片机中的大部分数据传送都通过累加器进行。在变址寻址方式中把累加器作为变址寄存器使用。MCS-51只有一个累加器，而单片机个的大部分数据操作都是通过累加器进行的，所以累加器的使用十分频繁，其情形有如城市个交通繁忙的路口，很容易出现阻塞现象。为此在80C51中设置了一些不经过累加器的数据传送指令，例如：寄存器与直接寻址单元之间的数据传送指令，直接寻址单元与间接寻址单元之间的数据传送指今，寄存器、直接寻址单元、间接寻址单元与立即数之间的数据传送指令等，以缓和累加器

14、的拥堵。由于累加器的“瓶颈”作用制约着单片机运算速度的提高，为此人们已开始考虑使用寄存器阵列(RegisterFile)来代替累加器，即赋予更多的寄存器以累加器功能，形成多累加器结构，从而彻底解决累加器的“瓶颈”问题，以利于提高单片机的效率。（程序寻址时的多样性）,3、B寄存器B寄存器是一个8位寄存器，主要用于乘除运算。乘法运算时，B为乘数。乘法操作后，乘积的高8位存于B中。除法运算时，B为除数。除操作后，余数存于B中。此外，B寄存器也可作为一般数据寄存器使用。4、程序状态字(PSW-ProgramStatusWord)程序状态字是一个8位寄存器，用于寄存指令执行的状态信息。其中有些位状态是根

15、据指令执行结果，由硬件自动设置的，而有些位状态则是使用软件方法没定的。PSW的位状态可以用专门指令进行测试，也可以用指令读出。一些条件转移指令将根据PSW中有关位的状态，来进行程序转移。PSW的各位定义如下：见页,5.数据指针(DPTR)数据指针为16位寄存器，它是MCS-51中唯一一个供用户使用的16位寄存器。DPTR的使用比较灵活，它既可以按16位寄存器使用，也可以作为两个8位寄存器使用，即DPHDPTR高位字节DPLDPTR低位字节DPTR在访问外部数据存储器时作地址指针使用，由于外部数据存储器的寻址范围为64KB，故把DPTR设计为16位。此外，在变址寻址方式中，用DPTR作基址寄存器

16、,用于对程序存储器的访问。,二专用寄存器的字节寻址如上所述，MCS-5l的22个专用寄存器中，有21个是可寻址的。这些可寻址寄存器的名称、符号及地址列于表23中。,对专用寄存器的字节寻址问题作如下几点说明：21个可寻址的专用寄存器是不连续地分散在内部RAM高128单元之中。尽管还剩余许多空闲单元，但用户并不能使用。如果访问这些没有定义的单元，读出的为不定数，而写入的数被合弃。在22个专用寄存器个，唯一一个不可寻址的专用寄存器就是程序计数器(PC)。PC在物理上是独立的，不占据RAM单元，因此是不可寻址的寄存器。对专用寄存器只能使用直接寻址方式，在指令中既可使用寄存器符号表示，也可使用寄存器地址

17、表示。,三.专用寄存器的位寻址在21个可寻址的专用卑存器中，有11个寄存器是可以位寻址的，即表23中在寄存器符号前打星号(*)的寄存器。80C51专用寄存器中可寻址位共有83个，其中许多位还有其专用名称，寻址时既可使用位地址，也可使用位名称。专用寄存器的可寻址位加上位寻址区的128个通用位，构成了MCS一51位处理器的整个数据位存储空间。下面再把各专用寄存器的位地址位名称列于表24中。（可位地址、位名称寻址）,表2-6单片机专用寄存器一览表,MCS-51单片机存储器结构特点单片机的存储器结构与微型计算机有很大的不同。MCS-51单片机的存储器结构有两个重要的特点：一是把数据存储器和程序存储器截

18、然分开，二是存储器有内外之分。对于面向控制应用且又不可能具有磁盘的单片机系统来说，程序存储器是至关重要的，但数据存储器也不可少。为此单片机的存储器分为数据存储器和程序存储器，其地址空间、存取指令和控制信号各有一套。单片机应用系统的存储器除类型不同外，还有内外之分，即有片内存储器和片外存储器。片内存储器的特点是使用方便，对于简单的应用系统，有时只使用片内存储器就够了。但片内存储器的容量受到限制，程序存储器一般只有4KB，数据存储器也就是128个单元，这对于复杂一点的应用是很不够的。为此，单片机应用系统时常需要,在芯片之外另行扩展存储器。为了与芯片内固有的存储器区别，通常把扩展的存储器称之为外部存

19、储器。为了扩展外部存储器，单片机芯片的引脚已经作了预先准备。例如通过口线最多可提供16位地址，对外部存储器的手址范围达64KB,还有一些引脚信号也是供存储器扩展使用的，例如：ALE信号用于外部存储器的地址锁存控制，PSEN信号用于外部程序存储器的读选通EA信号用于内外程存存储器的访问控制等。总的来说，由芯片内存储器和芯片外扩展存储器构成了单片机应用系统的整个存储器系统，其结构和存储空间分配如图所示。外部存储器扩展是构建单片机系统的重要内容，我们将在后面的章节中详细介绍。,223MCS一51的堆栈操作（软件内部器件）堆栈是一种数据结构，所谓堆栈就是只允许在其一端进行数据插入和数据删除操作的线性表

20、。数据写入堆栈称为插入运算(PUSH)，也叫入栈，数据从堆栈中读出称之为删除运算(POP)，也叫出栈。堆栈的最大特点就是“后进先出”的数据操作规则，常把后进先出写为LIFO(Last-InFirst-Out)、，这里所说的进与出就是数据的入栈和出栈。即先入栈的数据由于存放在状的底部，因此后出栈；而后入栈的数据存放在栈的顶部，因此先出栈。这跟往弹仓压入子弹和从弹仓中弹出于弹的情形非常类似。1堆栈的功用堆栈主要是为子程序调用和中断操作而设立的。其具体功能有两个：保护断点和保护现场。因为在计算机中无论是执行手程序调用操作还是执行中断操作。最终都要返回主程序。因此在计算机转去执行于程序或中断服务之前，

21、必须考虑其返回问题。,为此应预先把主程序的断点保护起来，为程序的正确返回作准备。计算机在转去执行子程序或中断服务程序以后，很可能要使用单片机中的一些寄存单元，这样就会破坏这些寄存单元中的原有内容。为了既能在子程序或中断服务程序中使用这些寄存单元，又能保证在返回主程序之后恢复这些寄存单元的原有内容。所以在转中断服务程序之前要把单片机中各有关寄存单元的内容保存起来，这就是所谓现场保护。那么把断点和现场内容保存在哪儿呢?保存在堆栈中。可见堆栈主要是为中断服务操作和子程序调用而设立的。为了使计算机能进行多级中断嵌套及多重子程序嵌套所以要求堆栈具有足够的容量(或者说足够的堆栈深度)。此外，堆栈也可用于数

22、据的临时存放，在程序设计中时常用到。,2堆栈的开辟鉴于单片机的单片特点，堆栈只能开辟在芯片的内部数据存储器个，即所谓的内堆栈形式。MCS-51当然也不例外。内堆栈的主要优点是操作速度快，但堆栈容量有限。3堆栈指示器如前所述，堆栈共有两种操作：进栈和出栈。但不论是数据进栈还是数据出栈，都是对堆栈的栈项单元进行的，即对栈项单元的写和读操作。为了指示栈顶地址，所以会设置堆栈指示器SP(StackPointer)SP的内客就是堆栈栈项的存储单元地址。MCS一5l单片机由于堆栈设在内部RAM中，因此SP是一个8位寄存器，实际上SP此是专用寄存器的一员。系统复位后，SP的内容为07H，但由于堆栈最好在内部

23、RAM的30H7FH单元个开辟，所以在程序设计时应注意把SP值初始化为30H以后以免占用宝贵的寄存器区和位寻址区。SP的内容一经确定，堆栈的位置也就跟着确定下来，由于SP可初始化为不同值，因此堆栈位又是浮动的。,4堆栈类型堆栈可有两种类型：向上生长型和向下生长型如图25所示。向上生长型堆栈，栈底在低地址单元。随着数据进栈，地址递增，SP的内容越来越大，指针上移；反之，随总数据的出栈，地址递减，的内容越来越小，指针下移。MCS一51属向上生长型堆栈，这种堆栈的操作规则如下：进栈操作：先SP加1，后写入数据出栈操作：先读出数据，后SP减1向下生长型堆栈，栈底设在高地址单元。随总数据道栈，地址速减，

24、SP内容越来越小，指针下移；反之，随总数据的出栈，地址递增，SP内容越来越大，指针上移。其堆栈操作规则与向上生长型正好相反。,堆栈使用方式堆栈的使用有两种方式。一种是自动方式，即在调用子程序或中断时，返回地址(断点)自动进栈。程序返回时，断点再自动弹回PC。这种堆栈操作无需用户干预，因此称为自动方式。另一种是指令方式，即使用专用的堆栈操作指令，进行进出栈操作。其进栈指令为PUSH，出栈指令为POP。例如现场保护就是指令方式的进栈操作；而现场恢复则是指令方式的出栈操作。,23MCS-5l单片机并行输入输出口电路单片机芯片内还有一项重要内容就是并行IO口电路。MCS-51共有4个8位的并行双向IO

25、。，分别记作P0、P1、P2、P3，实际上它们已被归入专用寄存器之列。这4个。除了按字节寻址之外，还可以按位寻址，4个口合在一起共有32位。在单片机中，口是一个集数据输入缓冲、数据输出驱动及锁存等多项功能于一体的IO电路。MCS-51的4个口在电路结构上是基本相同的，但它们又各具特点，因此在功能和使用上各口之间有一定的差异。,P0口的字节地址为80H，位地址为80H-87H。口的各位口线具有完全相同但又相互独立的逻辑电路，如图27所示。P0口电路逻辑的主要内容包括：一个数据输出锁存器用于进行数据位的锁存。两个三态输入缓冲器，分别用于锁存器数据和引脚数据约输入缓冲。一个多路转接开关MUX，它的一

26、个输入来自锁存器，另一个输入为“地址数据”。输入转接由“控制”信号控制。之所以设置多路转接开关，是因为P0口既可以作为通用的IO口进行数据的输入输，又可以作为单片机系统的地址数据线使用。即在控制信号的作用下，由MUX实现锁存器输出和地址数据线之间的接通转接。数据输出的驱动和控制电路由两只场效应管(FET)组成上面的那只场效应管构成上拉电路。,32P1口P1口的字节地址为90H，位地址为90H-97H。P1口的口线逻辑电路请参见图28。P1口只能作为通用IO口使用所以在电路结构上与P0口有一些不同，主要表现有两点：首先，因为它只传送数据，所以不再需要多路持接开关MUX；其次，由于只用来传送数据，

27、因此输出电路中有上拉电阻、上拉电阻与场效应管共同组成输出驱动电路。因为这样电路的输出不是三态的，所以Pl口是准双向口。为此：当P1口作为输出。使用时，已能对外提供推担电流负载，外电路无需开接上拉电阻。当P1口作为输入口使用时，应允向其锁存器写入“1”使输出驱动电路的FET截止。,33P2口P2口的字节地址为0A0H，位地址为0A0H-0A7H。P2口的电路逻辑请参见图29。因为在实际应用中P0口用于为系统提供高位地址，因此同P0口一样，在口电路中有一个多路转接开关MUX。但MUX的一个输入端不再是“地址数据”，而是单一的“地址”，这是因为P2口作为地址线使用而不作为数据线使用。当P2M作为高位

28、地址线使用时，多路转接开关应倒向“地址”端。正因为只作为地址线使用口的输出用不着是三态的，所以P2口也是一个准双向口。此外，P2口也可以作为通用IO口使用，这时多路转接开关倒向锁存器Q端。,34P3口P3口的字节地址为0BOH，位地址为0B0H0B7H。P3口电路逻辑请参见图210。虽然P2口可以作为通用IO口使用，但在实际应用中它的第三功能信号更为重要，为适应引脚信号第二功能的需要，在口电路中增加了第二功能技制逻辑。由于第二功能信号有输入和输出两类，因此我们分两种情况说明。对于输出的第二功能信号引脚，当作为通用IO口使用时，电路个的“第二输出功能”信号线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存

29、器到输出端数据输出通路的畅通。当输出第二功能信号时，该锁存器应预先置“1”，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出。对于第二功能为输入信号的引脚，在口线的输入通路上增加了一个缓冲器，输入的信号就从这个缓冲器的输出端取得。而作为通用IO。线使用的数据输入，仍取自三态缓冲器的输出端。总起来说，不管是作为输入口使用还是第二功能信号输入，输出电路中的领存器输出和“第二功能输出信号”线都应保持高电平。,2.3.5MCS-51口电路小结前面讲述了Mcs-51的口电路逻辑和功能，下面把这些口在使用中的一些问题总结一下。1P0、P1、P2、P3都是并行IO口，都可用于数据的输入输出传

30、送，但P0口和P2口除了可进行数据的输入输出外，通常是用来构建系统的数据总线和地址总线，所以在口电路逻辑中有一个多路转接开关MUX，以便进行两种用途的转换。而P1和P3口没有构建数据和地址总线的功能，因此在电路中没有多路转公开关MUX口。由于P0口可作为地址数据复用线使用，输送系统的低8位地址和8位数据，因此MUX的一个输入端为“地址数据”信号。而P2口仅作为高位地址线使用，不涉及数据，所以MUX的一个输入信号为“地址”。,24MCS-51单持机时钟电路与时序时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制

31、下严格地按时序进行工作。而时序所研究的则是指令执行中各信号之间的相互时间关系。,除使用晶体振荡器外，如对时钟频率要求不高，还可以用电感或陶瓷谐振器代替。电路中的电容Cl和C2一般取30pF左右，而晶体的娠荡频率范围通常是12MHz12MHz晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印刷电路板的工艺要求也高(线间寄生电容要小)。MCS-5l在通常应用情况下，使用振荡频率为6MHz的石英晶体而12MHz主要是在高速串行通信的情况下才使用。随着技术的发展，单片机的时钟频率也在逐步提高，现在高速芯片巳达40MHz。定时报荡器的工作可由专用寄

32、存器PCON的PD位进行拄制，把PD位至“1”，振荡器件止工作，系统进入低功耗状态。,振荡电路产生的振荡脉冲并不直接使用，而是经分频后再为系统所用，如图212所示。振荡脉冲经过二分频后才作为系统的时钟信号(请读者特别注意时钟脉冲与振荡脉冲之间的二分频关系，否则会造成概念上的错误)，在二分频的基础上再三分频产生ALE信号(这就是在前面介绍ALE时所说的ALE是以晶扳六分之一的固定频率输出的正脉冲”)，在二分频的基础上再六分频得到机器周期信号。,、引入外部脉冲信号在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步应当引入唯一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。这时外部的脉冲信号是经X

33、TAL2引脚注入，其连接如图213所示。注意，外接的脉冲信号应当是高低电平持续时间大于20ns的方波且脉冲频率应低于12MHz。对于80C5l单片机，情况有些不同。外引脉冲信号需从XTAL1引脚注入，而XTAL2引脚悬空，其电路请参见图214。,2。42时序定时单位单片机执行指令是在时序电路的控制下一步一步进行的人们通常以时序图的形式来表明相关信号的波形及出现的先后次序。为了说明信号的时间关系需要定义定时单位。MCS-51时序的定时单位共有4个，从小到大依次是：拍节、状态、机器周期和指令周期。下面分别加以说明。1拍节把振荡脉冲的周期定义为拍节(用P表示)。状态振荡脉冲经过二分频后，就是单片机的

34、时钟信号、把时钟信号的周期定义为状态(用“S表示)。这样一个状态就包含两个拍节，其前半周期对应的拍节叫柏节l(P1)后半周期对应的拍节叫拍节2(P2)。,机器周期MCS51采用同步控制方式，因此它有固定的机器周期。规定一个机器周期的宽度为6个状态，并依次表示为。由于一个状态又包括两个拍节，因此一个机器周期总共有12个拍节，分别记作SPl，SP2，v,S6P2。由于一个机器周期共有l2个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡脉冲的十二分频。当震荡脉冲频率为12MH时，一个机器周期为1微秒，当振荡脉冲频率为6MHz时，一个机器周期为2微秒。指令周期指令周期是最大的时序定时单位执行一条指令所需要的时间称

35、之为指令周期。指令周期以机器周期的数目来表示MCS51的指令周期根据指令的不同，可包含有1、2、3或4个机器周期。,.4.3典型指令时序MC51共有111余指令，全部指令按其长度可分为单字节指令、双字节指令和三字节指令。执行这些指令所需要的机器周期数目是不同的，概括起来共有以下几种情况：单字节指令单机器周期和单字节指令双机器周期；双字节指令单机器周期和双字节指令双机器周期；三字节的指令都是双机器周期，而单字节的乘除指令别为四机器周期。,图215所在示的是几种典型单机器周期和双机器周期指令的时序。图中的ALE信号是为地址锁存而定义的，该信号每有效一次对应单片机进行的一次读指令操作。ALE信号以振

36、荡脉冲六分之一的频率出现，因此在一个机器周期中，ALE信号两次有效，第一次在SlP2和S2P1期间第二次在4SP2和5SP1期间。有效宽度为一个状态。,25MCS-51单片机工作方式(工作状态)MCS-51单片机共方复位、程序执行、单步执行、掉电保护、低功耗以及EPROM编程和校验等6种工作方式。251复位方式和复位电路1复位操作复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。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损状态时，为摆脱困境，也需按复位键以重新启动。,除PC之外，复位操作还对其它一些专用寄存器有影呐

37、，它们的复位状态如下：,复位操作还对单片机的个别引脚信号有影响，例如把ALE和PSEN信号变为无效状态，即ALEO，PSEN1。,2复位信号及其产生RST引脚是复住信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期(即2个机器周期)以上若使用频率为6MHz的晶振则复位信号持续时间应超过4微秒才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图216所示。整个复位电路包括芯片内外两部分。外部电路产生的复位信号(RT)送施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的P2时刻对施密特触发器的输出进行采样。然后才得到内部复位操作所需要的信号。3复位方式复位操作有上电自动复位和按键手动复位两

38、种方式电路的电容充电束实现的，其电路如图217(a)所示这样，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的复往初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其个按键电平义位是通过使义位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图217(b)所示。而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲束实现的，其电路如图2017(c)所示。上述电路图中的电阻电容参数适宜于6MHz晶振，能保证义位信号高电平持续时间大于2个机器周期。,252程序执行方式程序执行方式是单片机的基本工作方式。由于复位后PC0000H，因此程序执行总是从地址0000H开始。,253掉电保护方式单片机系统在运行过程中，如发生掉电故障，将会使系统数据丢失，其后果有时是很严重的。为此，MCS51单片机设置有掉电保护措施，进行掉电保护处理。其具体作法是，先把有用数据转存，然后开启用备用电源维持供电。1。数据转存所谓数据转存是指当电源出现故障时，应