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单片机第二章课件第1页，本讲稿共40页2、时序、时序振荡脉冲并不直接使用，由XTAL2端送往内部时钟电路：时钟电路：经过2分频，向CPU提供2相时钟信号P1和P2；再经3分频，产生ALE时序；经过12分频，成为机器周期信号，如图2-3.3所示。第2页，本讲稿共40页MCS-51单片机指令的取指和执行时序图MCS-51单片机典型指令的取指和执行时序再读下一条指令再读下一条指令XTAL2(OSC)P2S1ALE读操作码读下一个操作码（丢弃）读第二字节（a）单字节，单周期指令例：MOV A R1（d）单字节，双周期指令，如MOVXP1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P2S5P2S6P2S1P1P1P1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P2S6P2S1S2P1P1P1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S1读操作码P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1读下一个操作码（丢弃）（b）双字节，单周期指令例：ADD A dir（c）单字节，双周期指令例：INC DPTR读操作码（MOVX）读下一个操作码（丢弃）无取指无ALE无取指地址数据（DATA）访问外部存储器P2S1读操作码P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1返回本节第3页，本讲稿共40页振振荡荡周周期期：振荡器输出的振荡脉冲频率的倒数。为单片机中最小、最基本的时间单位。时时钟钟周周期期：又称状态周期,振荡信号经2分频后获得的内部时钟信号周期，称S，显然，S为时钟周期的2倍。机器周期：机器周期：6个时钟周期为一个机器周期，对应计算机执行一个基本操作所需的时间。指令周期：指令周期：执行一条指令所需的时间，至少包含一个机器周期。MCS-51单片机通常可以分为单周期指令、双周期指令和四周期指令三种，四周期指令只有乘法和除法指令两条。指令字节：指令字节：指令占用存储空间的字节数，有单字节、双字节、三字节三类。第4页，本讲稿共40页P1P2S1振荡周期时钟周期机器周期机器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2图MCS-51单片机各种周期的相互关系2.4.2振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期下一页第5页，本讲稿共40页举例：若用12MHZ的晶振，则其振荡周期、时钟周期、机器周期及指令周期为多少？解：由fOSC=12MHZ则振荡周期=1/12MHZ时钟周期2*振荡周期=1/6us机器周期=12*振荡周期=1us单机器周期指令的指令周期=1us双机器周期指令的指令周期=2us四机器周期指令的指令周期=4us第6页，本讲稿共40页2-3 存储器存储器一、程序存储器一、程序存储器 1、程序存储器作用及寻址范围作用：存放指令（程序）的存储器，用PC作地址指针。寻址范围：0000FFFFH，共64KB；其编址规律为：先片内、后片外，片内、片外连续一般不作重叠。片内：PC=00000FFFH；片外：PC=1000FFFFH；第7页，本讲稿共40页2、ROM低端的几个特殊入口地址0000H：CPU开始执行指令时的第一个取指单元，每次执行时PC的内容总是0000H；0003H002B：中断专用固定入口地址（系统规定）；一般：我们总是从ROM的0030H单元开始存放用户指令。第8页，本讲稿共40页存储器空间分配图第9页，本讲稿共40页二、数据存储器二、数据存储器RAM作用：用于存放数据的存储器，一般用DPTR作地址指针寻址范围：0000HFFFFH，共64KB，其编址可与程序存储器重叠 由于用途的不同，数据存储器RAM可分为片内数据存储器（供用户使用）00H7FH和特殊功能寄存器80HFFH第10页，本讲稿共40页用户RAM区位寻址区四组通用寄存器三组通用寄存器二组通用寄存器一组通用寄存器00H08H10H18H20H30H7FH低128字节FFH80H高128字节专用寄存器区第11页，本讲稿共40页1、片内数据存储器（1）工作寄存器区：）工作寄存器区：001FH共分4个区，0007，080F，1017，181F；每区有8个工作寄存器：R0R7；当前工作寄存器区：由PSW中的第三、第四位选择，具有快速保护现场数据的作用，也可作为一般的数据缓冲器。PSW4（RS1）PSW3（RS0）当前区字节地址工作寄存器000区0007H（R0R7）011区080FH（R0R7）102区1017H（R0R7）113区181FH（R0R7）当前工作寄存器组有两种使用方法:如:MOVA,R0MOVA,00H第12页，本讲稿共40页（2）位寻址区：）位寻址区：20H2FH 这个单元既可以作为一般用户RAM区(字节操作),也可以对存储内容作位操作故而称为位寻址区,共16个字节，168=128个位，位地址：007FH。位寻址区是为位操作而设置的,是位处理器的数据存储空间注意:CLR00HMOV00H,#00H第13页，本讲稿共40页第14页，本讲稿共40页（3）数数据据缓缓冲冲区区（用用户户RAM区区）：30H7FH只能用字节单元访问只能用字节单元访问 作为通用的按字节操作的数据缓冲区。常开辟为堆栈区。堆栈主要为子程序和中断操作而设立，是一种数据结构，它只允许在其一端进行数据的插入和删除操作，又称为入栈和出栈，MCS-51的堆栈是向上生长型的。第15页，本讲稿共40页堆栈的特点：是一个符合“先进后出、后进先出”的RAM区域SP总是指向堆栈的顶部（保存有数据）；堆栈可以设在内部RAM中的任意区域，一般开辟在307FH中。堆栈的功能：保护断点-保护从主程序转向子程序、中断时的断点，发生转移时自动完成。保护现场-对子程序、中断程序中要用到的、现场的某些寄存器的内容进行保护，以保证返回时确恢复。软件指令方式实现。数据的临时存放。第16页，本讲稿共40页2、特殊功能寄存器区：、特殊功能寄存器区：80FFH即SFR，包括I/O锁存器、定时器、串行口、中断、状态、控制寄存器等共21个，可直接寻址离散地分布在80FFH中。如下所示：算术运算寄存器：*A、*B、*PSW指针寄存器：SP、DPTR（DPH，DPL）并行口：*P0、*P1、*P2、*P3串行口：*SCON、SBUF、PCON中断系统：*IP、*IE定时/计数器：TMOD、*TCON、TH0、TL0、TH1、TL1特别需要指出的是，51系列内部RAM，80FFH中未定义的单位为不可访问单元。第17页，本讲稿共40页2-5 并行输入并行输入/输出口输出口MCS-51单片机有4个8位并行I/O口，P0P3，共32根口线。每一根口线可单独地作为输入或输出线使用，输入时数据可缓存，输出时数据可锁存每个端口都包括：锁存器、输出驱动器、两个三态缓冲器以及控制电路。第18页，本讲稿共40页1、P0口端口地址：80H（SFR）位地址：80H87H特点：漏极开路的准双向口P0口的1位结构图功能：（1）作为准双向输入/输出口控制信号为0（2）作为地址/数据分时复用总线第19页，本讲稿共40页 P0口1位结构原理图带有控制信号的输入缓冲器反相器控制部分输出驱动电路返回第20页，本讲稿共40页P0口的输出操作10在写控制信号的作用下，数据被锁存在Q或Q端T2截止00T1漏极开路vcc第21页，本讲稿共40页P0口的输入操作注:为了完成这一操作,该电路的设计要求内部总线给锁存器”1”信号(通过一条端口写入指令),使T2截止,否则P0.x 将被T2的源极箝位为0第22页，本讲稿共40页1P0口作地址/数据总线控制信号为”1”的作用:打开与门;使多路开关打到a端，此时P0口作为地址/数据总线使用01T2导通0第23页，本讲稿共40页2、P1口端口地址：90H位地址：90H97HP1口：带有上拉电阻的8位准双向I/O口。它的功能是单一的。P1口作为输出口使用时，已提供一个推拉电流负载，故无需外电路再提供上拉电阻P1口作为输入口使用时，也要先向该口写入“1”并将其锁存到Q端，使输出驱动场效应管截止。第24页，本讲稿共40页P1口1位结构图第25页，本讲稿共40页3、P2口端口地址：A0H位地址：A0HA7HP2口也是一个带内部上拉电阻的8位准双向口，即输出时可以直接到P2口，但输入时必须先使Q端置1，使输出场效应管截止。此外在访问片外存储器时是高8位地址线输出口。第26页，本讲稿共40页 P2口1位结构图与P0口相同也是通过一个多路开关来选择是准双向口还是高8位地址线输出口，只是从结构上看，比P0口更简单第27页，本讲稿共40页4、P3口端口地址：B0H位地址：B0HB7HP3口是一个带内部上拉电阻的8位准双向口，此外它还具有第二功能。第28页，本讲稿共40页WR（外部数据存储器写脉冲）输出INT1（外部中断1）输入INT0（外部中断0）输入表2-2P3口的第二功能表P3.2P3.3位线引脚第二功能P3.010RXD（串行输入口）P3.111TXD（串行输出口）1213P3.414T0（定时器0的计数输入）P3.515T1（定时器1的计数输入）1617RD（外部数据存储器读脉冲）输出P3.7 P3.6 第29页，本讲稿共40页P3口的1位结构图说明：作为一个口线，在同一时刻只能作为输入或输出，不能同时兼有输入输出功能，本图是将两个功能合并在一起了。当P3口 作 输 入/输 出 时，内 部 总 线 送 给 锁 存 器 的信号，经与非门和场效应管两级反相后，在P3.X引脚上得到内部总线极性相同的信号。当然输入时必须先使Q端置1，使输出场效应管截止第30页，本讲稿共40页P3口作为第二功能输出1注意：此时Q端必须为高电平，使与非门打开，从而使T截止，否则引脚将被箝位在低电平，无法输入或输出第二功能01T导通010T截止1第31页，本讲稿共40页可见：无论是作为准双向输出口还是第二功能输出口，在P3口的某位引脚上都能得到与内部总线或第二功能输出口相同的信号第32页，本讲稿共40页作为第二功能输入在引脚和第二功能输入间增加了一级输入缓冲器，第二功能信号通过该缓冲器进入指定的第二功能输入的特殊功能寄存器RXD、INT0、INT1、T0、T1中考虑一下：该第二功能输入信号会不会通过第二个缓冲器而进入内容总线呢？不会，因为第二个缓冲器的控制信号“读引脚”信号将封锁该缓冲器，使第二功能信号不能进入内部总线第33页，本讲稿共40页再考虑：外部数据在送入内部总线的途中会不会被送入第二功能输入的特殊功能寄存器中呢？也不会，因为当引脚上为外部数据信号时，电路的设计会封锁第二功能输入的特殊功能寄存器，从而使外部数据顺利到达内部总线第34页，本讲稿共40页P0P3口的共同特性：111我们经常要做的一个操作就是采集引脚（口线）上的信号，即将送往口线上的信号再读回，但事实上单片机并不是真正去读引脚上的信号，而是直接去读输出锁存器的信号如：逻辑操作指令ANL P1，#data第35页，本讲稿共40页端口小结：端口小结：（1）系统总线：地址总线（16位）：P0（地址低8位）、P2口（地址高8位）数据总线（8位）：P0口（地址/数据分时使用）；控制总线（6根）：P3口的第二功能和9、29、30、31脚；（2）供用户使用的端口：P1口、部分未作第二功能的P3口；（3）P0口作地址/数据时，是真正的双向口，三态，负载能力为8个LSTTL电路；P1P3是准双向口，负载能力为4个LSTTL电路。（4）P0P3在用作输入之前必须先写“1”，即：（P0）=FFH（P3）=FFH。第36页，本讲稿共40页2-8 特殊工作方式特殊工作方式1.复位电路MCS-51单片机的复位信号，高电平有效。电路结构如图2-4,RST/VPD引脚至少保持2个机器周期的高电平，才能复位。（1）复位工作状态）复位工作状态复位时，各SFR寄存器的状态为：（PC）=0000H；（SP）=07H；（P0P3）=FFH；其余SFR寄存器内容均为0；RAM的内容保持不变；外部引脚，ALE=0，PSEN=1。第37页，本讲稿共40页特殊功能寄存器初始状态特殊功能寄存器初始状态A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSBUFBIP00000BSCON00HIE000000BPCON0B表 单片机复位后特殊功能寄存器的状态返回第38页，本讲稿共40页（2）复位电路）复位电路复位方式有上电自动复位、按键手动复位两种。如图2-4所示。在按键手动电平复位电路中，具有上电和按键双重功能。第39页，本讲稿共40页本章小结1、单片机结构框图、硬件资源、引脚功能2、CPU、存储器配置、P0P3口3、内部数据存储器、特殊功能存储器、位地址空间、程序存储器、数据存储器和外部扩展端口重点：引脚功能、存储器空间结构、P0P3口的功能特点难点：字节地址和位地址难以理解第40页，本讲稿共40页