系列单片机教程共15章第2章.ppt

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1、第第2 2章章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构片内结构如图片内结构如图2-12-1所示所示:介绍图介绍图2-12-1中的各功能部件：中的各功能部件：1.CPU1.CPU（微处理器）（微处理器）2.2.数据存储器（数据存储器（RAMRAM）片内为片内为128128个字节（个字节（5252子系列的为子系列的为256256个字节）个字节）3.3.程序存储器（程序存储器（ROM/EPROMROM/EPROM）8031:8031:无此部件；无此部件；8051:8051:4K4K字节字节ROMROM；8751:8751:4K4K字节字节EPROM EPROM；89C51/89C5

2、2/89C55:89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 4K/8K/20K 字节闪存。字节闪存。4.4.中断系统中断系统 5.5.定时器定时器/计数器计数器6.6.串行口串行口 1 1个全双工的异步串行口，具有四种工作方式。个全双工的异步串行口，具有四种工作方式。7.P17.P1口、口、P2P2口、口、P3P3口、口、P0P0口口 为为4 4个并行个并行8 8位位I/OI/O口。口。8.8.特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）共有共有2121个，是一个具有特殊功能的个，是一个具有特殊功能的RAMRAM区。区。2.2 MCS-512.2 MCS-51的引脚的引脚 404

3、0只引脚只引脚双列直插封装（双列直插封装（DIPDIP）。）。4444只引脚方形封装方式（只引脚方形封装方式（4 4只无用）只无用）4040只引脚只引脚按功能分为按功能分为3 3类类：（1 1）电源及时钟引脚）电源及时钟引脚:Vcc:Vcc、VssVss；XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL2。（2 2）控控制制引引脚脚：PSENPSEN*、EAEA*、ALEALE、RESET RESET（即即RSTRST）。）。（3 3）I/OI/O口口引引脚脚：P0P0、P1P1、P2P2、P3P3，为为4 4个个8 8位位I/OI/O口口的外部引脚。的外部引脚。2.2.1 2.2.1 电源及时钟引脚

4、电源及时钟引脚 1 1电源引脚电源引脚 （1 1）VccVcc（4040脚）脚）：+5V+5V电源；电源；（2 2）VssVss（2020脚）脚）：接地。：接地。2 2时钟引脚时钟引脚 （1 1）XTAL1XTAL1（1919脚脚）：如如果果采采用用外外接接晶晶体体振振荡荡器器时时，此引脚应接地。此引脚应接地。（2 2）XTAL2XTAL2（1818脚）脚）：接外部晶体的另一端。：接外部晶体的另一端。2.2.2 2.2.2 控制引脚控制引脚 提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。(1)RST/VPD(9(1)RST/VPD(9脚脚)：复位与备用电源。：复位

5、与备用电源。(2)(2)ALE/PROGALE/PROG*（3030脚脚）：第第一一功功能能:ALEALE为为地地址址锁锁存存允许，可驱动允许，可驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。第二功能第二功能:PROGPROG*为编程脉冲输入端。为编程脉冲输入端。(3)(3)PSENPSEN*（2929脚脚）：外外部部程程序序存存储储器器的的读读选选通通信信号号。可以驱动可以驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(4)(4)EAEA*/V/VPPPP (Enable(Enable Address/Voltage Address/Voltage Pulse Pulse of of

6、 ProgramingPrograming，3131脚脚)EAEA*为内外程序存储器选择控制端。为内外程序存储器选择控制端。EAEA*=1=1，访访问问片片内内程程序序存存储储器器，但但在在PCPC（程程序序计计数数器器）值值超超过过0FFFH0FFFH（对对于于80518051、87518751）时时，即即超超出出片片内内程程序序存存储储器器的的4K4K字字节节地地址址范范围围时时，将将自自动动转转向向执执行外部程序存储器内的程序行外部程序存储器内的程序。EAEA*=0=0，单片机则只访问外部程序存储器。单片机则只访问外部程序存储器。V VPPPP为本引脚的第二功能。用于为本引脚的第二功能。

7、用于施加编程电压施加编程电压（例如（例如+21V+21V或或+12V+12V）。对）。对89C5189C51，加在，加在V VPPPP脚的编程电压为脚的编程电压为+12V+12V或或+5V+5V。2.2.3 I/O2.2.3 I/O口引脚口引脚 (1)(1)P0P0口口：双向双向8 8位三态位三态I/OI/O口，此口为地址总线口，此口为地址总线（低（低8 8位）及数据总线分时复用口，可驱动位）及数据总线分时复用口，可驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(2)(2)P1P1口口：8 8位位准准双双向向I/OI/O口口，可可驱驱动动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(3)

8、(3)P2P2口口：8 8位位准准双双向向I/OI/O口口，与与地地址址总总线线（高高8 8位）复用，可驱动位）复用，可驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(4)(4)P3P3口口：8 8位位准准双双向向I/OI/O口口，双双功功能能复复用用口口，可可驱驱动动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。注意注意:准双向口与双向三态口的差别准双向口与双向三态口的差别。当当3 3个个准准双双向向I/OI/O口口作作输输入入口口使使用用时时，要要向向该该口口先先写写“1 1”。准双向准双向I/OI/O口无高阻的口无高阻的“浮空浮空”状态。状态。2.3 MCS-512.3 MCS-51

9、的的CPUCPU 由由运算器运算器和和控制器控制器所构成所构成2.3.1 2.3.1 运算器运算器 对操作数进行对操作数进行算术、逻辑运算和位操作算术、逻辑运算和位操作。1 1算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALUALU2 2累加器累加器A A 使用最频繁的寄存器，使用最频繁的寄存器，可写为可写为AccAcc。A A的作用：的作用：（1 1）是）是ALUALU的输入之一，又是运算结果的存放单元。的输入之一，又是运算结果的存放单元。（2 2）数数据据传传送送大大多多都都通通过过累累加加器器A A。MCS-51MCS-51增增加加了了一一部部分分可可以以不不经经过过累累加加器器的的传传送送指指令令

10、，即即可可加加快快数数据据的的传传送速度，又减少送速度，又减少A A的的“瓶颈堵塞瓶颈堵塞”现象。现象。A A的进位的进位标志标志CyCy同时又是同时又是位处理机的位累加器。位处理机的位累加器。3 3程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW （1 1）CyCy（PSW.7PSW.7）进位标志位进位标志位（2 2）Ac(PSW.6)Ac(PSW.6)辅助进位标志位，用于辅助进位标志位，用于BCDBCD码的十码的十 进制调整运算。进制调整运算。（3 3）F0F0（PSW.5PSW.5）用户使用的状态标志位。用户使用的状态标志位。（4 4）RS1RS1、RS0RS0（PSW.4PSW.4、PSW

11、.3PSW.3）：4 4组组工工作作寄寄存存器器区区选择控制位选择控制位1 1和位和位0 0。RS1 RS0 RS1 RS0 所选的所选的4 4组寄存器组寄存器 0 0 00 0 0区（内部区（内部RAMRAM地址地址00H00H07H07H）0 1 10 1 1区（内部区（内部RAMRAM地址地址08H08H0FH0FH）1 0 21 0 2区（内部区（内部RAMRAM地址地址10H10H17H17H）1 1 31 1 3区（内部区（内部RAMRAM地址地址18H18H1FH1FH）（5 5）OVOV（PSW.2PSW.2）溢出标志位）溢出标志位 指示运算是否产生溢出。各种算术运算指令指示运

12、算是否产生溢出。各种算术运算指令对该位的影响情况较复杂，将在第对该位的影响情况较复杂，将在第3 3章介绍。章介绍。（6 6）PSW.1PSW.1位位:保留位，未用保留位，未用 （7 7）P(PSW.0)P(PSW.0)奇偶标志位奇偶标志位 P=1P=1，A A中中“1 1”的个数为的个数为奇数奇数P=0P=0，A A中中“1 1”的个数为的个数为偶数偶数2.3.2 2.3.2 控制器控制器 1 1程序计数器程序计数器PCPC（Program CounterProgram Counter）存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。基本工作方式有以下几

13、种：基本工作方式有以下几种：（1 1）程序计数器）程序计数器自动加自动加1 1 （2 2）执执行行有有条条件件转转移移或或无无条条件件转转移移指指令令时时，PCPC将将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。（3 3）执行）执行子程序调用或中断调用子程序调用或中断调用，完成下列操作：，完成下列操作：PCPC的现行值保护的现行值保护 将子程序入口地址或中断向量的地址送入将子程序入口地址或中断向量的地址送入PCPC。2 2指令寄存器指令寄存器IRIR、指令译码器及控制逻辑电路、指令译码器及控制逻辑电路2.4 MCS-512.4 MCS-51存储器的结构存

14、储器的结构哈佛（哈佛（Har-vardHar-vard）结构）结构 存储器空间可划分为存储器空间可划分为5 5类：类：1.1.程序存储器空间程序存储器空间 80318031无内部程序存储器。无内部程序存储器。2.2.内部数据存储器空间内部数据存储器空间 3.3.特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR-Special Function Register-Special Function Register4.4.位地址空间位地址空间:211211个个可寻址位。可寻址位。5.5.外部数据寄存器空间外部数据寄存器空间:片外可扩展片外可扩展64K64K字节字节RAMRAM。2.4.1 2.4.1 程序

15、存储器程序存储器 存放存放应用程序应用程序和和表格表格之类的固定常数。之类的固定常数。分为片内和片外两部分，由分为片内和片外两部分，由EAEA*引脚上所接的电平确定。引脚上所接的电平确定。程序存储器中的程序存储器中的0000H0000H地址是系统地址是系统程序的启动地址程序的启动地址 5 5个单元具有特殊用途个单元具有特殊用途 表表2-1 52-1 5种中断源的中断入口地址种中断源的中断入口地址外中断外中断0 0003H0 0003H定时器定时器T0 000BHT0 000BH外中断外中断1 0013H 1 0013H 定时器定时器T1 001BH T1 001BH 串行口串行口 0023H0

16、023H2.4.2 2.4.2 内部数据存储器内部数据存储器 128128个，字节地址为个，字节地址为00H00H7FH7FH。00H00H1FH1FH：3232个单元，是个单元，是4 4组通用工作寄存器区组通用工作寄存器区20H20H2FH2FH：1616个单元，可进行个单元，可进行128128位的位寻址位的位寻址30H30H7FH7FH：用户用户RAMRAM区，只能进行字节寻址，用作区，只能进行字节寻址，用作 数据缓冲区以及堆栈区。数据缓冲区以及堆栈区。2.4.3 2.4.3 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）CPUCPU对各种功能部件的控制对各种功能部件的控制采用特殊功能寄存

17、器集中控采用特殊功能寄存器集中控制制方式，方式，共共2121个个。有的有的SFRSFR可进行可进行位寻址位寻址。表表2-2(P21)2-2(P21)是是SFRSFR的名称及其分布。的名称及其分布。其其字节地址的末位是字节地址的末位是0H0H或或8H8H。下面介绍下面介绍SFRSFR块中的某些寄存器。块中的某些寄存器。表表2-2 SFR的名称及其分布的名称及其分布1 1堆栈指针堆栈指针SPSP 指示堆栈顶部在内部指示堆栈顶部在内部RAMRAM块中的位置块中的位置 复位后，复位后，SPSP中的内容为中的内容为07H07H。（1 1）保护断点）保护断点（2 2）现场保护）现场保护 堆栈堆栈向上生长向

18、上生长 2.2.数据指针数据指针DPTRDPTR 高位字节寄存器用高位字节寄存器用DPHDPH表示，低位字节寄存器用表示，低位字节寄存器用DPLDPL表示。表示。3.I/O3.I/O端口端口P0P0P3P3 P0P0P3P3分别为分别为I/OI/O端口端口P0P0P3P3的锁存器。的锁存器。4.4.寄存器寄存器B B 为执行为执行乘法乘法和和除法除法操作设置的。操作设置的。在不执行乘、除的情况下，可当作一个普通寄存器在不执行乘、除的情况下，可当作一个普通寄存器来使用。来使用。5.5.串行数据缓冲器串行数据缓冲器SBUFSBUF 存放欲发送或已接收的数据，一个字节地址，物理存放欲发送或已接收的数

19、据，一个字节地址，物理上是由上是由两个独立的寄存器两个独立的寄存器组成：发送缓冲器，接收组成：发送缓冲器，接收缓冲器。缓冲器。6.6.定时器定时器/计数器计数器 两两个个1616位位定定时时器器/计计数数器器T1T1和和T0T0，各各由由两两个个独独立立的的8 8位位寄寄存存器器组组成成：TH1TH1、TL1TL1、TH0TH0、TL0TL0，只只能能字字节节寻寻址址，但但不不能能把把T1T1或或T0T0当当作作一一个个1616位位寄寄存存器器来来寻寻址访问。址访问。2.4.4 2.4.4 位地址空间位地址空间 211211个（个（128128个个+83+83个）寻址位个）寻址位。位地址范围为

20、：。位地址范围为：00H00HFFHFFH。内部内部RAMRAM的可寻址位的可寻址位128128个个(字节地址字节地址20H20H2FH)2FH)见见表表2-32-3（P24P24）。特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR为为8383个个可寻址位，见可寻址位，见表表2-2-4 4（P24P24）。表表2-3 内部内部RAM的可寻址位及位地址的可寻址位及位地址表表2-4 SFR中的位地址分布中的位地址分布2.4.5 2.4.5 外部数据存储器外部数据存储器最多可最多可外扩外扩64K64K字节字节的的RAMRAM或或I/OI/O 。使用各类存储器，注意几点：使用各类存储器，注意几点：(1)(1)

21、地址的重叠性地址的重叠性 程序存储器（程序存储器（ROMROM）与数据存储器（）与数据存储器（RAMRAM）全部）全部64K64K字字节地址空间重叠节地址空间重叠)。(2)(2)程序存储器（程序存储器（ROMROM）与数据存储器（）与数据存储器（RAMRAM）在使用）在使用上是严格区分的上是严格区分的 。(3)(3)位地址空间共有位地址空间共有两个区域两个区域。(4)(4)片外数据存储区中，片外数据存储区中，RAMRAM与与I/OI/O端口统一编址。端口统一编址。所有外围所有外围I/OI/O端口的地址均占用端口的地址均占用RAMRAM单元地址，使单元地址，使用与访问外部数据存储器相同的传送指令

22、。用与访问外部数据存储器相同的传送指令。图图2-62-6为各类存储器在存储器空间的位置的总结。为各类存储器在存储器空间的位置的总结。2.5 2.5 并行并行I/OI/O端口端口 4 4个个双向的双向的8 8位并行位并行I/OI/O端口端口(Port)(Port)，记作，记作P0P0P3 P3 属于特殊功能寄存器，还可位寻址。属于特殊功能寄存器，还可位寻址。2.5.1 P02.5.1 P0端口端口 P0P0口某一位的电路包括：口某一位的电路包括：(1)(1)一个数据输出锁存器，用于数据位的锁存一个数据输出锁存器，用于数据位的锁存(2)(2)两个三态的数据输入缓冲器。两个三态的数据输入缓冲器。(3

23、)(3)一一个个多多路路转转接接开开关关MUXMUX，使使P0P0口口可可作作通通用用I/OI/O口口，或或地址地址/数据线口数据线口。(4)(4)数数据据输输出出的的驱驱动动和和控控制制电电路路，由由两两只只场场效效应应管管（FETFET）组成，上面的场效应管构成上拉电路。）组成，上面的场效应管构成上拉电路。P0P0口口传传送送地地址址或或数数据据时时，CPUCPU发发出出控控制制信信号号为为高高电电平平，打打开开上上面面的的与与门门，使使多多路路转转接接开开关关MUXMUX打打向向上上边边，使使内部地址内部地址/数据线与下面的场效应管处于反相接通数据线与下面的场效应管处于反相接通状状态态。

24、此此时时由由于于上上下下两两个个FETFET处处于于反反相相，形形成成推推拉拉式式电电路结构，大大提高负载能力。路结构，大大提高负载能力。P0P0口口作作通通用用的的I/OI/O口口使使用用。这这时时，CPUCPU发发来来的的“控控制制”信信号号为为低低电电平平，上上拉拉场场效效应应管管截截止止，多多路路转转接接开开关关MUXMUX打向下边打向下边，与，与D D锁存器的锁存器的Q Q*端接通。端接通。（1 1）P0P0作输出口使用作输出口使用来来自自CPUCPU的的“写写入入”脉脉冲冲加加在在D D锁锁存存器器的的CPCP端端，内内部部总总线上的数据写入线上的数据写入D D锁存器，并向端口引脚

25、锁存器，并向端口引脚P0.xP0.x输出。输出。注意：注意：由于输出电路是漏极开路（因为这时上拉场效由于输出电路是漏极开路（因为这时上拉场效应管截止），必须外接上拉电阻才能有高电平输出。应管截止），必须外接上拉电阻才能有高电平输出。（2 2）P0P0作输入口使用作输入口使用区分区分“读引脚读引脚”和和“读锁存器读锁存器”。“读读引引脚脚”信信号号把把下下方方缓缓冲冲器器打打开开，引引脚脚上上的的状状态态经经缓冲器读入内部总线；缓冲器读入内部总线；“读读锁锁存存器器”信信号号打打开开上上面面的的缓缓冲冲器器把把锁锁存存器器Q Q端端的的状态读入内部总线。状态读入内部总线。2.5.2 P12.5.

26、2 P1端口端口 字节地址字节地址90H90H，位地址，位地址90H90H97H97H。P1P1口口只只作作通通用用的的I/OI/O口口使使用用，在在电电路路结结构构上上与与P0P0口口有有两两点区别点区别：（1 1）因为只传送数据，不再需要多路转接开关）因为只传送数据，不再需要多路转接开关MUXMUX。（2 2）由由于于P1P1口口用用来来传传送送数数据据，因因此此输输出出电电路路中中有有上上拉拉电电阻阻，这这样样电电路路的的输输出出不不是是三三态态的的，所所以以P1P1口口是是准准双向口。双向口。因此：因此：（1 1）P1P1口口作作为为输输出出口口使使用用时时，外外电电路路无无需需再再接

27、接上上拉拉电电 阻。阻。（2 2）P1P1口口作作为为输输入入口口使使用用时时，应应先先向向其其锁锁存存器器先先写写入入 “1 1”，使输出驱动电路的使输出驱动电路的FETFET截止。截止。2.5.3 P22.5.3 P2端口端口 字节地址为字节地址为A0HA0H，位地址位地址A0HA0HA7HA7H。在在实实际际应应用用中中，因因为为P2P2口口用用于于提提供供高高位位地地址址，有有一一个个多多路路转转接接开开关关MUXMUX。但但MUXMUX的的一一个个输输入入端端不不再再是是“地地址址/数数据据”，而而是是单单一一的的“地地址址”，因因为为P2P2口口只作为地址线使用。只作为地址线使用。

28、当当P2P2口口用用作作为为地地址址线线使使用用时时，多多路路转转接接开开关关应应接接向向“地地址址”端端。正正因因为为只只作作为为地地址址线线使使用用，口口的的输输出出用用不不着着是是三三态态的的，所所以以，P2P2口口也也是是一一个个准准双双向向口。口。P2P2口也可作为通用口也可作为通用I/OI/O口使用，这时，多路转接开关口使用，这时，多路转接开关接向锁存器接向锁存器Q Q端端。2.5.4 P32.5.4 P3端口端口 P3P3口的字节地址为口的字节地址为B0HB0H，位地址位地址为为B0HB0HB7HB7H。P3P3口的口的第二功能第二功能定义，应熟记。定义，应熟记。表表2-5 P3

29、2-5 P3口的第二功能定义口的第二功能定义 口引脚口引脚 第二功能第二功能 P3.0P3.0 RXD RXD（串行输入口）（串行输入口）P3.1P3.1 TXD TXD（串行输出口）（串行输出口）P3.2P3.2 INT0 INT0*（外部中断（外部中断0 0）P3.3P3.3 INT1 INT1*（外部中断（外部中断1 1）P3.4P3.4 T0 T0（定时器（定时器0 0外部计数输入）外部计数输入）P3.5P3.5 T1 T1（定时器（定时器1 1外部计数输入）外部计数输入）P3.6P3.6 WR WR*（外部数据存储器写选通）（外部数据存储器写选通）P3.7 P3.7 RD RD*（外

30、部数据存储器读选通）（外部数据存储器读选通）第二功能信号第二功能信号有有输出输出和和输入输入两类：两类：（1 1）作）作通用的通用的I/OI/O输出输出，“第二输出功能第二输出功能”线应保线应保持高电平，与非门开通，使锁存器持高电平，与非门开通，使锁存器Q Q端输出畅通。端输出畅通。作作第二功能信号输出第二功能信号输出，锁存器预先置，锁存器预先置“1 1”，使，使与与非门非门对对“第二输出功能第二输出功能”信号的输出是畅通的。信号的输出是畅通的。（2 2）作）作第二功能信号输入第二功能信号输入，在口线引脚的内部增加，在口线引脚的内部增加了一个缓冲器，输入的信号就从这个缓冲器的输了一个缓冲器，输

31、入的信号就从这个缓冲器的输出端取得。而作为出端取得。而作为通用通用I/OI/O输入输入，仍取自三态缓冲，仍取自三态缓冲器的输出端。器的输出端。P3P3口无论作哪种输入，锁存器输出和口无论作哪种输入，锁存器输出和“第二输出第二输出功能功能”线都应保持高电平。线都应保持高电平。2.5.5 P02.5.5 P0P3P3端口功能总结端口功能总结使用中应注意的问题：使用中应注意的问题：（1 1）P0P0P3P3口口都都是是并并行行I/OI/O口口，但但P0P0口口和和P2P2口口，还还可可用用来来构构建建系系统统的的数数据据总总线线和和地地址址总总线线，所所以以在在电电路路中有一个中有一个MUXMUX，

32、以进行转换。，以进行转换。而而P1P1口口和和P3P3口口无无构构建建系系统统的的数数据据总总线线和和地地址址总总线线的的功能，因此，功能，因此，无需转接开关无需转接开关MUXMUX。由由于于P0P0口口可可作作为为地地址址/数数据据复复用用线线使使用用，需需传传送送系系统统的的低低8 8位位地地址址和和8 8位位数数据据，因因此此MUXMUX的的一一个个输输入入端端为为“地址地址/数据数据”信号信号。而而P2P2口口仅仅作作为为高高位位地地址址线线使使用用，不不涉涉及及数数据据，所所以以MUXMUX的一个输入信号为的一个输入信号为“地址地址”。（2 2）在在4 4个个口口中中只只有有P0P0

33、口口是是一一个个真真正正的的双双向向口口，P1P1P3P3口口都是都是准双向口准双向口。原原因因:P0P0口口作作数数据据总总线线使使用用时时，为为保保证证数数据据正正确确传传送送，需需解解决决芯芯片片内内外外的的隔隔离离问问题题，即即只只有有在在数数据据传传送送时时芯芯片片内内外外才才接接通通；不不进进行行数数据据传传送送时时，芯芯片片内内外外应应处处于于隔隔离离状状态态。为为此此，P0P0口口的的输输出出缓缓冲冲器器应应为为三三态态门。门。在在P0P0口口中输出三态门是由两只场效应管（中输出三态门是由两只场效应管（FETFET）组成）组成，所以是一个真正的双向口。而所以是一个真正的双向口。

34、而P1P1P3P3口口，上拉电阻，上拉电阻代替代替P0P0口中的场效应管口中的场效应管，输出缓冲器不是三态的，输出缓冲器不是三态的准双向口准双向口（3 3）P3P3口口的的口口线线具具有有第第二二功功能能，为为系系统统提提供供一一些些控控制制信信号号。因因此此在在P3P3口口电电路路增增加加了了第第二二功功能能控控制制逻逻辑辑。这是这是P3P3口与其它各口的口与其它各口的不同之处不同之处。2.6 2.6 时钟电路与时序时钟电路与时序时时钟钟电电路路用用于于产产生生MCS-51MCS-51单单片片机机工工作作所所必必需需的的时时钟钟控控制信号。制信号。2.6.1 2.6.1 时钟电路时钟电路时时

35、钟钟频频率率直直接接影影响响单单片片机机的的速速度度，电电路路的的质质量量直直接接影影响响系系统统的的稳稳定定性性。常常用用的的时时钟钟电电路路有有两两种种方方式式：内内部时钟部时钟方式和方式和外部时钟外部时钟方式。方式。一、内部时钟方式一、内部时钟方式 内部有一个用于构成振荡器的内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器高增益反相放大器，反，反相放大器的输入端为芯片引脚相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1XTAL1，输出端为引脚，输出端为引脚XTAL2XTAL2。C1C1和和C2C2典型值通常选择为典型值通常选择为30pF30pF左右。左右。晶体的振荡频率晶体的振荡频率在在1.2MHz1.2

36、MHz12MHz12MHz之间。某些高速单之间。某些高速单片机芯片的时钟频率已达片机芯片的时钟频率已达40MHz40MHz。二、外部时钟方式二、外部时钟方式 常用于多片常用于多片MCS-51MCS-51单片机同时工作。单片机同时工作。三、时钟信号的输出三、时钟信号的输出为应用系统中的其它芯片提供时钟，但需增加驱动为应用系统中的其它芯片提供时钟，但需增加驱动能力。能力。2.6.2 2.6.2 机器周期、指令周期与指令时序机器周期、指令周期与指令时序单片机执行的指令的单片机执行的指令的各种时序均与时钟周期各种时序均与时钟周期有关有关一、时钟周期一、时钟周期单片机的单片机的基本时间单位基本时间单位。

37、若时钟的晶体的振荡频率为。若时钟的晶体的振荡频率为foscfosc，则时钟周期，则时钟周期Tosc=1/foscTosc=1/fosc。如。如fosc=6MHzfosc=6MHz，Tosc=166.7nsTosc=166.7ns。二、机器周期二、机器周期CPUCPU完完成成一一个个基基本本操操作作所所需需要要的的时时间间称称为为机机器器周周期期。执执行行一一条条指指令令分分为为几几个个机机器器周周期期。每每个个机机器器周周期期完完成成一一个个基基本本操操作作。MCS-51MCS-51单单片片机机每每1212个个时时钟钟周周期期为为一个机器周期，一个机器周期，一个机器周期又分为一个机器周期又分为

38、6 6个状态个状态：S1S1S6S6。每个状态又每个状态又分为两拍分为两拍：P1P1和和P2P2。因此，。因此，一个机器周期中的一个机器周期中的1212个时钟周期表示为：个时钟周期表示为：S1P1S1P1、S1P2S1P2、S2P1S2P1、S2P2S2P2、S6P2S6P2。三、指令周期三、指令周期 执行任何一条指令时，都可分为执行任何一条指令时，都可分为取指令阶段取指令阶段和和指令执指令执行阶段行阶段 。取指令阶段取指令阶段，PCPC中地址送到程序存储器，并从中取出中地址送到程序存储器，并从中取出需要执行指令的操作码和操作数。需要执行指令的操作码和操作数。指令执行阶段指令执行阶段，对指令操

39、作码进行译码，以产生一系，对指令操作码进行译码，以产生一系列控制信号完成指令的执行。列控制信号完成指令的执行。ALEALE信号是为地址锁存而定义的信号是为地址锁存而定义的，以时钟脉冲，以时钟脉冲1/61/6的频的频率出现，在一个机器周期中，率出现，在一个机器周期中，ALEALE信号两次有效信号两次有效（注意，在执行访问外部数据存储器的指令（注意，在执行访问外部数据存储器的指令MOVXMOVX时，时，将会丢失一个将会丢失一个ALEALE脉冲）脉冲）2.7 2.7 复位操作和复位电路复位操作和复位电路2.7.1 2.7.1 复位操作复位操作单片机的初始化操作，摆脱死锁状态。单片机的初始化操作，摆脱

40、死锁状态。引脚引脚RSTRST加上加上大于大于2 2个机器周期（即个机器周期（即2424个时钟振荡周个时钟振荡周期）的高电平就可使期）的高电平就可使MCS-51MCS-51复位。复位。复位时，复位时，PCPC初初始化为始化为0000H0000H，使，使MCS-51MCS-51单片机从单片机从0000H0000H单元开始单元开始执行程序。执行程序。除除PCPC之外，复位操作还对其它一些寄存器有影响，之外，复位操作还对其它一些寄存器有影响，见见表表2-62-6(P34)(P34)。SP=07H SP=07H，P0-P3P0-P3的引脚均为高电平的引脚均为高电平。在复位有效期间，在复位有效期间，AL

41、EALE脚脚和和PSENPSEN*脚脚均为高电平，内部均为高电平，内部RAMRAM的状态不受复位的影响。的状态不受复位的影响。2.7.2 2.7.2 复位电路复位电路 片内复位结构：片内复位结构：复位电路通常采用复位电路通常采用上电自动复位上电自动复位和和按钮复位按钮复位两种方两种方式。式。最简单的上电自动复位电路最简单的上电自动复位电路:按键手动复位，有按键手动复位，有电平方式电平方式和和脉冲方式脉冲方式两种。两种。电平方式：电平方式：脉冲方式：脉冲方式：两种实用的兼有上电复位与按钮复位的电路。两种实用的兼有上电复位与按钮复位的电路。图图2-192-19中中（b b）的的电电路路能能输输出出高高、低低两两种种电电平平的的复复位位控控制制信信号号，以以适适应应外外围围I/OI/O接接口口芯芯片片所所要要求求的的不不同同复位电平信号。复位电平信号。74LS12274LS122为为单单稳稳电电路路，实实验验表表明明，电电容容C C的的选选择择约约为为0.10.1 F F较好。较好。