单片机的结构及原理.ppt

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1、第第 3 3 章章单片机的结构及原理单片机的结构及原理3.13.1 MCS-51 MCS-51 单片机的硬件结构单片机的硬件结构CPUCPU运算部件运算部件控制部件控制部件B BRAMRAMP0P0口口P2P2口口ROMROM(EPROM)(EPROM)串串行行口口 C/TC/T中断中断系统系统SFRSFRP1P1口口8 8P3P3口口8 88 88 8XTALXTAL1 1XTALXTAL2 2PSEN ALEPSEN ALE EA RESET EA RESETVcVcc cVsVss su按功能可分成按功能可分成8个部件，通过片内单一总线连接起来个部件，通过片内单一总线连接起来1.1.微处

2、理器微处理器2.2.数据存储器数据存储器3.3.程序存储器程序存储器4.I/O4.I/O口口5.5.串行口串行口6.6.定时定时/计数器计数器7.7.中断系统中断系统8.8.特殊功能特殊功能寄存器寄存器u控制方式：控制方式：SFR对各功能部件集中控制对各功能部件集中控制片内总线片内总线片内总线片内总线3.2 MCS-51的引脚的引脚 40脚塑料脚塑料双列直双列直插封装（插封装（PDIP）4444脚脚“J”J”型脚的方形封装（型脚的方形封装（PLCCPLCC）引脚逻辑图引脚逻辑图80518051单片机为单片机为4040脚双列直插式封装脚双列直插式封装引脚可分为三个部分引脚可分为三个部分控控制制引

3、引脚脚并行并行I/O口引脚口引脚电电源源及及时时钟钟引引脚脚 （1 1）电源及时钟引脚）电源及时钟引脚:VccVcc、VssVss；XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL2。（2 2）控制引脚：控制引脚：PSENPSEN*、EAEA*、ALEALE、RESET RESET （3 3）I/OI/O口引脚：口引脚：P0P0、P1P1、P2P2、P3P3，4 4个个8 8位位I/OI/O口口3.2.13.2.1 电源及时钟引脚电源及时钟引脚 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

4、脚时钟引脚 （1 1）XTAL1XTAL1（1919脚）脚）：采用外接晶体振荡器时，此引：采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。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。3.2.23.2.2 控制引脚控制引脚 (1)RST/VPD(9(1)RST/VPD(9脚脚)：复位与备用电源：复位与备用电源(2)ALE/PROG(2)ALE/PROG*（3030脚）：脚）：第一功能第一功能ALEALE ：地址锁存允许：地址锁存允许 第二功能第二功能PROGPROG*：编程脉冲输入端。编程脉冲输入端。(3)PSEN(3)PSEN*（2929脚）：脚）

5、：读外部程序存储器的选通信号。读外部程序存储器的选通信号。(4)EA(4)EA*/VPP(31/VPP(31脚脚)：EAEA*为内外程序存储器选择控制为内外程序存储器选择控制 EAEA*=1=1，访问片内程序存储器，访问片内程序存储器，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。第二功能第二功能V VPPPP，用于，用于施加编程电压施加编程电压。3.2.33.2.3 I/O 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，地址总线（低口，地址总线（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

6、 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(2)(2)P1P1口口：8 8位位准双向准双向I/OI/O口，可驱动口，可驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(3)(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，可可驱动驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。引脚引脚转义引转义引脚脚功能说明功能说明P3.0RXD串行数据接收端串行数据接收端P3.1TXD串行数据

7、发送端串行数据发送端P3.2INT0外部中断外部中断0请求请求P3.3INT1外部中断外部中断1请求请求P3.4T0计数器计数器0外部输入外部输入P3.5T1计数器计数器1外部输入外部输入P3.6WR外部数据存储器写外部数据存储器写P3.7RD外部数据存储器读外部数据存储器读3.33.3 MCS-51 MCS-51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3.3.13.3.1 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ALUALU 用于对数据进行算术和逻辑操作的执行部件，由加法器和其用于对数据进

8、行算术和逻辑操作的执行部件，由加法器和其它逻辑电路（移位电路和判断电路等）组成。它逻辑电路（移位电路和判断电路等）组成。2 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单元的输入之一，又是运算结果存放单元。单元的输入之一，又是运算结果存放单元。（2 2）数据传送大多都通过累加器）数据传送大多都通过累加器A A。（3 3）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）

9、进位标志位进位标志位（2 2）Ac(PSW.6)Ac(PSW.6)辅助进位标志位辅助进位标志位（3 3）F0F0（PSW.5PSW.5）标志位标志位 由用户使用的一个状态标志位。由用户使用的一个状态标志位。（4 4）RS1RS1、RS0RS0（PSW.4PSW.4、PSW.3PSW.3）4 4组组工工作作寄寄存存器器区区选选择控制位择控制位1 1和位和位0 0。工作寄存器区的选择工作寄存器区的选择 18181FH1FH3 3区区1 11 1101017H17H2 2区区1 01 008080FH0FH1 1区区0 10 1000007H07H0 0区区0 00 0R R0 0R R7 7地址地

10、址寄存器组寄存器组RSRS1 1 RS RS0 0（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。指示运算是否产生溢出。（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”的个数为奇数的个数为奇数P=0P=0，A A中中“1”1”的个数为偶数的个数为偶数4 4暂存器暂存器用以暂存进入运算器之前的数据用以暂存进入运算器之前的数据3.3.23.3.2 控制器控制器 用来统一指挥和控制计算机工作的部件。用来统一指挥和控制计算机工作的部件。控控制制器器由由指

11、指令令部部件件、时时序序部部件件和和操操作作控控制制部部件件等等三三部分组成。部分组成。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。它是它是1616位专用寄存器。位专用寄存器。基本工作方式：基本工作方式：（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或或无无条条件件转转移移指指令令时时，程程序序计计数数器器将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。（3 3）执行）执行子程序

12、调用或中断调用子程序调用或中断调用时完成下列操作：时完成下列操作：PCPC的当前值保护的当前值保护 将子程序入口地址送入将子程序入口地址送入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是一种能对指令进是一种能对指令进行分析、处理和产行分析、处理和产生控制信号的逻辑生控制信号的逻辑部件，也是控制器部件，也是控制器的核心。通常它由的核心。通常它由程序计数器、指令程序计数器、指令寄存器、指令译码寄存器、指令译码器等组成。器等组成。由时钟电路和脉冲由时钟电路和脉冲分配器组成，用于分配器组成，用于产生操作控制部件产生操作控制部件所需要的定时脉冲所需要的

13、定时脉冲信号。信号。为指令译码器的输为指令译码器的输出信号配上节拍电出信号配上节拍电位和节拍脉冲，也位和节拍脉冲，也和外部进来的控制和外部进来的控制信号组合，共同形信号组合，共同形成相应的微操作控成相应的微操作控制序列，以完成规制序列，以完成规定的操作。定的操作。它是它是8位寄位寄存器，用存器，用于暂时存于暂时存放指令，放指令，等待译码。等待译码。用于对送入指用于对送入指令译码器中的令译码器中的指令进行译码。指令进行译码。所谓译码就是所谓译码就是把指令转变成把指令转变成执行此指令所执行此指令所需要的电信号。需要的电信号。3.43.4 MCS-51 MCS-51存储器的结构存储器的结构 哈佛（哈

14、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 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 4.4.位地址空间位地址空间 5.5.外部数据寄存器空间外部数据寄存器空间 内部数据存储器内部数据存储器（a）外部数据存储器外部数据存储器（b）MCS-51单片机存储器空间分配单片机存储器空间分配特特殊殊功功能能寄寄存存器器00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特特殊殊功功能能寄寄存存器器中中位位寻寻址

15、址外部外部ROM内部内部ROM(EA=1)外部外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外外 部部RAM(I/O口口地址地址)0000HFFFFH程序存储器程序存储器（c）工作寄工作寄存器区存器区位寻址区位寻址区通用通用RAM区区3.4.13.4.1 程序存储器程序存储器 l 存放应用程序和表格之类的固定常数。存放应用程序和表格之类的固定常数。l 分为片内和片外两部分，由分为片内和片外两部分，由EAEA*引脚上所接电平确定引脚上所接电平确定 程序存储器中的程序存储器中的0000H0000H地址是系统程序的启动地址地址是系统程序的启动地址 在程序存储器中，

16、以下在程序存储器中，以下7 7个单元具有特殊功能，是留给个单元具有特殊功能，是留给系统用的。系统用的。表表3-13-1 5 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 0 0003H 0003H定时器定时器T0T0溢出溢出 000BH000BH外中断外中断1 1 0013H 0013H 定时器定时器T1T1溢出溢出 001BH001BH 串行口串行口 0023H0023H 定时器定时器T2T2溢出（溢出（89C52/S5289C52/S52）002BH 002BH 3.4.23.4.2 内部数据存储器内部数据存储器 共128128个字节，个字节，字节地址为字节地址为00H00

17、H7FH7FH。00H00H1FH1FH：3232个单个单元，是元，是4 4组通用工作组通用工作寄存器区寄存器区 20H20H2FH2FH：1616个单个单元，可进行元，可进行128128位的位的位寻址位寻址 30H30H7FH7FH：用用户户RAMRAM区区，只只能能进进行行字字节节寻寻址址，用用作作数数据据缓缓冲冲区区以及堆栈区。以及堆栈区。3.4.33.4.3 特殊功能寄特殊功能寄存器（存器（SFRSFR）CPUCPU对对各各种种功功能能部部件件的的控控制制采采用用特特殊殊功功能能寄寄存存器器集集中中控控制制方方式式，共共2121个个。有有的的SFRSFR可可进进行行位位寻寻址址，其其字

18、字节节地地址址的的末末位位是是0H0H或或8H8H。表表3-2 SFR的名称及其分布的名称及其分布SFRSFR中的某些寄存器中的某些寄存器 1 1堆栈指针堆栈指针SPSP（Stack PointStack Point）指示出堆栈顶部在内部指示出堆栈顶部在内部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 2.2.数据指针数据指针DPTRDPTR 16 16位特殊功能寄存器，位特殊功能寄存器，高位字节寄存器用高位字节寄存器用DPHDPH表表示，低位字节寄存器用示，低位字节寄存器用DPLDPL表示。

19、表示。3.I/O3.I/O端口端口P0P0P3P3 专用寄存器专用寄存器P0P0P3P3分别为分别为I/OI/O端口端口P0P0P3P3的锁存的锁存器。器。4.4.寄存器寄存器B B 在执行乘法和除法操作中，用在执行乘法和除法操作中，用B B寄存器暂存数据。寄存器暂存数据。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，一个字节地址物理上存放欲发送或已接收的数据，一个字节地址物理上是由两个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器，是由两个独立的寄存器组成，一个是发送

20、缓冲器，另一个是接收缓冲器。另一个是接收缓冲器。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。3.4.43.4.4 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。位地址范围为：围为：00H00HFFHFFH。内部内部RAMRAM的可寻址位的可寻

21、址位128128个个(字节地址字节地址20H20H2FH)2FH)见见表表3-33-3。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3-43-4。表表3-3 内部的可寻址位及位地址内部的可寻址位及位地址表表3-4 SFR中的位地址分布中的位地址分布 3.4.53.4.5 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。几点注意：几点注意：(1)(1)地址的重叠性地址的重叠性 程序存储器与数据存储器全部程序存储器与数据存储器全部64K64K字节地址空间重叠字节地址空间重叠(2)(2)程序存储器与数据存

22、储器在使用上是严格区分的程序存储器与数据存储器在使用上是严格区分的(3)(3)位地址空间共有两个区域位地址空间共有两个区域 (4)(4)片外与片内数据存储器由指令来区分片外与片内数据存储器由指令来区分(5)(5)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地址单元，使用与访问地址单元，使用与访问外部数据存储器相同的传送指令。外部数据存储器相同的传送指令。内部数据存储器内部数据存储器（a）外部数据存储器外部数据存储器（b）MCS-51单片机存储器空间分配单片机存储器空间分配特特

23、殊殊功功能能寄寄存存器器00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特特殊殊功功能能寄寄存存器器中中位位寻寻址址外部外部ROM内部内部ROM(EA=1)外部外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外外 部部RAM(I/O口口地址地址)0000HFFFFH程序存储器程序存储器（c）工作寄工作寄存器区存器区位寻址区位寻址区通用通用RAM区区返回3.5 3.5 并行并行I/OI/O端口端口 单片机端口是一个集数据输入缓冲、数据输出驱动单片机端口是一个集数据输入缓冲、数据输出驱动及锁存等多项

24、功能于一体的及锁存等多项功能于一体的I/O电路。电路。共有共有4个个8位并行双向位并行双向I/O口，共占用口，共占用32根引脚线根引脚线,其其中中每一根引脚线都能独立的作为输入输出线使用每一根引脚线都能独立的作为输入输出线使用,作输入作输入时数据可以缓冲时数据可以缓冲,输出数据时输出数据时,数据可以锁存。每位均数据可以锁存。每位均有有自己的锁存器自己的锁存器(SFR)，输出驱动器和输入缓冲器。，输出驱动器和输入缓冲器。分别记作分别记作P0、P1、P2、P3。多路开关多路开关1)功能功能：用于控制选通I/O方式还是地址/数据输出方式2)方式控制方式控制：由内部控制信号产生输出锁存器输出锁存器两个

25、输入缓冲器两个输入缓冲器(BUF1和BUF2)推拉式推拉式I/O驱动器驱动器3.5.13.5.1 P P0 0口位图内部结构口位图内部结构BUF2BUF15 5、P0R2P0R2为为读引脚读引脚信号，执行信号，执行“MOV A,P0MOV A,P0”时该信号有时该信号有效效6 6、读引脚（端口）时，输出、读引脚（端口）时，输出锁存器应为锁存器应为“1 1”说明：说明：1 1、当控制信号为、当控制信号为0 0时，时，P0P0口做双口做双向向I/OI/O口，为漏极开路（三态）口，为漏极开路（三态）2 2、控制信号为、控制信号为1 1时，时，P0P0口为地址口为地址/数据复用总线（用于口扩展）数据复

26、用总线（用于口扩展）3 3、P0WP0W为端口输出写信号，用于为端口输出写信号，用于锁存输出状态锁存输出状态4 4、P0R1P0R1为为读锁存器读锁存器信号，执行信号，执行“ANL P0,#0FH”ANL P0,#0FH”时该信号有时该信号有效效Q QQ QD DC CVccVcc控制控制AD0AD0P0R1P0R1 P0R2P0R2D0D0P0WP0W图图1 1、P0P0口内部结构口内部结构读锁存器读锁存器读引脚读引脚锁存器锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器地址地址/数据数据P00P00多路开关多路开关10P P0 0口的字节地址为口的字节地址为80H,80H,位地址为位地址为80H-8

27、7H80H-87H3.5.23.5.2 P1 P1口内部结构口内部结构P1P1口内部结构如图口内部结构如图2 2所示所示输出部分有内部上拉电阻输出部分有内部上拉电阻R*R*约为约为20K20K。其他部分与其他部分与P0P0端口使用相类似（读引脚时先写入端口使用相类似（读引脚时先写入1 1）。）。写数据读端口3.5.33.5.3 P2 P2口内部结构口内部结构2 2、当控制信号为、当控制信号为1 1时时FP2P2口输出地址信息，口输出地址信息，F此时单片机完成外部的此时单片机完成外部的取指操作或对外部数据取指操作或对外部数据存储器存储器1616位地址的读写位地址的读写操作。操作。3 3、当、当P

28、2P2口作为普通口作为普通I/OI/O口口使用时使用时F用法和用法和P1P1口类似。口类似。说明：说明：1 1、P2P2可以作为通用的可以作为通用的I/OI/O，也可以作也可以作为为高高8 8位地址位地址输出。输出。P0.3地址锁存器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0DBABP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0P3.1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VSSVCC P0.0P0.1P0.2P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.

29、4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.2MCS-51片外总线结构示意图 返回返回MCS-51单片机片外总线 P0.4返回返回单片机单片机 8031P2.0P2.1P2.2A8A9A10ALERD74LS373G6264A7A6A5A4A3A2A1A0O0O1O2O3O4O5O6O7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7OECEQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7D0D1D2D3D4D5D6D7WEWRP2.7P2.3P2.4A11A126264WE单片机单片机 8031P2.0:.A8.ALERD74LS373GA7.A0P0.0P0.0 :P0.7P0.7OECEQ0

30、.Q7D0.D7A12P2.4WRD7.D03.5.43.5.4 P3 P3口内部结构口内部结构说明：说明：1、做普通端口使用时，第二、做普通端口使用时，第二功能应为功能应为“1”。2、使用第二功能时，输出端、使用第二功能时，输出端口锁存器应为口锁存器应为“1”。3、变异功能（）、变异功能（）P3.0 TXD P3.4 T0 P3.1 RXD P3.5 T1 P3.2 INT0 P3.6 WR P3.3 INT1 P3.7 RD1输出输出I/O口口1读I/O口1 13.5.53.5.5 P0 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：P0P0P3P3口口都都是

31、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数数据据总线和地址总线，所以总线和地址总线，所以电路中有一个电路中有一个MUXMUX，进行转换。，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功能能，因此，因此，无需转接开关无需转接开关MUXMUX。只有只有P0P0口口是一个真正的是一个真正的双向口双向口，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

32、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；否否则则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门。态门。P3P3口口具具有有第第二二功功能能。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。这是辑。这是P3P3口与其它各口的不同之处口与其它各口的不同之处。3.63.6 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单单片片机机工工作作所所必必需需的的时时钟控制信号。钟控制信号。3.6.13.6.1 时钟电路时钟电路 时时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

33、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两种方式：有两种方式：内部时钟内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，其输入端：其输入端：XTAL1XTAL1，输出端：输出端：XTAL2XTAL2。C1和和C2典型值通典型值通常选择为常选择为30pF左右。左右。晶体的振荡频率晶体的振荡频率在在1.2MHz12MHz之间。之间。某些高速单片机某些高速单片机芯片的时钟频率已芯片的时钟频率已达达40MHz。二、外部时钟方式二、外部时钟方式 常

34、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，但需增加驱为应用系统中的其它芯片提供时钟，但需增加驱动能力。动能力。3.6.23.6.2 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一、时钟周期（振荡周期）一、时钟周期（振荡周期）单片机的单片机的基本时间单位基本时间单位。定义为时钟脉冲频率的倒数在一个时。定义为时钟脉冲频率的倒数在一个时钟周期内，中央处理器仅完成一个最基本的动作钟周期内，中央处理器仅完成一个最基本的动作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

35、周期则时钟周期Tosc=1/foscTosc=1/fosc。二、状态周期二、状态周期在系列单片机中把一个时钟周期定义为一个节拍（用在系列单片机中把一个时钟周期定义为一个节拍（用表示），两个节拍定义为一个状态周期（用表示）表示），两个节拍定义为一个状态周期（用表示）三、机器周期三、机器周期CPUCPU完成一个基本操作所需要的时间完成一个基本操作所需要的时间。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单片机单片机每每1212个时钟周期为一个机器周期个时钟周期为一个机器周期一个机器周期又分为一个机器周

36、期又分为6 6个状态个状态：S1S1S6S6。每每个状态又分为两拍个状态又分为两拍：P1P1和和P2P2。因此，因此，一个机器一个机器周期中的周期中的1212个时钟周期表示为：个时钟周期表示为：S1P1S1P1、S1P2S1P2、S2P1S2P1、S2P2S2P2、S6P2S6P2。四、指令周期四、指令周期指令周期是执行一条指令所需要的时间一般由若干个机器周指令周期是执行一条指令所需要的时间一般由若干个机器周期组成期组成执行一条指令时，可分为执行一条指令时，可分为取指令阶段取指令阶段和和指令执行阶段指令执行阶段 。取指令阶段取指令阶段，PCPC中地址送到程序存储器，并从中取出需要执行中地址送到

37、程序存储器，并从中取出需要执行指令的操作码和操作数。指令的操作码和操作数。指令执行阶段指令执行阶段，对指令操作码进行译码，以产生一系列控制信，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。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的频率出现，的频率出现，在一个机器周期中，在一个机器周期中，ALEALE信号两次有效（注意，在执行访问外部数信号两次有效（注意，在执行访问外部数据存储器的指令据存储器的指令MOVXMOVX时，将会丢失一个时，将会丢失一个ALEALE脉冲）脉冲）8051X2X1VssTTL外接时钟源外接

38、时钟源Vcc时钟电路时钟电路需外接晶振的频率需外接晶振的频率1.212MHZ，C1和和C2取取3010PFX1X2C2 C1X 8051振荡电路振荡电路S1S2S3S4S5S6S1S2P1 P2 P1 P2 P1 P2P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2fosc一个状态周期一个状态周期一个机器周期一个机器周期T=12*(1/fosc)X2CPU的时序（时钟周期、的时序（时钟周期、状态周期、机器周期）状态周期、机器周期）若外接晶振为若外接晶振为12MHz时，则单片机的四个周时，则单片机的四个周期的具体值为：期的具体值为：时钟周期时钟周期1/12MHz1/12s0.0833s

39、 状态周期状态周期1/6s0.167s 机器周期机器周期1s 指令周期指令周期14s可用于计算指令、程序的执行时间，以及定时可用于计算指令、程序的执行时间，以及定时器的定时时间器的定时时间 MCS51单片机的单片机的CPU取指令和执行指令取指令和执行指令的时序如下图所示：的时序如下图所示：复位：是单片机初始化操作，其主要功复位：是单片机初始化操作，其主要功能是把包括能是把包括PC在内的一些专用寄存器赋予在内的一些专用寄存器赋予初始数据，使单片机从这些出值开始工作。初始数据，使单片机从这些出值开始工作。单片机运行出错或进入死循环时，可使单片机运行出错或进入死循环时，可使其复位后重新运行。其复位后

40、重新运行。单片机本身一般是不能自动进行复位单片机本身一般是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。的，必须配合相应的外部电路才能实现。3.7 复位和复位电路复位和复位电路MCS-51单片机各寄存器的复位状态单片机各寄存器的复位状态 00HTCON0000HPC00HTMOD00000BPCON0000000BIE不定不定SBUF 000000BIP00HSCON0FFHP0P300HTH10000HDPTR00HTL107HSP00HTH000HPSW00HTL000HACC复位状态复位状态寄存器寄存器复位状态复位状态寄存器寄存器3.7.1 复位操作复位操作3.7.23.7.2 复位电路复位电路 片内复位结构：片内复位结构：上电自动复位上电自动复位和和按钮复位按钮复位 最简单的上电自动复位电路最简单的上电自动复位电路:外部复位电路外部复位电路按键手动复位按键手动复位，有，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