【教学课件】第2章单片机结构及原理.ppt

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1、 第第2 2章章 单片机结构及原理单片机结构及原理 v 单片机内部结构单片机内部结构及原理简介及原理简介 （1 1）外部）外部引脚功能引脚功能 （2 2）存储空间配置）存储空间配置和功能和功能 v 并行并行I/OI/O口（口（结构、工作原理及功能结构、工作原理及功能）v 时钟电路和复位电路时钟电路和复位电路v 单片机的工作方式单片机的工作方式v 单片机的工作过程单片机的工作过程2-1 2-1 内部结构和引脚功能内部结构和引脚功能2.1.1 内部结构与内部结构与基本特性基本特性（1）内部结构）内部结构运算器运算器控制器控制器时钟电路时钟电路4KROM程序存储器程序存储器256BRAM数据存储器数

2、据存储器2X16位位定时定时/计数器计数器CPU处理器处理器64KB总线总线扩展控制器扩展控制器可编程可编程I/O端口端口P0-3可编程可编程串行口串行口内部程序存储器内部程序存储器内部程序存储器内部程序存储器ROM ROM：4KB4KB的存储容量；的存储容量；的存储容量；的存储容量；内部数据存储器内部数据存储器内部数据存储器内部数据存储器RAMRAM：256B256B(128B(128B的的的的RAM+21BRAM+21B的的的的SFR)SFR)；寄存器区：设有寄存器区：设有寄存器区：设有寄存器区：设有4 4个寄存器区个寄存器区个寄存器区个寄存器区，每一个区有，每一个区有，每一个区有，每一个

3、区有 R0-R7 R0-R7八个工作寄存器；八个工作寄存器；八个工作寄存器；八个工作寄存器；8 8位并行输入输出端口：位并行输入输出端口：位并行输入输出端口：位并行输入输出端口：P0P0、P1P1、P2P2和和和和P3P3；定时定时定时定时/计数器：计数器：计数器：计数器：2 2个个个个1616位位位位的定时的定时的定时的定时/计数器；计数器；计数器；计数器；（2）MCS-51单片机基本特性单片机基本特性串口：串口：串口：串口：全双工全双工全双工全双工端口（端口（端口（端口（RXDRXD：接收端，：接收端，：接收端，：接收端，TXDTXD发发发发送端）；送端）；送端）；送端）；中断系统：设有中

4、断系统：设有中断系统：设有中断系统：设有5 5个中断源个中断源个中断源个中断源；系统扩展能力：可外接系统扩展能力：可外接系统扩展能力：可外接系统扩展能力：可外接64K64K的的的的 ROM ROM 和和和和64KBRAM64KBRAM；堆栈：设在堆栈：设在堆栈：设在堆栈：设在RAMRAM单元单元单元单元中，可以浮动既通过堆中，可以浮动既通过堆中，可以浮动既通过堆中，可以浮动既通过堆栈指针栈指针栈指针栈指针SPSP来确定堆栈的位置来确定堆栈的位置来确定堆栈的位置来确定堆栈的位置布尔处理机：配合布尔处理机：配合布尔处理机：配合布尔处理机：配合布尔布尔布尔布尔运算的指令进行各种运算的指令进行各种运算

5、的指令进行各种运算的指令进行各种逻辑运算；逻辑运算；逻辑运算；逻辑运算；指令系统：指令系统：指令系统：指令系统：111111条指令条指令条指令条指令。MCS-51MCS-51系列芯片及制造工艺系列芯片及制造工艺型号型号片内片内ROM片内片内RAMI/O口口线线备备注注8031无无128B+SFR84DIP40脚脚8051掩膜掩膜4KB128B+SFR84DIP40脚脚8751EPROM4KB 128B+SFR84DIP40脚脚89C51FLASH4KB 128B+SFR84DIP40脚脚89C2051FLASH2KB 128B+SFR15简化简化DIP20脚脚8XC528K256B+SFR86

6、增强多功增强多功能型能型 MCS-51单片机的引脚定义单片机的引脚定义 （1 1）MCS-51MCS-51单片机有两种封装形式：单片机有两种封装形式：a.40脚的双列直插脚的双列直插DIP封装；封装；DualInline Packageb.44脚的脚的PLCC-Plastic Leaded Chip Carrierc.其他的封装形式其他的封装形式http:/。封装形式封装形式（2）MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能P1P2P3P0单片机的引脚说明（晶振端）单片机的引脚说明（晶振端）电源电源:V VCCCC-芯片电源，接芯片电源，接+5V/3.3V/2.7V+5V/3.3V/2.7V；

7、V VSSSS-接地端；接地端；时钟时钟:XTAL1XTAL1、XTAL2-XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和晶体振荡电路反相输入端和输出端。输出端。151545pf45pfx2x21 112MHz12MHz（MCS-51MCS-51）0 024MHz24MHz（Atmel-89CAtmel-89C）XTAL1XTAL1XTAL2XTAL2也可以由也可以由 XTAL1 XTAL1端接端接入外部时钟，此时应入外部时钟，此时应将将 XTAL2 XTAL2接地：接地：XTAL2XTAL2XTAL1XTAL1外部时钟外部时钟通常外接一个通常外接一个晶振两个电容晶振两个电容 控制线控制线:控制线共有控

8、制线共有4 4根，根，ALEALE/PROGPROG:地址锁存允许地址锁存允许/片内片内EPROMEPROM编程脉冲编程脉冲 ALE ALE功能：用来锁存功能：用来锁存P0P0口送出的低口送出的低8 8位地址位地址 PROG PROG功能：片内有功能：片内有EPROMEPROM的芯片，在的芯片，在EPROMEPROM编程编程期间，此引脚输入编程脉冲。期间，此引脚输入编程脉冲。PSEN:PSEN:外外ROMROM读选通信号。读选通信号。RSTRST/V VPDPD:复位复位/备用电源。备用电源。RST RST（ResetReset）功能：复位信号输入端。）功能：复位信号输入端。V VPDPD功能

9、：在功能：在VccVcc掉电情况下，接备用电源。掉电情况下，接备用电源。RST（9脚）：脚）：在系统上电震荡器开始工作时，在系统上电震荡器开始工作时，在内部加在内部加在此引脚上有一个在此引脚上有一个两个时钟周期的高电平两个时钟周期的高电平使单使单片机复位。但为了使系统复位可靠，建议外加片机复位。但为了使系统复位可靠，建议外加一个上电复位电路，延长复位的时间。一个上电复位电路，延长复位的时间。当单片当单片机掉点时，此引脚可以接入备用电源向单片机机掉点时，此引脚可以接入备用电源向单片机内部的内部的RAM供电，以防止供电，以防止RAM中的数据丢失。中的数据丢失。注意：注意：在复位状态下：所有在复位状

10、态下：所有SFR的内容全的内容全变为变为“0”，端口输出，端口输出“1”。RAM内容不变。内容不变。RSTVcc1K10(b)RSTVccRCMCS-51(a)TtVT=RC单片机单片机锁存器锁存器74LS373ALEPSEN8D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROM单片机的引脚（单片机的引脚（PSENPSEN端）端）PSENPSEN：寻址外部程序存储器时选通外部寻址外部程序存储器时选通外部EPROMEPROM的的 读控制端（读控制端（OEOE）低有效。低有效。EPROM EAEA/VppVpp:内外内外ROMROM选择选择/片内片内EPROMEPROM编程电源。编程

11、电源。EA EA功能：内外功能：内外ROMROM选择端。选择端。80C5180C51单片机单片机ROMROM寻址范围为寻址范围为64KB64KB，其中其中4KB4KB在片内，在片内，60KB60KB在片外在片外(80C31(80C31芯片无内芯片无内ROMROM，全部在片外全部在片外)。当当EAEA保持高电平时保持高电平时，先访问内，先访问内ROMROM，但当但当PC(PC(程序计数器程序计数器)值超过值超过4KB(0FFFH)4KB(0FFFH)时，将自动转向执行外时，将自动转向执行外ROMROM中的程序。中的程序。当当EAEA保持低电平时保持低电平时，则只访问外，则只访问外ROMROM，不

12、管芯片内有否不管芯片内有否内内ROMROM。对对80C3180C31芯片，芯片，片内无片内无ROMROM，因此因此EAEA必须接地。必须接地。VppVpp功能：功能：片内有片内有EPROMEPROM的芯片，在的芯片，在EPROMEPROM编程期间，编程期间，施加编程电源施加编程电源VppVpp。I/OI/O线线 80C5180C51共有共有4 4个个8 8位位并行并行I/OI/O端口端口：P0P0、P1P1、P2P2、P3P3口，共口，共3232个引脚。个引脚。P3P3口还具有第二功能，用于特殊信口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。号输入输出和控制信号（属控制总线）

13、。P3.0 P3.0 RXDRXD：串行口输入端；：串行口输入端；P3.1 P3.1 TXDTXD：串行口输出端；：串行口输出端；P3.2 P3.2 INT0INT0：外部中断：外部中断0 0请求输入端；请求输入端；P3.3 P3.3 INT1INT1：外部中断：外部中断1 1请求输入端；请求输入端；P3.4 P3.4 T0T0：定时：定时/计数器计数器0 0外部信号输入端；外部信号输入端；P3.5 P3.5 T1T1：定时：定时/计数器计数器1 1外部信号输入端；外部信号输入端；P3.6 P3.6 WRWR：外：外RAMRAM写选通信号输出端；写选通信号输出端；P3.7 P3.7 RDRD：

14、外：外RAMRAM读选通信号输出端。读选通信号输出端。80C5180C51的的存存储储器器组组织织结结构构可可以以分分为为三三个不同的存储空间，分别是：个不同的存储空间，分别是：6464KBKB程序存储器程序存储器(ROMROM),),包括片内包括片内ROMROM和片外和片外ROMROM；256256B B内部数据存储器内部数据存储器(内内RAMRAM)(包括特殊功能寄存器包括特殊功能寄存器）。6464KBKB外部数据存储器外部数据存储器（外外RAMRAM）；）；80C51 80C51单片机存储器单片机存储器80C5180C51存储空间配置图存储空间配置图MCS-51单片机单片机片内片内ROM

15、4K片内片内RAM256B片外片外RAM64K片外片外ROM64K（1）MCS-51片内数据存储器片内数据存储器特殊功能特殊功能寄存器寄存器SFR通用数据通用数据存储器存储器80H7FH00HFFH1.内部数据存储器内部数据存储器RAM（2）片内）片内RAM低低128B功能分配图功能分配图 位寻址区位寻址区3 3区区2 2区区1 1区区0 0区区便笺区便笺区07H07H0000H H7FH7FH30H30H2FH2FH20H20H1FH1FH17H17H0FH0FH 四个工作寄存器区四个工作寄存器区 每个区中有每个区中有R0-R7R0-R7八个工作寄存器八个工作寄存器位寻址区位寻址区1616个

16、单元个单元20H-2FH20H-2FH，共有共有128 128 可寻址位个位。可寻址位个位。位地址：位地址：00H-7FH00H-7FH注意：位地址与字节地址的区注意：位地址与字节地址的区别别通用的通用的RAMRAM区区 地址：地址：30H-7FH30H-7FH0区工作寄存器区结构图区工作寄存器区结构图R7R6R5R4R3R2R1R0RAM地址地址07H06H05H04H03H02H01H00H返回上一次返回上一次（3）片内）片内RAM（20H-2FH）位寻址区）位寻址区7F7E7D7C7B7A797877767574737271706F6E6D6C6B6A696867666564636261

17、605F5E5D5C5B5A595857565554535251504F4E4D4C4B4A494847464544434241403F3E3D3C3B3A393837262524232221202F2E2D2C2B2A292827262524232221201F1E1D1C1B1A191817161514131211100F0E0D0C0B0A090807060504030201002FH20H字节地址字节地址位位地地址址字节地址和位地址是靠不同类型的指令来字节地址和位地址是靠不同类型的指令来区分的。如：区分的。如：MOVA，20h；将将RAM的的20单元内容送累加器单元内容送累加器A；MO

18、VC，20h；将将RAM位寻址区中位寻址区中20H位送位送CY中。中。2.2.片内片内RAM高高128B特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR SFR（2121）特殊用途寄存器的集合。用来特殊用途寄存器的集合。用来设定单片机内部各设定单片机内部各个部件的工作方式，个部件的工作方式，存放相关部件的状态，定时器存放相关部件的状态，定时器初值寄存器，并行端口的锁存器等。初值寄存器，并行端口的锁存器等。SFR高128B低128B0FFH80H7FH00H特殊功能寄存器SFR在片内RAM中的位置标识符标识符名名称称地地址址ACCBPSWSPDPTRP0P1P2P3IPIETMODTCON累加器累加器B寄存器

19、寄存器程序状态字程序状态字堆栈指针堆栈指针数据指针数据指针(包括包括DPH,DPL)口口0口口1口口2口口3中断优先级控制寄存器中断优先级控制寄存器中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器定时定时/计数器方式控制寄存器计数器方式控制寄存器定时定时/计数器控制寄存器计数器控制寄存器0E0H0F0H0D0H81H83H,82H80H90H0A0H0B0H0B8H0A8H89H88H特殊功能寄存器特殊功能寄存器特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR（2121页表页表页表页表2-42-4）标识符标识符名名 称称地地 址址TH0TH0TL0TL0TH1TH1TL1TL1SCONSCONSBUFSBUFPC

20、ONPCON定时定时/计数器计数器0 0初值寄存器高初值寄存器高8 8位位定时定时/计数器计数器0 0初值寄存器低初值寄存器低8 8位位定时定时/计数器计数器1 1初值寄存器高初值寄存器高8 8位位定时定时/计数器计数器1 1初值寄存器低初值寄存器低8 8位位串行口控制寄存器串行口控制寄存器串行口数据缓冲器串行口数据缓冲器(接收接收,发送发送)电源控制寄存器电源控制寄存器8CH8CH8AH8AH8DH8DH8BH8BH98H98H99H99H97H97H特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR说明：说明：累加器累加器A:A:最常用的专用寄存器最常用的专用寄存器,大多大多数的指令操作数都来自累加器数的

21、指令操作数都来自累加器A.A.所有的所有的算术运算指令的运算结果都存放在算术运算指令的运算结果都存放在A A中中.B B寄存器寄存器:乘除法指令使用的寄存器乘除法指令使用的寄存器.数据指针数据指针DPTR:DPTR:1616位寄存器，位寄存器，高八位高八位DPHDPH和低八位和低八位DPLDPL构成。构成。SP堆栈指针：堆栈指针：8位寄存器位寄存器，用来指示堆栈的位置，用来指示堆栈的位置,可由可由软件修改。在软件修改。在MCS-51单片机的设计中，片单片机的设计中，片内内RAM区为堆栈的可用空间。上电或复位时，区为堆栈的可用空间。上电或复位时，SP被初始化为被初始化为07H，既堆栈底部被确定在

22、，既堆栈底部被确定在RAM的的07H单元。单元。程序状态字程序状态字PSW:8PSW:8位寄存器位寄存器.CY(PSW.7)CY(PSW.7)进位标志进位标志:在加减法运算中在加减法运算中,累加器累加器A A的最高位的最高位A7A7有进位有进位,则则CY=1,CY=1,否则否则CY=0.CY=0.AC(PSW.6):AC(PSW.6):辅助进位位辅助进位位:用来判断加减法运算时用来判断加减法运算时,低四位是否向高四位进位或低四位是否向高四位进位或借位借位(既既A3A3的进位或借位的进位或借位).).F0(PSW.5)F0(PSW.5)用户标志位用户标志位:完全由用户来定义和使用。完全由用户来定

23、义和使用。RS1,RS0RS1,RS0工作寄存器区选择位工作寄存器区选择位:CYACF0RS1RS0OV-POV(PSW.2)溢出标志位溢出标志位:判断符号数加减法运算时是否有溢出判断符号数加减法运算时是否有溢出.OV的结果可以用一个算法来表示的结果可以用一个算法来表示:OV=CP异或异或CS其中其中:CP为为A7的进位的进位,CS为为A6的进位的进位OV=1表明有溢出。表明有溢出。P(PSW.0)奇偶标志位奇偶标志位:用来标志累加器用来标志累加器A中运算后中运算后1的个数。的个数。当当P=1时时,表明表明A中中1的个数为奇数个的个数为奇数个,反反之为偶数个。之为偶数个。并行端口并行端口P0-

24、P3P0-P3：SFRSFR中的中的P0-P3P0-P3实际上就是实际上就是I/OI/O端口的数端口的数据锁存器。与据锁存器。与RAMRAM中的任意一个单元一样，中的任意一个单元一样，P0-P3P0-P3都有自己的都有自己的RAMRAM地址：地址：80H80H、90H90H、A0HA0H、B0HB0H。所以，在。所以，在5151单片机中的输入、输出操单片机中的输入、输出操作实际上就是个普通的作实际上就是个普通的RAMRAM单元操作一样：单元操作一样：执执行行调调用用子子程程序序或或发发生生中中断断时时，CPUCPU会会自自动动将将当当前前 PCPC值值压压入入堆堆栈栈，将将子子程程序序入入口口

25、地地址址或或中中断断入入口口地地址址装装入入PCPC；子子程程序序返返回回或或中中断断返返回回时时，恢恢复复原原有有被被压压入入堆堆栈的栈的PCPC值，继续执行原顺序程序指令。值，继续执行原顺序程序指令。*程序计数器程序计数器PCPC PCPC不属于特殊功能寄存器，不可访问，在物理结构上是不属于特殊功能寄存器，不可访问，在物理结构上是独立的。独立的。PC PC是一个是一个1616位的地址寄存器，用于存放将要从位的地址寄存器，用于存放将要从ROMROM中读中读出的下一字节指令码的地址，因此也称为地址指针。出的下一字节指令码的地址，因此也称为地址指针。PC PC的基本工作方式有：的基本工作方式有：

26、自动加自动加1 1。CPUCPU从从ROMROM中每读一个字节，自动执行中每读一个字节，自动执行 PC+1PC PC+1PC；执行转移指令时，执行转移指令时，PCPC会根据该指令要求修改下一次会根据该指令要求修改下一次 读读ROMROM新的地址；新的地址；FFFFH1000H0FFFH0000H片外程序存储器片外程序存储器（最大（最大64K）0FFFH0000H单片机内部单片机内部程序存储器程序存储器（4K）3.程序存储器程序存储器（ROMROM）地址范围地址范围：0000H0000HFFFFHFFFFH，共，共64KB64KB。其中。其中:低段低段4KB4KB：0000H0000H0FFFH

27、0FFFH 80C51 80C51和和87C5187C51在片内，在片内，80C3180C31在片外。在片外。高段高段60KB60KB：1000H1000HFFFFHFFFFH。在片外。在片外。读写读写ROMROM用用MOVCMOVC指令，控制信号是指令，控制信号是PSENPSEN和和EAEA。读读ROMROM是以程序计数器是以程序计数器PCPC作为作为1616位地址指针，依次读相应位地址指针，依次读相应地址地址ROMROM中的指令和数据，每读一个字节，中的指令和数据，每读一个字节，PC+1PCPC+1PC，这是，这是CPUCPU自动形成的。自动形成的。但是有些指令有修改但是有些指令有修改PC

28、PC的功能，例如转移类指令和的功能，例如转移类指令和MOVCMOVC指令，指令，CPUCPU将按修改后将按修改后PCPC的的1616位地址读位地址读ROMROM。l读读外外ROMROM的过程：的过程：CPUCPU从从PCPC(程序计数器程序计数器)中取出当前中取出当前ROMROM的的1616位地位地址，分别由址，分别由P0P0口（低口（低8 8位）位）和和P2P2口（高口（高8 8位）位）同时输同时输出，出，ALEALE信号有效时由地址锁存器锁存低信号有效时由地址锁存器锁存低8 8位地址信位地址信号，地址锁存器输出的低号，地址锁存器输出的低8 8位地址信号和位地址信号和P2P2口输出的口输出的

29、高高8 8位地址信号同时加到外位地址信号同时加到外ROM 16ROM 16位地址输入端，位地址输入端，当当PSENPSEN信号有效时信号有效时，外，外ROMROM将相应地址存储单元中数据将相应地址存储单元中数据送至数据总线（送至数据总线（P0P0口），口），CPUCPU读入后存入指定单元。读入后存入指定单元。需要指出的是需要指出的是:64KB64KB中有一小段范围是中有一小段范围是80C5180C51系统专用单元，系统专用单元，0003H0003H0023H0023H是是5 5个中断源中断服务个中断源中断服务程序入口地址程序入口地址(详见第详见第5 5章章)，用户不能安排其他内，用户不能安排其

30、他内容。容。80C51 80C51复位后，复位后，PC=0000HPC=0000H，CPUCPU从地址为从地址为0000H0000H的的ROMROM单元中读取指令和数据。从单元中读取指令和数据。从0000H0000H到到0003H0003H只有只有3B3B，根本不可能安排一个完整的系统程序，而，根本不可能安排一个完整的系统程序，而80C5180C51又是依次读又是依次读ROMROM字节的。字节的。因此因此，这，这3B3B只能用来只能用来安排安排一条跳转指令一条跳转指令，跳转到其他合适的地址范围去，跳转到其他合适的地址范围去执行真正的主程序。执行真正的主程序。4.4.外部数据存储器（外外部数据存

31、储器（外RAMRAM）l 地址范围地址范围：0000H0000H FFFFHFFFFH 共共64KB64KB。l 读写外读写外RAMRAM用用MOVXMOVX指令，指令，控制信号是控制信号是P3P3口中的口中的RDRD和和WRWR。一般情况下，只有在内一般情况下，只有在内RAM不能满足不能满足应用应用要求时，才外接要求时，才外接RAMRAM。外外RAM RAM 1616位地址分别位地址分别由由P0P0口（低口（低8 8位）和位）和P2P2口（高口（高8 8位）位）同时输出，同时输出，ALEALE信号信号有效时由地址锁存器锁存低有效时由地址锁存器锁存低8 8位地址信位地址信号，地址锁存器输出的低

32、号，地址锁存器输出的低8 8位地址信号和位地址信号和P2P2口输出的高口输出的高8 8位位地址信号同时加到外地址信号同时加到外RAM 16RAM 16位地址输入端，当位地址输入端，当RDRD信号信号有效有效时，外时，外RAMRAM将相应地址存储单元中的将相应地址存储单元中的数据数据送至数据总线送至数据总线（P0P0口），口），CPUCPU读入后存入指定单元。读入后存入指定单元。l读外读外RAMRAM的过程的过程增加增加 l写写外外RAMRAM的过程的过程：写外写外RAMRAM的过程与读外的过程与读外RAMRAM的过程相同。只是控制的过程相同。只是控制信号不同，信号换成信号不同，信号换成WRWR

33、信号。当信号。当WRWR信号有效时，信号有效时，外外RAMRAM将数据总线（将数据总线（P0P0口分时传送）上的数据写入相口分时传送）上的数据写入相应地址存储单元中。应地址存储单元中。P0口口 一、一、特点特点（1）在作为通用数据）在作为通用数据I/O端口时端口时,具有较具有较强的驱动能力强的驱动能力(8个个TTL负载负载),与与MOS负载连接负载连接时时,需要外接一个上拉电阻。需要外接一个上拉电阻。（2）作为）作为“地址、数据复用总线地址、数据复用总线”使用时使用时,P0口首先输出外部存储器的低八位地址口首先输出外部存储器的低八位地址,然后然后再变为数据总线进行数据的输入或输出再变为数据总线

34、进行数据的输入或输出.此时，此时，P0口不能再作为通用口不能再作为通用I/O口。口。2.2 2.2 并行的并行的I/OI/O端口端口P0P0口的位结构图口的位结构图返回返回返回前一次返回前一次D Q 锁存器锁存器CL /QP0.x引脚引脚Vcc地址地址/数据数据1/01/0控制控制(=0(=0时时)读锁存器读锁存器读引脚读引脚内部总线内部总线写锁存器写锁存器MUX (控制控制=0时时)Vcc上拉电阻上拉电阻读引脚读引脚与外电路连接与外电路连接21DQCK/Q读引脚读引脚读锁存器读锁存器写锁写锁存器存器内部内部总线总线地址地址/数据数据 控制控制引脚引脚P0.X3400100截截止止截截止止=0

35、VccP0P0用作通用用作通用I/OI/O时，控制时，控制=0=0：此脚作输出口时，此脚作输出口时，当当P0P0口用作输出口时，因口用作输出口时，因输出输出级处于开漏状态，必须外接上拉电阻。级处于开漏状态，必须外接上拉电阻。V2V121DQCK/Q读引脚读引脚=0读锁存器读锁存器写锁写锁存器存器内部内部总线总线地址地址/数据数据 控制控制=1引脚引脚P0.X341011=0导导通通截截止止=0VccP0P0口用作地址口用作地址/数据复用口，控制数据复用口，控制=1=1作地址作地址/数据输出：输出地址数据输出：输出地址/数据数据 =0=0 时时V1V221DQCK/Q读引脚读引脚=1读锁存器读锁

36、存器写锁写锁存器存器内部内部总线总线地址地址/数据数据 控制控制=0引脚引脚P0.X34VccP0P0口用作地址口用作地址/数据复用口数据复用口 作作/数据输入：数据输入：与与P0P0用作通用用作通用I/OI/O时输入时情况时输入时情况相同，相同，CPUCPU使使V1V1、V2V2均截止，从引脚上输入的外部均截止，从引脚上输入的外部数据经缓冲器数据经缓冲器U2U2进入内部数据总线。进入内部数据总线。V1V221DQCK/Q读引脚读引脚=1读锁存器读锁存器写锁写锁存器存器内部内部总线总线地址地址/数据数据 控制控制引脚引脚P0.X3400100截截止止截截止止=0Vcc二二.使用使用P0口应注意

37、的问题口应注意的问题1.在输入操作前在输入操作前,为了保证输入正确，必须为了保证输入正确，必须先向端口写先向端口写1；V2V12.做通用数据做通用数据I/O端口时端口时,输出级上端的输出级上端的FET处于处于截止状态截止状态,所以与所以与MOS器件连接时器件连接时,必须必须接接“上拉上拉电阻电阻”,否则不能正确的输出高电平；否则不能正确的输出高电平；3.“读引脚读引脚”与与“读锁存器读锁存器”是不同的两个数据通是不同的两个数据通道。凡是道。凡是“读读修改修改写写”的操作的操作,CPU读的都是读的都是端口锁存器中的数据；端口锁存器中的数据；4.为提高电路可靠性为提高电路可靠性,端口引脚不要直接与

38、三极管端口引脚不要直接与三极管一类的器件直接连接一类的器件直接连接,应加应加隔离电路或与三极管之隔离电路或与三极管之间加一个电阻；间加一个电阻；5负载的接法（负载的接法（增加的内容增加的内容）“拉电流拉电流”还是还是“灌电流灌电流”-”-与大电与大电流负载连接流负载连接 (我们以美国我们以美国ATMELATMEL公司生产的公司生产的AT8951AT8951为例为例)（1 1）使用灌电流的方式使用灌电流的方式与电流较大的负载与电流较大的负载直接连接时直接连接时,端口可以吸收约端口可以吸收约20mA20mA的电流而保的电流而保证端口电平不高于证端口电平不高于0.45V0.45V（见右上图）。（见右

39、上图）。（2 2）采用拉电流方式采用拉电流方式连接负载时，连接负载时，AT89C51AT89C51所能提供所能提供“拉电流拉电流”仅仅为仅仅为8080AA，否则输出的，否则输出的高电平会急剧下降高电平会急剧下降.如果我们采用右下图的方式，如果我们采用右下图的方式，向端口输出一个高电平去点亮向端口输出一个高电平去点亮LEDLED，会发现，端，会发现，端口输出的电平不是口输出的电平不是“1”“1”而是而是“0”“0”！Px.yVddPx.yVddVdd灌电流方式灌电流方式输出输出”0”点点亮亮LED拉电流方式拉电流方式输出高电平输出高电平点亮点亮LED返回单片机与继电器等大电流负载的接口单片机与继

40、电器等大电流负载的接口AT89C51的端口可以吸收约的端口可以吸收约20mA的电流的电流.对于继电器等大对于继电器等大于于20mA的负载的负载,单片机可以采单片机可以采用右图的接法用右图的接法,用一个三极管来用一个三极管来承担负载所需的大电流承担负载所需的大电流.若于若于负载电流易造成干扰单片机负载电流易造成干扰单片机的环境的环境,应采用右下图应采用右下图”光电隔光电隔离离”的方式的方式.其中其中:A、B两处没有两处没有任何电的联系任何电的联系.JVccVddPx.yAB返回Px.y负载VccP1口口D Q 锁存器锁存器CL /QP1.x引脚引脚Vcc读锁存器读锁存器读引脚读引脚内部总线内部总

41、线写锁存器写锁存器内部上拉电阻内部上拉电阻上拉电阻上拉电阻三态门三态门P2口口返回上一次D Q 锁存器锁存器CL /QP2.x引脚引脚Vcc地址地址/数据数据1/0控制控制读锁存器读锁存器读引脚读引脚内部总线内部总线写锁存器写锁存器MUX (地址地址/数据数据=0)内部上拉电阻内部上拉电阻应当注意的是：仅使用外部数据存储器时，应当注意的是：仅使用外部数据存储器时，P2口分两种情口分两种情况：况：（1）仅仅使用仅仅使用256B的外部的外部RAM时，既使用时，既使用movxa,r0指令访问外部指令访问外部RAM，此时用，此时用8位的寄存器位的寄存器R0或或R1作间址寄存器，这时作间址寄存器，这时P

42、2口无用，所以在这种情况下，口无用，所以在这种情况下，P2口仍然可以做通用口仍然可以做通用I/O端口。端口。（2）如果访问外部如果访问外部ROM或使用大于或使用大于256BRAM时，时，P2口必须作为外存储器的高八位地址总线。口必须作为外存储器的高八位地址总线。如：如：movxa，DPTR；访问外部数据存储器；访问外部数据存储器movca，A+DPTR；访问外部程序存储器；访问外部程序存储器上一页返回P3口口返回D Q 锁存器锁存器CL /QP3.x引脚引脚替代输出功能替代输出功能读锁存器读锁存器读引脚读引脚内部总线内部总线写锁存器写锁存器MUX (地址地址/数据数据=0)Vcc上拉电阻上拉电

43、阻2.3 2.3 时钟电路和复位电路时钟电路和复位电路 时钟电路时钟电路 时序时序 时钟周期（震荡周期）。时钟周期（震荡周期）。80C5180C51振荡器产生的时钟脉冲频率的倒数，是最基振荡器产生的时钟脉冲频率的倒数，是最基本最小的定时信号。本最小的定时信号。状态周期状态周期 它是将时钟脉冲二分频后的脉冲信号。状态周期是它是将时钟脉冲二分频后的脉冲信号。状态周期是时钟周期的两倍。状态周期时钟周期的两倍。状态周期又称又称S S周期。在周期。在S S周期内有两周期内有两个时钟周期，即分为两拍，分别称为个时钟周期，即分为两拍，分别称为P1P1和和P2P2 机器周期是机器周期是6个状态周期、个状态周期

44、、1212个时钟周期。个时钟周期。当时钟频率为当时钟频率为12MHz12MHz时，机器周期为时，机器周期为1 1 S S；当时钟频率为当时钟频率为6MHz6MHz时，机器周期为时，机器周期为2 2 S S。(3)机器周期机器周期 80C5180C51单片机工作的基本定时单位，简称机周。单片机工作的基本定时单位，简称机周。一一个个机机器器周周期期含含有有6个个状状态态周周期期，分分别别为为S1、S2 2、S6S6，每每个个状状态态周周期期有有两两拍拍，分分别别为为S1P1S1P1、S1P2S1P2、S2P1S2P1、S2P2S2P2，S6P1S6P1、S6P2S6P2（4）指令周期指令周期 指指

45、CPU执行一条指令占用的时间执行一条指令占用的时间(用机器周期表示用机器周期表示)。80C51执行各种指令时间是不一样的，可分为三类：单机执行各种指令时间是不一样的，可分为三类：单机周指令、双机周指令和四机周指令。其中单机周指令周指令、双机周指令和四机周指令。其中单机周指令有有6464条，双机周指令有条，双机周指令有4545条，四机周指令只有条，四机周指令只有2 2条条(乘法和除法乘法和除法指令指令)，无三机周指令。，无三机周指令。图图2-9 80C51的取指执行时序的取指执行时序 a)单字节单周期指令，例：单字节单周期指令，例：INC A b)双字节单周期指令，例：双字节单周期指令，例：AD

46、D A，#data c)c)单字节双周期指令，例单字节双周期指令，例 INC DPTR d)INC DPTR d)双字节双周期指令：例双字节双周期指令：例 PHSH direct PHSH direct 牢牢记住：牢牢记住：振荡周期振荡周期(时钟周期时钟周期)=晶振频率晶振频率foscfosc的倒数；的倒数；1 1个机器周期个机器周期=6=6个状态个状态周期周期1 1个机器周期个机器周期=12=12个个时钟周期时钟周期；1 1个指令周期个指令周期=1=1、2 2、4 4个机器周期个机器周期2.3.3 复位电路复位电路 80C5180C51单片机的工作方式共有四种：单片机的工作方式共有四种：复位

47、复位方式；方式；程序执行程序执行方式；方式；节电节电方式；方式；片内片内ROMROM编程编程（包括校验）方式。（包括校验）方式。2.4 2.4 单片机的工作方式单片机的工作方式 复位方式复位方式 复位条件复位条件 RSTRST引脚保持引脚保持2 2个机器周期个机器周期以上的以上的高电平高电平。实现复位操作，必须使实现复位操作，必须使RST引脚引脚(9)保持两保持两个机器周期以上的高电平。例如，若时钟频率为个机器周期以上的高电平。例如，若时钟频率为12MHz，每机周为，每机周为1 S S，则只需持续，则只需持续2 S S以上时以上时间的高电平；若时钟频率为间的高电平；若时钟频率为6MHz，每个机

48、器周，每个机器周期为期为2 2 S S ，则需要持续，则需要持续4 4 S S以上时间的高电平。以上时间的高电平。2.2.复位后复位后CPUCPU状态状态 PCPC：0000H 0000H TMOD TMOD：00H 00HAccAcc：00H 00H TCON TCON：00H 00HB B：00H 00H TH0 TH0：00H 00HPSWPSW：00H 00H TL0 TL0：00H 00HSPSP：07H 07H TH1 TH1：00H 00HDPTRDPTR：0000H 0000H TL1 TL1：00H 00HP0P0P3P3：FFHFFH SCON SCON：00H 00HIP

49、IP：00000B00000B SBUF SBUF：不定不定IEIE：0 000000B PCON00000B PCON：0 00000B0000B2.4.2 程序的执行方式连续执行程序连续执行程序单步执行方式单步执行方式2.4.3 2.4.3 节电方式节电方式 待机待机(休闲休闲)方式（方式（IdleIdle）掉电保护掉电保护方式（方式（Power DownPower Down）在在Vcc=5VVcc=5V，fosc=12MHzfosc=12MHz条件下，条件下，正常工作时电流约正常工作时电流约20mA20mA；待机待机(休闲休闲)方式时电流约方式时电流约5mA5mA；掉电保护方式时电流仅掉

50、电保护方式时电流仅7575 A A。（1 1）SMODSMOD：波特率倍增位。：波特率倍增位。（2 2）GF1GF1和和GF0GF0：通用标志位。由软件置、复位。：通用标志位。由软件置、复位。（3 3）PDPD：掉电方式位。若：掉电方式位。若PD=1PD=1，进入掉电工作方式。，进入掉电工作方式。（4 4）IDLIDL：待机方式位。若：待机方式位。若IDL=1IDL=1，进入待机方式。，进入待机方式。如果如果PDPD和和IDLIDL同时为同时为1 1，则进入掉电工作方式。复位时，则进入掉电工作方式。复位时，PCONPCON中所有定义位均为中所有定义位均为0 0。待机（休闲）方式待机（休闲）方式