MCS单片机硬件结构和原理.pptx

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1、105:57熟悉MCS-51单片机CPU内部组成结构、各功能部件的作用；掌握MCS-51单片机引脚功能；掌握存储器的组织结构；掌握P0P3并行I/O口结构；掌握时钟电路、CPU时序和复位电路。本章教学要求本章教学要求 第1页/共104页205:57本本章章目目录录2.1 MCS-51系列单片机分类2.2 单片机硬件结构 2.2.1 单片机的引脚功能 2.2.2 单片机的内部结构2.3 中央处理器（CPU）2.3.1 运算器2.3.2 2.3.2 控制器控制器2.3.3 2.3.3 布尔（位）处理器布尔（位）处理器2.4 2.4 存储器存储器 2.4.1 2.4.1 程序存储器程序存储器 2.4

2、.2 2.4.2 数据存储器数据存储器第2页/共104页305:57本 章 目 录2.7 2.7 单片机的工作方式单片机的工作方式 2.7.1 2.7.1 复位方式复位方式 2.7.2 2.7.2 程序执行方式程序执行方式 2.7.3 2.7.3 低功耗运行方式低功耗运行方式习题与思考题习题与思考题2.5 2.5 并行输入并行输入/输出端口输出端口 2.5.1 P12.5.1 P1口口 2.5.2 P22.5.2 P2口口 2.5.3 P32.5.3 P3口口 2.5.4 P02.5.4 P0口口 2.5.5 2.5.5 并行口的应用并行口的应用2.6 2.6 时钟电路和时序时钟电路和时序 2

3、.6.1 2.6.1 时钟电路时钟电路 2.6.2 2.6.2 时序时序第3页/共104页405:572.1MCS-51系列单片机的分类系列单片机的分类 自从Intel公司于20世纪80年代初推出MCS-51系列单片机以后，所有的51系列单片机都是以Intel公司最早的典型产品8051为核心，增加一定的功能部件后构成的。本章以8051为主阐述MCS-51系列单片机的系统结构、工作原理和应用中的一些技术问题。MCS-51系列可分为两大系列：51子系列和52子系列。51子系列主要有8031、8051和8751三种机型。52子系列主要有8032、8052和8752三种机型。第4页/共104页505:

4、57表2-1 MCS-51系列单片机的性能一览表 2.1 MCS-51系列单片机的分类 第5页/共104页605:572.2单片机硬件结构单片机硬件结构 芯片引脚按功能分成3类，即：2.2.1 2.2.1 单片机的引脚功能单片机的引脚功能5151单片机的引脚功能单片机的引脚功能数据总线数据总线地址总线地址总线控制总线控制总线第6页/共104页705:571.主电源引脚主电源引脚Vcc和和VssVcc（+5V）电源输入端Vss（GND）共用接地端2.2.1 单片机的引脚功能5151单片机电源引脚单片机电源引脚第7页/共104页805:572.时钟振荡电路引脚时钟振荡电路引脚XTAL1和和XTAL

5、2 XTAL1和XTAL2分别用做晶体振荡电路的反相器输入端和输出端。在使用内部振荡电路时，这两个端子用来外接石英晶体，振荡频率为晶体振荡频率，振荡信号送至内部时钟电路产生时钟脉冲信号。2.2.1 单片机的引脚功能5151单片机时钟引脚单片机时钟引脚第8页/共104页905:573.控制信号引脚控制信号引脚RSTRST为复位信号输入端为复位信号输入端VPDVPD为内部为内部RAMRAM的备用电源输入端的备用电源输入端PSEN PSEN 外部程序存储器的读选通信外部程序存储器的读选通信号号ALEALE地址锁存允许信号地址锁存允许信号2.2.1 单片机的引脚功能复位复位/外部存储器外部存储器/地址

6、锁存引脚地址锁存引脚第9页/共104页1005:57n 复位信号输入端RST当RST（RESET）端保持两个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平时，单片机完成 复 位 操 作。VPD为 内 部RAM的备用电源输入端。当主电源Vcc一旦发生断电或电压 降 到 一 定 值 时，可 通 过VPD为单片机内部RAM提供电源，以保护片内RAM中的信息不丢失，使Vcc上电后能继续正常运行。2.2.1 单片机的引脚功能复位引脚复位引脚第10页/共104页1105:57外部程序存储器的读选通信号。当访问外部ROM时，产生负脉冲作为外部ROM的选通信号。2.2.1 单片机的引脚功能ALE ALE 与与PSEN

7、PSEN引脚引脚 地址锁存允许信号地址锁存允许信号ALEALE在访问外部存储器时，在访问外部存储器时，ALEALE用来锁存用来锁存P0P0送出的低送出的低8 8位地位地址信号。址信号。PROGPROG是对是对87518751内内部部EPROMEPROM编程时的编程脉编程时的编程脉冲输入端。冲输入端。读选通信号读选通信号PSENPSEN第11页/共104页1205:57n外部程序存储器控制信号EAEA=0：访问外部程序存储器。EA=1：访问片内与片外程序存储器。VPP为8751EPROM的21V编程电源输入端。2.2.1 单片机的引脚功能内外程序存储器控制引脚内外程序存储器控制引脚第12页/共1

8、04页1305:57P0端口P0端口（P0.0P0.7）第一功能：是一个8位漏极开路型的双向I/O口，这时P0口可看成用户数据总线；第二功能：是在访问外部存储器时，分时提供低8位地址和8位双向数据总线，这时先用做地址总线再用做数据总线。4.P04.P0、P1P1、P2P2、P3P3端口端口2.2.1 单片机的引脚功能第13页/共104页1405:57P1口（P1.0P1.7）内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。P2口（P2.0P2.7）第一功能：一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。第二功能：在访问外部存储器时，输出高8位地址。P3口（P3.0P3.7）第一功能：内部带上拉电阻的8位准双向I

9、/O口。在系统中，这8个引脚都有各自的第二功能。2.2.1 单片机的引脚功能P1P1、P2P2和和P3 P3 端口端口第14页/共104页1505:572.2.2单片机的内部结构单片机的内部结构一个一个8 8位位CPUCPU；4 KB4 KB程序存储器，采用程序存储器，采用ROMROM或或EPROMEPROM（80318031无无ROMROM）；）；128 B128 B通用数据存储器；通用数据存储器；2121个特殊功能寄存器（个特殊功能寄存器（SFRSFR）；）；4 4个个8 8位并行口，其中位并行口，其中P0P0、P2P2、P3P3是复用口（是复用口（P0P0和和P2P2为为地址地址/数据线

10、，可寻址数据线，可寻址64 KB ROM64 KB ROM和和64 KB RAM64 KB RAM）；）；一个可编程全双工串行口；一个可编程全双工串行口；具有具有5 5个中断源，两个优先级嵌套结构；个中断源，两个优先级嵌套结构；两个两个1616位定时位定时/计数器；计数器；一个片内振荡器与时钟电路。一个片内振荡器与时钟电路。5151单片机内部主要器件单片机内部主要器件第15页/共104页1605:572.2.2 单片机的内部结构5151单片机内部主要部件单片机内部主要部件第16页/共104页1705:572.3中央处理器中央处理器（CPU）单片机的核心部分是CPU，由运算器、控制器和布尔（位）

11、处理器组成。第17页/共104页1805:572.3.1运算器运算器 运算器算术逻辑单元（ALUALU）包括：累加器（ACCACC）程序状态字（PSWPSW）暂存器B B寄存器等部件运算器的组成运算器的组成第18页/共104页1905:571.累加器累加器累加器是一个8位寄存器。在指令系统中，累加器在直接寻址时的助记符为ACC。除此之外全部用助记符A表示。2.3.1 运算器 累加器累加器第19页/共104页2005:57算术/逻辑部件算术/逻辑部件ALU是用于对数据进行算术运算和逻辑操作的执行部件，由加法器和其他逻辑电路（移位电路和判断电路等）组成。在控制信号的作用下，完成算术加、减、乘、除和

12、逻辑与、或、异或等运算，以及循环移位操作、位操作等功能。2.3.1 运算器2.2.算术算术/逻辑部件逻辑部件第20页/共104页2105:57程序状态字寄存器 程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW是一个是一个8 8位寄存器，用来存放运位寄存器，用来存放运算结果的一些特征。算结果的一些特征。进进位位标标志志位位半半进进位位标标志志位位用用户户自自定定义义标标志志位位工工作作寄寄存存器器组组选选择择位位溢溢出出标标志志位位奇奇偶偶校校验验标标志志位位2.3.1 运算器3.3.程序状态字寄存器程序状态字寄存器 第21页/共104页2205:57RS1、RS0与片内工作寄存器组的对应关系与片内

13、工作寄存器组的对应关系 2.3.1 运算器片内四组工作寄存器的选择片内四组工作寄存器的选择第22页/共104页2305:574.B寄存器寄存器在 进 行 乘 法、除法运算时，B寄存器作为ALU的输入之一，与ACC配合完成运算，并存放运算结果。在无乘除运算时，它可作 为 内 部 RAM的一个单元。2.3.1 运算器寄存器寄存器第23页/共104页2405:572.3.2控制器控制器定时控制逻辑指令寄存器数据指针（DPTR）程序计数器（PC）堆栈指针（SP）地址寄存器地址缓冲器控制器的组成控制器的组成控制器控制器是是CPUCPU的大脑中枢，它包括：的大脑中枢，它包括：第24页/共104页2505:

14、571.程序计数器程序计数器程序计数器（Program Counter，PC）用来存放下一条要执行的指令的地址。当按照PC所指的地址从存储器中取出一条指令后，PC会自动加l，即指向下一条指令。2.3.2 控制器程序计数器程序计数器第25页/共104页2605:572.堆栈指针堆栈指针堆栈指针（StackPointer，SP）是指在片内RAM的l28B（52子系列为256B）空间中开辟的堆栈区的栈顶地址，并随时跟踪栈顶地址变化。堆栈是按先进后出的原则存取数据的，开机复位后，单片机栈底地址为07H。2.3.2 控制器堆栈指针堆栈指针第26页/共104页2705:573.指令寄存器和指令译码器指令寄

15、存器和指令译码器指 令 寄 存 器 和 指 令 译 码 器（InstructionRegister，IR）的功能是对将要执行的指令进行存储和译码。当指令送入指令寄存器后，对该指令进行译码，即把指令转变成所需的电平信号，CPU根据译码输出的电平信号，使定时控制电路产生执行该指令所需的各种控制信号，以便计算机能正确地执行指令所要求的操作。2.3.2 控制器指令寄存与译码指令寄存与译码第27页/共104页2805:574.数据指针数据指针由于8051系列单片机可以外接64KB的数据存储器和I/O接口电路，故在单片机内设置了l6位的数据指针寄存器（DataPointer，DPTR）。它可以对64KB的

16、外部数据存储器和I/O进行寻址，DPTR可分为高8位数据指针寄存器（DPH）和低8位数据指针寄存器（DPL），地址分别为83H和82H。2.3.2 控制器数据指针数据指针第28页/共104页2905:575.布尔（位）处理器布尔（位）处理器 在80518051单片机系统中，与字节处理器相对应，还特别设置布尔（位）处理器。CyCy：进位标志位：进位标志位位寻址寄存器位寻址寄存器位寻址的并行位寻址的并行I/OI/O口口位操作指令系统位操作指令系统2.3.2 控制器位处理器位处理器第29页/共104页3005:572.4存储器存储器80518051在物理结构上有在物理结构上有4 4个存储空间：个存储

17、空间：片内程序存储器片内程序存储器片外程序存储器片外程序存储器(ROM)(ROM)片内数据存储器片内数据存储器片外数据存储器片外数据存储器(RAM)(RAM)从用户使用的角度上，从用户使用的角度上，MSC-51MSC-51有有3 3个存储空间：个存储空间：片内外统一编址的片内外统一编址的64 KB64 KB程序存储器空间（用程序存储器空间（用1616位地址）位地址）256 B256 B片内数据存储器空间（用片内数据存储器空间（用8 8位地址）位地址）64KB64KB片外数据存储器地址空间片外数据存储器地址空间5151单片机存储器布局单片机存储器布局第30页/共104页3105:57存储器结构2

18、.4 存储器第31页/共104页3205:572.4.1程序存储器程序存储器程序存储器用于存放编好的程序或表格常数。51子系列片内有4KBROM，52子系列片内有8KBROM，二者片外地址线均为16位，最多可扩展64KBROM，片内片外统一编址。若EA端保持低电平，则所有取指令操作均在片外程序存储器中进行，0000H地址在片外。若EA端保持高电平，0000H地址在片内，所有取指令操作均在片内程序存储器中进行。程序存储器的用途程序存储器的用途第32页/共104页3305:57程序存储器程序存储器在程序存储器的开始部分，定义了一段具有特殊功能的地址段，用作程序起始和各种中断的入口。2.4.1 程序

19、存储器程序入口地址程序入口地址第33页/共104页3405:572.4.2数据存储器数据存储器数据存储器用于存放中间运算结果、数据暂存和缓冲、标志位等。MCS-51系列单片机的片内数据存储器除RAM块外，还有特殊功能寄存器（SFR）块。片内数据存储器的容量很小，常需要扩展片外数据存储器。MCS-51系列单片机有一个数据指针寄存器，可用于寻址程序存储器或数据存储器单元，它有16位，寻址范围可达64KB。数据存储器分为片外数据存储器、片内数据存储器、特殊功能存储器，以下分别加以介绍。数据存储器的用途数据存储器的用途第34页/共104页3505:572.4.2数据存储器数据存储器片内通用数据存储器有

20、：工作寄存器区位寻址区数据缓冲区片内数据存储器片内数据存储器3 3个区域个区域1.1.片内通用数据存储器片内通用数据存储器第35页/共104页3605:57片内数据存储器2.4.2 数据存储器工作寄工作寄存器区存器区位位寻寻址址区区数据缓数据缓冲器区冲器区第36页/共104页3705:57（1）工作寄存器区）工作寄存器区工作寄存器也称为通用寄存器，供用户编程时使用，用于临时存储8位数据信息。工作寄存器地址为00H1FH的32个单元，并分成4个工作寄存器组，每个组有8个工作寄存器，名称为R0R7。工作寄存器和RAM地址的对应关系如表所示。2.4.2 数据存储器工作寄存器区工作寄存器区每个工作寄存

21、器组都可被选为每个工作寄存器组都可被选为CPUCPU的当前工作寄存的当前工作寄存器，通过改变程序状态字寄存器（器，通过改变程序状态字寄存器（PSWPSW）中的）中的RS1RS1、RS0RS0两位来实现。两位来实现。第37页/共104页3805:57（2）位寻址区）位寻址区内部RAM中地址为20H2FH的16个单元，CPU不仅具有字节寻址功能，而且还具有位寻址功能。这16个单元共1282.4.2 数据存储器位寻址区位寻址区位，每一位，每一位都赋予位都赋予1 1个位地个位地址，址，位地位地址址范围是范围是00H00H7FH7FH。第38页/共104页3905:57（3）数据缓冲区）数据缓冲区30H

22、7FH是数据缓冲区，即用户RAM区，共80个单元。52子系列片内RAM有256个单元，工作寄存器区和位寻址区的单元数与地址都和51子系列的一致，而数据缓冲区有208个单元，地址范围是30HFFH。2.4.2 数据存储器数据缓冲区数据缓冲区第39页/共104页4005:57（4）堆栈与堆栈指针）堆栈与堆栈指针堆栈是一种执行“后进先出”算法的数据结构。是在内存中的一个存储区域，数据一个一个顺序地存入（也就是“压入pushpush”）这个区域之中。有一个地址指针（堆栈指针）总指向最后一个压入堆栈的数据所在的存储单元，存放这个地址指针的寄存器就叫做堆栈指示器。开始放入数据的单元叫做“栈底”。数据一个一

23、个地存入，这个过程叫做“压栈”。读取这些数据时，按照堆栈指示器中的地址读取数据，堆栈指示器中的地址数自动减 1 1。这个过程叫做“弹出poppop”。如此就实现了后进先出的原则。2.4.2 数据存储器堆栈指针堆栈指针第40页/共104页4105:572.特殊功能寄存器特殊功能寄存器概念 特殊功能寄存器（Special Function Special Function RegisterRegister，SFRSFR）也称为专用寄存器，用于控制、管理单片机内部算术逻辑部件、并行I/OI/O口、串行I/OI/O口、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作。使用 系统初始化时针对使用的功能部件编程设

24、定。2.4.2 数据存储器特殊功能寄存器特殊功能寄存器第41页/共104页4205:57表表2-6特殊功能寄存器地址对照表特殊功能寄存器地址对照表2.4.2 数据存储器特殊功能寄存器特殊功能寄存器第42页/共104页4305:57PSW与与ACC（1 1）程序状态字寄存器（PSWPSW）PSWPSW是8 8位寄存器，存放程序运行状态的标志，字节地址为D0HD0H。可以进行位寻址。（2 2）累加器（ACCACC）ACCACC是8 8位寄存器，用于算术或逻辑操作的输入和运算结果的输出。在指令系统中累加器的助记符为A A，作为直接地址时助记符为ACCACC。2.4.2 数据存储器PSWPSW与与AC

25、CACC第43页/共104页4405:57（3）数据指针寄存器（）数据指针寄存器（DPTR）16位的专用地址指针寄存器。可对外部存储器和I/O口进行寻址，也可拆成高字节DPH和低字节DPL两个独立的8位寄存器，在CPU内分别占据83H和82H两个地址。当对64KB外部数据存储器寻址时，DPTR可作为间接寻址寄存器使用：从外部数据存储器取数MOVXA,DPTR送数到外部数据存储器MOVXDPTR,A2.4.2 数据存储器DPTRDPTR第44页/共104页4505:57（4）B寄存器寄存器X*YX/Y在乘、除法运算中用B寄存器暂存数据。乘法指令的两个操作数分别取自A和B，结果再存于B和A中，即A

26、存低字节，B存高字节。除法指令中被除数取自A，除数取自B，结果商存于A中，余数存放在B中。在其他指令中，B寄存器可作为RAM中的一个单元使用。B寄存器的地址为B0H。2.4.2 数据存储器B B寄存器寄存器第45页/共104页4605:57（5）堆栈指针（）堆栈指针（SP）堆栈是个特殊的存储区，主要功能是暂时存放数据和地址，通常用来保护断点和现场。它的特点是按照先进后出的原则存取数据，这里的进与出是指进栈与出栈操作。2.4.2 数据存储器堆栈指针（堆栈指针（SPSP）与）与P0 P0 P3P3锁存器锁存器（6 6）端口）端口P0P0P3P3特殊功能寄存器特殊功能寄存器P0P0P3P3分别是分别

27、是I/OI/O端口端口P0P0P3P3的锁存器。的锁存器。第46页/共104页4705:57（7）定时器）定时器/计数器计数器TL0、TH0、TL1、TH1MSC-51单片机中有两个16位的定时器/计数器T0和T1，它们由4个8位寄存器（TH0、TL0、TH1和TL1）组成。两个16位定时器/计数器是完全独立的，可以单独对这4个寄存器寻址。2.4.2 数据存储器定时器定时器/计数器计数器第47页/共104页4805:57（8）串行数据缓冲器（）串行数据缓冲器（SBUF）功能：存放需要发送和接收的数据。组成：由两个独立的寄存器构成，一个是发送缓冲器，一个是接收缓冲器，但寄存器名称统一为SUBF。

28、使用：发送指令MOVSUBF,A；使用发送缓冲器。接收指令MOVA,SUBF；使用接收缓冲器。2.4.2 数据存储器串行数据缓冲器串行数据缓冲器第48页/共104页4905:57（9）控制寄存器）控制寄存器控制寄存器有5种。中断优先级控制寄存器（IP）中断允许控制寄存器（IE）定时器/计数器控制寄存器（TCON）串行口控制寄存器（SCON）电源控制寄存器（PCON）它们将在后续章节中详细介绍。2.4.2 数据存储器控制寄存器控制寄存器第49页/共104页5005:57可位寻址的位地址分布可位寻址的位地址分布MCS-51可直接位寻址的空间有216位。其中内部RAM的20H2FH这16个单元具有1

29、28个位地址空间，位地址为00H7FH；另一部分位地址在特殊功能寄存器中，这些特殊功能寄存器是一些能被8整除的字节单元，地址在80HFFH区间，只用了11个字节，它们都可进行位寻址，共计88位。如表2-8所示。2.4.2 数据存储器可位寻址的位地址分布可位寻址的位地址分布第50页/共104页5105:57可可位位寻寻址址的的位位地地址址分分布布2.4.2 数据存储器可位寻址的位地址分布可位寻址的位地址分布第51页/共104页5205:57位操作与字节操作位操作与字节操作尽管位地址和字节地址有重叠，读/写位寻址空间时也采用MOV指令形式，但所有的位操作指令都是以位地址为一个操作数，以进位位（Cy

30、）为另一个操作数。例如，读位地址90H，用指令：MOVC,90H或MOVC,P1.0写位地址90H，用指令：MOV90H,C或MOVP1.0,C2.4.2 数据存储器位操作与字节操作位操作与字节操作第52页/共104页5305:572.5并行输入并行输入/输出（输出（I/O）端）端口口接口的主要功能包括：接口的主要功能包括：缓冲与锁存数据、地址译码、信息格式转换、传递状态（外设状态）和发布命令等。I/O接口有：接口有：并行接口、串行接口、定时/计数器、A/D、D/A等。根据外设的不同情况和要求选择不同的接口。本节介绍MCS-51单片机的并行输入/输出接口。第53页/共104页5405:57并行

31、输入并行输入/输出接口输出接口MCS-51单片机有P0、P1、P2、P3四个8位双向并行I/O口，每个端口可以按字节输入或输出，也可以按位进行输入或输出，4个并行口共有32根端口线，用做位控制十分方便。并行I/O口具有如下特点。2.5 并行输入/输出（I/O）端口第54页/共104页5505:57并行并行I/O口特点口特点（1）4个并行I/O口都是双向的。P0口为漏极开路驱动；P1、P2、P3口均具有内部上拉电阻驱动，它们有时称为准双向口。（2）32根端口线都可用做输入或输出，还可进行位操作。（3）当并行I/O口作为输入时，该口的锁存器必须先写入“1”，这是一个重要条件。否则，该口不能读入正确

32、数据。2.5 并行输入/输出（I/O）端口第55页/共104页5605:572.5.1P1口口MCS-51单片机的Pl口只有一种功能，即通用输入/输出接口。P1口每位的内部结构如图2-5所示。图图2-5 P12-5 P1口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图第56页/共104页5705:571.输出方式输出方式当CPU执行写P1口的指令（如MOVPl,#data）时，P1口工作于输出方式，此时数据data经内部总线送入锁存器锁存。如如果果某某位位的的数数据据为为1 1，则则该该位位锁锁存存器器输输出出端端Q Q=1 1，而而使使T T截截止止，从从而而在在引引脚脚P1.xP1.x上上出出

33、现现高高电电平平，即即输输出出数数据据“1”1”。反反之之，如如果果数数据据为为0 0，则则Q Q=0 0，而而使使T T导导通通，P1.xP1.x上出现低电平，即输出数据上出现低电平，即输出数据“0”0”。2.5.1 P1口P1P1口工作原理口工作原理第57页/共104页5805:572.输入方式输入方式当CPU执行读P1口的指令（如MOVA,P1）时，P1口工作于输入方式。2.5.1 P1口P1P1口工作原理口工作原理第58页/共104页5905:572.5.2P2口口P2口有两种用途：通用I/O口或高8位地址总线。P2P2口内部结构口内部结构图图2-6 P22-6 P2口每位的内部结构示

34、意图口每位的内部结构示意图通用通用I/OI/O与地址线的选择可根据指令由控制信号完成。与地址线的选择可根据指令由控制信号完成。第59页/共104页6005:57MOVXA,Ri或MOVXRi,A此时，Ri寄存器提供的是8位地址，由P0口送出，不需要P2口，P2口引脚原有的数据在访问片外RAM期间不受影响，故P2口仍可用做通用I/O口。当片外RAM容量较大需要由P2口和P0口送出16位地址时，P2口不再用做通用I/O口。P2口用作地址线/通用I/O口2.5.2 P2口P2P2口用作地址线口用作地址线当当P2P2口作为准双向通用口作为准双向通用I/OI/O口使用时，其功能与口使用时，其功能与P1P

35、1口相同，工作方式、负载能力口相同，工作方式、负载能力也相同。也相同。P2P2口用作通用口用作通用I/OI/O口口第60页/共104页6105:572.5.3P3口口P3口是双功能口，默认为第一功能（通用I/O），通过编程可设定为第二功能。通用通用I/OI/O口状态口状态图图2-7 P32-7 P3口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图1.通用I/O口状态 P3口用做准双向通用I/O口时，其功能与P1口相同。第61页/共104页6205:572.第二功能状态2.5.3 P3口第二功能状态第二功能状态P3P3口作为第二功能操作时，其锁存器口作为第二功能操作时，其锁存器QQ端必须为高电平端必

36、须为高电平（可用输出指令向端口写（可用输出指令向端口写1 1，以使，以使Q=1Q=1。单片机复位时，。单片机复位时，锁存器输出端为高电平），否则无法输入或输出第二功能锁存器输出端为高电平），否则无法输入或输出第二功能信号。信号。P3P3口第二功能中的输入信号经三态门口第二功能中的输入信号经三态门2 2输入，可直输入，可直接进入内部总线。接进入内部总线。P3P3口第二功能定义如表口第二功能定义如表2-82-8所示。所示。第62页/共104页6305:572.5.3 P3口第二功能状态第二功能状态表表2-8 P32-8 P3口第二功能口第二功能第63页/共104页6405:57P3口使用P3口的每

37、一位都可独立地定义为第一功能I/O或第二功能使用。P3的第二功能涉及到串行口、外部中断、定时器，与特殊功能寄存器有关，它们的结构、功能等在后面章节中再作进一步介绍。2.5.3 P3口P3P3口使用口使用P3P3口的地址为口的地址为B0HB0H，对应，对应P3.0P3.7P3.0P3.7的的位地址为位地址为B0HB7HB0HB7H。第64页/共104页6505:572.5.4P0口口地址/数据分时复用总线通用I/O口P0P0口的功能口的功能图图2-8 P02-8 P0口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图P0P0口有两种功能口有两种功能P0P0口内部无上拉电阻，作为口内部无上拉电阻，作为I

38、/OI/O口时，必须外接上拉电阻。口时，必须外接上拉电阻。第65页/共104页6605:57地址/数据总线状态2.5.4 P0口P0P0口作为地址口作为地址/数据总线的工作原理（输出）数据总线的工作原理（输出）P0P0口作为输入端口的工作原理（输入）口作为输入端口的工作原理（输入）P0P0口作为通用口作为通用I/OI/O口时的工作原理口时的工作原理图图2-8 P02-8 P0口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图第66页/共104页6705:57当CPU向端口输出数据时，写脉冲加在锁存器的时钟端CL上。由于输出驱动级是漏极开路电路（因VT0截止），在作为I/O口使用时应外接10K的上拉电

39、阻。当CPU从端口读数据时，端口中两个三态门用于读操作。P0口读/写数据2.5.4 P0口图图2-8 P02-8 P0口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图第67页/共104页6805:57P0口读-修改-写当执行“读-修改-写”指令（即读端口信息，在片内加以运算修改后，再输出到该端口的某些指令如：ANLP0,A指令），即是读锁存器Q的数据。究竟是读引脚还是读锁存器，CPU内部会自行判断是发读引脚脉冲还是读锁存器脉冲，读者不必在意。2.5.4 P0口P0P0口的读口的读-修改修改-写操作写操作第68页/共104页6905:57当作输入端口使用时，应先对该口写入“1”以使场效应管VT1截止

40、，再进行读入操作，以防场效应管处于导通状态而使引脚箝位到零，引起误读。读引脚时注意2.5.4 P0口P0P0口用作输入端时应注意口用作输入端时应注意第69页/共104页7005:574个并行口使用注意事项（1）如果单片机内部有程序存贮器，不需要扩展外部存贮器和I/O接口，单片机的4个口均可作为I/O口使用；（2）4个口在作为输入口使用时，均应先对其写“1”，以避免误读；（3）P0口作为I/O口使用时应外接10K的上拉电阻，其它口则可不必；（4）P2口某几根口线作地址使用时，剩下的口线不能作为I/O口线使用；（5）P3口的某些口线作第二功能时，剩下的口线可以单独作为I/O口线使用。2.5.4 P

41、0口P0P0、P1P1、P2P2、P3P3并行端口使用注意事项并行端口使用注意事项第70页/共104页7105:572.5.5并行口的应用并行口的应用并行接口是单片机用得最多的部分，可直接连接外部设备（需要注意电平的匹配）。现以最简单的外部设备开关和发光二极管为例说明并行口的应用设计。第71页/共104页7205:57I/O端口应用设计例例2-1 设计一电路，监视某开关（K），用发光二极管（LED）显示开关状态。如果K闭合，则LED亮；如果K断开，则LED熄灭。分析分析：通过程序监视通过程序监视P1.1P1.1端口端口的状态。的状态。若：若：P1.1=1P1.1=1，P1.0=0P1.0=0

42、若：若：P1.1=0P1.1=0，P1.0=1P1.0=12.5.5 并行口的应用第72页/共104页7305:57汇编语言程序代码如下：CLRP1.0;使LED灭AGA:SETBP1.1;先对P1.1口写入“1”，;以便能正确读入P1.1口数据JB P1.1,LIG;判断P1.1口状态（0或1），;“1”为K断开，转LIGSETBP1.0;K闭合时，置位P1.0，LED亮SJMPAGA;循环执行，方便反复调整开关;状态，观察执行结果LIG:CLRP1.0;K断开时，P1.0清0，LED灭SJMPAGA;循环执行，2.5.5 并行口的应用I/O端口应用设计第73页/共104页7405:57例例

43、2-2在图2-10所示电路中，P1.4P1.7接4个LED管，P1.0P1.3接4个开关，编程序将开关的状态反映到LED上。2.5.5 并行口的应用I/OI/O端口应用设计端口应用设计第74页/共104页7505:57 ORG ORG0000H0000H MOV MOVP1,#0FFHP1,#0FFH;高四位的高四位的LEDLED全灭，低四位输入线送全灭，低四位输入线送“1”1”ABC:MOVABC:MOVA,P1A,P1;读读P1P1口引脚开关状态，并送入口引脚开关状态，并送入A A SWAP SWAP A A;低四位开关状态换到高四位低四位开关状态换到高四位 ANLANLA,#0F0HA,

44、#0F0H;保留高四位保留高四位 MOVMOVP1,AP1,A;从从P1P1口输出，驱动四位口输出，驱动四位LED LED ORL ORLP1,#0FHP1,#0FH;保持高四位不变，低四位送保持高四位不变，低四位送“1”1”，;准备再读开关准备再读开关 SJMPSJMPABCABC;循环执行，方便反复调整开关状态，循环执行，方便反复调整开关状态，;观察执行结果观察执行结果 上述程序中每次读取开关状态之前，输入位都先置上述程序中每次读取开关状态之前，输入位都先置“1”1”，保证了，保证了开关状态的正确读入。开关状态的正确读入。2.5.5 并行口的应用I/OI/O端口应用设计端口应用设计汇编语言

45、程序代码如下：汇编语言程序代码如下：第75页/共104页7605:57sfrP1=0 x90;main()P1=0 xff;/*P1低4位置“1”，高4位灯全灭*/while(1)P1=P14;/*读入P1引脚状态，左移四位，将低四位的开关状态移至高四位后从P1口输出，以驱动LED*/P1=P1|0 x0f;/*P1高4位不变，低4位置“1”，准备下再读开关状态*/2.5.5 并行口的应用C C语言程序代码如下：语言程序代码如下：I/OI/O端口应用设计端口应用设计第76页/共104页7705:572.5.5 并行口的应用I/OI/O端口应用设计端口应用设计例例2-32-3 用用P1.0P1.

46、0输出输出1kHz1kHz和和500Hz500Hz的音频信号驱动扬声器，作为报警信号，的音频信号驱动扬声器，作为报警信号，要求要求1kHz1kHz信号响信号响100ms100ms，500Hz500Hz信号响信号响200ms200ms，交替进行。，交替进行。P1.7P1.7接一开关进行控制，当开关合上（高电平）时发出报警信号，当接一开关进行控制，当开关合上（高电平）时发出报警信号，当开关断开（低电平）时报警信号停止。设单片机晶振频率为开关断开（低电平）时报警信号停止。设单片机晶振频率为12MHz12MHz。编程实现上述功能。编程实现上述功能。第77页/共104页7805:57 500Hz 500

47、Hz信号周期为信号周期为2ms2ms，信号电平为每，信号电平为每1ms1ms改变改变1 1次。次。1kHz1kHz的信号周期的信号周期为为1ms1ms，信号电平每，信号电平每500s500s改变改变1 1次。编写一个延时次。编写一个延时500s500s的子程序，的子程序，延时延时1ms1ms只需调用只需调用2 2次。用次。用R2R2控制音响时间长短，控制音响时间长短，A A作为音响频率交换作为音响频率交换控制的标志。控制的标志。A=0FFHA=0FFH时产生时产生500Hz500Hz信号，信号，A=00HA=00H时产生时产生1kHz1kHz信号。信号。2.5.5 并行口的应用I/OI/O端口

48、应用设计端口应用设计分析：分析：第78页/共104页7905:57汇编语言程序代码如下：ORG 0000HCLR A;A作为1kHz，500Hz转换控制标志BEG:JNBP1.7,;检测P1.7的开关状态，等待开关闭合MOV R2,#200;R2置音响控制时间初值DV：CPLP1.0;改变P1.0状态CJNE A,#0FFH,N1;A0FFH，延时500sACALLD500;A=0FFH，延时1msN1：ACALLD500DJNZ R2,DVCPLASJMP BEGD500:MOV R7,#250;延时500s子程序DJNZ R7,;l执行该指令用2sRETEND2.5.5 并行口的应用汇编程

49、序实现汇编程序实现第79页/共104页8005:572.6时钟电路及时序时钟电路及时序单片机工作是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍地进行的，这个脉冲是单片机控制器中的时序电路发出的。MCS-51系列单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，但要形成时钟脉冲，外部还需附加电路。MCS-51的时钟产生方法有以下两种。2.6.1 2.6.1 时钟电路时钟电路第80页/共104页8105:57内部时钟方式利 用 芯 片 内 部 的 振 荡 器，然 后 在 引 脚 XTALl和XTAL2两端跨接晶体振荡器（简称晶振），就构成了稳定的自激振荡器，发出的脉冲直接送入内部时钟电路。外接晶振时，外接晶振时

50、，ClCl和和C2C2的值的值通常选择为通常选择为30pF30pF左右；左右；ClCl、C2C2对频率有微调作用，对频率有微调作用，晶振或陶瓷谐振器的频率范晶振或陶瓷谐振器的频率范围可在围可在1.21.212MHz12MHz之间选之间选择。择。2.6.1 时钟电路1.1.内部时钟方式内部时钟方式第81页/共104页8205:57外部时钟方式此方式是利用外部振荡脉冲接入XTALl或XTAL2。HMOS和CHMOS单片机外时钟信号接入方式不同，如 表 所 示。单 片 机（HMOS型）外部时钟电路如图所示。2.6.1 时钟电路2.2.外部时钟方式外部时钟方式第82页/共104页8305:572.6.