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1、第第3 3章章 单片机的内部结构单片机的内部结构主要内容：主要内容：3.4 3.4 单片机的最小系统电路单片机的最小系统电路 3.5 3.5 并行端口并行端口P0P0P3P3的结构的结构第第2 2章章 单片机的内部结构单片机的内部结构本讲重点：本讲重点：1.1.单片机的最小系统电路单片机的最小系统电路 2.2.并行端口并行端口P0P0P3P3内部结构内部结构3.4 3.4 单片机的最小系统电路单片机的最小系统电路 单单片片机机的的工工作作就就是是执执行行用用户户程程序序、指指挥挥各各部部分分硬硬件件完完成成既既定定任任务务。如如果果一一个个单单片片机机芯芯片片没没有有烧烧录录用用户户程程序序，
2、显显然然它它就就不不能能工工作作。可可是是，一一个个烧烧录录了了用用户户程程序序的的单单片片机机芯芯片片，给给它它上上电电后后就就能能工工作作吗吗？也也不不能能。原原因因是是除除了了单单片片机机外外，单单片片机能够工作的最小系统电路还包括时钟电路和复位电路。机能够工作的最小系统电路还包括时钟电路和复位电路。时时钟钟电电路路为为单单片片机机工工作作提提供供基基本本时时钟钟，复复位位电电路路用用于于将将单片机内部各电路的状态恢复到初始值。单片机内部各电路的状态恢复到初始值。3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路 单单片片机机的的时时钟钟信信号号用用来来提提供供单单片片机机内内各各种种
3、微微操操作作的的时时间间基准，时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。基准，时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。MCS-51MCS-51单单片片机机的的时时钟钟信信号号通通常常用用两两种种方方式式得得到到：内内部部振振荡方式和外部振荡方式。荡方式和外部振荡方式。3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路一、内部振荡方式一、内部振荡方式 MCS-51MCS-51单单片片机机片片内内有有个个高高增增益益的的反反相相放放大大器器，其其输输入入端端(XTAL1)(XTAL1)和和输输出出端端(XTAL2)(XTAL2)用用于于外外接接石石英英晶晶体体振振荡荡器器或或陶陶瓷瓷谐谐振
4、振器器和和微微调调电电容容，构构成成了了稳稳定定的的自自激激振振荡荡器器，其其发发出出的的脉脉冲冲直接送入内部的时钟电路直接送入内部的时钟电路。3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路 电电容容C1C1和和C2C2对对频频率率有有微微调调作作用用，电电容容值值一一般般取取30pF30pF左左右右，振振荡荡频频率率范范围围是是1.21.212MHz12MHz。通通常常情情况况下下，使使用用振振荡荡频频率率为为6MHz6MHz或或12MHz12MHz的的晶晶振振，如如果果系系统统中中使使用用了了单单片片机机的的串串行行口口通通信，则一般采用振荡频率为信，则一般采用振荡频率为11.059
5、2MHz11.0592MHz晶振。晶振。振振荡荡脉脉冲冲信信号号经经过过内内部部时时钟钟发发生生器器进进行行二二分分频频之之后后，才才可以成为单片机的时钟信号。可以成为单片机的时钟信号。3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路二、外部振荡方式二、外部振荡方式 在在由由多多片片单单片片机机组组成成的的系系统统中中，为为了了各各单单片片机机之之间间的的时时钟钟信信号号的的同同步步，应应当当引引入入惟惟一一的的公公用用外外部部脉脉冲冲信信号号作作为为各各单单片片机机的的振振荡荡脉脉冲冲。MCS-51MCS-51在在使使用用外外部部振振荡荡脉脉冲冲信信号号时时，对对HMOSHMOS型型单单
6、片片机机(如如8051)8051)的的XTAL2XTAL2端端用用来来输输入入外外部部脉脉冲冲信信号号，XTAL1XTAL1端端接接地地。对对于于CHMOSCHMOS型型单单片片机机(如如80C51)80C51)，外外部部脉脉冲冲信信号从号从XTAL1XTAL1输入，而输入，而XTAL2XTAL2悬空。悬空。3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路三、时序定时单位三、时序定时单位 CPUCPU的的时时序序是是指指CPUCPU在在执执行行指指令令过过程程中中，CPUCPU的的控控制制器器所所发发出出的的一一系系列列特特定定的的控控制制信信号号在在时时间间上上的的相相互互关关系系。时时
7、序序是是用用定定时时单单位位来来说说明明的的。MCS-51MCS-51单单片片机机的的时时序序定定时时单单位位有有以以下下几个：时钟周期、状态周期、机器周期、指令周期。几个：时钟周期、状态周期、机器周期、指令周期。3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路 1.1.时时钟钟周周期期。时时钟钟周周期期(又又称称为为振振荡荡周周期期)是是指指振振荡荡器器产产生生1 1个振荡脉冲信号所用的时间，是振荡频率的倒数。个振荡脉冲信号所用的时间，是振荡频率的倒数。2.2.状状态态周周期期。状状态态周周期期是是指指振振荡荡脉脉冲冲信信号号经经过过内内部部时时钟钟电电路路二二分分频频之之后后产产生生的
8、的单单片片机机时时钟钟信信号号的的周周期期(用用S S表表示示)。这这样样1 1个个状状态态周周期期S S就就包包含含2 2个个时时钟钟周周期期，前前一一时时钟钟周周期期称称为为P1P1拍，后一时钟周期称为拍，后一时钟周期称为P2P2拍。拍。3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路 3.3.机机器器周周期期。机机器器周周期期是是指指CPUCPU完完成成某某一一个个规规定定操操作作所所需需的的时时间间。MCS-51MCS-51单单片片机机的的一一个个机机器器周周期期包包含含6 6个个状状态态，并并依依次次表表示示为为S1S6S1S6，每每个个状状态态分分为为2 2个个节节拍拍。因因此
9、此1 1个个机机器器周周期期包包含含1212个个时时钟钟周周期期(振振荡荡周周期期)，依依次次表表示示为为：S1P1S1P1，S1P2S1P2，S2P1S2P1，S6P1S6P1，S6P2S6P2。若若采采用用12MHz12MHz的的晶晶体体振振荡荡器器时时，则则1 1个机器周期为个机器周期为1us1us。3.4.1 3.4.1 单片机时钟电路单片机时钟电路 4.4.指指令令周周期期。指指令令周周期期是是指指CPUCPU执执行行1 1条条指指令令所所需需要要的的时时间间。MCS-51MCS-51单单片片机机指指令令周周期期根根据据指指令令的的不不同同，可可以以包包含含有有1 14 4个机器周期
10、。个机器周期。3.4.2 3.4.2 单片机复位电路单片机复位电路 复复位位是是单单片片机机的的初初始始化化操操作作，其其主主要要功功能能是是把把PCPC初初始始化化为为0000H0000H，使使单单片片机机从从0000H0000H单单元元开开始始执执行行程程序序。除除了了进进入入系系统统的的正正常常初初始始化化之之外外，当当单单片片机机系系统统在在运运行行出出错错或或操操作作错错误误使系统处于死锁状态时，也可按复位健重新启动。使系统处于死锁状态时，也可按复位健重新启动。单单片片机机复复位位的的条条件件是是：必必须须使使RSTRST复复位位信信号号引引脚脚持持续续2424个个振振荡荡周周期期(
11、2(2个个机机器器周周期期)以以上上的的高高电电平平。单单片片机机常常见见的的复复位电路如图位电路如图2.72.7所示。所示。3.4.2 3.4.2 单片机复位电路单片机复位电路 3.4.2 3.4.2 单片机复位电路单片机复位电路 3.5 并行I/O端口P0P3 MCS-51MCS-51系系列列单单片片机机共共有有四四个个8 8位位的的并并行行I/OI/O端端口口，分分别别用用P0P0、P1P1、P2P2、P3P3表表示示。每每个个I/O口口既既可可以以按按位位操操作作使使用用单单个个引引脚，也可以按字节操作使用脚，也可以按字节操作使用8个引脚。个引脚。特特殊殊功功能能寄寄存存器器P0P0P
12、3P3分分别别是是并并行行I/OI/O端端口口P0P0P3P3的的锁锁存存器器。MCS-51MCS-51系系列列单单片片机机是是把把I/OI/O当当作作一一般般的的特特殊殊功功能能寄寄存存器器使用，不专设端口操作指令，使用方便。使用，不专设端口操作指令，使用方便。3.5 并行I/O端口P0P3一、P0口的结构 3.5 并行I/O端口P0P3 当当P0P0口口作作为为输输出出口口使使用用时时，内内部部总总线线将将数数据据送送入入锁锁存存器器，内内部部的的写写脉脉冲冲加加在在锁锁存存器器时时钟钟端端CPCP上上，锁锁存存数数据据到到Q Q端端及及其其反反向向端端。经经过过多多路路开开关关MUXMU
13、X，T2T2反反相相后后正正好好是是内内部部总总线线的的数数据，送到据，送到P0P0口引脚输出。口引脚输出。当当P0P0口口作作为为输输入入口口使使用用时时，应应区区分分读读引引脚脚和和读读端端口口两两种种情情况况，所所谓谓读读引引脚脚，就就是是读读芯芯片片引引脚脚的的状状态态，这这时时使使用用下下方方的的数数据据缓缓冲冲器器，由由“读读引引脚脚”信信号号把把缓缓冲冲器器打打开开，把把端端口口引引脚上的数据从缓冲器通过内部总线读进来。脚上的数据从缓冲器通过内部总线读进来。3.5 并行I/O端口P0P3 读读端端口口是是指指通通过过上上面面的的缓缓冲冲器器读读锁锁存存器器Q Q端端的的状状态态。
14、读读端端口口是是为为了了适适应应对对I/OI/O口口进进行行“读读-修修改改-写写”操操作作语语句句的的需需要。例如下面的要。例如下面的C51C51语句：语句：P0=P0&0 xf0;P0=P0&0 xf0;/将将P0P0口的低口的低4 4位引脚清位引脚清0 0输出输出 除除了了具具有有I/OI/O功功能能以以外外，在在进进行行单单片片机机系系统统扩扩展展时时，P0P0口口还还可可作作为为单单片片机机系系统统的的地地址址/数数据据线线使使用用，所所以以一一般般称称为为地址地址/数据分时复用引脚。数据分时复用引脚。3.5 并行I/O端口P0P3 当当输输出出地地址址或或数数据据时时，由由内内部部
15、发发出出控控制制信信号号，使使“控控制制”端端为为高高电电平平，打打开开与与门门，并并使使多多路路开开关关MUXMUX处处于于内内部部地地址址/数数据据线线与与驱驱动动场场效效应应管管栅栅极极反反相相接接通通状状态态。此此时时，输输出出驱驱动动电电路路由由于于两两个个FETFET处处于于反反相相，形形成成推推拉拉式式电电路路结结构构，使使负负载载能能力力大大为为提提高高。输输入入数数据据时时，数数据据信信号号直直接接从从引引脚脚通通过过输输入入缓冲器进入内部总线。缓冲器进入内部总线。3.5 并行I/O端口P0P3二、P1口的结构 3.5 并行I/O端口P0P3 P1P1口口是是准准双双向向口口
16、，只只能能作作为为通通用用I/OI/O口口使使用用。P1P1口口作作为为输出口使用时，无需再外接上拉电阻。输出口使用时，无需再外接上拉电阻。当当P1P1口口作作为为输输入入口口使使用用时时，应应区区分分读读引引脚脚和和读读端端口口。读读引引脚脚时时，必必须须先先向向电电路路中中的的锁锁存存器器写写入入“1 1”，使使输输出出级级的的FETFET截止。截止。3.5 并行I/O端口P0P3三、P2口的结构 3.5 并行I/O端口P0P3 P2P2口口是是准准双双向向口口，在在实实际际应应用用中中，可可以以用用于于为为系系统统提提供供高高8 8位位地地址址，也也能能作作为为通通用用I/OI/O口口使
17、使用用。P2P2口口作作为为通通用用I/OI/O口口的输出口使用时，与的输出口使用时，与P1P1口一样无需再外接上拉电阻。口一样无需再外接上拉电阻。P2P2口口作作为为通通用用I/OI/O口口的的输输入入口口使使用用时时，应应区区分分读读引引脚脚和和读端口。读引脚时，必须先向锁存器写入读端口。读引脚时，必须先向锁存器写入“1 1”。3.5 并行I/O端口P0P3四、P3口的结构 3.5 并行I/O端口P0P3 P3P3口口也也是是一一个个准准双双向向口口，可可以以作作为为通通用用I/OI/O口口使使用用，还还可可以以作作为为第第二二功功能能使使用用。作作为为第第二二功功能能使使用用的的端端口口，不不能能同同时时当当作作通通用用I/OI/O口口使使用用，但但其其他他未未被被使使用用的的端端口口仍仍可可作作为为通通用用I/OI/O口使用。口使用。当当P3P3口口作作为为通通用用并并行行I/OI/O口口输输出出时时，根根据据其其内内部部结结构构,可可以不用外接上拉电阻。以不用外接上拉电阻。