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1、 -1-单片机原理及应用单片机原理及应用 课程讲义课程讲义第一章：单片机的硬件结构第一章：单片机的硬件结构与工作原理与工作原理 -2-本章内容本章内容v1.0 1.0 单片机的基本结构单片机的基本结构v1.1 1.1 存储器存储器v1.2 1.2 定时器定时器/计数器计数器v1.3 1.3 中断系统中断系统v1.4 1.4 输入输入/输出端口输出端口v1.5 1.5 时钟电路时钟电路与复位电路与复位电路v1.6 引脚功能引脚功能v1.7 单片机最小系统单片机最小系统 -3-1.0 MCS-51单片机的基本结构单片机的基本结构MCS-51单片机的系统结构框图MCS-51单片机的基本结构（另一画法
2、）单片机的基本结构（另一画法）MCS-51单片机基本结构示意图时钟电路SFR和RAMROMCPU定时/计数器并行端口中断系统串行端口系统总线时钟源T0T1P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1 -5-一、组成说明一、组成说明v（1）一个）一个8位微处理器位微处理器CPU。v（2）数据存储器数据存储器RAM和特殊功能寄存器和特殊功能寄存器SFR。v（3）内部程序存储器内部程序存储器ROM。v（4）两两个个定定时时/计计数数器器，用用以以对对外外部部事事件件进进行行计数，也可用作定时器。计数，也可用作定时器。v（5）四四个个8位位可可编编程程的的I/O（输输入入/输输出出）并并行行端口，每个
3、端口既可做输入，也可做输出。端口，每个端口既可做输入，也可做输出。v（6）一个串行端口，用于数据的串行通信。）一个串行端口，用于数据的串行通信。v（7）中断控制系统。）中断控制系统。v（8）内部时钟电路。）内部时钟电路。-6-二、二、MCS-51单片机硬件结构特点单片机硬件结构特点v1内内部部程程序序存存储储器器（ROM）和和内内部部数数据据存存储储器器（RAM）容量（容量（如序中表所示）。如序中表所示）。v2输入输入/输出（输出（I/O）端口端口v3外外部部程程序序存存储储器器和和外外部部数数据据存存储储器器寻寻址址空空间间v4中断与堆栈中断与堆栈v5定时定时/计数器与寄存器区计数器与寄存器
4、区v6指令系统指令系统 -7-1.1 1.1 存储器存储器v1.1.1 1.1.1 内部数据存储器内部数据存储器v1.1.2 1.1.2 特殊功能存储器特殊功能存储器v1.1.3 1.1.3 程序存储器程序存储器v1.1.4 1.1.4 外部数据存储器外部数据存储器v1.1.5 1.1.5 存储器的数据操作存储器的数据操作 -8-1.1.1 1.1.1 内部数据存储器内部数据存储器v片片内内数数据据存存储储器器结结构构如如图图1-1-1（a）所所示示；其其具具体体位位地地址址单单元元如如表表1-1-1所所示示；专专用用寄寄存存器器的的地址映像如表地址映像如表1-1-3所示。所示。v 1累加器累
5、加器v累累加加器器是是一一个个最最常常用用的的专专用用寄寄存存器器，其其自自身身带带有有全全零零标标志志Z，若若A=0则则Z=1；若若A0则则Z0。该标志常用作程序分支的判断条件。该标志常用作程序分支的判断条件。特殊功能寄存器通用RAM区位寻址区00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特殊功能寄存器中位寻址外部ROM内部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外部RAM(I/O口地址)0000HFFFFH内部数据存储器（a）外部数据存储器（b）程序存储器（c）工
6、作寄存器区图1-1-1MCS-51单片机存储器结构表1-1-1内部数据存储器中的位地址v2寄存器寄存器v（1）PSW：程程序序状状态态字字寄寄存存器器。定定义义格格式式如如右右上上边边。其其中中，CY：进进借借位位标标志志；AC：辅辅助助进进借借位位标标志志；F0：用用户户标标志志；RS1、RS0：工工作作寄寄存存器器组组选选择择（如如表表1-1-2所示）。所示）。v（2）SP：堆栈指针。堆栈指针。v（3）DPTR：数数据据地地址指针寄存器。址指针寄存器。D7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS1RS0OVXPRS1 RS0选择工作寄存器组000组（00H07H）011组（08H0FH
7、）102组（10H17H）113组（18H1FH）表1-1-2工作寄存器组选择控制表v作用：专用寄存器v表1-1-3：特殊功能寄存器地址及功能表1.1.2 1.1.2 特殊功能寄存器 -13-8051部分特殊功能寄存器的地址符号地址注释*ACCE0H累加器*BF0H乘法寄存器*PSWD0H程序状态字*SP81H堆栈指针DPL82H数据M指针低8位DPH83H数据M指针高8位带*号可以按位访问 -14-1.1.3 程序存储器程序存储器v程程序序存存储储器器的的结结构构：如如图图1-1-1（c）所所示示，包包括括片片内内和和片片外外程程序序存存储储器器两两个个部部分分。其其主主要要用用来来存存放放
8、编编好好的的用用户户程程序序和和表表格格常常数数，它它以以16位位的的程程序序计计数数器器PC作作为为地地址址指指针针，故故寻寻址址空空间间为为64KB。v 6 个个特特殊殊单单元元地地址址：8031 最最多多可可外外扩扩 64 KB程程序序存存储储器器,其其中中 6 个个单单元元地地址址具具有有特特殊殊用用途途,是是保保留留给给系系统统使使用用的的。0000H是是系系统统的的启启动动地地址址,一一般般在在该该单单元元中中存存放放一一条条绝绝对对跳跳转转指指令令。0003H、000BH、00013H、001BH和和 0023H对对应应 5 种中断源的中断服务入口地址。种中断源的中断服务入口地址
9、。-15-1.1.4 外部数据存储器外部数据存储器v外部数据存储器又称外部外部数据存储器又称外部RAM，当片内当片内RAM不能满足数量上的要求时，可通过总线端口和不能满足数量上的要求时，可通过总线端口和其他其他I/O口扩展外部数据口扩展外部数据RAM，其最大容量可其最大容量可达达64K字节，其结构如图字节，其结构如图1-1-1（b）所示。所示。v在片外数据存储器中，数据区和扩展的在片外数据存储器中，数据区和扩展的I/O口口是统一编址的，使用的指令也完全相同，因此，是统一编址的，使用的指令也完全相同，因此，用户在应用系统设计时，必须合理地进行外部用户在应用系统设计时，必须合理地进行外部RAM和和
10、I/O端口的地址分配，并保证译码的唯端口的地址分配，并保证译码的唯一性。一性。-16-1.1.5 1.1.5 存储器的数据操作存储器的数据操作v8031存储器的特点及数据操作存储器的特点及数据操作 -17-1.2 定时定时/计数器结构特点及控制计数器结构特点及控制v1.2.1 定时定时/计数器结构计数器结构v1.2.2 定时定时/计数器工作方式计数器工作方式v1.2.3 定时定时/计数器控制寄存器计数器控制寄存器v1.2.4 定时定时/计数器常数的计算计数器常数的计算 -18-1.2.1 定时定时/计数器结构计数器结构v定定时时/计计数数器器：简简称称定定时时器器，8031单单片片机机有有2个
11、个16位位的的定定时时/计计数数器器：定定时时器器0（T0）和和定定时时器器1（T1）。）。它们都有定时器或事件计数的功能，它们都有定时器或事件计数的功能，v作作用用：产产生生各各种种时时标标间间隔隔，记记录录外外部部事事件件的的数数量量等等。（可可用用于于定定时时控控制制、延延时时、对对外外部部事事件件计数和检测等场合。）计数和检测等场合。）v构构成成：T0由由2个个特特殊殊功功能能寄寄存存器器TH0和和TL0构构成成，T1则则由由TH1和和TL1构构成成。作作计计数数器器时时，通通过过引引脚脚T0（P3.4）和和T1（P3.5）对对外外部部脉脉冲冲信信号号计计数数，当当输输入入脉脉冲冲信信
12、号号从从1到到0的的负负跳跳变变时时，计计数数器器就就自自动动加加1。计计数数的的最最高高频频率率一一般般为为振振荡荡频率的频率的1/24。-19-1.2.2 定时定时/计数器工作方式计数器工作方式v工工作作模模式式：每每个个定定时时/计计数数器器还还有有4种种工工作作模模式式，也就是每个定时器可构成也就是每个定时器可构成4种电路结构模式。种电路结构模式。q在模式在模式0、1和和2，T0和和T1的工作模式相同的工作模式相同q在模式在模式3，两个定时器的模式不同。，两个定时器的模式不同。下面以下面以T1为例，分述各种工作模式的特点和用法。为例，分述各种工作模式的特点和用法。1模式模式0图1-2-
13、1定时/计数器T1（T0）工作模式0f foscosc1313位定时位定时/计数器。计数器。THxTHx 8 8位和位和TLxTLx低低5 5位组成位组成1313位加位加1 1计数器计数器计数外部脉冲个数：计数外部脉冲个数：1 18192(28192(21313)定时时间定时时间(T=1T=1 s)s)：1 1 s s 8.19ms8.19ms2模式1图1-2-2定时/计数器T1（T0）工作模式1f foscosc1616位定时位定时/计数器。计数器。THx8THx8位和位和TLx8TLx8位组成位组成1616位加位加1 1计数器计数器计数外部脉冲个数：计数外部脉冲个数：1 165536(26
14、5536(21616)定时时间定时时间(T=1T=1 s)s)：1 1 s s 65536 65536T=65.54msT=65.54ms3模式2图1-2-3定时/计数器T1（T0）工作模式2f foscosc自动恢复初值自动恢复初值8 8位定时位定时/计数器。计数器。TLxTLx为为8 8位加位加1 1计数器，计数器，THxTHx为为8 8位初值暂存器。位初值暂存器。用于需要重复定时和计数的场合。用于需要重复定时和计数的场合。最大计数值：最大计数值：256(2256(28 8)最大定时时间最大定时时间(T=1T=1 s)s)：256 256 s s4模式3图1-2-4定时/计数器T1（T0）
15、工作模式3f foscoscf foscoscT0T0分成分成2 2个个8 8位定时器：位定时器：TL0TL0定时定时/计数器和计数器和TH0TH0定时器定时器TL0TL0占用占用T0T0控制位：控制位：C/TC/T，TR0TR0，GATEGATE；TH0TH0占用占用T1T1控制位：控制位：TR1TR1。T1T1不能使用方式不能使用方式3 3工作工作 -24-1.2.3 定时定时/计数器控制寄存器计数器控制寄存器v定定时时器器共共有有2个个控控制制寄寄存存器器TMOD和和TCON，由由软软件件写写入入TMOD和和TCON 两两个个8位位寄寄存存器器，设置各个定时器的操作模式和控制功能。设置各
16、个定时器的操作模式和控制功能。1工作模式控制寄存器工作模式控制寄存器TMOD（89H）图1-2-5定时器工作模式寄存器TMOD2定时器控制寄存器定时器控制寄存器TCON（88H）图1-2-6定时器工作模式寄存器TCON -27-1.2.4 定时定时/计数器常数的计算计数器常数的计算v1计数计数/定时初值的计算定时初值的计算v2.例例：T0运运行行于于计计数数器器状状态态，工工作作于于方方式式1（16位位方方式式），要要求求外外部部引引脚脚出出现现3个个脉脉冲冲后后，TH0,TL0全全回回零零（以以便便申申请请中中断断），求求计计数数初初值值C。解：解：C=2 2n n-计数值计数值=2 2n
17、n 3=3=FFFDH FFFDH (C=(0003H)(C=(0003H)求补求补）计数功能：计数功能：C=2C=2n n-计数值计数值n n：8/13/16 C:8/13/16 C:初值初值定时功能：定时功能：C=2C=2n n-t/T-t/Tt t：定时时间、定时时间、T T：机器周期机器周期即即C=C=（计数值）求补计数值）求补 -28-1.3 中断系统中断系统v1.3.1 1.3.1 中断请求与控制中断请求与控制v1.3.2 1.3.2 中断系统的结构中断系统的结构v1.3.3 1.3.3 中断控制中断控制v1.3.4 1.3.4 中断响应过程中断响应过程1.3.1 中断请求与控制中
18、断请求与控制图1-3-1中断流程 -30-1.3.2 中断系统的结构中断系统的结构v1外部中断源外部中断源由由P3.2端口线引入，低电平或下降沿引起。端口线引入，低电平或下降沿引起。由由P3.3端口线引入，低电平或下降沿引起。端口线引入，低电平或下降沿引起。v2内部中断源（内部中断源（如图如图1-3-1所示）所示）T0：定时定时/计数器计数器0中断，由中断，由T0回零溢出引起。回零溢出引起。T1：定时定时/计数器计数器1中断，由中断，由T1回零溢出引起。回零溢出引起。TI/RI：串行串行I/O中断，完成一帧字符发送中断，完成一帧字符发送/接收引起。接收引起。图1-3-1中断系统的结构框图TF0
19、TF1 -32-1.3.3 中断控制中断控制v1中断允许寄存器中断允许寄存器IE（A8H）vIE在在特特殊殊功功能能寄寄存存器器中中，字字节节地地址址A8H，位位地地址址分分别别是是A8HAFH。IE控控制制CPU对对中中断断源源总总的的开开放放或或禁禁止止以以及及每每个个中中断断源源是是否否允允许许中中断断。其其格格式如图式如图1-3-2所示。所示。v2中断优先寄存器中断优先寄存器IP（B8H）vIP在特殊功能寄存器中，字节地址为在特殊功能寄存器中，字节地址为B8H，位地位地址分别是址分别是B8HBFH，IP用来锁存各中断源优先用来锁存各中断源优先级的控制位，其格式如图级的控制位，其格式如图
20、1-3-3所示。所示。图1-3-2中断允许寄存器IE图1-3-3中断优先寄存器IP -35-1.3.4 中断响应过程中断响应过程v单单片片机机在在每每个个机机器器周周期期的的S5P2期期间间，顺顺序序采采样样每每个个中中断断源源，CPU在在下下一一个个机机器器周周期期S6期期间间按按优优先先级级顺顺序序查查询询中中断断标标志志，如如查查询询到到某某个个中中断断标标志志为为1，将将在在再再下下一一个个机机器器周周期期S1期期间间按按优优先先级级进进行行中断处理。中断处理。v中断得到响应后自动清除中断标志，由硬件将程中断得到响应后自动清除中断标志，由硬件将程序计数器序计数器PC内容压入堆栈保护，然
21、后将对应的内容压入堆栈保护，然后将对应的中断矢量装入程序计数器中断矢量装入程序计数器PC，使程序转向中断使程序转向中断入口地址单元中去执行相应的中断服务程序。入口地址单元中去执行相应的中断服务程序。注：每个机器周期由六个时钟周期（Sx)组成，每个时钟周期由两个振荡周期（Py)组成。-36-下列任何一种情况存在中断申下列任何一种情况存在中断申请将被封锁：请将被封锁：v（1）CPU正正在在执执行行一一个个同同级级或或高高一一级级的的中中断断服务程序。服务程序。v（2）当前正在执行的那条指令还未执行完。）当前正在执行的那条指令还未执行完。v（3）当当前前正正在在执执行行的的指指令令是是RETI或或对
22、对IE，IP寄寄存存器器进进行行读读/写写指指令令，执执行行这这些些指指令令后后至至少少再执行一条指令才会响应中断。再执行一条指令才会响应中断。-37-1.3.5 定时定时/计数器及中断系统综合应计数器及中断系统综合应用用【例例1.3.1】设设MCS-51单单片片机机系系统统时时钟钟频频率率fosc为为6MHZ，请请编编出出利利用用定定时时/计计数数器器T0在在P1.0引引脚脚上上产产生生周周期期为为2秒秒，占占空空比比为为50%的方波信号的程序的方波信号的程序（1）主程序）主程序任任务务：1）T0工工作作方方式式的的设设定定：选选择择方方式式1（16位方式）位方式）（最大定时（最大定时131
23、ms）2）定定 时时 常常 数数 的的 设设 定定：TC=216-100ms/2s=15536=3CB0H -38-即：即：TH0应装应装3CH，TL0应装应装B0H。3）中断管理：中断管理：允许允许T0中断，开放总中断中断，开放总中断 即：即：IE应装应装10000010B。4）启动定时器启动定时器T0：SETBTR0 5）设置软件计数器初值：（如使用设置软件计数器初值：（如使用R7）即即R7应装应装0AH 6）动态停机：动态停机：SJMP$-39-主程序如下：主程序如下：MAIN：MOV TMOD，#01H；设设定定T0为为方方式式1MOVTH0，#3CH；装入定时常数高装入定时常数高8位
24、位MOVTL0，#0B0H；装入定时常数低装入定时常数低8位位MOVIE，#82H；开放开放T0中断中断SETBTR0；启动启动T0MOVR7，#0AH；设置软件计数器设置软件计数器SJMP$-40-（2）中断服务程序）中断服务程序任任务务：1）恢恢复复T0常常数数；2）软软件件计计数数器器减减1；3）判判断断软软件件计计数数器器是是否否为为0。为为0时时，改改变变P1.0状状态态，并并恢恢复复软软件计数器初值；不为件计数器初值；不为0时中断返回。时中断返回。程序如下：程序如下：TOINT：MOV TL0，#0B0H；恢复定时常数恢复定时常数MOVTH0，#3CH；DJNZR7，NEXTCPL
25、P1.0 MOVR7，#0AHNEXT：RETI -41-完整程序如下：完整程序如下：ORG 0000H AJMP MAINORG 000BH AJMPTOINTORG 0030H MAIN：MOVTMOD，#01HMOV TH0，#3CH MOVTL0，#0B0HMOV IE，#82H SETBTR0MOVR7，#0AH -42-SJMP$TOINT：MOVTL0，#0B0HMOVTH0，#3CHDJNZR7，NEXTCPLP1.0MOVR7，#0AHNEXT：RETIEND -43-1.4 输入输入/输出（输出（I/O）端口端口v并行端口并行端口v 串行端口串行端口 -44-1.4.1 并
26、行端口并行端口vMCS-51单单片片机机有有4个个双双向向并并行行的的8位位I/O口口P0P3，P0口口为为三三态态双双向向口口，可可驱驱动动8个个TTL电电路路，P1、P2、P3口口为为准准双双向向口口，其其负负载载能力为能力为4个个TTL电路。电路。1P0口的结构口的结构VCCP0.X锁存器读锁存器地址/数据控制D读引脚写锁存器内部总线QQMUXT2P0.XT1CL图1-4-1P0口的一位结构图P0口由一个锁存器、两个三态输入缓冲器、一个多路复用开关以及控制电路和驱动电路等组成。P0口可以作为输入输出口，在实际应用中它通常作为地址/数据复用总线。在访问外部存储器时，P0口为真正的双向口。2
27、.P1、P2和和P3口口 P1、P2 和和P3 口口为为准准双双向向口口,在在内内部部差差别别不不大大,但但使使用用功功能能有所不同。有所不同。P1口口是是用用户户专专用用 8 位位准准双双向向I/O口口,具具有有通通用用输输入入/输输出出功功能能,每每一一位位都都能能独独立立地地设设定定为为输输入入或或输输出出。当当有有输输出出方方式式变变为为输输入入方方式式时时,该该位位的的锁锁存存器器必必须须写写入入“1”,然然后后才才能能进进入入输输入入操作。操作。P2口口是是 8 位位准准双双向向I/O口口。外外接接I/O设设备备时时,可可作作为为扩扩展展系系统统的的地地址址总总线线,输输出出高高8
28、位位地地址址,与与P0 口口一一起起组组成成 16 位位地地址址总总线线。对对于于 8031 而而言言,P2 口口一一般般只只作作为为地地址址总总线线使使用用,而而不不作作为为I/O线直接与外部设备相连。线直接与外部设备相连。P1口的结构VCCP1.X锁存器读锁存器D读引脚写锁存器内部总线QQTP1.X内部上拉电阻CL图1-4-2P1口的一位结构图P2口的结构口的结构图1-4-3P2口的一位结构图VCCP2.X锁存器读锁存器地址控制D读引脚写锁存器内部总线QQMUXTP2.X内部上拉电阻CL3P3口的结构口的结构图1-4-4P3口的一位结构图VCCP3.X锁存器读锁存器第二输出功能D读引脚写锁
29、存器内部总线QQTP3.X内部上拉电阻第二输入功能CL表1-4-1P3口的第二功能表P3.2P3.3位线引脚第二功能P3.010RXD（串行输入口）P3.111TXD（串行输出口）12INT0（外部中断0）13INT1（外部中断1）P3.414T0（定时器0的计数输入）P3.515T1（定时器1的计数输入）16WR（外部数据存储器写脉冲）17RD（外部数据存储器读脉冲）P3.7P3.6说明：说明：1.各各个个端端口口引引脚脚在在作作输输入入口口之之前前，都都要要先先向向对对应应的的口寄存器中写口寄存器中写“1”，不然不能作输入口用。，不然不能作输入口用。2.P0口口内内部部没没有有上上拉拉电电
30、阻阻（其其他他都都有有），所所以以作作通通用用IO口口用用时时为为“开开漏漏”输输出出，必必须须外外加加上上拉拉电电阻阻。在在作作总总线线使使用用时时不不需需要要加加上上拉拉。其其他他的的口口可可加加可可不不加加。（上上拉拉电电阻阻的的阻阻值值确确定定，5.1K或或者者4.7K都都可可以以）。3.P3口作第二功能使用时，相应的口锁存器必须为口作第二功能使用时，相应的口锁存器必须为 “1”状态。状态。4.如果使用了外部存储器，不要再写如果使用了外部存储器，不要再写P0口。口。-52-1.4.2 串行端口串行端口 MCS-51单片机有单片机有1个串行个串行I/O口，通过引脚口，通过引脚RDX(P3
31、.0)和和TDX(P3.1)可与外设电路进行全双工可与外设电路进行全双工的串行异步通信。的串行异步通信。v1 串行口的结构串行口的结构v2 串行口的工作方式串行口的工作方式v3 波特率的计算波特率的计算v4 串行口的应用串行口的应用1 串行口的结构串行口的结构1）串行口控制寄存器）串行口控制寄存器SCONv该该寄寄存存器器的的字字节节地地址址为为98H，可可位位寻寻址址。SCON格式如图格式如图1-4-5所示。所示。SCON位地址SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI9F9E9D9C9B9A9998图1-4-5SCON格式D7D6D5D4D3D2D1D02）特殊功能寄存器）特殊功能寄存器
32、PCONv其其字字节节地地址址为为87H，没没有有位位寻寻址址功功能能。PCON的的格格式式如如图图1-4-6所所示示，其其中中与与串串行行接接口口有有关关的的只只有有D7位。位。PCONSMODD7D6D5D4D3D2D1D0图1-4-6PCON格式2 串行口的工作方式串行口的工作方式表1-4-2串行口工作方式图1-4-7方式0发送时序1）方式）方式0图1-4-8方式0接收时序2）方式）方式1图1-4-9方式1发送、接收时序写入写入SBUF采样采样（a）发送时序图发送时序图TXD数据输出数据输出TID0D1D2D3D4D5D6D7停止位停止位起始位起始位RXD输入数据输入数据（b）接收时序图
33、接收时序图D0D1D2D3D4D5D6D7停止位停止位起始位起始位RI检测检测负跳变负跳变3）方式）方式2图1-4-11方式2、3的发送、接收时序发发送送时时序序写入写入SBUFTXD输出输出TIRXD输入输入接接收收时时序序RID0D1D2D3D4D5D6TB8停止位停止位起始位起始位D7D0D1D2D3D4D5D6RB8停止位停止位起始位起始位D7检测检测负跳变负跳变 -60-4）方式）方式3v 当当SM0SM1=11时时，串串行行口口工工作作在在方方式式3。方方式式3为为波波特特率率可可变变的的9位位异异步步通通信信方方式式，除除了了波波特特率外，方式率外，方式3和方式和方式2相同。相同
34、。v 方式方式3的波特率由下式确定：的波特率由下式确定：方式方式3波特率波特率=（2SMOD/32）定时器定时器T1的溢出率的溢出率 3 波特率的计算波特率的计算表1-4-3 波特率计算公式K=2K=2SMODSMOD表1-4-4常用的波特率及计算器初值 -63-4 串行口的应用串行口初始化编程格式：SIO：MOVSCON，#控制状态字；写方式字且TI=RI=0(MOVPCON，#80H)；波特率加倍(MOVTMOD，#20H)；T1作波特率发生器(MOVTH1，#X)；选定波特率(MOVTL1，#X)(SETBTR1)(SETBEA)；开串行口中断(SETBES)v例：参见例：参见P27P2
35、7的程序的程序 -64-1.5 时钟电路与复位电路时钟电路与复位电路v1.5.1 时钟电路时钟电路v1.5.2 振荡周期、时钟周期、机器周期和指令振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期（基本时序单位）周期（基本时序单位）v1.5.3 单片机复位电路及复位状态单片机复位电路及复位状态 -65-1.5.1 单片机的时钟电路单片机的时钟电路v单片机时钟电路通常有两种形式：单片机时钟电路通常有两种形式：v1内内部部振振荡荡方方式式：MCS-51单单片片机机片片内内有有一一个个用用于于构构成成振振荡荡器器的的高高增增益益反反相相放放大大器器，引引脚脚XTAL1和和XTAL2分分别别是是此此放放大大器器的
36、的输输入入端端和和输输出出端端。把把放放大大器器与与作作为为反反馈馈元元件件的的晶晶体体振振荡荡器器或或陶陶瓷瓷谐谐振振器器连连接接，就就构构成成了了内内部部自自激激振振荡荡器器并产生振荡时钟脉冲（如图并产生振荡时钟脉冲（如图1-5-1所示）。所示）。v2外外部部振振荡荡方方式式：外外部部振振荡荡方方式式就就是是把把外外部部已已有有的的时时钟钟信信号号引引入入单单片片机机内内（如如图图1-5-2所所示示）。XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部时钟源图1-5-1内部振荡方式图1-5-2外部振荡方式P1P2S1P2振荡周期时钟周期机器
37、周期机器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2图1-5-3MCS-51单片机各种周期的相互关系1.5.2 振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期 -68-v1振振荡荡周周期期：为为单单片片机机提提供供时时钟钟信信号号的的振振荡荡源的周期。源的周期。v 2时时钟钟周周期期：是是振振荡荡源源信信号号经经二二分分频频后后形形成成的时钟脉冲信号。的时钟脉冲信号。v3机机器器周周期期：通通常常将将完完成成一一个个基基本本操操作作所所需需的时间
38、称为机器周期。的时间称为机器周期。v 4指指令令周周期期：是是指指CPU执执行行一一条条指指令令所所需需要要的的时时间间。一一个个指指令令周周期期通通常常含含有有14个个机机器器周周期。期。-69-v若若MCS-51单单片片机机外外接接晶晶振振为为12MHz时时，则则单单片机的四个周期的具体值为：片机的四个周期的具体值为：v振荡周期振荡周期1/12MHz1/12s0.0833sv时钟周期时钟周期1/6s0.167sv机器周期机器周期1sv指令周期指令周期14s -70-1.5.3 单片机复位电路及复位状态单片机复位电路及复位状态v1复位电路复位电路v单片机复位电路包括片内、片外两部分。外部单片
39、机复位电路包括片内、片外两部分。外部复位电路就是为内部复位电路提供两个机器周期复位电路就是为内部复位电路提供两个机器周期以上的高电平而设计的。以上的高电平而设计的。MCS-51单片机通常采单片机通常采用上电自动复位和按键手动复位两种方式。如图用上电自动复位和按键手动复位两种方式。如图1-5-4所示。所示。v 2单片机复位后的状态单片机复位后的状态v单片机运行出错或进入死循环时，可按复位键单片机运行出错或进入死循环时，可按复位键重新运行。重新运行。21个特殊功能寄存器复位后的状态为个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，如表确定值，如表1-5-5所示。所示。22FC1RSTR11K+5V22FC1
40、RST+5VR2200RSTR1+5VC222F803180518751803180518751803180518751（a）上电复位电路（c）按键脉冲复位电路（b）按键电平复位电路R11K22FC11KR21K图1-5-4几种复位电路特殊功能寄存器初始状态特殊功能寄存器初始状态A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSBUFBIP00000BSCON00HIE000000BPCON0B表1-5-5单片机复位后特殊功能寄存器的状态 -73-1.6 引脚功能及片外总线结构引脚功能及片外
41、总线结构v1.6.1 MCS-51单片机芯片引脚功能单片机芯片引脚功能v1.6.2 MCS-51单片机的片外总线结构单片机的片外总线结构 -74-.P P1.01.0P P1.11.1P P1.21.2P P1.31.3P P1.41.4P P1.51.5P P1.61.6P P1.71.7P P0.00.0P P0.10.1P P0.20.2P P0.30.3P P0.40.4P P0.50.5P P0.60.6P P0.70.7P P2.02.0P P2.12.1P P2.22.2P P2.32.3P P2.42.4P P2.52.5P P2.62.6P P2.72.7RST/VPDRST
42、/VPDRXDRXD P P3.03.0TXDTXD P P3.13.1INT0INT0 P P3.23.2INT1INT1 P P3.33.3T0T0 P P3.43.4T1T1 P P3.53.5WRWR P P3.63.6RDRD P P3.73.7XTAL2XTAL2XTAL1XTAL1VVCCCCVVSSSSEA/VEA/VPPPPALE/PROGALE/PROGPSENPSEN1 1202021214040MCS-51MCS-51图1-6-1MCS-51单片机的引脚配置图1.6.1引脚功能引脚功能 -75-引脚功能1、电源引脚 VCC和VSS:VCC=+5V VSS=地2、时钟引脚
43、XTAL1和XTAL2:接石英晶体3、控制信号引脚RST,ALE,PSEN和EA RST/VPD:复位/备用电源 ALE/PROG:地址锁存允许/8751片内EPROM固化程序时加入编程脉冲.PSEN:程序存储允许输出端,即允许读EPROM/ROM中的指令码.-76-EA/VPP:EA/VPP:程序存储器地址允许输入端程序存储器地址允许输入端/编程电压输入编程电压输入 EA=0(PCEA=0(PC指向片外指向片外ROM);EA=1(PCROM);EA=1(PC指向片内指向片内ROM),ROM),但当但当PCPC的值超过的值超过0 0FFFH(4KB)FFFH(4KB)时时,将自动转向片外将自动
44、转向片外.VPP:VPP:对对87518751编程固化时加入编程固化时加入2121VV的电压的电压.4 4、输入、输入/输出口输出口 P0,P1,P2P0,P1,P2和和P3P3 P0P0口是口是8 8位双向位双向I/OI/O口。在口。在CPUCPU访问片外存储器时访问片外存储器时,P0P0口口分时提供低分时提供低8 8位地址和位地址和8 8位数据的复用总线。位数据的复用总线。P1P1口是口是8 8位双向位双向I/OI/O口口 P2P2口是口是8 8位双向位双向I/OI/O口。在访问片外存储器时口。在访问片外存储器时,它输出高它输出高8 8位地址。位地址。P3P3口是口是8 8位双向位双向I/
45、OI/O口。口。P3P3口的的每一位还有第口的的每一位还有第二功能。二功能。1.6.2 MCS-51单片机的片外总线结构单片机的片外总线结构地址锁存器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0DBABP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0P3.1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.2图1-6-2MCS-51片外总线结构
46、示意图 -78-v微型计算机中的总线通常分为：微型计算机中的总线通常分为：v（1）地地址址总总线线（AB）：地地址址总总线线宽宽度度为为16位位，由由P0口口经经地地址址锁锁存存器器提提供供低低8位位地地址址（A0-A7）；P2口口直直接接提提供供高高8位位地地址址（A8A15）。地地址址信信号号是由是由CPU发出的，故地址总线是单方向的。发出的，故地址总线是单方向的。v（2）数数据据总总线线（DB）：数数据据总总线线宽宽度度为为8位位，用于传送数据和指令，由用于传送数据和指令，由P0口提供。口提供。v（3）控制总线（）控制总线（CB）：）：控制总线随时掌握各控制总线随时掌握各种部件的状态，并
47、根据需要向有关部件发出命令。种部件的状态，并根据需要向有关部件发出命令。-79-1.7 单片机最小系统单片机最小系统vMCS-51单片机最小系统 单单片片机机是是集集CPU、RAM、ROM、定定时时器器/计计数数器器和和I/O接接口口电电路路于于一一片片集集成成电电路路的的微微型型计计算算机机。对对于于简简单单的的应应用用场场合合，可可以以在在MCS-51系系列列单单片片机机中中选选择择一一个个合合适适的的产产品品构构成成一一个个具具有有最最简简单单配配置置的的系系统统，即即最最小小系系统统。MCS-51系系列列中中含含有有片片内内程程序序存存储储器器的的单单片片机机如如8051/8751仅仅
48、一一块块芯芯片片就就可可构构成成最最小小系系统统，而而无无片片内内存存储储器器的的单单片片机机如如8031必必须须外外部部扩扩展展程程序序存储器才能构成最小系统。存储器才能构成最小系统。-80-单片机最小化系统的建立单片机最小化系统的建立 -81-MCS-51系列单片机扩展三总线系列单片机扩展三总线 -82-v扩展4KBEPROM的8031系统 -83-v扩展说明 外外部部存存储储器器的的扩扩展展可可通通过过线线选选方方式式或或译译码码方方式式实实现现片片选选。图图7-8是是采采用用线线选选方方式式对对8031扩扩展展一一片片2732 EPROM的的连连线线图图。图图中中锁锁存存器器采采用用74LS373，8031的的P2.0P2.3用用作作2732的的地地址址线线，其其余余P2.4P2.7中中的的任任一一根根都都可可作作为为2732的的片片选选信信号号线线，片片选选信信号号决决定定了了2732的的4KB存存储储器器在在整整个个8031扩扩展展程程序序存存储储器器64KB空空间间中中的的位位置置。图图中中选选用用P2.7作作为为2732的的片片选选信信号号线线，则则2732 EPROM的地址范围为：的地址范围为：0000H0FFFH。-84-Thank You!交流提问