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1、第第2 2章章 80C5180C51单片机的硬件结构单片机的硬件结构80C51系列系列概述概述2.180C51内部结构内部结构及及基本功能部件基本功能部件2.280C5180C51典型典型资源配置资源配置与与引脚封装引脚封装2.380C51单片机的单片机的CPU2.480C51的的存储器存储器组织组织2.580C51的的并行口结构并行口结构与与操作操作2.680C51的工作时序的工作时序与与复位电路复位电路2.72023/1/2412.6 80C51的并行口结构与操作的并行口结构与操作P0P0口结构口结构 P0P0作通用作通用I/OI/O口口（当（当EA=1EA=1或或“MOVMOV”传送时传
2、送时C=0C=0）输输出出时时2.6.1 P02.6.1 P0、P2P2口的结构口的结构2023/1/242P0口某一位的电路包括：(1)一个数据输出锁存器，用于数据位的锁存(2)两个三态的数据输入缓冲器。(3)一个多路转接开关MUX，使:P0口可作通用I/O口，或地址/数据线口。(4)数据输出的驱动和控制电路，由两只场效应管（FET）组成，上面的场效应管构成上拉电路。2023/1/243P0口作通用的I/O口使用。这时，CPU发来的“控制”信号为低电平，上拉场效应管截止，多路转接开关MUX打向下边，与D锁存器的Q*端接通。（1）P0作输出口使用来自CPU的“写入”脉冲加在D锁存器的CP端，内
3、部总线上的数据写入D锁存器，并向端口引脚P0.x输出。注意：由于输出电路是漏极开路（因为这时上拉场效应管截止），必须外接上拉电阻才能有高电平输出。2023/1/244（2）P0作输入口使用区分“读引脚”和“读锁存器”。“读引脚”信号把下方缓冲器打开，引脚上的状态经缓冲器读入内部总线；“读锁存器”信号打开上面的缓冲器把锁存器Q端的状态读入内部总线。2023/1/245输输入入时时 读锁存器（读锁存器（“读读-修改修改-写写”类指令，如类指令，如ANL P0,AANL P0,A）读引脚（读引脚（“MOVMOV”类指令，如类指令，如MOV A,P0MOV A,P0）,要先写要先写“1 1”1 10
4、0P0P0作通用作通用I/OI/O时为：时为：准双向口准双向口！2023/1/246 P0P0作地址数据总线（作地址数据总线（当当EA=1EA=1或或“MOVXMOVX”类传送时类传送时C=1C=1）输输出出时，时，地地址址/数据数据信息信息分时出现在输分时出现在输出引脚出引脚。输输入入时，先时，先输出地址，然输出地址，然后后自动向锁存自动向锁存器写器写1 1，再读，再读引脚。此时为引脚。此时为真正双向口真正双向口。2023/1/247vP0口传送地址或数据时，口传送地址或数据时，CPU发出控制信号为高发出控制信号为高电平，打开上面的与门，使多路转接开关电平，打开上面的与门，使多路转接开关MU
5、X打打向上边，使内部地址向上边，使内部地址/数据线与下面的场效应管数据线与下面的场效应管处于反相接通状态。此时输出驱动电路由于上下处于反相接通状态。此时输出驱动电路由于上下两个两个FET处于反相，形成推拉式电路结构，大大处于反相，形成推拉式电路结构，大大提高负载能力。提高负载能力。2023/1/248P2P2口结构口结构 P2P2作通用作通用I/OI/O口口（未扩片外存储器，或虽扩（未扩片外存储器，或虽扩RAMRAM但采用但采用“MOVX MOVX RiRi”传送时传送时C=0C=0）P2P2作通用作通用I/OI/O时为：时为：准双向口准双向口！P2P2作地作地址总线高址总线高8 8位位（C=
6、1C=1）2023/1/249在实际应用中，因为P2口用于提供高位地址，有一个多路转接开关MUX。但MUX的一个输入端不再是“地址/数据”，而是单一的“地址”，因为P2口只作为地址线使用。当P2口用作为高位地址线使用时，多路转接开关应接向“地址”端。正因为只作为地址线使用，口的输出用不着是三态的，所以，P2口也是一个准双向口。P2口也可以作为通用I/O口使用，这时，多路转接开关接向锁存器Q端。2023/1/2410P1P1口结构口结构 P1P1仅能为通用的仅能为通用的准双向口准双向口！2.6.2 P12.6.2 P1、P3P3口的结构口的结构2023/1/2411字节地址90H，位地址90H9
7、7H。P1口只作通用的I/O口使用，在电路结构上与P0口有两点区别：（1）因为只传送数据，不再需要多路转接开关MUX。（2）由于P1口用来传送数据，因此输出电路中有上拉电阻，这样电路的输出不是三态的，所以P1口是准双向口。因此：（1）P1口作为输出口使用时，外电路无需再接上拉电 阻。（2）P1口作为输入口使用时，应先向其锁存器先写入“1”，使输出驱动电路的FET截止。2023/1/2412P3P3口结构口结构 第一功能：第一功能：通用通用I/OI/O口（对口寻址时）口（对口寻址时）2023/1/2413P3P3口的字节地址为口的字节地址为B0HB0H，位地址为，位地址为B0HB0HB7HB7H
8、。第二功能第二功能（不对口寻址时）（不对口寻址时）P3.0 P3.0：RXDRXD（串行口输入）（串行口输入）P3.1 P3.1：TXDTXD（串行口输出）（串行口输出）P3.2 P3.2：INT0INT0（外部中断（外部中断0 0输入）输入）P3.3 P3.3：INT1INT1（外部中断（外部中断1 1输入）输入）P3.4 P3.4：T0T0（定时器（定时器0 0的外部输入）的外部输入）P3.5 P3.5：T1T1（定时器（定时器1 1的外部输入）的外部输入）P3.6 P3.6：WRWR（片外数据存储器（片外数据存储器“写写”选通控制输出）选通控制输出）P3.7 P3.7：RDRD（片外数据
9、存储器（片外数据存储器“读读”选通控制输出）选通控制输出）2023/1/24142.7 80C512.7 80C51的工作时序与复位电路的工作时序与复位电路 时钟频率直接影响单片机的速度，电路的质量直时钟频率直接影响单片机的速度，电路的质量直接影响系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方接影响系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。式：内部时钟方式和外部时钟方式。时钟产生方式时钟产生方式2.7.1 80C512.7.1 80C51的工作时序的工作时序2023/1/2415v1、内部时钟方式、内部时钟方式 v内部有一个用于构成振荡器的高增益内部有一个用于构成振荡器的高增益
10、反相放大器，反相放大器的输入端为反相放大器，反相放大器的输入端为芯片引脚芯片引脚XTAL1，输出端为引脚，输出端为引脚XTAL2。C1和和C2典型值通常选择典型值通常选择为为30pF左右。左右。v 晶体的振荡频率在晶体的振荡频率在6MHz12MHz之间。之间。v某些高速单片机芯片的时钟频率已达某些高速单片机芯片的时钟频率已达40MHz。2023/1/24162、外部时钟方式 常用于多片MCS-51单片机同时工作。(用的很少)2023/1/2417 80C5180C51的时钟信号的时钟信号单片机执行的指令的各种时序均与时钟周期有关一、时钟周期 单片机的基本时间单位。若时钟的晶体的振荡频率为fos
11、c，则时钟周期Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。二、机器周期 CPU完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。执行一条指令分为几个机器周期。每个机器周期完成一个基本操作。MCS-51单片机每12个时钟周期为一个机器周期，一个机器周期又分为6个状态：S1S6。每个状态又分为两拍：P1和P2。因此，一个机器周期中的12个时钟周期表示为：2023/1/24181 1 1 1个机器周期个机器周期个机器周期个机器周期：12121212个时钟周期个时钟周期个时钟周期个时钟周期指令的执行时间称作指令的执行时间称作指令的执行时间称作指令的执行时间称作指令周期指令周期指令周
12、期指令周期 （单、双、四周期）（单、双、四周期）（单、双、四周期）（单、双、四周期）2023/1/2419三、指令周期v执行任何一条指令时，都可分为取指令阶段和指令执行阶段。v取指令阶段，PC中地址送到程序存储器，并从中取出需要执行指令的操作码和操作数。v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号完成指令的执行。v晶振周期，S状态，机器周期和指令周期均是单片机时序单位。机器周期常用做其他时间的基本单位。如晶振频率为12MHZ，机器周期为1us，指令周期为14个机器周期，即14us。2023/1/24202.7.2 80C512.7.2 80C51单片机的复位单片机的复位 单片机的
13、初始化操作，摆脱死锁状态，就是从复位开始的。常见的有两种：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容C的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。RST引脚加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可使MCS-51复位。上电与按键均有效的复位，在单片机运行时，利用按键完成复位操作。在实际的系统中，单片机断电以后，会在较短的时间内再次加电，R1上并接一个放电二极管。2023/1/2421复位复位可使单片机可使单片机或或系统部件处于确定的系统部件处于确定的初始状态初始状态。复位电路复位电路 上电复位电
14、路上电复位电路 按键与上电复位按键与上电复位 2.7.2 80C51单片机的复位单片机的复位2023/1/2422 单片机复位后的状态单片机复位后的状态 PC PC=00000000H H，使MCS-51单片机从0000H单元开始执行程序。vRAMRAM：随机值随机值（运行中复位不改变（运行中复位不改变RAMRAM内容内容 ）SFRSFR：P0P0P3=P3=FFFFH H，各，各I/OI/O已写入已写入1 1，可作为输入和输出，可作为输入和输出 SP=SP=0707H H，堆栈指针指向片内，堆栈指针指向片内RAMRAM的的07H07H单元。单元。IP IP、IEIE和和PCONPCON：有效
15、位为：有效位为0 0，各中断源关中断且，各中断源关中断且都处于低优先级。都处于低优先级。PSW=PSW=0000H H，当前寄存器为，当前寄存器为0 0组。组。2023/1/24232023/1/2424 1.1.时钟电路对系统是很重要的时钟电路对系统是很重要的 计算机内部都是数字电路，都按时钟节拍工计算机内部都是数字电路，都按时钟节拍工作，如果系统的时钟电路有问题，没有时钟作，如果系统的时钟电路有问题，没有时钟信号，系统是无法工作的，因此，如果你的信号，系统是无法工作的，因此，如果你的单片机应用系统不能工作，单片机应用系统不能工作，检查系统有没有检查系统有没有时钟信号时钟信号，是查找毛病的步骤之一。，是查找毛病的步骤之一。如果系统不能正常工作，怎么办如果系统不能正常工作，怎么办?2023/1/24252.2.如果系统不能工作，也应查一查复位电路,有无复位信号，如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态，PC总为0，不会执行程序。如果复位电路有问题，PC不会置初始值0，而是其他随机值，而该地址没有程序，或者是乱码，也不会正常执行程序。因此，用户主程序必须从 0 地址开始存放。后面我们将看到汇编语言程序的第1句是：ORG 0 3.3.EA是否接到5V,否则不会到片内取指令、执行程序。4.4.控制信号控制信号：PSEN,ALE,RD,WD2023/1/2426