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1、 本章内容本章内容Single Chip MicrocomputerMCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构MCS-51的的CPUMCS-51存储器的结构存储器的结构MCS-51的引脚的引脚并行并行I/O端口端口 第第2章章 MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构时钟电路与时序时钟电路与时序复位操作和复位电路复位操作和复位电路2.5 并行I/O端口 一、一、P0P0端口端口 字节地址字节地址80H80H，位地址，位地址80H87H80H87H。结构结构：锁存器，输出驱动电路，输入缓冲器：锁存器，输出驱动电路，输入缓冲器 工作过程工作过程：*地址地址/数据线；数据线；*通用通用I/OI
2、/O口（输入时口（输入时，应先向锁存器写入，应先向锁存器写入1 1；输入；输入分分有读引脚、读端口；输出时须外接上拉电阻）有读引脚、读端口；输出时须外接上拉电阻）；四个端口四个端口,双向双向,每个口包含一个锁存器、一个输出驱动电路和每个口包含一个锁存器、一个输出驱动电路和二个输入缓冲器。二个输入缓冲器。P0P0口的位结构电路原理图口的位结构电路原理图 二、二、P1P1端口端口 字节地址字节地址90H90H，位地址，位地址90H97H90H97H。作用：只能做通用作用：只能做通用I/OI/O口使用。口使用。与与P0P0口区别口区别：*只传送数据（输入或输出）；只传送数据（输入或输出）；*输出电路
3、有上拉电阻，在输入数据时，应先向其输出电路有上拉电阻，在输入数据时，应先向其锁存器写入锁存器写入1 1，使输出驱动电路的，使输出驱动电路的FETFET截止。截止。P1P1口的位结构电路原理图口的位结构电路原理图 三、三、P2P2端口端口 字节地址字节地址A0HA0H，位地址，位地址A0HA7HA0HA7H。作用作用：高位地址线；通用：高位地址线；通用I/OI/O口。口。与与P0P0口区别口区别：*做地址线时，口的输出无需三态，为准双向；做地址线时，口的输出无需三态，为准双向；*输出电路有上拉电阻（输出不是三态的，为准双输出电路有上拉电阻（输出不是三态的，为准双向口），在输入数据时，应先向其锁存
4、器写入向口），在输入数据时，应先向其锁存器写入1 1，使输出驱动电，使输出驱动电路的路的FETFET截止。截止。P2P2口的位结构电路原理图口的位结构电路原理图 四、四、P3P3端口端口 字节地址字节地址B0HB0H，位地址，位地址B0HB7HB0HB7H。作用作用：通用：通用I/OI/O口；第二功能口。口；第二功能口。P3P3口的位结构电路原理图口的位结构电路原理图2.6 时钟电路与时序 时钟电路时钟电路产生时钟产生时钟控制信号控制信号 控制单片机严格地按照控制单片机严格地按照时序时序执执行指令行指令。时序时序：单片机内的各种单片机内的各种操作操作都是在一系列脉冲（都是在一系列脉冲（控制信号
5、控制信号）控制）控制下进行的，而各个脉冲（下进行的，而各个脉冲（控制信号控制信号）在时间上是有先后顺序的，这）在时间上是有先后顺序的，这种顺序就称为种顺序就称为时序时序。时序信号种类：时序信号种类：两类，用于片内的时序信号，用于片外的时序两类，用于片内的时序信号，用于片外的时序信号（重点）。信号（重点）。一、时钟电路一、时钟电路 1 1、内部时钟方式、内部时钟方式 单片机内部有一用于构成振荡器的高增益反相放大器，只需在单片机内部有一用于构成振荡器的高增益反相放大器，只需在XTAL2XTAL2、XTAL1XTAL1引脚间接引脚间接石英晶体振荡器石英晶体振荡器和和微调电容微调电容，即可构成一个，即
6、可构成一个自激振荡器。自激振荡器。XTAL1 单片机 XTAL2 30pF30pF晶晶振振一个机器周期一个机器周期P1 P2P1 P2MCS-51MCS-51单片机常选振荡频率为单片机常选振荡频率为6MHz6MHz或或12MHz12MHz的晶振。的晶振。2 2、外部时钟方式、外部时钟方式 单片机也可使用外部时钟脉冲信号，多用于多片单片机同时工单片机也可使用外部时钟脉冲信号，多用于多片单片机同时工作。作。外部时钟脉冲频率一般小于外部时钟脉冲频率一般小于12MHz12MHz。3、时钟信号的输出、时钟信号的输出 使用片内振荡器时，单片机的使用片内振荡器时，单片机的XTAL引脚还可以向应用系统的其它引
7、脚还可以向应用系统的其它芯片提供时钟，但需增加驱动能力。芯片提供时钟，但需增加驱动能力。二、机器周期、指令周期与指令时序二、机器周期、指令周期与指令时序 1 1、时钟周期、时钟周期 是单片机的基本时间单位。是单片机的基本时间单位。如时钟振荡频率为如时钟振荡频率为foscfosc，则，则 时钟周期时钟周期 ToscTosc=1/fosc=1/fosc （foscfosc=6MHz=6MHz时，时，ToscTosc=166.7ns=166.7ns）2 2、机器周期、机器周期 CPUCPU完成一个完成一个基本操作基本操作所需的时间，称为所需的时间，称为机器周期机器周期。1212个个时钟周期时钟周期=
8、1=1个个机器周期机器周期TcyTcy（分分6个状态个状态S1S6，每个状态，每个状态有有2拍拍P1、P2，一个时钟周期时钟脉冲可表示为：，一个时钟周期时钟脉冲可表示为：S1P1，S6P2）（fosc=6MHz时，Tcy=2s；fosc=12MHz时，Tcy=1s ）一个机器周期一个机器周期P1 P2P1 P2单字节单周期指令例：MOV A,#09H 3 3、指令周期、指令周期 是执行一条指令所需时间。是执行一条指令所需时间。指令分为指令分为：单字节、双字节、三字节指令。：单字节、双字节、三字节指令。执行一条指令的时间执行一条指令的时间：简单的：简单的1 1个个机器周期，复杂的需机器周期，复杂
9、的需2 2个个或或多多个个机器周期。（机器周期。（单、双字节指令为单机器周期单、双字节指令为单机器周期单、双字节指令为单机器周期单、双字节指令为单机器周期；三字节都是双机器；三字节都是双机器周期；乘、除为周期；乘、除为4 4个机器周期）个机器周期）4 4、指令时序、指令时序 执行指令，分为取指阶段和执行指令阶段。执行指令，分为取指阶段和执行指令阶段。2.7 复位操作和复位电路 1、复位操作、复位操作 复位复位是单片机的初始化操作，通过在是单片机的初始化操作，通过在RST引脚加上一个大于引脚加上一个大于2个机器周期的高电平来实现。个机器周期的高电平来实现。正常上电工作后，程序运行出错、操作错误等
10、使程序死锁时，正常上电工作后，程序运行出错、操作错误等使程序死锁时，可以通过复位，重新开始执行程序。可以通过复位，重新开始执行程序。单片机上电工作，或复位后，片内各特殊功能寄存器都将处于单片机上电工作，或复位后，片内各特殊功能寄存器都将处于复位状态（如表）。复位状态（如表）。（单片机各功能部件受特殊功能寄存器控制，程序运行受（单片机各功能部件受特殊功能寄存器控制，程序运行受PC控控制；所以，复位后，系统需重新进行初始化）制；所以，复位后，系统需重新进行初始化）2、复位电路、复位电路 复位操作是由外部复位电路实现的。复位操作是由外部复位电路实现的。复位电路复位电路上电自动复位；上电自动复位；按钮复位按钮复位