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1、2020/7/11,1,第2章 80C51单片机的硬件结构,80C51系列概述,2.1,80C51内部结构及基本功能部件,2.2,80C51典型资源配置与引脚封装,2.3,80C51单片机的CPU,2.4,80C51的存储器组织,2.5,80C51的并行口结构与操作,2.6,80C51的工作时序与复位电路,2.7,2020/7/11,2,2.6 80C51的并行口结构与操作,P0口结构,输出时,2.6.1 P0、P2口的结构,2020/7/11,3,P0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:P
2、0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。,2020/7/11,4,P0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。,2020/7/11,5,（2） P0作输入口使用 区分“读引脚”和“读锁存器
3、”。 “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。,2020/7/11,6,输入时,读锁存器（“读-修改-写”类指令，如ANL P0,A）,读引脚（“MOV”类指令，如MOV A, P0）,要先写“1”,1,0,P0作通用I/O时为： 准双向口！,2020/7/11,7,输出时，地址/数据信息分时出现在输出引脚。,输入时，先输出地址，然后自动向锁存器写1，再读引脚。此时为真正双向口。,2020/7/11,8,P0口传送地址或数据时，CPU发出控制信号为高电平，打开上面的与门，使多路转接开关MUX打向上边，使
4、内部地址/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两个FET处于反相，形成推拉式电路结构，大大提高负载能力。,2020/7/11,9,P2口结构,P2作通用I/O口（未扩片外存储器，或虽扩RAM但采用“MOVX Ri”传送时C=0）,P2作通用I/O时为： 准双向口！,P2作地址总线高8位（C=1）,2020/7/11,10,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
5、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。,2020/7/11,11,P1口结构,P1仅能为通用的准双向口！,2.6.2 P1、P3口的结构,2020/7/11,12,字节地址90H，位地址90H97H。 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
6、时，应先向其锁存器先写入 “1”，使输出驱动电路的FET截止。,2020/7/11,13,P3口结构,第一功能：通用I/O口（对口寻址时）,2020/7/11,14,P3口的字节地址为B0H，位地址为B0HB7H 。 第二功能（不对口寻址时）,2020/7/11,15,2.7 80C51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。,时钟产生方式,2.7.1 80C51的工作时序,2020/7/11,16,1、内部时钟方式 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL
7、1，输出端为引脚XTAL2。 C1和C2典型值通常选择为30pF左右。 晶体的振荡频率在6MHz12MHz之间。 某些高速单片机芯片的时钟频率已达40MHz。,2020/7/11,17,2、外部时钟方式 常用于多片MCS-51单片机同时工作。(用的很少),2020/7/11,18,80C51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fosc，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
8、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：,2020/7/11,19,1个机器周期：12个时钟周期,指令的执行时间称作指令周期 （单、双、四周期）,2020/7/11,20,三、指令周期 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 。 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。 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。 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
9、。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。,2020/7/11,21,2.7.2 80C51单片机的复位,单片机的初始化操作，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
10、后，会在较短的时间内再次加电，R1上并接一个放电二极管。,2020/7/11,22,复位可使单片机或系统部件处于确定的初始状态。,复位电路,上电复位电路 按键与上电复位,2.7.2 80C51单片机的复位,2020/7/11,23,单片机复位后的状态,PC = 0000H，使MCS-51单片机从0000H单元开始执行程序。 RAM：随机值（运行中复位不改变RAM内容 ）,SFR： P0P3=FFH，各I/O已写入1，可作为输入和输出 SP=07H，堆栈指针指向片内RAM的07H单元。 IP、IE和PCON：有效位为0，各中断源关中断且都处于低优先级。 PSW=00H，当前寄存器为0组。,202
11、0/7/11,24,2020/7/11,25, 1. 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，如果你的单片机应用系统不能工作，检查系统有没有时钟信号，是查找毛病的步骤之一。,如果系统不能正常工作，怎么办?,2020/7/11,26,2.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.EA是否接到5V ,否则不会到片内取指令、执行程序。 4.控制信号 ：PSEN, ALE,RD,WD,2020/7/11,27,Thank You !,
