单片机原理及应用第2章单片机基本结构和工作原理

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1、单片机的基本结构和工作原理主要介绍MCS-51单片机的部件及内部结构、外部引脚、CPU工作时序、工作方式等，重点讲述存储器结构和组成、特殊功能寄存器、并行I/O端口结构和工作原理、辅助电路等内容单片机的基本结构和工作原理单片机的单片机的组成组成和和内部结构内部结构2.1单片机的单片机的外部引脚外部引脚及及功能功能2.2单片机的单片机的存储器结构存储器结构2.3单片机的单片机的I/O电路电路2.4单片机的单片机的辅助电路辅助电路2.5单片机的单片机的工作时序工作时序和和工作方式工作方式2.6单片机的组成和内部结结构构-单片机的组成p一个8位CPUp一个片内振荡器及时钟电路p4K字节ROM储器（8

2、031没有片内ROM）p128字节RAM数据存储器（增强型为256字节）p两个16位定时器/计数器（增强型为三个）p可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器空间的控制电路p32条可编程的I/O口（四个8位并行I/O端口）p一个可编程全双工串行口p具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构（增强型为六个中断源）nMCS-51单片机内部资源单片机的组成和内部结结构构-单片机的组成nMCS-51单片机的功能框图单片机的组成和内部结结构构-单片机的内部结构nMCS-51单片机的内部组成框图n单片机的核心部件是一个8位高性能中央处理器CPU。n它的作用是读入和分析每条指令，根据各指令的功能要求，

3、控制单片机的各功能部件，具体地执行指令的操作。nCPU由运算器、控制器和一些寄存器构成。单片机的组成和内部结构-CPU的内部结构u包括：算术/逻辑运算单元ALU、布尔处理器、累加器ACC、寄存器B、暂存器、程序状态字PSW等部件。u功能：实现数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作。单片机的组成和内部结构-CPU的内部结构（运算器）一、运算器1算术逻辑单元ALU单片机的组成和内部结构-CPU的内部结构（运算器）运算器的核心部件，实质上是全加器对数据进行加、减、乘、除等算术运算以及对数据进行与、或、异或、循环、置1、清0等逻辑运算不能由程序读写！不能由程序读写！2、累加器ACC或A是一个8

4、位寄存器，很多运算都要通过累加器提供操作数，多数运算结果也在ACC中存放。单片机的组成和内部结构-CPU的内部结构（运算器）3、B寄存器暂时存储数据总线或其他寄存器送来的操作数 不能由程序读写！不能由程序读写！4、暂存寄存器(TMP1和TMP2)5、程序状态字寄存器(PSW)一个8位的专用寄存器，主要用于存放当前运算结果的状态B寄存器是为乘法和除法而设置的，在进行乘法和除法运算时A和B组成寄存器对，记为AB。在不执行乘法和除法时，B寄存器可以作为一个普通寄存器使用。二、 控制器 控制器是单片机的指挥控制部件。功能：n接受来自程序存储器中的指令n并对指令进行译码和分析n并根据指令的性质控制单片机

5、各功能部件从而保证单片机各部分能自动而协调的工作。 单片机的组成和内部结构-CPU的内部结构（控制器）包括：时序电路、程序计数器、指针寄存器、指令译码器、数据指针、堆栈指针、操作控制部件等。1、程序计数器(PC) 16位专用寄存器，用于存放一条将要执行指令的地址，具有自动加1功能。 CPU取址时，PC内容先送至对应的寄存器，后从程序存储器中取出指令，PC内容自动加1. 执行转移、子程序调用指令和中断响应时，PC内容不再加1 单片机复位时，PC装入0000H单片机的组成和内部结构-CPU的内部结构（控制器）2、指令寄存器(IR) 一个8位寄存器，用于寄存等待执行的指令。 不能由程序读写不能由程序

6、读写3、指令译码器(ID) 对指令寄存器中的指令进行译码。 不能由程序读写！不能由程序读写！4、数据指针(DPTR) 一个16位专用寄存器，通常在访问外部数据存储器时作地址指针5、堆栈指针(SP) 一个8位专用寄存器，用于存放堆栈栈顶地址6、定时与控制电路 产生各种控制信号，协调各功能部件的工作单片机的组成和内部结构-CPU的内部结构（控制器）单单片机的外部引脚及功能片机的外部引脚及功能-引脚引脚和封装和封装DIP40封装PLCC44封装控制引脚并行I/O口引脚电源及时钟引脚（1）电源及时钟引脚: VCC、GND；XTAL1、XTAL2（2）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3（3）控制引脚：

7、 引脚逻辑图XTAL1XTAL2EA / VppPSEN ALE/PROGRST/VPD VCC VSS 80C51 P0 P1 P2 P3 P0.0P0.7 P1.0P1.7 P2.0P2.7 P3.0P3.7 单单片机的外部引脚及功能片机的外部引脚及功能-引脚分引脚分类类单单片机的外部引脚及功能片机的外部引脚及功能- I/O端口端口(1) P0口 (32-39脚)p 8位准双向I/O口p低8位地址总线及数据总线分时复用口 p可带8个LSTTL负载P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRXDP3.0TXD P3.1INT0 P3.2INT1 P3.3T0P3.

8、4T1P3.5WR P3.6RD P3.7XTAL2XTAL1GNDVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0805189C51803112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221单单片机片机的外部引脚及功能的外部引脚及功能-I/O端口端口(2) P1口 (1-8脚)p 8位准双向I/O口p对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能 p可带4个LSTTL负载P1.0P

9、1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRXDP3.0TXD P3.1INT0 P3.2INT1 P3.3T0P3.4T1P3.5WR P3.6RD P3.7XTAL2XTAL1GNDVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0805189C51803112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221单单片机片机的外部引脚及功能的外部引脚及功能-I/O端口端

10、口(3) P2口 (21-28脚)p 8位准双向I/O口p高8位地址总线 p可带4个LSTTL负载P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRXDP3.0TXD P3.1INT0 P3.2INT1 P3.3T0P3.4T1P3.5WR P3.6RD P3.7XTAL2XTAL1GNDVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0805189C5180311234567891011121314151617181920403938373635343

11、3323130292827262524232221单单片机片机的外部引脚及功能的外部引脚及功能-I/O端口端口(4) P3口 (10-17脚)p 8位准双向I/O口p每位都具有第二功能 p可带4个LSTTL负载引脚转义引脚功能说明P3.0RXD串行数据接收端P3.1TXD串行数据发送端P3.2INT0外部中断0请求P3.3INT1外部中断1请求P3.4T0计数器0外部输入P3.5T1计数器1外部输入P3.6WR外部数据存储器写P3.7RD外部数据存储器读P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRXDP3.0TXD P3.1INT0 P3.2INT1 P3.3T0P

12、3.4T1P3.5WR P3.6RD P3.7XTAL2XTAL1GNDVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0805189C51803112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221单单片机片机的外部引脚及的外部引脚及功能功能-控制引脚控制引脚(1) (9脚)： RST:复位信号输入端 上电复位电路持续出现两个机器周期以上的高电平时复位单片机80519RSTCR+5VP

13、1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRXDP3.0TXD P3.1INT0 P3.2INT1 P3.3T0P3.4T1P3.5WR P3.6RD P3.7XTAL2XTAL1GNDVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0805189C51803112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221单单片机片机的外部引脚及功能的外部引脚及功能-控制

14、引脚控制引脚(2) （30脚） ALE:地址锁存允许信号输出端 访问外部存储器时，下降沿将P0的低8位地址送入锁存器。PROG:编程脉冲输入端 对89C51编程写入时使用P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRXDP3.0TXD P3.1INT0 P3.2INT1 P3.3T0P3.4T1P3.5WR P3.6RD P3.7XTAL2XTAL1GNDVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0805189C5180311234567891

15、0111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221单单片机片机的外部引脚及功能的外部引脚及功能-控制引脚控制引脚(3) （29脚）外部程序存储器读选通信号低电平有效 从外部程序存储器读取指令时，每个机器周期产生2次该信号 P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRXDP3.0TXD P3.1INT0 P3.2INT1 P3.3T0P3.4T1P3.5WR P3.6RD P3.7XTAL2XTAL1GNDVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/P

16、ROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0805189C51803112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221单单片机片机的外部引脚及功能的外部引脚及功能-控制引脚控制引脚(4) （31脚 ）EA:内外程序存储器选择控制 EA=1，访问片内程序存储器 PC值超过片内程序存储器地址自动转向外部程序存储器 EA=0，只访问外部程序存储器 Vpp:提供编程高电压 对于89C51，接+21V或+12VP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RS

17、TRXDP3.0TXD P3.1INT0 P3.2INT1 P3.3T0P3.4T1P3.5WR P3.6RD P3.7XTAL2XTAL1GNDVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0805189C51803112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221单单片机片机的外部引脚及功能的外部引脚及功能-控制引脚控制引脚(5)电源及时钟引脚 （a）VCC +5V电源（40脚

18、）（b）GND 地 （20脚） P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRXDP3.0TXD P3.1INT0 P3.2INT1 P3.3T0P3.4T1P3.5WR P3.6RD P3.7XTAL2XTAL1GNDVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0805189C51803112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221单单片机片机的外

19、部引脚及功能的外部引脚及功能-控制引脚控制引脚（c）XTAL1 （19脚） 接外部晶体的一端 接外部时钟信号（CHMOS ）（d）XTAL2 （18脚） 接外部晶体的另一端 悬空（CHMOS ）内部时钟方式 外部时钟方式（CHMOS ） P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRXDP3.0TXD P3.1INT0 P3.2INT1 P3.3T0P3.4T1P3.5WR P3.6RD P3.7XTAL2XTAL1GNDVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P

20、2.2P2.1P2.0805189C51803112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221(1)单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚都具有第二功能。(2)单片机对外呈现3总线形式： 由P2、P0口组成16位地址总线； 由P0口分时复用为数据总线； 由控制引脚与P3口组成控制总线。引脚逻辑图XTAL1XTAL2EA / VppPSEN ALE/PROGRST/VPD VCC VSS 8051 P0 P1 P2 P3 P0.0P0.7 P1.0P1.7 P2.0P2.7 P3.0P3.7 单片机的外

21、部引脚及功能-控制引脚地址总线(AB)805189C518031P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7PSENEAALERST用户I/O控制总线(CB)锁存器P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0ALEA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0VCCVSS数据总线(DB)VCCVSS单片机的外部引脚及功能-三总线组成写入信息后不易改写的存储器。断电后，

22、其中的信息保留不变。用来存放固定的程序或数据，如系统监控程序、常数表格等。 CPU在运行时能随时进行数据的写入和读出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。用来存放暂时性的输入输出数据、运算的中间结果或用作堆栈。RAMROM单片机的存储器结构-基本概念存储器的功能：存储程序和数据RAM按功能不同双极型MOS型ROMEEPROMEPROM掩膜ROM可编程ROM(PROM)FlashROM静态RAM动态RAM可擦除ROM单片机的存储器结构-基本概念80C51存储器的特点： 采用哈佛结构，物理上把程序存储器与数据存储器独立分开。 ROM、RAM分别具有各自的功能、寻址系统和控制信号。单片机的存储器结

23、构-基本概念RAM1.按物理地址不同片内片外ROM片内片外128B64KB4KB（或8KB）60KB单片机的存储器结构-分类64KB程序存储器2.按寻址方式不同64KB片外数据存储器256B片内数据存储器(包括SFR)MOVCMOVMOVX单片机的存储器结构-分类程序存储器3.按功能不同位地址空间特殊功能寄存器片内数据存储器片外数据存储器单片机的存储器结构-分类程序存储器用于存放编好的程序、表格和常数程序存储器用于存放编好的程序、表格和常数80C51/89C51片内有4KB的ROM/EEPROM 地址：0000H0FFFH80C52/87C52片内有8KB的ROM/EPROM 地址：0000H

24、1FFFH80C31/80C32片内无ROM，必须外部扩展MCS-51单片机的程序计数器PC是16位的计数器，因此可寻址64KB的程序存储器。单片机的存储器结构-程序存储器无ROM型，要在片外扩展程序存储器掩膜ROM型，程序由芯片生产厂写入EPROM型，程序通过写入装置写入Flash ROM型，程序可以电写入（常用） 片内片内ROMROM的配置形式的配置形式单片机的存储器结构-程序存储器片外片外ROMROM的配置形式的配置形式无内部ROM ，使用外部ROM ，这是EA引脚必须接低电平单片机的存储器结构-程序存储器低端几个特殊单元低端几个特殊单元单片机的存储器结构-程序存储器指令代码及其观察指令

25、代码及其观察 EA EA引脚接高电平引脚接高电平-片内片内单片机的存储器结构-程序存储器片内程序存储器的选择片内程序存储器的选择 EA EA引脚接地引脚接地-片外片外单片机的存储器结构-程序存储器片外程序存储器的选择片外程序存储器的选择片片内、内、片片外外数据存储器概况数据存储器概况 片内片内RAMRAM及及SFR SFR 片外片外RAM RAM 数数据据存存储储器器片外片外RAM：64KB（扩展的）（扩展的）片内片内RAM：128B（固有的）（固有的）只能用只能用MOV指令访问指令访问只能用只能用MOVX指令访问指令访问单片机的存储器结构-数据存储器数据存储器用于存放数据数据存储器用于存放数

26、据工作寄存器区（含寄存器组0 3） 寄存器组寄存器组0：地址：地址00H07H 寄存器组寄存器组1：地址：地址08H0FH 寄存器组寄存器组2：地址：地址10H17H 寄存器组寄存器组3：地址：地址18H1FH当前工作寄存器组当前工作寄存器组选择选择通过设置通过设置RS1RS1和和RS0RS0 PSW寄存器中：寄存器中： 单片机的存储器结构-数据存储器单片机的存储器结构-数据存储器n工作寄存器在RAM中的映射及观察界面n片内片内RAMRAM详图详图 单片机的存储器结构-数据存储器n位寻址区位寻址区 字节字节地址地址位地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D020H07H06H05H04H03H

27、02H01H00H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H22H17H16H15H14H13H12H11H10H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H24H27H26H25H24H23H22H21H20H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H26H37H36H35H34H33H32H31H30H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H28H47H46H45H44H43H42H41H40H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH

28、59H58H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78HMOV A，20HMOV C，20H 累加器累加器 位累加器（位累加器（Cy） 单片机的存储器结构-数据存储器普通存储区（堆栈区）普通存储区（堆栈区） 30H7FH，共80字节 数据缓冲 堆栈 SP指示栈顶 复位时SP=07H 程序初始化时可以重新设置单片机的存储器结构-数据存储器后进先出的缓冲区称为堆栈区后进先出的缓冲区称为堆栈区nRAMRAM内容查看内容查看 单片机

29、的存储器结构-数据存储器80C51单片机的CPU采用特殊功能寄存器对各功能部件进行集中控制。80C51包括21个SFR，离散的分布在80H0FFH的RAM空间中。 读写SFR区没用到的单元无意义。单片机的存储器结构-特殊功能存储器特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR2024/8/2447nSFR的名称及其分布的名称及其分布单片机的存储器结构-特殊功能存储器2024/8/2448nSFR中的位地址分布中的位地址分布MOV P1.0，C MOV P1，20HMOV 90H，20HMOV 90H，C 单片机的存储器结构-特殊功能存储器nSFR分类分类与ALU相关的（3个）累加器ACC寄存器B程序

30、状态字PSW D7HD6HD5H D4HD3HD2HD1HD0H Cy AC F0 RS1 RS0 OV PPSW位地址位地址单片机的存储器结构-特殊功能存储器与指针相关的（3个）堆栈指针SP数据指针DPTR (由DPH和DPL组成)与端口相关的（7个）P0、P1、P2、P3SCON ：串行口控制计数器SBUF ：串行数据缓冲器PCON ：串行通信波特率倍增寄存器单片机的存储器结构-特殊功能存储器与中断相关的（2个）IE ：中断允许控制寄存器IP ：中断优先级控制寄存器与定时/计数器相关的（6个）TH0、TL0 、TH1、TL1：分别是定时器0、定时器1的计数初值寄存器TMOD：定时器工作模式

31、寄存器TCON ：定时器控制寄存器单片机的存储器结构-特殊功能存储器1累加器ACC 8位寄存器，表示地址（E0H），使用最频繁的寄存器（1）为ALU提供操作数、存放运算结果。（2）大部分指令要通过累加器ACC进行，通常用A表示。（3）80C51的部分指令规则将累加器旁路，提高了指令的操作速度，增强了实时性。单片机的存储器结构-特殊功能存储器2程序状态字寄存器PSW p8位寄存器，寄存当前指令执行后的状态，为下条或以后指令的执行提供状态条件。pPSW的重要特点是可以编程。 各位的定义如下：字节地址字节地址D0HCyACF0RS1RS0OV-PPSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW

32、.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0单片机的存储器结构-特殊功能存储器（1）Cy（PSW.7） 进位、借位标志位p在最高位有进位(加法时)或有借位(减法时)，则Cy=1，否则Cy=0。p在布尔(位)处理器中作位累加器使用，常用“C”表示。字节地址D0HCyACF0RS1RS0OV-PPSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0单片机的存储器结构-特殊功能存储器（2）AC（PSW.6） 辅助进位标志位 当低4位相加(或相减)时， 若D3位向D4位 有进位(或借位)，则AC=1， 否则AC=0。字节地址D0HCyAcF0RS1RS0OV-PPS

33、W.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0单片机的存储器结构-特殊功能存储器（3）F0（PSW.5） 用户标志位 可由用户通过软件定义（置位或清0）和检测字节地址D0HCyAcF0RS1RS0OV-PPSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0单片机的存储器结构-特殊功能存储器（4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3） 工作寄存器组选择位 用于选择内部4个工作寄存器组的某组字节地址D0HCyAcF0RS1RS0OV-PPSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PS

34、W.1 PSW.0单片机的存储器结构-特殊功能存储器工作寄存器组的选择工作寄存器组的选择 181FH3组1 11017H2组1 0080FH1组0 10007H0组0 0R0R7地址寄存器组RS1 RS0单片机的存储器结构-特殊功能存储器（5）OV（PSW.2） 溢出标志位 用于带符号数运算的溢出。 当两个带符号数进行运算时，OV逻辑表达式为OV=C7C6。字节地址D0HCyAcF0RS1RS0OV-PPSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0单片机的存储器结构-特殊功能存储器（6）(PSW.1) 保留位（7）P(PSW.0) 奇偶校验标志位

35、 P=1，ACC中“1”的个数为奇数 P=0，ACC中“1”的个数为偶数字节地址D0HCyAcF0RS1RS0OV-PPSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0单片机的存储器结构-特殊功能存储器3. 数据指针DPTR 16位特殊功能寄存器，可分为2个8位寄存器： 高8位字节寄存器用DPH表示； 低8位字节寄存器用DPL表示。 常用作访问外部存储器的地址寄存器。 寻址范围为64KB。 单片机的存储器结构-特殊功能存储器 4堆栈指针SP 8位特殊功能寄存器，总是指向栈顶。 堆栈操作遵循 “后进先出”的原则，并由压入指令 (PUSH)和弹出指令(P

36、OP)完成。 数据入栈时SP先加1，然后压入数据； 数据出栈时先弹出数据，SP再减1。 80C51的堆栈是向地址增大方向生成的。 主机复位后，SP的初始值为07H，为避免与工作寄存器、位寄存器重叠，通常设在30H7FH。工作寄存器一直使用0组时，SP也可默认初始值而不做改变单片机的存储器结构-特殊功能存储器堆栈操作演示 如(A)=23H, (B)=0F5H PUSH A PUSH B POP 30H POP 31H0F5H23H23H0F5H0F5H23HAB31H30HSP=07HSP=08HSP=09H单片机的存储器结构-特殊功能存储器有4个8位并行I/O端口，占32根引脚。每位都有自己的

37、锁存器(即特殊寄存器P0P3)、输出驱动器和输入缓冲器。不需外部功能扩展时，都可以作典型的并行I/O端口，P3还可以作第二功能口。进行外部功能扩展时，P2口作高8位地址线，P0口为低8位地址/数据线复用，P1作典型的I/O口。单片机I/O电路p当控制信号为0时，P0口输入数据或作I/O口p控制信号为1时，P0口输出地址/数据信息输出锁存器两个输入缓冲器输出驱动电路P0口内部结构输出控制电路P0口结构 单片机I/O电路-P0口1.P0作通用I/O口（当EA=1或“MOV”传送时C=0）截止0控制电平为“0”，锁存器的Q与T2接通与门封锁，T1截止，P0口的输出是漏极开路电路需要外接上拉电阻，一般

38、选R=4.7K或5.1K。0VCCR单片机I/O电路-P0口01（1）输）输出出时时00010VCC截止1导通R单片机I/O电路-P0口（2）输）输入入时时 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” 10P0作通用I/O时为：准双向口！单片机I/O电路-P0口截止导通读引脚时为什么要先给锁存器写“1”？D QCLK QMUXP0.x读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚00复位后进行输入操作10有效输入送入内部总线先进行输出操作，再进行输入操作010输入可能

39、无法正确送入内部总线11VCCR单片机I/O电路-P0口 为使输入信号正确送入内部总线，要在输入操作前，内部总线先输出1，使T2截至。 因为作输入端口时，要先执行输出“1”的操作，所以这种口不是真正的双向I/O口，被称为准双向口。截止D QCLK QMUXP0.x读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚0010有效001VCCR单片机I/O电路-P0口为什么需要读锁存器？D QCLK QMUXP0.x读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址/数据控制VCCT1T200指令的目地操作单元为P0口时，如ANL P0，

40、A，此时指令要读取锁存器的内容。 有效11导通0因为从引脚读出的电平有时不正确。01有效先修改VCCVCCR“读-修改-写” 单片机I/O电路-P0口2.P0作地址数据总线（当EA=0或“MOVX”类传送时C=1） 地址/数据信息分时出现在输出引脚。控制电平为“1”，与门打开，地址/数据信息与T1接通。1110地址/数据信息经反相器与T2接通。上下两个FET处于反相，构成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增强。（1）输出时单片机I/O电路-P0口D QCLK QMUXP0.x读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址地址/ /数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口引口引

41、脚脚如果地址/数据的状态为“1” 111012.P0作地址数据总线（当EA=0或“MOVX”类传送时C=1） 单片机I/O电路-P0口D QCLK QMUXP0.x读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址地址/ /数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口引口引脚脚如果地址/数据的状态为“0” 10100此时，P0口不需要外接上拉电阻！2.P0作地址数据总线（当EA=0或“MOVX”类传送时C=1） 单片机I/O电路-P0口先输出地址，此时控制电平为“1”（C=1）2.P0作地址数据总线（当EA=0或“MOVX”类传送时C=1） （2）输入时单片机I/O电路-P0口0 1

42、D QCLK QMUXP0.x读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚 输入数据前无需额外操作，此时输入数据前无需额外操作，此时P0P0口是真正的双向口。口是真正的双向口。10有效00高阻抗状态0再自动将控制电平转为“0”（C=0）并自动向锁存器写“1”然后令读引脚有效单片机I/O电路-P0口P1口结构 本身有上拉电阻写数据读引脚101010100011有效由输出锁存器、输入缓冲器和输出驱动电路组成。只有一种功能，读引脚时先向该口写“1” 标准的准双向I/O口单片机I/O电路-P1口p控制信号为0时，P2口为通用I/O口p控制信号为1时

43、，P2口为地址口P2口既可作I/O口，也可作高8位地址口。输出锁存输入缓冲输出驱动输出控制P2口结构 本身有上拉电阻单片机I/O电路-P2口 控制电平为“0” ，锁存器Q端经反相器与T接通。（1）输出D QCLK QMUXP2.n读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址地址控制控制VCCRTP2口引脚0010110101.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 单片机I/O电路-P2口（2）输入先置1 ，使T截至，且读引脚有效。因为输入前先执行输出“1”的操作，所以 P2作通用作通用I/O时为：准双向口！时为：准双向口！D Q

44、CLK QMUXP2.n读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址地址控制控制VCCRTP2口引脚0011010有效读引脚单片机I/O电路-P2口2.P2作地址总线高8位（C=1）控制电平为“1” 地址口经反相器与T接通P2输出高8位地址D QCLK QMUXP2.n读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址地址控制控制VCCRTP2口引脚1101010单片机I/O电路-P2口既可作通用I/O口，又可实现变异功能。1. P3作通用I/O口变异功能输出端W的状态为“1”1准双向口本身有上拉电阻10110100101有效0P3口结构 单片机I/O电路-P

45、3口2. P3实现第二功能输出：Q=1输入：Q=1，W=111011100011单片机I/O电路-P3口 第二功能 P3.0 ：RXD（串行口输入） P3.1 ：TXD（串行口输出） P3.2 ：INT0（外部中断0输入） P3.3 ：INT1（外部中断1输入） P3.4 ：T0（定时器0的外部输入） P3.5 ：T1（定时器1的外部输入） P3.6 ：WR（片外数据存储器“写”选通控制输出） P3.7 ：RD（片外数据存储器“读”选通控制输出） 单片机I/O电路-P3口p时钟电路p复位电路单片机辅助电路辅助电路是单片机正常工作的必要条件时钟与时序 单片机的工作过程是： 取一条指令，译码，进行

46、微操作；再取一条指令，译码，进行微操作，这样自动地、一步一步地由微操作依序完成相应指令的内容。各指令微操作的时间次序称作时序 时钟电路产生的时钟信号为各微操作提供基准时间， CPU以该时间为准，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，完成一系列微操作。单片机辅助电路-时钟电路 80C51的时钟信号通常有两种产生方式： 内部时钟方式和外部时钟方式。l内部时钟方式：在XTAL1和XTAL2之间连上晶振和电容内部时钟方式 晶体的振荡频率在1.2MHz12MHz之间，典型值为6MHz、12MHz或11.0592MHz。 C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5 30pF之间，典型值为30pF。单

47、片机辅助电路-时钟电路时钟产生方式外部时钟方式（CHMOS ） l外部时钟方式：将外部时钟信号引入单片机常用于多片单片机同时工作，为使各单片机时序同步。单片机辅助电路-时钟电路 启动时都需要复位，使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始工作。 如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）或更多，则CPU就可响应并将系统复位。单片机辅助电路-复位电路单片机辅助电路-复位电路上电复位电路单片机辅助电路-复位电路手动复位电路单片机辅助电路-复位电路WDT复位电路 单片机复位后SFR的状态单片机辅助电路-复位电路寄存器寄存器复位后内容复位后内容寄存器寄存器复位后内容

48、复位后内容PC0000HTH000HACC00HTL000HB00HTH100HPSW00HTL100HSP07HIP00000BDPTR0000HIE000000BP0P3FFHSCON00HTMOD00HSBUF不定TCON00HPCON00000Bn最小应用系统维持单片机运行的最简单配置的系统单片机辅助电路-单片机最小系统80C51单片机的时序定时单位从小到大依次为时钟周期、S状态、机器周期和指令周期。单片机的工作时序和工作方式-时序的基本概念 单片机振荡源信号的周期，即时钟周期也称振荡周期（也叫节拍P）。指为单片机提供时钟信号的振荡源的周期或外部输入时钟的周期单片机的工作时序和工作方式

49、-时序的基本概念S1S2S3S4 S5S6S1S2P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2X2若晶体振荡频率为fosc，则晶振周期T=1/fosc。 时钟周期 完成一条指令的一个基本操作步骤所需的时间称为机器周期单片机的工作时序和工作方式-时序的基本概念S1S2S3S4 S5S6S1S2P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2一个机器周期一个机器周期X2 机器周期nS状态一个S状态包括2个节拍（时钟周期）：S前半周期对应的节拍为P1，主要进行算术逻辑操作；S后半周期对应的节拍为P2，主要

50、进行内部寄存器间的传输。单片机的工作时序和工作方式-时序的基本概念 一个机器周期包含6个状态周期： S1、S2、S6 一个机器周期共12个节拍（时钟周期）： S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P1、S6P2单片机CPU执行一条指令所需的时间 一个指令周期通常含有14个机器周期 执行不同指令所需时间也不尽相同，有单机器周期、双机器周期、四机器周期三种指令周期 MCS-51系列单片机除乘法、除法指令是四周期指令外，其余都是单周期指令或双周期指令单片机的工作时序和工作方式-时序的基本概念 指令周期T晶振晶振=1/foscT状态状态=2*T晶晶振振=2*(1/fosc) T机器机器=6*T状

51、态状态=12*T晶晶振振=12*(1/fosc) n晶振周期、晶振周期、 状态周期、机器周期之间的关系状态周期、机器周期之间的关系S1S2S3S4 S5S6S1S2P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2一个状态周期一个机器周期一个机器周期X2一个晶振周期单片机的工作时序和工作方式-时序的基本概念若MCS-51单片机外接晶振为12MHz时，则单片机的4个周期的具体值为：晶振周期1/(12MHz)1/12s0.0833s状态周期2*1/(12MHz)=1/6s0.167s机器周期 12*1/(12MHz)= 1s指令周期14s单片机的工作时序

52、和工作方式-时序的基本概念单片机的工作时序和工作方式-工作时序l单字节单周期指令l单字节双周期指令l双字节单周期指令l双字节双周期指令l三字节双周期指令l单字节四周期指令取址和执行指令的时序关系ALE信号是地址锁存信号。该信号每有效一次，就能对程序存储器执行一次读指令操作。ALE信号的频率为1/6振荡频率，即在一个机器周期中，ALE信号两次有效：第一次在S1P2和S2P1期间，第二次在S4P2和S5P1期间，有效宽度为一个状态周期。12单片机的工作时序和工作方式-工作时序双周期指令 2 2个机器周期中个机器周期中ALEALE有效有效4 4次，后次，后3 3次读操作次读操作无效无效 单片机的工作

53、时序和工作方式-工作时序访问外部访问外部RAMRAM的双周期指令时序的双周期指令时序 第二机器周期无读操作码的操作，而是进行外部数据存储器的寻址和数据选通。ALE信号会出现非周期现象。 单片机的工作时序和工作方式-工作时序1 1、正常工作方式、正常工作方式 是单片机自动完成任务的工作方式，顺序执行 单片机完成复位后，进入正常工作方式，由Vcc供电2 2、掉电工作方式、掉电工作方式通过对SFR中的电源控制寄存器PCON的操作进入掉电工作方式SMOD - - - GF1GF0 PD IDL D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 (87H)PCONPCON不能进行位操作，只能按字节操作SM

54、OD：波特率加倍位GF1、GE0：通用标志位PD：掉电方式控制位。PD=1，启用掉电方式。IDL：待机方式控制为。IDL=1，启用待机模式。单片机的工作时序和工作方式-工作方式 当单片机检测到故障时，立即通过外部中断引脚中断运行程序。CPU转而执行中断服务程序，首先进行信息保护，然后执行一条置PD为1的指令，系统进入掉电工作方式。硬件复位 在准备退出掉电方式前，Vcc必须恢复到正常工作电压值，并维持一段时间，使振荡器重新启动并稳定后，退出掉电方式单片机的工作时序和工作方式-工作方式掉电方式进入 掉电方式退出 3 3、低损耗工作方式（待机工作方式）、低损耗工作方式（待机工作方式） 当CPU执行完置IDL位为1的指令后,系统进入了待机工 作方式 一种方法是任何的中断请求都可由硬件将IDL清0而终止待机工作方式 另一种方法是硬件复位,需要在RST引脚加入正脉冲单片机的工作时序和工作方式-工作方式低损耗工作方式进入 低损耗工作方式进入