1、 2022-7-2612022-7-262【基本知识点与要求【基本知识点与要求】(1)理解理解51系列单片机的内部结构、基本组成、访问存储器的系列单片机的内部结构、基本组成、访问存储器的时序、低功耗工作方式、看门狗定时器。时序、低功耗工作方式、看门狗定时器。(2)熟练掌握熟练掌握51系列单片机的引脚与功能。系列单片机的引脚与功能。(3)熟练掌握熟练掌握51系列单片机的存储器组织与系列单片机的存储器组织与I/O接口的特点、接口的特点、操作方法。操作方法。(4)熟练掌握熟练掌握51系列单片机的时钟电路、时序及其相关概念系列单片机的时钟电路、时序及其相关概念 和复位电路。和复位电路。【重点与难点【重
2、点与难点】重点是重点是51系列单片机的内部资源、外部引脚与功能、存储系列单片机的内部资源、外部引脚与功能、存储器组织、时钟电路、时序和复位电路。难点是内部数据存储器器组织、时钟电路、时序和复位电路。难点是内部数据存储器及高及高128B数据存储单元与数据存储单元与SFR区域的区别与使用方法，访问片区域的区别与使用方法，访问片外外ROM/RAM的指令时序。的指令时序。2022-7-2632.1.1 512.1.1 51系列单片机的基本组成：系列单片机的基本组成：2022-7-2642022-7-265 89C52的变化，8K Flash ROM代替4k ROM,RAM增加到256B,增加了一个16
3、bit定时/计数器（T2）。2.1.1 512.1.1 51系列单片机的基本组成：系列单片机的基本组成：2022-7-2662.1.1 512.1.1 51系列单片机的内部组成：系列单片机的内部组成：1.中央处理单元CPU（1 1）运算器）运算器 以以ALU（Arithmetic and Logical Unit）为核心，由暂存器）为核心，由暂存器1、暂存器、暂存器2、累加器、累加器ACC(Accumulator，简称，简称A)、B寄存器、寄存器、布尔处理器和程序状态寄存器布尔处理器和程序状态寄存器PSW（Program Status Word）组成。组成。主要完成主要完成:算术运算算术运算（
4、加、减、乘、除、增量、减量、十（加、减、乘、除、增量、减量、十进制数调整）、进制数调整）、逻辑运算逻辑运算（与、或、异或）、位运算（位置（与、或、异或）、位运算（位置“1”、置、置“0”和取反）和和取反）和数据传送数据传送等操作，等操作，运算结果的状态运算结果的状态由由PSW保存保存。2022-7-267（2 2）控制器）控制器 由程序计数器由程序计数器PC(Program Counter)、PC加加1寄存器、指令寄存器、指令寄存器寄存器IR（Instruction Register）、指令译码器）、指令译码器ID（Instruction Decoded）、数据指针）、数据指针DPTR(Dat
5、a Pointor)、堆栈指针、堆栈指针SP(Stack Pointor)、缓冲器和定时控制电路等组成。、缓冲器和定时控制电路等组成。主要完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。主要完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。2.2.片内存储器片内存储器 51系列单片机系列单片机存储器空间有存储器空间有程序程序存储器和数据存储器两个存储器和数据存储器两个独立的空间独立的空间，这种形式为哈佛结构（分别独立编址）。，这种形式为哈佛结构（分别独立编址）。AT89S51有有128B的片内数据存储器的片内数据存储器RAM、可外扩展、可外扩展64KB；有有4KB可在系统编程的可在系统编程的Flash
6、ROM，可外扩展到，可外扩展到64KB。2022-7-2683.I/O接口与部件接口与部件 51系列单片机系列单片机有有4个个8位并行位并行I/O接口接口。每一个接口都有数。每一个接口都有数据输出锁存器、输入缓冲器和输出驱动器。据输出锁存器、输入缓冲器和输出驱动器。锁存器作为特殊的锁存器作为特殊的寄存器属于端口，具有端口地址寄存器属于端口，具有端口地址。CPU通过内部总线对通过内部总线对I/O接接口中的寄存器进行读写，由于每一个接口只有一个端口，对单口中的寄存器进行读写，由于每一个接口只有一个端口，对单片机而言就不再区分两者，我们片机而言就不再区分两者，我们把把4个接口和其中的锁存器都个接口和
7、其中的锁存器都统一标记为统一标记为P0P3，简称为，简称为P0口、口、P1口、口、P2口和口和P3口口。51系系列单片机还有列单片机还有1个可编程全双工异步串行个可编程全双工异步串行I/O接口接口UART。这里所讲的这里所讲的并行就是所有各位数据同时并排传输并行就是所有各位数据同时并排传输的方式；的方式；串行就是所有各位数据按一定顺序，一位接着一位传输串行就是所有各位数据按一定顺序，一位接着一位传输的方式。的方式。另外，还有定时器另外，还有定时器/计数器、中断系统。计数器、中断系统。2022-7-2692.1.2 单片机引脚及功能单片机引脚及功能 RST/VPDP3.1P3.2P3.3P3.4
8、P3.5P3.6P3.7P3.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P1.0P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P2.7P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P0.0RXD TXD INT0 INT1 T0 WR RDT1 XTAL2XTAL1VssVcc51系列系列40393837363534333231302928272625242322211234567891011121314151617181920P0口口:I/O 口口 或或 数据总线数据总线/低低8 8位位地址总线地址总线复用口复用口P1口口:I/O口口P3P3口口:I/OI
9、/O口或第口或第2 2功能口功能口P2口口:I/O口口 或或高高8 8位地址总线位地址总线控制总线控制总线控制总线控制总线EA/VPPALE/PROG/PSEN时钟时钟复位引脚复位引脚2022-7-2610 51系列单片机的引脚可分系列单片机的引脚可分3类：电源引脚、控制引脚、输类：电源引脚、控制引脚、输入入/输出（输出（I/O）引脚。以）引脚。以DIP-40封装说明引脚功能。封装说明引脚功能。1.电源引脚（电源引脚（2 2根）根）（1 1）Vcc（Volt Current Condenser，第，第4040引脚）：电源端，引脚）：电源端，接接+5V+5V电源。电源。（2 2）GND（Grou
10、nd，第，第2020引脚）：接地引脚，有时标记为引脚）：接地引脚，有时标记为Vss。2.控制引脚（控制引脚（6根）根）（1）RST/VPD（Reset，第，第9引脚）：复位信号输入引脚引脚）：复位信号输入引脚/备用备用电源输入引脚。电源输入引脚。2022-7-2611 （2）XTAL1（第（第19引脚）：引脚）：晶体振荡器接入的一个引脚。晶体振荡器接入的一个引脚。若采用外部输入时钟信号，对若采用外部输入时钟信号，对CHMOS型型51系列单片机，此引系列单片机，此引脚作为外部时钟的输入端；对脚作为外部时钟的输入端；对HMOS型型51系列单片机，此引脚系列单片机，此引脚接地。接地。（3）XTAL2
11、（第（第18引脚）：引脚）：晶体振荡器接入的另一个引脚晶体振荡器接入的另一个引脚。若采用外部输入时钟信号，对。若采用外部输入时钟信号，对CHMOS型型51系列单片机，此引系列单片机，此引脚悬空；对脚悬空；对HMOS型型51系列单片机，此引脚作为外部时钟的输系列单片机，此引脚作为外部时钟的输入端。入端。2022-7-2612单单片片机机XTAL1XTAL21918C1C2电容电容C1、C2通通常选常选 2030PF左左右右振荡频率振荡频率1.2MHz12MHz晶晶振振内部时钟方式电路设计原理图内部时钟方式电路设计原理图C1、C2取值对振荡频率输取值对振荡频率输出稳定性、大小及振荡电路出稳定性、大
12、小及振荡电路的起振速度有一定的影响。的起振速度有一定的影响。2022-7-2613EA/VPP(31)PSEN(29)名称名称功功 能能片外片外取指取指信号信号（片外片外程序存储器读程序存储器读）输出输出低低电平有效。通过电平有效。通过P0口读回指令或常数口读回指令或常数。控制的是片外控制的是片外程序程序存储器存储器程序存储器程序存储器选择信号选择信号 EA=0 时，选外部时，选外部ROM；1，地址小于，地址小于4k时，选内部时，选内部ROM地址大于地址大于4k时，选外部时，选外部ROMP0口是数据口是数据/地址地址复用口复用口P0P0口输出口输出数据数据信息信息P0口输出口输出地址地址信息信
13、息锁存地址锁存地址 ALE /PROG 302022-7-2614 2.输入输入/输出引脚（输出引脚（32根）根）（1）P0口（P0.0P0.7，第3932引脚）作双向I/O口使用或者作为地址总线低8位/数据总线使用。（2）P1口（P1.0P1.7，第18引脚）：P1口的第一功能是作为准双向I/O口使用，其功能完全由用户程序进行定义。这里称准双向口是由于接口内部有拉高电路。P1P1口的第二功能口的第二功能 引 脚第二功能符号 第二功能描述P1.0 (1)T2T2的外部计数脉冲输入P1.1 (2)T2EXT2的外部触发脉冲输入 P1.5(6)MOSI在系统编程串行数据输入P1.6 (7)MISO
14、在系统编程串行数据输出 P1.7 (8)SCK 在系统编程串行时钟输入2022-7-2615 （3）P2口（P2.0P2.7，第2128引脚）：P2口作为一般的准双向I/O口使用或者高8位地址总线输出引脚。在对AT89S51片内的Flash进行并行编程和校验时，P2口接收高8位地址信号和一些控制信号。（4）P3口（P3.0P3.7，第1017引脚）：P3口一般作为准双向I/O口使用或者第二功能引脚。在对AT89S51片内的Flash进行并行编程和校验时，P3口接收控制信号。2022-7-2616 引 脚第二功能符号 第二功能描述P3.0 (10)RxD 串行通信数据接收引脚P3.1 (11)T
15、xD 串行通信数据发送引脚P3.2 (12)外部中断0请求信号输入引 脚，低电平有效P3.3 (13)外部中断1请求信号输入引 脚，抵电平有效P3.4 (14)T0 定时/计数器0外部计数脉 冲输入引脚P3.5 (15)T1 定时/计数器1外部计数脉 冲输入引脚P3.6 (16)外部数据存储器写选通信号，低电平有效P3.7 (17)外部数据存储器读选通信号，低电平有效P3口的第二功能口的第二功能 WRRDINT0INT12022-7-2617 51系列单片机的存储器从物理位置看，系列单片机的存储器从物理位置看，有有4个存储器空间个存储器空间，即即片内数据存储器片内数据存储器（简称片内（简称片内
16、RAM）、）、片内程序存储器片内程序存储器（片内（片内ROM）、）、片外数据存储器片外数据存储器（片外（片外RAM）和）和片外程序存储器片外程序存储器（片（片外外ROM），如图所示），如图所示。51系列单片机存储器的物理位置系列单片机存储器的物理位置 2022-7-2618 从使用的角度来看，从使用的角度来看，51系列单片机的存储器空间又可分为系列单片机的存储器空间又可分为3个部分，如图所示。个部分，如图所示。程序存储器程序存储器 数据存储器数据存储器 外部数据存储器外部数据存储器 2022-7-2619 （1）片内外统一编址的片内外统一编址的64KB程序存储器空间程序存储器空间，地，地址范围
17、址范围0000H0FFFFH。（2）64KB的片外数据存储器空间的片外数据存储器空间，地址范围，地址范围0000H0FFFFH。（3）51单片机单片机片内数据存储器片内数据存储器RAM 128B，地址，地址范围为范围为00H7FH；增强型；增强型AT89S52的片内数据存的片内数据存储器储器RAM 256B，地址范围为，地址范围为00H0FFH。2022-7-2620 (a)ROM空间地址分布空间地址分布 (b)ROM低地址中断入口单元低地址中断入口单元 2022-7-2621 当当 =1时：时：程程序序计计数数器器PC在在0000H0FFFH范范围围内内（即即前前4KB单单元）元），则则执执
18、行行片片内内Flash ROM中中的的程程序；序；PC的的值值超超过过0FFFH时，时，则则会会自自动动转转去去执执行行片片外外ROM中中1000H0FFFFH范范围围的的程程序。序。当当 =0时：时：只只能能寻寻址址片片外外程程序序存存储储器，器，地地址址从从0000H开开始，始，到到0FFFFH。51系列单片机的系列单片机的程序存储器程序存储器ROM主要用来存放程序、常数主要用来存放程序、常数或表格等或表格等，最大寻址空间，最大寻址空间64KB。AT89S51片内有片内有4KB的的Flash ROM，80C51内部有内部有4KB的掩膜的掩膜ROM，87C51内部内部有有4KB的的EPROM
19、(OTP)，而，而80C31内部没有程序存储器。内部没有程序存储器。当当 =1时：程序计数器时：程序计数器PC在在0000H0FFFH范围内范围内（即前（即前4KB单元），则执行片内单元），则执行片内Flash ROM中的程序；中的程序；PC的值的值 超过超过0FFFH时，则会自动转去执行片外时，则会自动转去执行片外ROM中中1000H 0FFFFH范围的程序。范围的程序。当当 =0时：只能寻址片外程序存储器，地址从时：只能寻址片外程序存储器，地址从0000H开开 始，到始，到0FFFFH。EAEA2022-7-2622 51系列单片机的系列单片机的数据存储器数据存储器RAM主要用来存放数据和
20、运算主要用来存放数据和运算的中间结果等的中间结果等。51系列单片机的系列单片机的数据存储器分片内数据存储器分片内RAM和片外和片外RAM两部分两部分。(a)片内片内RAM和和SFR空间分布空间分布 (b)片外片外RAM空间单元空间单元 2022-7-2623字字节节地地址址位地址位地址1工作寄存器区：工作寄存器区：4组寄存器组寄存器（寄存器阵列）。即（寄存器阵列）。即4个工作个工作寄存器寄存器0区区3区，每组区，每组8个寄个寄存单元（每单元存单元（每单元8位），以位），以R0R7作寄存器名，暂存运作寄存器名，暂存运算数据和中间结果。字节地址算数据和中间结果。字节地址为为00H1FH。2位寻址区
21、位寻址区：字节地址为字节地址为20H2FH，既可作，既可作RAM，也可位操作。共有也可位操作。共有16个个RAM单元，共单元，共128位，位地址为位，位地址为00H7FH。3用户用户RAM区：区：80个单元，个单元，地址为地址为30H7FH，在一般应，在一般应用中常作堆栈区。用中常作堆栈区。2022-7-26242022-7-2625 这些寄存器的功能已经作了特殊规定，通常用来这些寄存器的功能已经作了特殊规定，通常用来存储当前要执行的指令的存储地址、操作数和指令执存储当前要执行的指令的存储地址、操作数和指令执行后的状态等信息。因此也称为行后的状态等信息。因此也称为特殊功能寄存器特殊功能寄存器，
22、简简称为称为SFR寄存器寄存器。访问。访问SFR只能使用只能使用直接地址方式直接地址方式。51单片机片内数据存储器的高单片机片内数据存储器的高128字节单元供专用字节单元供专用寄存器使用，它们分布在单元地址为寄存器使用，它们分布在单元地址为80H0FFH的空的空间中。间中。51系列单片机可以扩展系列单片机可以扩展64KB的的RAM和和I/O端口，端口，外外部部RAM和和I/O端口是统一编址的，端口是统一编址的，CPU对他们具有相同对他们具有相同的操作。的操作。2022-7-2626 80C51 有有21个个SFR，AT89S51单片机在此基础单片机在此基础上增加了上增加了1组数据指针（组数据指
23、针（DP1，16位）、位）、2个辅助寄存个辅助寄存器（器（AUXR、AUXR1）和一个看门狗定时器复位寄存）和一个看门狗定时器复位寄存器（器（WDTRST），总计有），总计有26个特殊功能寄存器。其中个特殊功能寄存器。其中的的11个具有位寻址功能，它们的字节地址能够被个具有位寻址功能，它们的字节地址能够被8整除，整除，即字节地址的十六进制数最低位是即字节地址的十六进制数最低位是0或或8。2022-7-26272022-7-2628 (1)累加器累加器 ACC（Accumulator 8位）位）用于存放操作数或运算中间结果的用于存放操作数或运算中间结果的8位专用寄存器，如算术位专用寄存器，如算术
24、运算、逻辑运算、数据传送、移位操作等。其物理地址为运算、逻辑运算、数据传送、移位操作等。其物理地址为0E0H，也可使用，也可使用ACC代表物理地址。对代表物理地址。对ACC可进行位寻址，可进行位寻址，通常用通常用ACC.n（n=07）表示。）表示。(2)寄存器寄存器B（8位）位）与累加器与累加器A配合执行乘、除运算，也可用作通用寄存器。配合执行乘、除运算，也可用作通用寄存器。(3)程序状态字程序状态字PSW（8位）位）PSW是可位寻址的是可位寻址的8位寄存器，主要用于存储当前指令执行位寄存器，主要用于存储当前指令执行后的程序状态，这些状态可作为执行下一条指令的条件。后的程序状态，这些状态可作为
25、执行下一条指令的条件。各位定各位定义如下：义如下：2022-7-2629PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0CYACF0RS1RS0OVF1P CY (Carry PSW.7)-进位（借位）标志位。进位（借位）标志位。功能一：算术运算的进位（借位）标志位，在无符号数的加功能一：算术运算的进位（借位）标志位，在无符号数的加（减）中，若运算结果的最高位有进位（借位）时，（减）中，若运算结果的最高位有进位（借位）时，CY由硬件由硬件置置“1”，否则清，否则清“0”，或者说进位（借位）位在，或者说进位（借位）位在CY中保存；中保存；功能二：在位操作中，功能二
26、：在位操作中，CY作为布尔处理器的位累加器作为布尔处理器的位累加器C来使来使用用。2022-7-2630 AC(Auxiliary PSW.6)-辅助进位标志位。辅助进位标志位。在进行加（减）运算中，若累加器在进行加（减）运算中，若累加器A中的中的ACC.3向向ACC.4有进位（借位）时，有进位（借位）时，AC由硬件置由硬件置“1”，否则清，否则清“0”。该位常用。该位常用于调整于调整BCD码运算结果码运算结果。F0(Flag Zero PSW.5)-用户标志位。用户标志位。用户可以根据程序执行的需要，通过软件置用户可以根据程序执行的需要，通过软件置“1”或清或清“0”。RS1和和RS0(PS
27、W.4和和PSW.3)工作寄存器组选择位。工作寄存器组选择位。RS1和和RS0由软件置由软件置“1”或者清或者清“0”，它们和工作寄存器，它们和工作寄存器的关系如下表所示，被选中的工作寄存器组即为当前工作寄存器的关系如下表所示，被选中的工作寄存器组即为当前工作寄存器组组。2022-7-2631 RS1 RS0工作寄存器组工作寄存器组RS1 RS0工作寄存器组工作寄存器组0 001 0 20 111 1 3工作寄存器组选择表工作寄存器组选择表 OV(Overflow PSW.2)-溢出标志位溢出标志位 在带符号数的算术运算中，若运算结果超出了相应机器字在带符号数的算术运算中，若运算结果超出了相应
28、机器字长表示的范围（对长表示的范围（对8位二进制数而言，即超出位二进制数而言，即超出-128+127），），产生溢出，产生溢出，OV由硬件置由硬件置“1”，表示运算结果是错误的；否则，表示运算结果是错误的；否则，OV由硬件清由硬件清“0”，表示运算结果正确。，表示运算结果正确。2022-7-2632 F1（PSW.1）-系统保留位、未用。系统保留位、未用。P(Parity PSW.0)-奇偶标志位。奇偶标志位。用于指示累加器用于指示累加器A中的中的“1”的个数的奇偶性。若的个数的奇偶性。若A中有中有奇数个奇数个“1”则则P由硬件置由硬件置“1”；若；若A中有偶数个中有偶数个“1”或者或者A=0
29、0H时，时，P由硬件清由硬件清“0”。（4）堆栈指针）堆栈指针SP(Stack Pointer)。SP是是8位专用寄存位专用寄存器，作为堆栈指针它始终指向堆栈的顶部。器，作为堆栈指针它始终指向堆栈的顶部。所谓堆栈是一个连续的数据存储区域，其存取原则为所谓堆栈是一个连续的数据存储区域，其存取原则为“后进后进先出先出”，或，或“先进后出先进后出”。堆栈的操作有两种：进栈和出栈。堆栈的操作有两种：进栈和出栈。2022-7-2633 51系列单片机的堆栈是向上生成型（向地址增大的方向生系列单片机的堆栈是向上生成型（向地址增大的方向生成），进栈操作过程是成），进栈操作过程是SP先加先加1，然后数据压入；
30、出栈过程是，然后数据压入；出栈过程是SP指向的数据从中弹出，然后指向的数据从中弹出，然后SP减减1。（5）数据指针）数据指针DPTR(Data Pointer)DPTR是是16位专用寄存器，用来存放读外部程序存储器或位专用寄存器，用来存放读外部程序存储器或读读/写外数据存储器的写外数据存储器的16位地址。既可以按位地址。既可以按16位寄存器使用，也位寄存器使用，也可以按两个可以按两个8位寄存器位寄存器DPH和和DPL来使用。其中来使用。其中DPH是是DPTR的的高高8位，位，DPL是是DPTR的低的低8位。对于位。对于AT89S51来说，来说，DPTR就就是是DP0。2022-7-2634（6
31、）其余的和中断、定时器其余的和中断、定时器(IE、IP、T0、T1、TMOD、TCON)及串行口有关的特殊功能寄存器及串行口有关的特殊功能寄存器(SBUF、SCON、PCON)将在将在后续的相关章节中介绍。此外，还有后续的相关章节中介绍。此外，还有4个端口寄存器。个端口寄存器。*专用寄存器只能使用直接寻址方式，书写时既可使用寄专用寄存器只能使用直接寻址方式，书写时既可使用寄存器符号，也可使用寄存器单元地址。存器符号，也可使用寄存器单元地址。2022-7-2635 51系列单片机有系列单片机有4个个8位并行位并行I/O端口端口P0P3。每个端口都。每个端口都有有8根根I/O口线，每根线都能独立的
32、作为输入或输出。口线，每根线都能独立的作为输入或输出。在组成结在组成结构上每构上每1个端口都有个端口都有1个锁存器、输入缓冲器和个锁存器、输入缓冲器和1个输出驱动器。个输出驱动器。具有字节寻址和位寻址功能具有字节寻址和位寻址功能 1.P0端口端口 由由1个输出锁存器（个输出锁存器（D触发器）、触发器）、2个输入缓冲个输入缓冲器、一个转换开关器、一个转换开关MUX、1个输出驱动电路（个输出驱动电路（T1、T2）、）、1个与门和个与门和1个反相个反相器组成。器组成。P0口的其中口的其中1位的电路结构位的电路结构 2022-7-2636（1）用作通用）用作通用I/O口口 无外扩展存储器时，无外扩展存
33、储器时，P0口可作通用口可作通用I/O口。此时，口。此时，CPU发出发出控制电平控制电平“0”封锁与门，封锁与门，T1截止，同时使转换开关接通截止，同时使转换开关接通b点。点。输出驱动级工作在漏级开路方式，需要外接上拉电阻。输出驱动级工作在漏级开路方式，需要外接上拉电阻。用作输出口。用作输出口。内部数据内部数据总线的数据在总线的数据在“写锁存器写锁存器”信号作用下，通过信号作用下，通过D锁存器锁存器端输出，送到端输出，送到T2，再经过，再经过T2反相，则在反相，则在P0.X上出现上出现的数据正好与数据总线信的数据正好与数据总线信号一致。需要外接号一致。需要外接10K上上拉电阻。拉电阻。P0口的
34、其中口的其中1位的电路结构位的电路结构 2022-7-2637 用作输入口。用作输入口。输入的数据可以来自端口的锁存器，也可输入的数据可以来自端口的锁存器，也可以来自端口引脚，究竟是哪一种情况，由执行的输入操作来决以来自端口引脚，究竟是哪一种情况，由执行的输入操作来决定。定。P0口的其中口的其中1位的电路结构位的电路结构 输入操作读引脚输入操作读引脚，P0.X上出现的数据经图下上出现的数据经图下面一个缓冲器读到内部数面一个缓冲器读到内部数据总线上。据总线上。输入操作读锁存器输入操作读锁存器，锁存器的数据经图中上面锁存器的数据经图中上面一个缓冲器读到内部数据一个缓冲器读到内部数据总线上，然后经过
35、运算，总线上，然后经过运算，再回送结果到再回送结果到P0端口的锁端口的锁存器，并出现在引脚上。存器，并出现在引脚上。2022-7-2638（2）用作地址）用作地址/数据线数据线 当系统外扩展存储器时，当系统外扩展存储器时，P0口就作为地址口就作为地址/数据总线用。数据总线用。CPU及内部控制信号为及内部控制信号为“1”，使转换开关接通，使转换开关接通a点，反相器的输点，反相器的输出和出和T2管栅极相连。在这种情况下，若地址管栅极相连。在这种情况下，若地址/数据线为数据线为“1”，则，则T1导通、导通、T2截止，截止，P0.X输出为输出为“1”；反之，；反之，T1截止、截止、T2导通，导通，P0
36、.X输出为输出为“0”。当数据从。当数据从P0口输入时，成为读引脚状态。口输入时，成为读引脚状态。P0口作为地址口作为地址/数数据总线使用时是一个据总线使用时是一个真正的双向口，而作真正的双向口，而作为通用为通用I/O口使用时属口使用时属于准双向口。于准双向口。2022-7-2639 P1口作为通用口作为通用I/O使使用。用。作为输出时，无需再作为输出时，无需再接上拉电阻，每个引脚可接上拉电阻，每个引脚可驱动驱动4个个LSTTL门电路。门电路。做输入口时，必须先向锁做输入口时，必须先向锁存器写存器写“1”，使，使T2截止。截止。P1口作为通用口作为通用I/O口，属口，属于准双向口于准双向口2.
37、P1端口端口 P1口的其中口的其中1位的电路结构如图所示。它由位的电路结构如图所示。它由1个输出锁存器个输出锁存器（D触发器）、触发器）、2个输入缓冲器、个输入缓冲器、1个输出驱动电路（个输出驱动电路（T2、上拉电、上拉电阻）组成。阻）组成。P1口的其中口的其中1位的电路结构位的电路结构 2022-7-2640 P2口的其中口的其中1位的电路结构如图所示。由位的电路结构如图所示。由1个输出锁存器（个输出锁存器（D触发器）、触发器）、2个输入缓冲器、个输入缓冲器、1个转换开关、个转换开关、1个反相器和个反相器和1个输个输出驱动电路（出驱动电路（T、上拉电阻）组成、上拉电阻）组成。3.P2端口端口
38、（1）作通用）作通用I/O口口 当系统只扩展当系统只扩展256B的的片外数据存储器时，仅使片外数据存储器时，仅使用地址的低用地址的低8位，位，P2口可口可作为通用作为通用I/O口使用。控制口使用。控制信号为信号为0，转换开关下方，转换开关下方接通，接通，P2口作为通用口作为通用I/O口，属于准双向口。口，属于准双向口。P2口的其中口的其中1位的电路结构位的电路结构 2022-7-2641（2）P2口用作地址总线口用作地址总线 当系统需要在片外扩展程序存储器或者数据存储器超过当系统需要在片外扩展程序存储器或者数据存储器超过256B时，单片机内部硬件自动使控制信号为时，单片机内部硬件自动使控制信号
39、为“1”，转换开关接向地址，转换开关接向地址线，线，P2.X的输出正好和地址线上的信息一致。的输出正好和地址线上的信息一致。P2口用作地址总口用作地址总线高线高8位。位。4.P3端口端口 P3口的其中口的其中1位的位的电路结构如图所示。它电路结构如图所示。它由由1个输出锁存器（个输出锁存器（D触触发器）、发器）、3个输入缓冲器、个输入缓冲器、1个与非门和个与非门和1个输出驱个输出驱动电路（动电路（T、上拉电阻）、上拉电阻）组成。组成。P3口的其中口的其中1位的电路结构位的电路结构 2022-7-2642（1）P3口用作第一功能（通用口用作第一功能（通用I/O口）口）P3口作通用口作通用I/O口
40、时，其第二功能输出为口时，其第二功能输出为1，口中的每一位都，口中的每一位都可以定义为输入或输出，工作原理与可以定义为输入或输出，工作原理与P1口类似。此时口类似。此时P3口为准口为准双向口。双向口。P3口的其中口的其中1位的电路结构位的电路结构（2）P3口第二功能口第二功能 CPU不对不对P3口进行口进行字节或者位寻址时，内部字节或者位寻址时，内部硬件自动使硬件自动使P3口的锁存口的锁存器置器置1，打开第二功能输，打开第二功能输出的门，使出的门，使P3.X的输出正的输出正好和第二功能输出的信息好和第二功能输出的信息一致。一致。P3口的第二功能口的第二功能见表，第二功能应用非常见表，第二功能应
41、用非常重要。重要。2022-7-26435.端口的负载能力与应用方法端口的负载能力与应用方法（1）端口的带负载能力）端口的带负载能力 在端口电平兼容的情况下，带负载能力就是前级在保持在端口电平兼容的情况下，带负载能力就是前级在保持“1”或或“0”信号不变时，能够驱动后级的同类门的个数。低功耗型信号不变时，能够驱动后级的同类门的个数。低功耗型单片机端口的电平与单片机端口的电平与CMOS和和TTL电平兼容。电平兼容。P0口的每一位能够驱动口的每一位能够驱动8个个LSTTL门电路。作为通用门电路。作为通用I/O口口时，输出驱动电路是开漏的，在驱动集电极开路（时，输出驱动电路是开漏的，在驱动集电极开路
42、（OC门）电路门）电路或者漏级开路电路时需要外接上拉电阻。作为地址或者漏级开路电路时需要外接上拉电阻。作为地址/数据线使用数据线使用时，无需外接上拉电阻。时，无需外接上拉电阻。P1P3口每一位能够驱动口每一位能够驱动4个个LSTTL门电路。其输出驱动电门电路。其输出驱动电路均有上拉电阻，所以可方便地由集电极开路（路均有上拉电阻，所以可方便地由集电极开路（OC门）电路或门）电路或者漏级开路电路所驱动，无需外接上拉电阻者漏级开路电路所驱动，无需外接上拉电阻。2022-7-2644（2）P0P3口选择使用注意问题口选择使用注意问题 若若51系列单片机内部程序存储器系列单片机内部程序存储器ROM够用，
43、不需要片外够用，不需要片外扩展存储器和扩展存储器和I/O口，则口，则P0P3均作为通用均作为通用I/O口使用。口使用。4个口在作为输入口使用时，必须先对相应端口的锁存器个口在作为输入口使用时，必须先对相应端口的锁存器写入写入“1”。P2口作地址线使用时，未使用的高位线可以作为口作地址线使用时，未使用的高位线可以作为RAM或或者者I/O口的片选信号，不可以作为通用口的片选信号，不可以作为通用I/O口线使用。口线使用。P3口的某些位做第二功能使用时，未用的口线仍然可以口的某些位做第二功能使用时，未用的口线仍然可以作为单独的作为单独的I/O口线使用。口线使用。2022-7-2645 单片机的单片机的
44、时钟信号时钟信号用来提供其内部各种微操作用来提供其内部各种微操作时间基准时间基准。单。单片机的片机的时序时序就是就是CPUCPU执行指令时所需控制信号的执行指令时所需控制信号的时间顺序时间顺序。所以单。所以单片机系统就是一个由同步时序控制的时序系统。片机系统就是一个由同步时序控制的时序系统。1.内部振荡方式内部振荡方式 AT89S51单片机的内部有一个用于构成内部振荡器的反相单片机的内部有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，放大器，XTAL1和和XTAL2分别是放大器的输入和输出端，在这分别是放大器的输入和输出端，在这两个引脚之间外接两个引脚之间外接1个石英晶体或陶瓷振荡器，就可构成一个自个石
45、英晶体或陶瓷振荡器，就可构成一个自激振荡器。电容激振荡器。电容C1、C2起到稳定振荡频率、快速启振的作用。起到稳定振荡频率、快速启振的作用。石英晶体，石英晶体，C1、C2值分别为值分别为30pF10pF；陶瓷谐振器，；陶瓷谐振器，C1、C2值分别为值分别为40pF10pF。晶振可选用。晶振可选用12MHz。为了减少寄。为了减少寄生电容，晶振器和电容应尽可能安装的与单片机芯片靠近。生电容，晶振器和电容应尽可能安装的与单片机芯片靠近。2.4.1 片内振荡器及时钟信号的产生片内振荡器及时钟信号的产生 2022-7-2646 2022-7-26472.4.2 时序及有关概念时序及有关概念 时序反映的是
46、各控制信号在时间上的相互关系，时序反映的是各控制信号在时间上的相互关系，是用定时是用定时单位来说明的。微处理器的定时单位单位来说明的。微处理器的定时单位从小到大从小到大的顺序是：的顺序是：时钟时钟周期（节拍）、状态、机器周期、指令周期周期（节拍）、状态、机器周期、指令周期。1.时钟周期时钟周期 一个时钟一个时钟(振荡振荡)脉冲持续的时间就称为一个时钟周期脉冲持续的时间就称为一个时钟周期(Clock Cycle)，也称为节拍，也称为节拍(P，Pulse)。它是晶体振荡器产。它是晶体振荡器产生的时钟频率的倒数，是微型计算机系统中的生的时钟频率的倒数，是微型计算机系统中的最小、最基本的最小、最基本的
47、时序定时单位时序定时单位。2.状态状态 状态由节拍构成状态由节拍构成。51系列单片机中状态用系列单片机中状态用S(State)表示，表示，1个状态包含个状态包含2个节拍，分别称为前拍个节拍，分别称为前拍P1和后拍和后拍P2。2022-7-26484.指令周期指令周期 指令周期指令周期(Instruction Cycle)就是就是CPU取出一条指令，到取出一条指令，到该条指令执行完成所需要的时间，以机器周期为单位。该条指令执行完成所需要的时间，以机器周期为单位。由于机由于机器执行不同的指令所需要的时间不同，因此执行不同的指令所器执行不同的指令所需要的时间不同，因此执行不同的指令所需要的机器周期数
48、不同。通常一条指令执行所需要的时间在需要的机器周期数不同。通常一条指令执行所需要的时间在14个机器周期。个机器周期。单片机中按照指令执行所需要的机器周期数单片机中按照指令执行所需要的机器周期数将其分为单周期指令、双周期指令和四周期指令三种。将其分为单周期指令、双周期指令和四周期指令三种。3.机器周期机器周期 CPU访问存储器或访问存储器或I/O端口一次（读写一个字节）所需要端口一次（读写一个字节）所需要的时间就是一个机器周期的时间就是一个机器周期(Machine Cycle)。51系列单片机采系列单片机采用定时控制方式，它有固定的机器周期。规定用定时控制方式，它有固定的机器周期。规定1个机器周
49、期包个机器周期包括括6个状态或者个状态或者12个时钟周期个时钟周期，也就是振荡脉冲的，也就是振荡脉冲的12分频，可分频，可依次表示为依次表示为S1P1、S1P2 S6P2。2022-7-2649 机器周期（机器周期（ss）=12/=12/f，f是晶振频率（是晶振频率（MHzMHz）。当晶振频率）。当晶振频率为为24MHz24MHz时，机器周期是时，机器周期是0.5s0.5s，当晶振频率为，当晶振频率为12MHz12MHz时，机器时，机器周期是周期是1s1s，当晶振频率为，当晶振频率为6MHz6MHz时，机器周期是时，机器周期是2s2s。后续的。后续的许多程序设计或者定时器应用中都要用到许多程序
50、设计或者定时器应用中都要用到。思考：思考：设单片机晶振频率为设单片机晶振频率为12MHz，问机器周期为多少？指令周期分别为多少？问机器周期为多少？指令周期分别为多少？指令的运算速度与指令所包含的机器周期数有关，执行指令指令的运算速度与指令所包含的机器周期数有关，执行指令的机器周期数越少，指令执行得越快。或者说，指令的执行速度的机器周期数越少，指令执行得越快。或者说，指令的执行速度由系统时钟频率决定的，时钟频率越高，执行指令速度越快。由系统时钟频率决定的，时钟频率越高，执行指令速度越快。指指令周期是时序的最大时间单位。令周期是时序的最大时间单位。2022-7-2650 CPU执行任何执行任何一条
