1、第二章第二章 MCS-51MCS-51系列系列单片机的结构和功能单片机的结构和功能2.1 MCS-51单片机的内部组成及信号引脚单片机的内部组成及信号引脚2.2 8051的存储器的存储器2.3 并行输入输出端口结构并行输入输出端口结构2.4 时钟电路及时钟电路及CPU时序时序2.5 复位及掉电处理复位及掉电处理2.12.1MCS-51MCS-51单片机的内部组成及信号引脚单片机的内部组成及信号引脚MCS-51单片机又有单片机又有51和和52两个子系列，两个子系列，51和和52系列系列的引脚功能、引脚数及其排列封装完全一样的引脚功能、引脚数及其排列封装完全一样。51子系列52子系列片内RAM12
2、8B256B定时器/计数器 23片内ROM4KB8KB中断源个数568031、8051和和8751的区别的区别n它们的指令系统与芯片引脚完全兼容，仅片内ROM有所不同，8031片内无程序存储器，8051片内有4KB的掩模ROM，8751片内有4KB的EPROM。2.1.1 8051单片机的主要功能单片机的主要功能1.CPU：8位位2.内部内部RAM：256单元单元 前前128 单元：用户使用单元：用户使用 后后128单元：专用寄存器占用。单元：专用寄存器占用。3.内部内部ROM：4KB掩膜掩膜ROM4.定时器定时器/计数器：计数器：216位。位。5.并行并行I/O口：口：48位。位。P0，P1
3、，P2，P3。6串行口：一个串行口：一个,全双工。全双工。7.中断控制系统：中断控制系统：58时钟电路：时钟电路：fosc振荡频率最高为振荡频率最高为12MHz。2.1.1 8051单片机的主要功能：单片机的主要功能：9.程序存储器的寻址范围为程序存储器的寻址范围为64KB。10.片外数据存储器的寻址范围为片外数据存储器的寻址范围为64KB。11.21个字节专用寄存器。个字节专用寄存器。12.111条指令，含乘法和除法指令条指令，含乘法和除法指令。13.有强的位寻址、位处理能力有强的位寻址、位处理能力。14片内采用单总线结构片内采用单总线结构。15.用单一用单一5V电源。电源。2.1.2 2.
4、1.2 MCS-51MCS-51单片机单片机引脚及引脚及功能功能 1.主电源引脚主电源引脚Vcc和和Vss VCC（40脚）脚）:接接+5 V电源正端电源正端;VSS（20脚）脚）:接接+5 V电源地端。电源地端。2.外接晶体引脚外接晶体引脚XTAL1和和XTAL2 XTAL1（19脚）和脚）和 XTAL2（18脚）脚）:分别用作晶体振荡电路反相器的输分别用作晶体振荡电路反相器的输入和输出端。入和输出端。3.控制信号引脚控制信号引脚有有RST/VPD、ALE/PROG*、PSEN*和和 EA*/VPP。（1）EA*/VPP（31脚）脚）:EA*为访问外部程序存储为访问外部程序存储器控制信号器控
5、制信号,低电平有效。低电平有效。（2）RST/VPD（9脚）脚）:RST即为即为RESET,复位信号，复位信号，高电平有效。高电平有效。VPD为备用电源为备用电源,保证掉电后保存在保证掉电后保存在RAM中的信息中的信息不丢失不丢失。（3）ALE/PROG*(30脚脚):地址锁存允许信号。访地址锁存允许信号。访问外部存储器时问外部存储器时,ALE把把 P0口输出的低口输出的低8位地址信息锁位地址信息锁存起来，实现低存起来，实现低8位地址和数据的分时传送。位地址和数据的分时传送。（4）PSEN*（29脚）脚）:片外程序存储器读选片外程序存储器读选通信号输出端通信号输出端,低电平有效。即外部低电平有
6、效。即外部ROM的读的读信号。（相当于外部信号。（相当于外部RAM的的RD*)VPP和和PROG*是是8751等内部有等内部有EPROM的芯片的编的芯片的编程电源和编程脉冲输入端。程电源和编程脉冲输入端。4.输入输入/输出（输出（I/O）引脚引脚P0口、口、P1口、口、P2口及口及P3口口 （1）P0口（口（39脚脚32脚）脚）:P0.0P0.7统称为统称为P0口口,分时提供低分时提供低8位地址总线和位地址总线和8位双向数据总线位双向数据总线。（2）P1口（口（1脚脚8脚）脚）:P1.0P1.7统称为统称为P1口口,可作为准双向可作为准双向I/O接口使用。接口使用。（3）P2口（口（21脚脚2
7、8脚）脚）:P2.0P2.7统称为统称为P2口口,作为准双向作为准双向I/O接口，或提供高接口，或提供高8位地址总线。位地址总线。（4）P3口（口（10脚脚17脚）脚）:P3.0P3.7统称为统称为P3口，口，作为准双向作为准双向I/O接口使用，每个引脚具有第二功能。接口使用，每个引脚具有第二功能。引脚总结：引脚总结：数据总线：数据总线：8位，由位，由P0口提供。口提供。地址总线：地址总线：16位，由位，由P0和和P2口提供。口提供。控制总线：控制总线：RST、ALE、PSEN*和和 EA*以及以及P3口的某口的某些第二功能引脚。些第二功能引脚。2.2 2.2 80518051的存储器配置的存
8、储器配置n存储器用于存放程序和数据。存储器用于存放程序和数据。n普林斯顿结构：将程序和数据统一编址普林斯顿结构：将程序和数据统一编址共存于一个存储器中。共存于一个存储器中。n哈佛结构：将程序和数据分别编址存放哈佛结构：将程序和数据分别编址存放于不同的存储器中。于不同的存储器中。n通用计算机一般采用普林斯顿结构。通用计算机一般采用普林斯顿结构。nMCS-51系列单片机采用的是哈佛结构。系列单片机采用的是哈佛结构。2.2 2.2 80518051的存储器配置的存储器配置nMCS-51单片机的存储空间分为四个：单片机的存储空间分为四个：片内片内ROM,片外片外ROM,片内片内RAM,片片外外RAM.
9、从用户使用的角度，从用户使用的角度，8051存储器地址空间分为三个：存储器地址空间分为三个：MOVC（1）片内、片外统一编址片内、片外统一编址0000FFFFH的的64K字节的程序存储器地址空间（用字节的程序存储器地址空间（用16位地址）位地址）；MOVXMOVX （2）64K字节的片外数据存储器地址空间，字节的片外数据存储器地址空间，地址也从地址也从0000FFFFH（用用16位地址）位地址）；MOVMOV （3）256字节数据存储器地址空间字节数据存储器地址空间00FFH（用（用8位地址）。位地址）。FFFFH1000H片外扩展存储器8051片内存储器片内存储器 0FFFH0000H4KB
10、ROM7FH00HFFH80HSFRRAM64KBROM64KBRAM(I/O)FFFFH0000H图2-3 8051存储空间分布图0FFFH0000H2.2.1 程序存储器（程序存储器（ROM）用途：用途：用于存放编好的程序和表格常数。用于存放编好的程序和表格常数。PC 8051片内有片内有4KB ROM，片外片外16位地址线可扩展位地址线可扩展64KB ROM，二者是统一编址的。二者是统一编址的。当引脚当引脚 EA*=1，8051从从0000H执行片内执行片内ROM中的程序。中的程序。当指令地址超过当指令地址超过0FFFH后，就自动转向片外后，就自动转向片外ROM取指令。取指令。当引脚当引
11、脚EA*=0，8051片内片内ROM不起作用，不起作用，CPU只能从片外只能从片外ROM/EPROM中取指令，地址可以从中取指令，地址可以从0000H开始编址。开始编址。思考：思考：8031的的EA*引脚应该如何接？引脚应该如何接？2.2.1 程序存储器（程序存储器（ROM）PC是程序计数器，是管理程序执行次序的寄存器，存放是程序计数器，是管理程序执行次序的寄存器，存放将要执行的指令的地址。程序的执行有将要执行的指令的地址。程序的执行有2种情况，按种情况，按照顺序执行和跳转。为此，照顺序执行和跳转。为此，PC有有3种功能：种功能：1、复位功能：复位时计算机进入初始状态，、复位功能：复位时计算机
12、进入初始状态，PC的内容的内容自动清零。自动清零。2、计数功能：每取出指令代码的一个字节，、计数功能：每取出指令代码的一个字节，PC的内容的内容自动加自动加1（加法计数）（加法计数）3、直接置位功能：在执行跳转、返回指令时将跳转的地、直接置位功能：在执行跳转、返回指令时将跳转的地址直接加载址直接加载PC。内部内部ROM中的一些特殊单元中的一些特殊单元 2.2.2 2.2.2 数据存储器数据存储器RAMRAM用途：用途：用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。志位等。RAM分类：分类：片内片内RAM：256字节字节；地址地址从从00H0FFH；
13、片外片外RAM：64K字节字节；地址；地址从从0000HFFFFH。MOV 片内片内RAM:R0、R1、直接寻址直接寻址MOVX 片外片外 RAM:R0、R1、DPTR 1片外片外RAM 片外片外RAM：64K字节字节，地址，地址从从0000HFFFFH。MOVX，R0、R1、DPTRMOVX指令时：指令时：RD*、WR*信号有效信号有效2片内片内RAM一、一、内部数据存储器低内部数据存储器低128单元单元低低128单元是单片机的真正单元是单片机的真正RAM存储器，按其用途划分存储器，按其用途划分为为三个区域三个区域：FFH80 1287FH00 128256RAM单元：单元：高高单元：单元：
14、低低单元）单元）（内部内部1）寄存器区寄存器区：共有四组寄存器，每组共有四组寄存器，每组8个单元个单元一组一组（8位），各组都以位），各组都以R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7作寄作寄存单元编号。存单元编号。占据内部占据内部RAM的的00H1FH单元地址。单元地址。在任一时刻，在任一时刻，CPU只能使用其中的一组寄存器，并且把正只能使用其中的一组寄存器，并且把正在使用的那组寄存器称之为当前寄存器组。到底是那一组由在使用的那组寄存器称之为当前寄存器组。到底是那一组由程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW中中RS0、RS1位位的状态组合来决定。的状态组合来决定。RS0和和RS1（PSW
15、.4，PSW.5）寄存器组选择位寄存器组选择位RS1RS0寄存器组寄存器组片内片内RAM地址地址通用寄存器名称通用寄存器名称000组组00H07HR0R7011组组08H0FHR0R7102组组10H17HR0R7013组组18H1FHR0R72）.位寻址区：（表位寻址区：（表2-4）内部内部RAM的的20H2FH单元，既可作为一般单元，既可作为一般RAM单元使单元使用进行用进行字节操作字节操作，也可以对单元中的，也可以对单元中的每一位每一位进行位操作，进行位操作，因此把该区称之为因此把该区称之为位寻址区位寻址区、位寻址区共有、位寻址区共有16个个RAM字节字节单元，共单元，共128位，位地址
16、为位，位地址为00H7FH。3）.用户用户RAM区：区：在内部在内部RAM低低128单元中，单元地址为单元中，单元地址为30H7FH。应当提及，在一般应用中常把应当提及，在一般应用中常把堆栈堆栈开辟在此区中。开辟在此区中。2.2.3 专用寄存器专用寄存器内部数据存储器高内部数据存储器高128单元单元：被：被特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）使用使用。其单元地址为其单元地址为80HFFH。1专用寄存器简介：专用寄存器简介：8051共共有有21个专用寄存器，现部分介绍：个专用寄存器，现部分介绍：（1）累加器）累加器ACC（Accumulator）8位寄存器位寄存器，是最常用的专用寄存器，是最常
17、用的专用寄存器 大部分单操作数指令的操作数就取自大部分单操作数指令的操作数就取自ACC，许多双操许多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。作数指令中的一个操作数也取自累加器。（2）B寄存器寄存器 8位寄存器位寄存器，主要用于，主要用于乘除运算乘除运算。B寄存器也可作为一般数据寄存器使用。寄存器也可作为一般数据寄存器使用。（3）程序状态字）程序状态字PSW（Program Status Word）8位寄存器，位寄存器，用于存放程序运行的状态信息。用于存放程序运行的状态信息。其中：有些位状态是根据程序执行结果，由硬件自动设其中：有些位状态是根据程序执行结果，由硬件自动设置的而有些位状置的而有些位
18、状态则使用软件方法设定态则使用软件方法设定D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVP CY（PSW.7）进位标志位进位标志位；位累加器；位累加器 AC（PSW.6）辅助进位标志位辅助进位标志位 加减运算中当有加减运算中当有低低4位向高位向高4位进位或借位时位进位或借位时，AC由硬由硬件置位，否则件置位，否则AC位被清零。位被清零。F0（PSW.5）用户标志位用户标志位需要时用软件方法置位或复位，用以控制程序的转向。需要时用软件方法置位或复位，用以控制程序的转向。RS0和和RS1（PSW.4，PSW.5）寄存器组选择位寄存器组选择位RS1RS0寄存器组寄存器组片内片内RAM地
19、址地址通用寄存器名称通用寄存器名称000组组00H07HR0R7011组组08H0FHR0R7102组组10H17HR0R7013组组18H1FHR0R7 OV（PSW.2）溢出标志位溢出标志位 8位带符号数字位带符号数字加减运算结果加减运算结果是否超出运算范围。是否超出运算范围。8位有符号数字表示的范围：位有符号数字表示的范围：128127。OV0，运算正确，即无溢出产生。运算正确，即无溢出产生。在在乘法运算乘法运算中，中，OV1，表示乘积超过表示乘积超过255；在在除法运算除法运算中，中，OV1，表示除数为表示除数为0，除法不能进行，除法不能进行。P（PSW.0）一一奇偶标志位。表明累加器
20、一一奇偶标志位。表明累加器A中数的奇中数的奇偶性。偶性。例题：分析指令例题：分析指令nMOV A，#7FHnADDA，#47H执行后，执行后，A、C、AC、OV、P的内容是什的内容是什么？么？（A）=C6H；C=0、AC=1；OV=1；P=1/0（4）数据指针（数据指针（DPTR）16位寄存器位寄存器。MCS一一51中中唯一的一个唯一的一个16位寄存器位寄存器。编程时，编程时，DPTR既可按既可按16位寄存器使用，也可以按位寄存器使用，也可以按两个两个8位寄存器分开使用。位寄存器分开使用。DPH：DPTR高位字节高位字节 DPL：DPTR低位字节低位字节 作用：作用：通常在访问通常在访问外部外
21、部RAM时作地址指针时作地址指针使用使用,由于由于外部数据存储器的寻址范围外部数据存储器的寻址范围64KB。（6）I/O端口端口P0P3（80H，90H，A0H，B0H）P0P3为四个为四个8位特殊功能寄存器，分别是四个并位特殊功能寄存器，分别是四个并行行I/O端口的锁存器。它们都有字节地址，每一个口锁存器端口的锁存器。它们都有字节地址，每一个口锁存器还有位地址，所以当每一条还有位地址，所以当每一条I/O线独立地用作输入或输出时线独立地用作输入或输出时，数据可以锁存；作输入时，数据可以缓冲。，数据可以锁存；作输入时，数据可以缓冲。当当I/O端口某一位用于输入信号时，对应的锁存器必端口某一位用于
22、输入信号时，对应的锁存器必须先置须先置“1”。表表 2.6 SFR特殊功能寄存器地址表特殊功能寄存器地址表 表表 2.6 SFR特殊功能寄存器地址表特殊功能寄存器地址表 几点说明：几点说明：专用寄存器专用寄存器不连续地分散不连续地分散在内部在内部RAM高高128单元之单元之中、空闲地址中、空闲地址不能被不能被用户使用用户使用。使用使用SFR时，时，既可使用既可使用寄存器符号寄存器符号，也可使用，也可使用寄存寄存器单元地址。器单元地址。例如：例如：MOV B，ACCMOV B，E0H3.可位寻址专用寄存器：可位寻址专用寄存器：在在21个可寻址的专用寄存器中，有个可寻址的专用寄存器中，有11个寄存
23、器是可以个寄存器是可以位寻址的，见表位寻址的，见表l4。全部专用寄存器可寻址的位为：全部专用寄存器可寻址的位为：83位位位寻址区：位寻址区：128位位 共共211位位2.2.4 堆栈及堆栈指示器堆栈及堆栈指示器 1、堆栈、堆栈：只允许在其一端进行数据插入和数据删除只允许在其一端进行数据插入和数据删除操作的线性表操作的线性表。堆栈占用堆栈占用内部内部RAM 30H3FH的部分区域。的部分区域。堆栈指针堆栈指针SP是一个专用地址寄存器，它指明栈顶的位是一个专用地址寄存器，它指明栈顶的位置，起着管理堆栈的作用。（复位时置，起着管理堆栈的作用。（复位时SP=07H）堆栈堆栈操作的操作的最大特点最大特点
24、：“后进先出后进先出”。2、堆栈、堆栈传送数据方式：传送数据方式：入栈：入栈：PUSHPUSH 出栈：出栈：POPPOP。3.堆栈的功能：堆栈的功能：堆栈是为子程序调用和中断操作而设立的。堆栈是为子程序调用和中断操作而设立的。功能功能：保护断点地址和保护现场数据。保护断点地址和保护现场数据。断点地址：断点地址：当前当前PC值值。现场数据：主程序中用到子程序还要用到的寄存现场数据：主程序中用到子程序还要用到的寄存器中的内容。器中的内容。*例如：例如：MOV A,B LCALL HEXASCII (PC=1000H)ADD A,#12H*(PC=2000H)HEXASCII:PUSH AMOV R
25、0,#30H ADD A,R0 *POP ARET;返回返回*现场数据用现场数据用指令保护和指令保护和弹出，断点弹出，断点地址是在执地址是在执行调用和返行调用和返回指令时自回指令时自动保护和弹动保护和弹出的，不需出的，不需要使用专门要使用专门的指令。的指令。4堆栈使用方式：堆栈使用方式：两种两种 (1)：自动方式：（保护断点）自动方式：（保护断点）在调用子程序或中断时，返回地址（断点）自动进在调用子程序或中断时，返回地址（断点）自动进栈。栈。程序返回时，断点再自动弹回程序返回时，断点再自动弹回PC.操作的特点：操作的特点：堆栈操作无需用户干预堆栈操作无需用户干预-自动方式。自动方式。LCALL
26、 NEXT (2)：指令方式指令方式（保护现场）（保护现场）进栈指令进栈指令:PUSH出栈指令出栈指令:POP。例如：例如：PUSH APUSH BPOPBPOPA 5、堆栈使用要求：、堆栈使用要求：要让它具有要让它具有足够的容量足够的容量（或者说足够的堆栈深度）（或者说足够的堆栈深度）堆栈存放在内部堆栈存放在内部RAM 的的30H7FH中，但复位后中，但复位后SP=07H，故要使用堆栈，要给，故要使用堆栈，要给SP重新设定值。重新设定值。同时要尽量位于该部分存储区的高地址，一般设定。同时要尽量位于该部分存储区的高地址，一般设定 MOV SP,#50H或或60H，这样从该地址到，这样从该地址到
27、7FH就是可以使用的堆栈空间。就是可以使用的堆栈空间。6.堆栈开辟堆栈开辟 1）外堆栈：在主存储器中开辟堆栈例如）外堆栈：在主存储器中开辟堆栈例如8080，Z80等等早期的微型机。主要优点是堆栈容量大。但外堆栈的操作速早期的微型机。主要优点是堆栈容量大。但外堆栈的操作速度较慢。度较慢。2)内堆栈：在内堆栈：在CPU芯片内部存储器中开辟。芯片内部存储器中开辟。MCS51的的堆栈就是开辟在内部堆栈就是开辟在内部RAM中。中。主要优点主要优点是操作速度快，但堆栈容量有限。是操作速度快，但堆栈容量有限。7.堆栈两种类型：堆栈两种类型：向上生长型和向下生长型。向上生长型和向下生长型。MCS5l 为为向上
28、生长型向上生长型，其操作规则为：，其操作规则为：进栈操作；先进栈操作；先SP加加1，后写入数据，后写入数据 出栈操作：先读出数据，后出栈操作：先读出数据，后SP减减1。MCS-5180862.3 并行输入并行输入/输出端口结构输出端口结构MCS-51单片机共有单片机共有4个个8位双向并行输入位双向并行输入/输出（输出（I/O）口口，分别分别为：为：P0、P1、P2、P3。这这4个口可以并行输入或输出个口可以并行输入或输出8位位数据；也可以按位使用，即每一根输入数据；也可以按位使用，即每一根输入/输出线都能独立的用输出线都能独立的用作输入或输出。作输入或输出。四个四个I/O口在结构和特性上基本相
29、同的，但又各具特点。口在结构和特性上基本相同的，但又各具特点。P0P1口的功能口的功能 1P0口为双向口为双向（输入输入/输出输出）三态口三态口A/D线线。用作：用作：地址地址/数据总线口数据总线口。低低8位地址位地址/8位位数据总线分时复用。数据总线分时复用。2P1口口：作为可编程的输入或输出线。作为可编程的输入或输出线。3P2口口：用作：（用作：（1）可作为输入或输出线用可作为输入或输出线用；（2）当扩展系统外设时，可作为扩展系统的当扩展系统外设时，可作为扩展系统的高高8位地址总线位地址总线，与，与P0口一起组成口一起组成16位地址总线。位地址总线。说明：说明：对对8031单片机来说，单片
30、机来说，P2口一般只作为地址总口一般只作为地址总线使用，而不作为线使用，而不作为I/O线直接与外设相连。线直接与外设相连。为什么？为什么？4P3口口：双功能口双功能口。（1）：）：可作为输入或输出可作为输入或输出口口线用线用；（2）：特殊的第二功能。）：特殊的第二功能。1.P1口口P1口的功能nP1口只有一种功能口只有一种功能通用输入通用输入/输出接口，输出接口，有输出、输入、端口操作有输出、输入、端口操作3种工作方式。种工作方式。（1）输出方式：计算机执行写）输出方式：计算机执行写P1口的指令口的指令如如MOV P1，#data时，时，P1口工作于输出口工作于输出方式。此时数据方式。此时数据
31、data经内部总线送入锁存经内部总线送入锁存器锁存器锁存。P1口的功能（2）输入方式：计算机执行读）输入方式：计算机执行读P1口的指令如口的指令如MOV A，P1时，时，P1口工作于输入方式。控制器发出的口工作于输入方式。控制器发出的读信号打开三态门读信号打开三态门1，引脚，引脚P1.上的数据经三态门上的数据经三态门1进入芯片内部总线，并送到累加器进入芯片内部总线，并送到累加器A。因此因此输入输入时无锁存功能时无锁存功能。在执行输入操作时，如果锁存器原来寄存在执行输入操作时，如果锁存器原来寄存的数据的数据Q=0。那么由于那么由于Q*=1将使将使V1导通，引脚被导通，引脚被始终钳位在低电平，不可
32、能输入高电平。为此，始终钳位在低电平，不可能输入高电平。为此，用作输入前，必须先用输出指令置用作输入前，必须先用输出指令置Q=1，使使V1截截止。因此止。因此P1口被称为口被称为准双向接口准双向接口。单片机复位后，单片机复位后，P1口线的状态都是高电平，可以直口线的状态都是高电平，可以直接用做输入。接用做输入。P1口的功能（3）端口操作：）端口操作：MCS-51单片机有不少指令可直接单片机有不少指令可直接进行端口操作，如：进行端口操作，如：ANLP1，#dataORLP1,#dataXRLP1,AINCA这些指令的执行过程分成这些指令的执行过程分成“读读-修改修改-写写”三步三步。先将。先将P
33、1口的数据读入口的数据读入CPU，在在ALU中进行运算，运算中进行运算，运算的结果再送回的结果再送回P1。执行端口操作指令时，执行端口操作指令时，CPU通通过过三态门三态门2读回锁存器读回锁存器Q端的数据。端的数据。P1口的负载能力P1口输出时能驱动口输出时能驱动4个个LSTTL负载。通常把负载。通常把100uA的输入电流定义为一个的输入电流定义为一个TTL负载的输负载的输入电流，所以入电流，所以P1口的输出电流不小于口的输出电流不小于400uA。P1口内部有上拉电阻，因此在输入时，口内部有上拉电阻，因此在输入时，无须无须外接上拉电阻。外接上拉电阻。2.P2口口P2口nP2口有口有2种用途：通
34、用种用途：通用I/O接口或高接口或高8位地址位地址总线。总线。n地址总线：计算机从片外地址总线：计算机从片外ROM中取指，或中取指，或者执行访问片外者执行访问片外RAM、片外片外ROM的指令的指令时，时，P2口上出现口上出现PC或或DPTR的高的高8位地址。位地址。上述情况，锁存器的内容不受影响。上述情况，锁存器的内容不受影响。n一般，在系统扩展了一般，在系统扩展了ROM，取指操作连续取指操作连续不断，不断，P2口不断送出高口不断送出高8位地址，这时位地址，这时P2口口就不应再做通用就不应再做通用I/O使用了。如果系统仅仅使用了。如果系统仅仅扩展外部扩展外部RAM，情况应具体分析情况应具体分析
35、。P3口口线逻辑电路图3.P3口口P3口的第二功能nP3口作为第二功能使用时，其锁存器Q端必须为高电平，否则V1管导通，引脚被钳位在低电平，无法输入或输出第二功能信号。n单片机复位时，锁存器输出端为高电平。4.P0口口P0口作为地址口作为地址/数据分时复用总线数据分时复用总线n单片机系统扩展片外存储器时，片机系统扩展片外存储器时，P0口作为口作为地址地址/数据分时复用总线使用。在访问片外数据分时复用总线使用。在访问片外存储器时，存储器时，CPU送来的控制信号为高电平，送来的控制信号为高电平，模拟开关打在上方。模拟开关打在上方。如果执行输出数据的如果执行输出数据的指令，分时输出的地址指令，分时输
36、出的地址/数据经倒相器数据经倒相器4、驱动驱动V1、V2送到引脚。送到引脚。n如果执行取指操作或输入数据的指令，地如果执行取指操作或输入数据的指令，地址仍经址仍经V1、V2输出，而输入的数据经输输出，而输入的数据经输入缓冲器入缓冲器1进入内部总线。进入内部总线。2.4 时钟电路及时钟电路及CPU时序时序时钟电路：用于产生单片机工作所需要的时钟信号；时钟电路：用于产生单片机工作所需要的时钟信号；时序：指令执行中各信号之间的相互关系。时序：指令执行中各信号之间的相互关系。2.4.1 时钟电路时钟电路1内部时钟方式内部时钟方式利用芯片内部的振荡器，然后在引脚利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTAL1
37、和和XTAL2两端跨接晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定两端跨接晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接输入单片机的内部时钟电的自激振荡器，其发出的脉冲直接输入单片机的内部时钟电路。路。内部时钟电路；晶体振荡器可以是石英晶体振荡器可以是石英晶体或陶瓷结构，振荡晶体或陶瓷结构，振荡频率范围是频率范围是1.212MHz1.212MHz。对于石英晶体振荡器，对于石英晶体振荡器，电容电容C1C1和和C2C2在在30pF30pF左右；左右；陶瓷振荡器，陶瓷振荡器，C1C1和和C2C2在在47pF47pF左右。左右。C1C1和和C2C2的作用：的作用：1 1、使晶振起振、使
38、晶振起振2 2、对频率起微调作用。、对频率起微调作用。2.外部时钟方式外部时钟方式2.4.2 CPU的时序的时序MCS-51的时序定时单位的时序定时单位共有共有4个个，从小到大依次是：，从小到大依次是：拍节，状态、机器周期、指令周期拍节，状态、机器周期、指令周期。1拍节与状态拍节与状态拍节（拍节（P）：）：振荡脉冲的周期，又称振荡周期。振荡脉冲的周期，又称振荡周期。状态（状态（S）:时钟信号的周期，又称时钟周期。时钟信号的周期，又称时钟周期。关系：振荡频率关系：振荡频率2倍时钟频率倍时钟频率 时钟周期时钟周期2倍振荡周期，倍振荡周期，即即 1S=2P （拍节拍节1（P1），），拍节拍节2（P2
39、）。）。2机器周期机器周期机器周期机器周期:指指CPU访问存储器一次所需要的时间。访问存储器一次所需要的时间。例如取指令，读存储器、写存储器等。例如取指令，读存储器、写存储器等。MCS-51的一个机器周期包括的一个机器周期包括12个振荡周期（个振荡周期（12P）6S 即即6个状态：个状态：S1S6。而每个状态又分为两拍，称为而每个状态又分为两拍，称为P1和和P2。因此，一个机器周期中的因此，一个机器周期中的12个振荡周期表示为个振荡周期表示为S1P1、S1P2、S2P1、S6P2。3指令周期指令周期定义：定义：执行一条指令所需要的时间称之为指令周期。执行一条指令所需要的时间称之为指令周期。最大
40、的时序定时单位最大的时序定时单位，无固定值。，无固定值。指令不同，指令周期不同。指令不同，指令周期不同。MCS-51的指令包含的指令包含一、二、四个机器周期一、二、四个机器周期。课本图课本图2-13，P39例如例如:外接晶振频率外接晶振频率fOSC为为12 MHz时时,MCS51单片机的单片机的4个时间周期值为个时间周期值为:振荡周期振荡周期 P=1/fosc1/12 s;状态周期状态周期 S=2P1/6 s;机器周期机器周期 =6S12P1 s;指令周期指令周期 =14 s。2.5 2.5 复位及掉电处理复位及掉电处理复位：复位：单片机的初始化操作。单片机的初始化操作。复位的功能：复位的功能
41、：（1）进入系统的正常初始化；进入系统的正常初始化；（PC）0000H，单片机从单片机从0000H单元执行程序；单元执行程序；（2）使系统摆脱困境。使系统摆脱困境。2.5.1 复位信号要求：高电平；复位信号要求：高电平；引脚上出现引脚上出现10ms以上的高电平。以上的高电平。应持续应持续24个振荡周期（即两个机器周期以上）。个振荡周期（即两个机器周期以上）。复位电路25.2 复位电路复位电路 2.5.3 复位后内部寄存器状态复位后内部寄存器状态复位后状态：复位后状态：1 1、（、（PC)=0000HPC)=0000H2 2、特殊功能寄存器、特殊功能寄存器除（除（SP)=07H,(P0P3)=0
42、FFH,SP)=07H,(P0P3)=0FFH,其他特其他特殊功能寄存器全部清零。殊功能寄存器全部清零。3 3、复位不影响内部、复位不影响内部RAMRAM中的内容中的内容2.5.4 掉电处理掉电处理在系统运行过程中，在系统运行过程中，通过电压检测电通过电压检测电路检测到掉电路检测到掉电，这时将重要信息保存，这时将重要信息保存到内部到内部RAMRAM中，然后开启备用电源中，然后开启备用电源V VPDPD给内部给内部RAMRAM供电。供电。为节电为节电,掉电后时钟掉电后时钟电路和电路和CPUCPU都停止工作都停止工作.思考：为什么不把重要信息存储到思考：为什么不把重要信息存储到ROMROM中呢？中
43、呢？作业作业2-2.MCS-51单片机的单片机的EA*信号有何功能？信号有何功能？8031的的EA*信号信号应处理？为什么？应处理？为什么？2-4.内部内部RAM低低128字节的存储区划分为哪三个主要部分？字节的存储区划分为哪三个主要部分？说明各部分的使用特点。说明各部分的使用特点。2-5.程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW中各标志位的意义是什么？中各标志位的意义是什么？2-6.8051程序存储器中的程序存储器中的6个特殊单元是什么？各做什么个特殊单元是什么？各做什么用途？用途？2-8.某单片机的晶振频率是某单片机的晶振频率是12MHZ，则晶振周期、时钟周，则晶振周期、时钟周期、机器周期各为多少？期、机器周期各为多少？2-10.使单片机复位有几种方法？复位后机器处于怎样的使单片机复位有几种方法？复位后机器处于怎样的初始状态？初始状态？
