1、第 2 章 单片机的硬件结构第二章第二章 单片机的硬件结构单片机的硬件结构2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚单片机的逻辑结构及信号引脚 2.2 MCS-51单片机的内部存储器单片机的内部存储器 2.3 MCS-51单片机并行输入单片机并行输入/输出口电路输出口电路 2.4 MCS-51单片机时钟电路与时序单片机时钟电路与时序 2.5 MCS-51的工作方式的工作方式第 2 章 单片机的硬件结构2.1 MCS-51单片机逻辑结构及信号引脚单片机逻辑结构及信号引脚 频率基准源 计数器 内部总线内部总线 中断 中断 控制 并行I/O口 串行输入/输出 振荡器及定时电路4 K/8K字节程序
2、存储器ROM128/256字节数据存储器 RAM2 个16位定时器/计数器CPU64K字节总线扩展控制可编程I/O口4 8 位可编程串行口1 1、中央处理单元中央处理单元CPU（8位）位）用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位）用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位）2 2、片内程序存储器片内程序存储器ROM（4KB）用于存放程序、原始数据及表格用于存放程序、原始数据及表格3 3、片内数据存储器片内数据存储器RAM（128B）用于存放可以读或写的数据，如运算的中间结果，最终用于存放可以读或写的数据，如运算的中间结果，最终结果以及欲显示的数据等结果以及欲显示的数据等4 4、并行输入并行输入/
3、输出口输出口 I/O（32线）线）用作系统总线、扩展外存、用作系统总线、扩展外存、I/O接口芯片接口芯片5 5、串行输入串行输入/输出口输出口 UART （二线）（二线）串行通信、扩展串行通信、扩展I/O接口芯片接口芯片6 6、定时定时/计数器计数器 T（16位增量可编程）位增量可编程）每个定时器每个定时器/计数器都是可以设置成计数方式，用以对外计数器都是可以设置成计数方式，用以对外部事件计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或部事件计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制定时的结果实现计算机控制7 7、时钟电路时钟电路 fosc 分为内部振荡器、外接振荡电路，
4、最高允许振荡频率是分为内部振荡器、外接振荡电路，最高允许振荡频率是12MHZ8 8、中断系统中断系统 五源中断、两级优先，可编程进行控制。五源中断、两级优先，可编程进行控制。9 9、位处理器位处理器1010、总线总线MCS-51MCS-51单片机芯片内部逻辑结构单片机芯片内部逻辑结构1.CPU1.CPU又称为微处理器，由运算器和控制器二部组成。又称为微处理器，由运算器和控制器二部组成。第 2 章 单片机的硬件结构MCS-51MCS-51单片机芯片内部逻辑结构单片机芯片内部逻辑结构说明：说明：1）运算器包括一个可进行）运算器包括一个可进行8位算术运算和逻辑运算的单元位算术运算和逻辑运算的单元AL
5、U，MCS-51CPU的字长为的字长为8位位.2）8位的暂存器位的暂存器1、暂存器、暂存器2。3）8位的累加器位的累加器ACC累加器累加器A是一个最常用的专用寄存器，大部分操作指令的操作数取自累加器是一个最常用的专用寄存器，大部分操作指令的操作数取自累加器A，其运算结果大多也存放于累加器其运算结果大多也存放于累加器A中，指令系统用中，指令系统用A作为累加器的助记符。作为累加器的助记符。4）寄存器）寄存器B：与累加器：与累加器A一起完成乘除运算，乘法指令的两个操作数分别取自一起完成乘除运算，乘法指令的两个操作数分别取自A和和B，相乘结果高，相乘结果高8位存于位存于B中，低中，低8位存于位存于A中
6、。其他指令，中。其他指令，B可当作一般寄存器可当作一般寄存器存取数据。存取数据。2.控制器控制器控制器包括程序计数器控制器包括程序计数器PC、指令寄存器、指令寄存器IR、指令译码器、指令译码器ID、堆栈、堆栈指针指针SP、数据指针、数据指针DPTR、振荡器及定时电路等。、振荡器及定时电路等。1）程序计数器）程序计数器PC：由两个：由两个8位的计数位的计数PCH及及PCL组成，共组成，共16位。位。PC实际上是程序的字节地址计数器，实际上是程序的字节地址计数器，PC中的内容是将要执行的下中的内容是将要执行的下一条指令的地址。改变一条指令的地址。改变PC的内容就可改变程序执行的方向。的内容就可改变
7、程序执行的方向。PC可可对对64KB的的ROM（程序存储器）直接寻址。（程序存储器）直接寻址。2）指令寄存器）指令寄存器IR及指令译码器及指令译码器ID:由由PC中的内容指定中的内容指定ROM地址，地址，取出来的指令经指令寄存器取出来的指令经指令寄存器IR送至指令译码器送至指令译码器ID,由由ID对指令译码对指令译码并送并送PLA产生一定序列的控制信号，以执行指令所规定的操作。产生一定序列的控制信号，以执行指令所规定的操作。3）堆栈指针）堆栈指针SP4）数据指针）数据指针DPTR:第 2 章 单片机的硬件结构程序的切换（两句话）处理器是个傻瓜，PC让它干啥，它就干啥。PC是个指路器，它指向哪儿
8、，处理器就去哪儿。从此可以知道，哪个语句占有了PC，哪个语句就占有了处理器。=PC深刻地理解深刻地理解PC是理解系统进行程序执行的关键。第 2 章 单片机的硬件结构PC的功能：1、提供初始状态功能。系统复位时PC=0000H,即指向ROM的一开始单元，找到程序第一条指令所在的单元。2、提供计数功能。在顺序结构的程序执行时，系统自动执行(PC)+1送入PC，最终PC的值就是相对第一指令的偏移地址，即程序执行的指令条数。3、提供程序的转移功能。在跳跃结构的程序执行时，系统自动执行目的地址送入PC，即通过改变PC的值来改变程序的执行方向。MCS-51单片机信号引脚单片机信号引脚封装形式，封装形式，见
9、右图：见右图：01p.71p.SSV1XTAL2XTALRD73p/.WR63p/.1T53p/.0T43p/.1INT33p/.0INT23p/.TXD13p/.RXD03p/.RST02p.72p.CCV00p.70p.PSENPROGALE/EAVpp/182018191716151413121110921284039322930318051引脚及功能引脚及功能1 1、主电源引脚、主电源引脚 VssVss、VccVcc2 2、外接晶振引脚、外接晶振引脚 XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL23 3、控制或复位引脚RST/VPD RST/VPD 当出现两个机器周期高电平时，单片当出现两
10、个机器周期高电平时，单片机复位机复位 。复位后，复位后，PC=0000H,P0 P3 PC=0000H,P0 P3 输出高电平；输出高电平；SPSP寄存器为寄存器为07H07H；其它寄存器全部清；其它寄存器全部清0 0；不影响；不影响RAMRAM状态。状态。复位电路的实现：复位电路的实现：=0 时，只访问外部程序存储器时，只访问外部程序存储器,即外即外ROM=1 时，访问内部程序存储器时，访问内部程序存储器,即内即内ROM /Vpp 内内外外ROM选择端选择端 对于对于8751单片机编程时，该端施加编程电压单片机编程时，该端施加编程电压4、输入、输入/输出引脚输出引脚 P0.0 P0.7 ；P
11、1.0 P1.7 ；P2.0 P2.7 ；P3.0 P3.7四个四个I/O口，每口八条线；还兼作地址口，每口八条线；还兼作地址/数据线。数据线。EAEAEAALE/PROG 地址锁存控制端地址锁存控制端提供提供1/6 fosc振荡频率；为其内的振荡频率；为其内的EPROM输入编程脉冲输入编程脉冲PSEN 外部程序存储器的读选通信号端外部程序存储器的读选通信号端2.2 MCS-51单片机的内部存储器单片机的内部存储器H008 80 0H HRAM内内部部F FF FH H能寄存器特殊功0 0F FF FF FF FH H）（外部外部K64RAM 数据存储器数据存储器H00007 7F FH H0
12、 0F FF FF FF FH H0 0F FF FF FH H1EA内部ROMH0000 程序存储器程序存储器1000H1000H外部外部ROM/EA=0第 2 章 单片机的硬件结构2.2 MCS-51单片机的内部存储器单片机的内部存储器H008 80 0H HRAM内内部部F FF FH H能寄存器特殊功0 0F FF FF FF FH H）（外部外部K64RAM 数据存储器数据存储器H00007 7F FH H0 0F FF FF FF FH H0 0F FF FF FH H1EA内部ROMH0000 程序存储器程序存储器1000H1000H外部外部ROM/EA=0物理上分为：物理上分为
13、：4个空间个空间 即片内即片内ROM、片外、片外ROM 片内片内RAM、片外、片外RAM第 2 章 单片机的硬件结构2.2 MCS-51单片机的内部存储器单片机的内部存储器H008 80 0H HRAM内内部部F FF FH H能寄存器特殊功0 0F FF FF FF FH H）（外部外部K64RAM 数据存储器数据存储器H00007 7F FH H0 0F FF FF FF FH H0 0F FF FF FH H1EA内部ROMH0000 程序存储器程序存储器1000H1000H外部外部ROM/EA=0逻辑上分为逻辑上分为:3个空间个空间（程序员的角度）（程序员的角度）1、片内、外统一编址的
14、程序存储空间，、片内、外统一编址的程序存储空间，0000HFFFFH共共64KB（16位地址）位地址）2、片外数据存储空间，、片外数据存储空间，0000HFFFFH共共64KB（16位地址）位地址）3、片内数据存储空间，、片内数据存储空间，00H7FH共共128B（8位地位地址）。址）。第 2 章 单片机的硬件结构2.2 MCS-51单片机的内部存储器单片机的内部存储器H008 80 0H HRAM内内部部F FF FH H能寄存器特殊功0 0F FF FF FF FH H）（外部外部K64RAM 数据存储器数据存储器H00007 7F FH H0 0F FF FF FF FH H0 0F F
15、F FF FH H1EA内部ROMH0000 程序存储器程序存储器1000H1000H外部外部ROM/EA=0三类不同存储空间三类不同存储空间（逻辑空间）（逻辑空间）的访问方法的访问方法：用不同的指令区别：用不同的指令区别：访问片内外访问片内外ROM用用MOVC指令；指令；访问片外访问片外RAM用用MOVX指令；指令；访问片内访问片内RAM用用MOV指令；指令；第 2 章 单片机的硬件结构一、程序存储器一、程序存储器寻址范围：寻址范围：0000H FFFFH 容量容量64KB，即即地址长度：地址长度：16位位 1EA ，寻址内部，寻址内部ROM；0EA ，寻址外部，寻址外部ROM。当当PC值超
16、过片内值超过片内ROM容量时会自动转向容量时会自动转向 外部存储外部存储器空间。器空间。EA8031单片机单片机接低电平。接低电平。作作 用：用：存放程序及程序运行时所需的常数。存放程序及程序运行时所需的常数。第 2 章 单片机的硬件结构七个具有特殊含义的单元是：七个具有特殊含义的单元是：0000H 系统复位，系统复位，PC指向此处；指向此处；0003H 外部中断外部中断0入口入口 000BH T0溢出中断入口溢出中断入口 0013H 外中断外中断1入口入口 001BH T1溢出中断入口溢出中断入口 0023H 串口中断入口串口中断入口 002BH T2溢出中断入口溢出中断入口 第 2 章 单
17、片机的硬件结构二、二、内部数据内部数据 存储器存储器物理上分为两大区物理上分为两大区域：域：第 2 章 单片机的硬件结构1、低、低128B RAM（00H7FH）可直接、间接访问。可直接、间接访问。分为三个区域分为三个区域（1）工作寄存器组区）工作寄存器组区（字节地（字节地址址00H1FH）4组组32个单元，每组个单元，每组8个寄存器个寄存器R0、R1、R2R7工作寄存工作寄存器组区器组区第 2 章 单片机的硬件结构（1）工作寄存器组区）工作寄存器组区（字节地（字节地址址00H1FH）4组组32个单元，每组个单元，每组8个寄存器个寄存器R0、R1、R2R700H01H02H04H03H05H0
18、6H07HR0R1R2R3R4R5R6R712HMOV 00H,#12HMOV R0,#12H通过直接数值通过直接数值地址进行访问地址进行访问通过寄存器名通过寄存器名字（即符号字（即符号地址）进行访问地址）进行访问第 2 章 单片机的硬件结构（1 1）工作寄存器组区）工作寄存器组区（字节地址（字节地址00H1FH）4组组32个单元，每组个单元，每组8个寄存器个寄存器R0、R1、R2R708H09H0AH0CH0BH0DH0EH0FHR0R1R2R3R4R5R6R712HMOV 08H,#12HMOV R0,#12H通过寄存器通过寄存器PSW的的两个位两个位RS1、RS0来控制当前工作寄来控制当
19、前工作寄存器组的选择。存器组的选择。第 2 章 单片机的硬件结构（1 1）工作寄存器组区）工作寄存器组区（字节地址（字节地址00H1FH）4组组32个单元，每组个单元，每组8个寄存器个寄存器R0、R1、R2R7RS1RS0工作寄存工作寄存器组器组数值地址范围数值地址范围00第第0组工作组工作寄存器组寄存器组01第第1组工作组工作寄存器组寄存器组10第第2组工作组工作寄存器组寄存器组11第第3组工作组工作寄存器组寄存器组第 2 章 单片机的硬件结构（2 2）位寻址区）位寻址区（字节地址（字节地址20H2FH）16个字节，个字节，128个可操作位。个可操作位。每一位都有一个位地址，范围每一位都有一
20、个位地址，范围为：为：00H7FH单单元元地地址址位位地地址址EH2FH2H20H21H77FH7H76EH7H75DH7H74CH7H73BH7H72AH7H71H79H70H78H07FH0H06EH0H05DH0H04CH0H03BH0H02AH0H01H09H00H08第 2 章 单片机的硬件结构（2 2）位寻址区）位寻址区单单元元地地址址位位地地址址EH2FH2H20H21H77FH7H76EH7H75DH7H74CH7H73BH7H72AH7H71H79H70H78H07FH0H06EH0H05DH0H04CH0H03BH0H02AH0H01H09H00H08位操作：置位操作：置1
21、 1或清或清0 0置置1:SETB1:SETB清清0:CLR0:CLRSETB 0DHSETB 0DHSETB 21H.5SETB 21H.5位寻址区（位寻址区（20H2FH）16个字节。个字节。16*8=128位，每一位都有一个位地址，范围为：位，每一位都有一个位地址，范围为：00H7FH，位地址区也可作为一般位地址区也可作为一般RAM使用。使用。单单元元地地址址位位地地址址EH2FH2H20H21H77FH7H76EH7H75DH7H74CH7H73BH7H72AH7H71H79H70H78H07FH0H06EH0H05DH0H04CH0H03BH0H02AH0H01H09H00H08第
22、2 章 单片机的硬件结构（3）用户）用户RAM区（字节地址区（字节地址30H7FH）共共80个字节单元，为用户个字节单元，为用户RAM区（堆栈、数据缓冲）区（堆栈、数据缓冲）在源程序中用到子程序调用时或者说是用到堆栈时，首先设在源程序中用到子程序调用时或者说是用到堆栈时，首先设置置SP的值在（的值在（30H7FH）之间。因系统复位时）之间。因系统复位时SP的值为的值为07H，即指向第即指向第0组工作寄存器的组工作寄存器的R7单元。单元。3.3.特殊功能寄存器特殊功能寄存器MCS-51MCS-51单片机内共有单片机内共有2222个专用功能寄存器，包括个专用功能寄存器，包括PCPC及及SFRSFR
23、。PCPC为程序计数器。它是一个双字节寄存器为程序计数器。它是一个双字节寄存器,寻址范围为寻址范围为:0000H FFFFH 0000H FFFFH，即，即0 64KB0 64KB。SFRSFR为特殊功能寄存器。其寻址空间：为特殊功能寄存器。其寻址空间：80H FFH 80H FFH 其中，其中，5151子系列有子系列有1818个寄存器，占有个寄存器，占有2121个字节；个字节；5252子系列有子系列有2121个寄存器，占有个寄存器，占有2626个字节。个字节。5151子系列子系列SFRSFR的地址分配及位地址见下页表：的地址分配及位地址见下页表：寄存器寄存器 位地址位地址/位定义位定义 地址
24、地址 F7F7 F6F6 F5F5 F4F4 F3F3 F2F2 F1F1 F0F0 B B F0HF0H E7E7 E6E6 E5E5 E4E4 E3E3 E2E2 E1E1 E0E0 ACCACC E0E0 D7D7 D6D6 D5D5 D4D4 D3D3 D2D2 D1D1 D0D0 PSWPSW CYCY ACAC F0F0 RS1RS1 RS0RS0 OVOV /P P D0HD0H BFBF BEBE BDBD BCBC BBBB BABA B9B9 B8B8 IPIP B8HB8H B7B7 B6B6 B5B5 B4B4 B3B3 B2B2 B1B1 B0B0 P3P3 P3.7
25、P3.7 P3.6P3.6 P3.5P3.5 P3.P3.4 4 P3.3P3.3 P3.2P3.2 P3.1P3.1 P3.0P3.0 B0HB0H IEIE A8HA8H A7A7 A6A6 A5A5 A4A4 A3A3 A2A2 A1A1 A0A0 P2P2 P2.7P2.7 P2.6P2.6 P2.5P2.5 P2.4P2.4 P2.3P2.3 P2.2P2.2 P2.1P2.1 P2.0P2.0 A0HA0H SBUFSBUF 99H99H +SCON 98H 97 96 95 94 93 92 91 90 P1 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1
26、P1.0 90H TH1 8DH TH0 8CH TL1 8BH TL0 8AH TMOD GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 89H 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 88H PCON SMOD/GF1 GF0 PD IDL 87H DPH 83H DPL 82H SP 81H 87 86 85 84 83 82 81 80 P0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 80H 注意：注意：1、表中共有表中共有3个双字节寄存器。个双字节寄存器
27、。2、PC也为双字节寄存器，但是也为双字节寄存器，但是不在不在80H FFH 范围内。范围内。3、表中，凡地址能被、表中，凡地址能被8整除的寄存器都是可位整除的寄存器都是可位 寻址的寄存器寻址的寄存器。各寄存器的名称：各寄存器的名称：1、算术运算寄存器、算术运算寄存器（1）A累加器。累加器。功能功能:A.累加器用于存放操作数累加器用于存放操作数,是是ALU数据输入的一个重数据输入的一个重要来源要来源,单片机中大部分单操作数指令的操作数取自累加单片机中大部分单操作数指令的操作数取自累加器器,许多双操作数指令的一个操作数也取自累加器许多双操作数指令的一个操作数也取自累加器.B.累加器是累加器是AL
28、U运算结果的暂存单元运算结果的暂存单元,用于存放运算的中用于存放运算的中间结果间结果.C.累加器是数据传送的中转站累加器是数据传送的中转站,单片机中的大部分传送都单片机中的大部分传送都通过累加器进行通过累加器进行.D.在变址寻址方式中把累加器作为变址寄存器用在变址寻址方式中把累加器作为变址寄存器用.第 2 章 单片机的硬件结构（2）BB寄存器，乘、除法运算用。寄存器，乘、除法运算用。B B寄存器是一个寄存器是一个8 8位寄存器位寄存器,主要用于乘除运算主要用于乘除运算.乘乘法运算时法运算时,B,B为乘数为乘数.乘法操作后乘法操作后,乘积的高乘积的高8 8位存位存于于B B中中.除法运算时除法运
29、算时,B,B为除数为除数.除法操作后除法操作后,余数存余数存于于B B中中.此外此外B B寄存器也可作为一般数据寄存器使寄存器也可作为一般数据寄存器使用用.第 2 章 单片机的硬件结构CY 进位进位/借位标志；位累加器。借位标志；位累加器。AC 辅助进辅助进/借位标志；用于十进制调整。借位标志；用于十进制调整。F0 用户定义标志位；软件置位用户定义标志位；软件置位/清零。清零。OV 溢出标志；溢出标志；硬件置位硬件置位/清零。清零。P 奇偶标志；奇偶标志；A中中1的个数为奇数的个数为奇数 P=1；否则；否则 P=0。RS1、RS0 寄存器区选择控制位。寄存器区选择控制位。0 0：0区区 R0
30、R7 0 1：1区区 R0 R7 1 0：2区区 R0 R7 1 1：3区区 R0 R7 P RS0RS1OV F0 AC CY PSW（3）PSW程序状态字寄存器：包含程序运行状态、信息。程序状态字寄存器：包含程序运行状态、信息。2、指针寄存器、指针寄存器（1）程序计数器）程序计数器PC指明即将执行的下一条指令的地址指明即将执行的下一条指令的地址(程序存储器地址程序存储器地址)，在物理上独立，复位时在物理上独立，复位时PC=0000H。（2）堆栈指针）堆栈指针SP指明栈顶元素的地址，指明栈顶元素的地址，8位，可软件设置初值，复位时位，可软件设置初值，复位时SP=07H。（3）数据指针）数据指
31、针DPTRDPTR；指明访问的数据存储器的单元地址，；指明访问的数据存储器的单元地址，16位，位，寻址范围寻址范围64KB。DPTR=DPH+DPL，也可单独使，也可单独使用。用。3、并行输入、并行输入/输出端口输出端口寄存器寄存器P0、P1、P2、P3实为相应端口锁存器。实为相应端口锁存器。4、串行输入、串行输入/输出端口输出端口（1）串行数据缓冲器）串行数据缓冲器 SBUF是物理上独立的两个寄存器，共同使用一个地址（是物理上独立的两个寄存器，共同使用一个地址（99H）。（2）串行控制）串行控制/状态寄存器状态寄存器SCON控制监视串行口的工作状态控制监视串行口的工作状态（3）电源控制寄存器
32、）电源控制寄存器PCON控制单片机的低功耗工作方式及波特率选择。控制单片机的低功耗工作方式及波特率选择。5、中断系统、中断系统（1）中断优先级寄存器）中断优先级寄存器IP：2级优先，可软件设定级优先，可软件设定（2）中断允许寄存器）中断允许寄存器IE6、定时、定时/计数器计数器（1）定时器方式寄存器：）定时器方式寄存器：TMOD（2）定时器控制寄存器：）定时器控制寄存器：TCON（3）计数寄存器：）计数寄存器：TH0、TL0；TH1、TL1。可用于设定计数。可用于设定计数初值。初值。五、地址空间五、地址空间（1）内部）内部RAM 20H 2FH共共16个单元可按位寻个单元可按位寻 址址128位
33、。位。（2）SFR 80H FFH 51子系列，有子系列，有11个寄存个寄存 器，器，83位；位；52子系列，有子系列，有12个寄存器，个寄存器，93位。位。六、外部数据存储器六、外部数据存储器 （1）容量最大扩展到）容量最大扩展到64KB （2）寻址范围：）寻址范围：0000H FFFFH （3）寻址方式：间接寻址可用）寻址方式：间接寻址可用R0，R1，DPTR 第 2 章 单片机的硬件结构3.MCS-51的堆栈操作的堆栈操作 1)何为堆栈何为堆栈 是一个按照是一个按照”先进后出先进后出”或或”后进先出后进先出”原则存取数原则存取数据的据的RAM区域区域.2)堆栈的作用堆栈的作用 堆栈主要是
34、为子程序调用和中断操作而设立的堆栈主要是为子程序调用和中断操作而设立的.其具体其具体功能有两个功能有两个:保护断点和保护现场保护断点和保护现场.子程序子程序2子程序子程序1主程序主程序中断中断中断中断第 2 章 单片机的硬件结构2.3 并行输入并行输入/输出接口输出接口 图 2.5 P0 口内部一位结构图 1.P0口口 第 2 章 单片机的硬件结构2.3 I/O口的结构和功能口的结构和功能四个端口、双向、每个口包含一个锁存器、一个输出驱动器和二个四个端口、双向、每个口包含一个锁存器、一个输出驱动器和二个输入缓冲器。输入缓冲器。1、结构、结构 P0口电路图如下图口电路图如下图一、一、P0P0口口
35、P0口的字节地址为口的字节地址为80H,位地址为位地址为80H87H.P0口：是漏极开路的准双向口口：是漏极开路的准双向口 低低8位地址位地址/数据总线口数据总线口第 2 章 单片机的硬件结构P0口：地址口：地址/数据复用口数据复用口QQDCP写写入入内部总线内部总线读读锁锁存存器器读引脚读引脚x.0PCCV数据数据地址地址/控制控制锁锁存存器器MUX&G1G2G3G4T2T1第 2 章 单片机的硬件结构2、通用、通用I/O口口作为通用I/O口用时，它的控制C为0,这时多路开关是与/Q端相连。它有两个功能。第 2 章 单片机的硬件结构2、通用、通用I/O口口1）读（端口外数据）读（端口外数据
36、内部寄存器）内部寄存器）方式方式1（读锁存器）（读锁存器）Q G2 D 内部总线内部总线,适于适于“读读修改修改写写”方式方式2（读引脚）：（读引脚）：P0.x G1 D 内部总线。内部总线。作为通用作为通用I/O使用，使用，是一个准双向口：是一个准双向口：“在输入数据时应先把口置在输入数据时应先把口置1，使两个，使两个FET都截止，引脚处于悬都截止，引脚处于悬浮状态，可作高阻抗输入浮状态，可作高阻抗输入”2）写（片内数据）写（片内数据 端口）端口）数据数据 锁存锁存 MUX P0.x 作为通用作为通用I/OI/O口用时，口用时，它的控制它的控制C C为为0,0,这时这时多路开关是与多路开关是
37、与/Q/Q端相端相连。它有两个功能：连。它有两个功能：第 2 章 单片机的硬件结构3）地址）地址/数据总线口数据总线口控制控制MUX写：地址写：地址/数据为数据为1，P0 x 高高 地址地址/数据为数据为0，P0 x 低低 读：经缓冲器读：经缓冲器G1读入读入 4)负载能力负载能力可带可带8个个TTL输入，驱动输入，驱动NMOS时，接上拉电阻。时，接上拉电阻。第 2 章 单片机的硬件结构 总结特点：总结特点：（1）P0口可作通用口可作通用I/O口使用，又可作地址口使用，又可作地址/数据总线口；数据总线口；（2）P0既可按字节寻址，又可按位寻址；既可按字节寻址，又可按位寻址；（3）P0作为输入口
38、使用时：是准双向口；作为输入口使用时：是准双向口；（4）作通用）作通用I/O 口输出时：是开漏输出；口输出时：是开漏输出；（5）作地址）作地址/数据总线口时，数据总线口时，P0是一真正双向口，而作通是一真正双向口，而作通 用用I/O口时，只是一个准双向口。口时，只是一个准双向口。第 2 章 单片机的硬件结构二、二、P1P1口口1、结构：、结构：第 2 章 单片机的硬件结构只能作只能作I/O口用，且是一个准双向口。口用，且是一个准双向口。内部已有上拉电阻，不是开漏输出口。内部已有上拉电阻，不是开漏输出口。2、特点：、特点：（1）无地址）无地址/数据口功能数据口功能（2）可按字节寻址，也可按位寻址
39、）可按字节寻址，也可按位寻址（3）作）作I/O输入口时：是一准双向口，不是开漏输出。输入口时：是一准双向口，不是开漏输出。第 2 章 单片机的硬件结构三、三、P2P2口口1 1、结构、结构 第 2 章 单片机的硬件结构2、特点：、特点：（1）当当P2口作为通用口作为通用I/O时，是一准双向口。时，是一准双向口。（2）从从P2口输入数据时，先向锁存器写口输入数据时，先向锁存器写“1”。（3）可位寻址，也可按字节寻址可位寻址，也可按字节寻址（4）可输出地址高可输出地址高8位。位。第 2 章 单片机的硬件结构四、四、P3口口1、结构、结构第 2 章 单片机的硬件结构2、特点：、特点：（1）作通用作通
40、用I/O时，时，“选择输出功能选择输出功能”应保持高电平，应保持高电平，（2）工作于第二功能时，该位锁存器应置工作于第二功能时，该位锁存器应置1，（3）作输入口时，输出锁存器和选择输出功能端都应作输入口时，输出锁存器和选择输出功能端都应 置置1（4）第二功能专用输入，取自输入通道第一缓冲器第二功能专用输入，取自输入通道第一缓冲器 （G1）输出端，通用输入信号取自）输出端，通用输入信号取自“读引脚读引脚”。第 2 章 单片机的硬件结构表表 2.7 P3口的第二功能口的第二功能 第 2 章 单片机的硬件结构小结：小结：1、P0口：地址低口：地址低8位与数据线分时使用端口，位与数据线分时使用端口，2
41、、P1口：按位可编址的输入输出端口，口：按位可编址的输入输出端口，3、P2口：地址高口：地址高8位输出口位输出口4、P3口：双功能口。若不用第二功能，也可作通用口：双功能口。若不用第二功能，也可作通用I/O 口。口。5、按三总线划分：、按三总线划分：地址线：地址线：P0低八位地址，低八位地址，P2高八地址；高八地址；数据线：数据线：P0输入输出输入输出8位数据；位数据；控制线：控制线：P3口的口的8位加上位加上/PSEN、ALE共同完成共同完成 控制总线。控制总线。第 2 章 单片机的硬件结构2.4 单片机工作的基本时序单片机工作的基本时序 1.时钟电路时钟电路 图2-6,2-7,2-8第 2
42、 章 单片机的硬件结构2.机器周期和指令周期机器周期和指令周期 （1）振荡周期:也称时钟周期,是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。（2）状态周期:每个状态周期为时钟周期的 2 倍,是振荡周期经二分频后得到的。（3）机器周期:一个机器周期包含 6 个状态周期S1S6,也就是 12 个时钟周期。在一个机器周期内,CPU可以完成一个独立的操作。（4）指令周期:它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。每条指令执行时间都是有一个或几个机器周期组成。MCS-51 系统中,有单周期指令、双周期指令和四周期指令。第 2 章 单片机的硬件结构3.MCS-51 指令的取指指令的取指/执行时序执行时序 图2.7 MCS-51 单片机取指/执行时序第 2 章 单片机的硬件结构2.5 MCS-512.5 MCS-51单片机工作方式单片机工作方式 一.复位操作和复位电路 1.复位操作 2.复位信号及其产生 3.复位方式 二.程序执行方式 三.掉电保护方式 四.80C51的低功耗方式第 2 章 单片机的硬件结构第 2 章 单片机的硬件结构
