[计算机硬件及网络]单片机课件.ppt

1、2.1 单片机概述单片机概述2.1.1 单片机的基本概念单片机的基本概念1.微处理器的概念微处理器的概念 MPUMPU是微处理器的缩写（是微处理器的缩写（MicroprocessorMicroprocessor），简），简称为称为MPMP。MPUMPU是集成在同一块芯片上的具有运算和控是集成在同一块芯片上的具有运算和控制功能逻辑的中央处理器。微处理器不仅是构成微型制功能逻辑的中央处理器。微处理器不仅是构成微型计算机、单片微型计算机系统、嵌入式系统的核心部计算机、单片微型计算机系统、嵌入式系统的核心部件，而且也是构成多微处理器系统和现代并行结构计件，而且也是构成多微处理器系统和现代并行结构计算机

2、的基础。算机的基础。q2微型计算机的概念微型计算机的概念q微型计算机（微型计算机（microcomputermicrocomputer）是指由微处理）是指由微处理器加上采用大规模集成电路制成的程序存储器器加上采用大规模集成电路制成的程序存储器和数据存储器，以及与输入和数据存储器，以及与输入/输出设备相连接输出设备相连接的的I/OI/O接口电路，微型计算机简称接口电路，微型计算机简称MCMC。q3单片机的基本概念单片机的基本概念单片机单片机SCMC(Single Chip MicroComputerSCMC(Single Chip MicroComputer)属于微型机的一种属于微型机的一种 具

3、有一般微机的基本组成和功能具有一般微机的基本组成和功能其它名称：其它名称：微控制器微控制器MCUMCU（MicroControllerMicroController Unit Unit）嵌入式微控制器（嵌入式微控制器（embedded microcontrollerembedded microcontroller）单片机是单片微型计算机的简称，也就是把微处单片机是单片微型计算机的简称，也就是把微处理器（理器（CPUCPU）、一定容量的程序存储器（）、一定容量的程序存储器（ROMROM）和数据）和数据存储器（存储器（RAMRAM）、输入）、输入/输出接口（输出接口（I/OI/O）、时钟及其）、时

4、钟及其它一些计算机外围电路，通过总线连接在一起并集成它一些计算机外围电路，通过总线连接在一起并集成在一个芯片上，构成的微型计算机系统。在一个芯片上，构成的微型计算机系统。4嵌入式系统的基本概念嵌入式系统的基本概念嵌入式系统泛指嵌入于宿主设备的系统中，嵌入的目的主嵌入式系统泛指嵌入于宿主设备的系统中，嵌入的目的主要是用智能化提升宿主设备的功能。要是用智能化提升宿主设备的功能。嵌入式系统是以应用技术产品为核心，以计算机技术为嵌入式系统是以应用技术产品为核心，以计算机技术为基础，以通信技术为载体，以消费类产品为对象，引入各基础，以通信技术为载体，以消费类产品为对象，引入各类传感器加入，进入类传感器加

5、入，进入InternetInternet网络技术的连接，而适应应网络技术的连接，而适应应用环境的产品。用环境的产品。特点：特点：（1 1）嵌入式微处理器对实时多任务有很强的支持能力；）嵌入式微处理器对实时多任务有很强的支持能力；（2 2）嵌入式微处理器具有功能很强的存储区保护功能。）嵌入式微处理器具有功能很强的存储区保护功能。（3 3）嵌入式微处理器功耗很低）嵌入式微处理器功耗很低q5SOC的基本概念的基本概念qSOCSOC是片上系统的简称。所谓是片上系统的简称。所谓SOCSOCq是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。使用是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。使用SOC技术设计系统的核心思

6、想，就是要把整个应用电技术设计系统的核心思想，就是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。在使用子系统全部集成在一个芯片中。在使用SOC技术设计技术设计应用系统时，除了那些无法集成的外部电路或机械部应用系统时，除了那些无法集成的外部电路或机械部分以外，其他所有的系统电路全部集成在一起。分以外，其他所有的系统电路全部集成在一起。2.1.2 单片机的发展概况单片机的发展概况q1单片机的发展阶段单片机的发展阶段q（1）单片机的初级阶段）单片机的初级阶段（70年代）年代）q（2）单片机的中级（成熟）阶段）单片机的中级（成熟）阶段 q（3）单片机的高级（发展）阶段）单片机的高级（发展）阶段（82年以后

7、）1.1.2 单片机的发展概况单片机的发展概况q2单片机技术的发展方向单片机技术的发展方向 q（1）内部结构）内部结构 q（2）功耗和电源电压方面）功耗和电源电压方面 q（3）工艺的进步及抗干扰能力的提高）工艺的进步及抗干扰能力的提高 q（4）存储能力和）存储能力和Internet连接连接 2.1.3 2.1.3 单片机的特点和应用单片机的特点和应用 q1.单片机的特点单片机的特点q（1）体积小、使用灵活、成本低、易于产业化。）体积小、使用灵活、成本低、易于产业化。q（2）可靠性好，适应温度范围宽。）可靠性好，适应温度范围宽。q（3）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统、）易扩展，很容易构成各

8、种规模的应用系统、控制功能强。控制功能强。q（4）系统内无监控或系统管理程序。）系统内无监控或系统管理程序。2单片机的应用单片机的应用 q（1）测控系统）测控系统q（2）智能仪器仪表）智能仪器仪表 q（3）通讯产品）通讯产品 q（4）民用产品）民用产品 q（5）军用产品）军用产品 q（6）计算机外部设备）计算机外部设备 2.1.4 2.1.4 单片机的系列产品介绍单片机的系列产品介绍 q18051类单片机类单片机 q2Motorola单片机单片机 q3Microchip单片机单片机 q4华邦单片机华邦单片机 q5Epson单片机单片机 q6Epson单片机单片机 q7NS单片机单片机 q8其它

9、单片机其它单片机q9.AT89系列系列（1）扩大了内部程序存储器（）扩大了内部程序存储器（ROM）和内部数）和内部数据存储器（据存储器（RAM）的容量。）的容量。（2）具有布尔代数运算能力。）具有布尔代数运算能力。（3）具有）具有32条双向可被独立寻址的条双向可被独立寻址的I/O口。口。（4）具有）具有56个中断源，可分为个中断源，可分为2个中断优先级。个中断优先级。（5）具有丰富的指令系统。）具有丰富的指令系统。（6）具有全双工传输信号）具有全双工传输信号UART。（7）片内具有时钟振荡电路。）片内具有时钟振荡电路。（8）烧写工艺上采用可一次性烧写的内含）烧写工艺上采用可一次性烧写的内含RO

10、M或可重复烧写的或可重复烧写的EPROM。2.2.1 2.2.1 内部结构内部结构微计算机组成微计算机组成微处理器CPUROMRAMI/O接口外设地址总线AB数据总线DB控制总线CB微型机组成框图单片机的内部结构单片机的内部结构总线总线1CPU CPU也叫中央处理器，是单片机的核心部件，主要完成单片机的运算和控制功能。（1）运算器：包括算术逻辑单元ALU、布尔处理器、累加器ACC、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2、程序状态字PSW寄存器及十进制调整电路等。（2）控制器：包括定时控制逻辑、指令寄存器、译码器以及信息传送控制部件等，以实现控制功能。2内部存储器内部存储器 q单片机内的存储器包括程

11、序存储器和数据存储器，它们是相互独立。q（1）程序存储器（ROM）：为只读存储器，用于存放程序指令，常数及数据表格。q（2）数据存储器（RAM）：为随机存储器，用于存放数据。数据存储器又可分为内部数据存储器和外部数据存储器。q在单片机内部有256个RAM单元来存放可读写的数据，其中，后128单元被专用寄存器占用，作为寄存器供用户使用的只是前128单元。3定时定时/计数器计数器 qMCS-51MCS-51单片机内部有单片机内部有2 2个个1616位的定时器位的定时器/计数器，用于实现内部定时或外部计数计数器，用于实现内部定时或外部计数的功能；并以其定时或计数的结果（查的功能；并以其定时或计数的结

12、果（查询或中断方式）来实现控制功能。询或中断方式）来实现控制功能。4 4中断系统控制器中断系统控制器qMCS-51MCS-51单片机具有中断功能，以满足控单片机具有中断功能，以满足控制应用的需要。制应用的需要。MCS-51MCS-51共有共有5 5个中断源（个中断源（5252系列有系列有6 6个中断源），即外部中断个中断源），即外部中断2 2个，定个，定时时/计数器中断计数器中断2 2个，串行口中断个，串行口中断1 1个。全部个。全部中断可分为高级和低级两个优先级别。中断可分为高级和低级两个优先级别。q5并行并行I/O口口qMCS-51MCS-51单片机内部共有四个单片机内部共有四个8 8位的

13、并行位的并行I/OI/O口（口（P0P0、P1P1、P2P2、P3P3），以实现数据的），以实现数据的并行输入和输出。并行输入和输出。6全双工串行口全双工串行口qMCS-51MCS-51单片机还有一个全双工的串行口，单片机还有一个全双工的串行口，以实现单片机与外部之间的串行数据传送。以实现单片机与外部之间的串行数据传送。q7OSCqOSCOSC是单片机的时钟电路。时钟电路用是单片机的时钟电路。时钟电路用于单片机产生时钟脉冲序列，协调和控制于单片机产生时钟脉冲序列，协调和控制单片机的工作。单片机的工作。MCS-51系列单片机分类系列单片机分类q 资源资源 配置配置子子 系列系列 片内片内ROMR

14、OM形式形式 片片 内内 ROM ROM 容容 量量 片片 内内 RAM RAM 容容 量量定时定时/计数器计数器中中断断源源 无无ROMROMEPREPROMOME E2 2PRPROMOM5151子系列子系列80318031 80518051 87518751 89518951 4KB 128B128B 2 216165 55252子系列子系列80328032 80528052 87528752 89528952 8KB 256B256B 3 316166 62.2.2 引脚引脚定义及功能定义及功能 805112345678910111213141516171819204039383736

15、353433323130292827262524232221 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPDRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3 T0/P3.4 T1/P3.5 WR/P3.6 RD/P3.7 XTAL2 XTAL1 VssVccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.02单片机引脚说明单片机引脚说明 q（1 1）P0P0口（口（3232脚脚3939脚）有三种使用方法：脚）有三种

16、使用方法：q作为与外部传送数据的作为与外部传送数据的8 8位数据总线（位数据总线（D0D0D7D7）。）。q作为扩展外部存储器时的低作为扩展外部存储器时的低8 8位地址总线（位地址总线（A0A0A7A7）作为普通作为普通I/OI/O口使用。口使用。q（2 2）P1P1口（口（1 1脚脚8 8脚）：作为普通脚）：作为普通I/OI/O口使用，无须口使用，无须外接上拉电阻外接上拉电阻q（3 3）P2P2口（口（2121脚脚2828脚）有两种使用方法：脚）有两种使用方法：q作为普通作为普通I/OI/O口使用，无须外接上拉电阻。口使用，无须外接上拉电阻。q作为扩展外部存储器时的高作为扩展外部存储器时的高

17、8 8位地址总线（位地址总线（A8A8A15A15）。）。q（4 4）P3P3口（口（1010脚脚1717脚）有两种使用方法。作为普脚）有两种使用方法。作为普通通I/OI/O口使用，无须外接上拉电阻；口使用，无须外接上拉电阻；P3口的特殊功能口的特殊功能 单片机引脚单片机引脚q（5）VDD（40脚）：脚）：+5V电源。电源。q（6）VSS（20脚）：脚）：GNDq（7）XTAL1（19脚）脚）XTAL2（18脚）：接外脚）：接外部石英晶振的引脚，也可引入外部时钟。部石英晶振的引脚，也可引入外部时钟。q（8 8）RESETRESET（9 9脚）：复位信号引脚。必须在脚）：复位信号引脚。必须在此引

18、脚上出现两个机器周期的高电平，才能保证此引脚上出现两个机器周期的高电平，才能保证单片机可靠的复位。复位后，单片机内部各寄存单片机可靠的复位。复位后，单片机内部各寄存器的状态见表器的状态见表2-22-2所示。所示。q复位后单片机寄存器的内容复位后单片机寄存器的内容 单片机引脚单片机引脚q（9 9）ALE/PROGALE/PROG（3030脚）：地址锁存允许信号。脚）：地址锁存允许信号。有以下三个作用：有以下三个作用：q当外接存储器（当外接存储器（RAM/ROMRAM/ROM）时，）时，ALEALE（允许地（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低址锁存）的输出用于锁存地址的低8 8位。一般位。一般A

19、LEALE接锁存器的接锁存器的ENEN端。端。q当没有外部存储器时，当没有外部存储器时，ALEALE端可输出脉冲信号，端可输出脉冲信号，此频率为石英振荡频率的此频率为石英振荡频率的1/61/6。因此，它可用。因此，它可用作对外部芯片提供输出的时钟，或用于定时的作对外部芯片提供输出的时钟，或用于定时的目的。目的。q在烧写在烧写EPROMEPROM时，作为烧写时钟输入端时，作为烧写时钟输入端 。单片机引脚单片机引脚（10）PSEN（29脚）：外部程序存储器的读选脚）：外部程序存储器的读选通信号。通信号。（1111）/VPP/VPP（脚（脚3131）：访问程序存储器控制）：访问程序存储器控制信号。信

20、号。当信号接低电平时，对当信号接低电平时，对ROM的读操作（执行程的读操作（执行程序）限定在外部程序储器。序）限定在外部程序储器。当接高电平时，对当接高电平时，对ROM的读操作（执行程序）的读操作（执行程序）从内部开始。在使用内部带程序存储器的单片机从内部开始。在使用内部带程序存储器的单片机时，应接高电平。时，应接高电平。EA2.3 2.3 单片机的存储器结构单片机的存储器结构 q（1 1）内部程序存储器（）内部程序存储器（ROMROM）：用来存放程）：用来存放程序和表格常数。序和表格常数。80518051为为4KB4KB、80528052为为8KB8KB。q（2 2）内部数据存储器（）内部数

21、据存储器（RAMRAM）：用来存放运）：用来存放运算过程中的数据。包括寄存器在内，算过程中的数据。包括寄存器在内，8051/318051/31为为128128字节、字节、8052/328052/32为为256256字节。字节。q（3 3）外部程序存储器（）外部程序存储器（ROMROM）：用来存放程）：用来存放程序。最大可扩展序。最大可扩展64KB64KB空间（包括内部空间（包括内部ROMROM）。）。q（4 4）外部数据存储器（）外部数据存储器（RAMRAM）：在数据采集）：在数据采集系统中可存放大量的数据。最大可扩展系统中可存放大量的数据。最大可扩展64KB64KB空空间（不包括内部间（不包

22、括内部RAMRAM）。）。1内部数据存储器 2.3.1 2.3.1 内部数据存储器及专用寄存器内部数据存储器及专用寄存器 q内部数据存储器在结构上可分为两个不同的存储空间,即低128单元的数据存储器空间（00H7FH）和高128单元的具有特殊功能的专用寄存器存贮器空间（80H0FFH）。只能间接寻址(8051无)(8052有)可直接(间接)寻址可直接寻址(SFR)FFH80H7FH00H80HFFH 用户RAM区位寻址区第3寄存器组(RB3)第2寄存器组(RB2)第1寄存器组(RB1)第0寄存器组(RB0)00H1FH20H2FH30H7FHRS1=1 RS0=1RS1=1 RS0=0RS1=

23、0 RS0=1RS1=0 RS0=02 2专用寄存器专用寄存器SFR SFR q专用寄存器（专用寄存器（Special Function Registers）也叫特殊功能寄存）也叫特殊功能寄存器，就是将内部器，就是将内部RAM的高的高128单元作为特殊功能寄存器使用。单元作为特殊功能寄存器使用。其单元地址为其单元地址为80HFFH。寄存器 0 1 2 3 4 5 6 7 F8H FFH F0H B F7H E8H EFH E0H ACC E7H D8H DFH D0H PSW D7H C8H T2CON T2MOD RCAP2L RCAP2H TL2 TH2 CFH C0H C7H B8H I

24、P SADEN BFH B0H P3 B7H A8H IE SADDR AFH A0H P2 A7H 98H SCON SBUF 9FH 90H P1 97H 88H TCON TM OD TL0 TL1 TH0 TH1 8FH 80H P0 SP DPL DPH PCON 87H q（1）B寄存器寄存器qB寄存器是一个寄存器是一个8位寄存器，即可作为一般寄存器使位寄存器，即可作为一般寄存器使用，也可用于乘除运算。做乘法运算时，用，也可用于乘除运算。做乘法运算时，B是乘数。是乘数。乘法操作后，乘积的高乘法操作后，乘积的高8位存于位存于B中。做除法运算时，中。做除法运算时，B存放除数。除法操作后

25、，余数存放在存放除数。除法操作后，余数存放在B中。中。q（2）累加器）累加器ACC（Accumulator）q累加器累加器A是在编程操作中最常用的专用寄存器，功是在编程操作中最常用的专用寄存器，功能较多，可按位寻址。能较多，可按位寻址。（3）程序状态字）程序状态字PSW（Program Status Word）位 7 6 5 4 3 2 1 0 P S W C Y A C F 0 R S 1 R S 0 O V -P 位 标志 名 称 功 能 7 CY 进位标志位 1是存放算术运算的进位标志 2是在布尔运算中作累加位使用 6 AC 辅助进位标志位 作 BCD 运算时，低 4 位向高 4 位进位

26、或借位时，置“1”5 F0 用户标志位 用户可用软件自定义的一个状态标记 4 RS1 当前寄存器区选择位 见表 2-3 所示 3 RS0 当前寄存器区选择位 见表 2-3 所示 2 OV 溢出标志位 作算术运算时 OV=0，未溢出 作算术运算时 OV=1，溢出 1-保留位 0 P 奇偶标志位 P=1，则累加器中 1 的个数为奇数 P=0，则累加器中 1 的个数为偶数 CYCY：进位标志。加减运算时，保存最高位进位、借位状态。AC：半进位标志。例：78H+97H 0111 1000 +1001 0111 1 0000 1111有进位有进位CY=1没有半进位没有半进位AC=0q（4）定时器）定时器

27、2寄存器（寄存器（52系列单片机独有）系列单片机独有）qT2CON：定时器：定时器2控制寄存器。控制寄存器。qT2MOD：定时器：定时器2方式寄存器。方式寄存器。qRCAP2L、RCAP2H：捕获寄存器，一旦：捕获寄存器，一旦8052单片单片机的机的T2EX脚出现负跳变，则脚出现负跳变，则TL2、TH2的内容立即被的内容立即被捕获到捕获到RCAP2L、RCAP2H中。中。qTL2、TH2：定时器：定时器2寄存器。寄存器。q（5）IP寄存器寄存器q中断优先级寄存器中断优先级寄存器 q（6）IE寄存器寄存器q中断允许寄存器中断允许寄存器 （7）SCON寄存器寄存器 串行控制寄存器串行控制寄存器 （

28、8）SBUF寄存器寄存器 串行数据缓冲器串行数据缓冲器SBUF用于利用串行口进行用于利用串行口进行发送或接收的数据，在硬件上，实际上由发送或接收的数据，在硬件上，实际上由两个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲两个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器，另一个是接收缓冲器。器，另一个是接收缓冲器。q（9 9）定时器）定时器0 0和定时器和定时器1 1寄存器寄存器qTCONTCON：定时器控制寄存器。：定时器控制寄存器。qTMODTMOD：定时器方式寄存器。：定时器方式寄存器。qTL0TL0、TH0TH0：定时器：定时器0 0寄存器。寄存器。qTL1TL1、TH1TH1：定时器：定时器1 1寄存器。寄存

29、器。q（1010）P0P0P3P3端口寄存器端口寄存器 q（1111）栈指针）栈指针SPSP寄存器寄存器q栈指针栈指针SPSP寄存器指示出堆栈顶部在内部数据存储器寄存器指示出堆栈顶部在内部数据存储器中的位置。系统复位后，中的位置。系统复位后，SPSP初始化为初始化为07H07H，如果不重，如果不重新设置，就使得堆栈由新设置，就使得堆栈由08H08H单元开始。但单元开始。但08H08H1FH1FH单单元属于工作寄存器区，所以在程序设计中，最好把元属于工作寄存器区，所以在程序设计中，最好把SPSP的值设置的大一些，一般将堆栈开辟在的值设置的大一些，一般将堆栈开辟在30H30H7FH7FH区域区域中

30、。中。SPSP的值越小，堆栈容量就越大，但最大为的值越小，堆栈容量就越大，但最大为128128字字节。节。q（12）数据指针）数据指针DPTR寄存器寄存器q数据指针数据指针DPTR由两个由两个8位寄存器位寄存器DPH和和DPL组合而组合而成一个成一个16位专用寄存器，其中位专用寄存器，其中DPH为为DPTR的高的高8位，位，DPL为为DPTR的低的低8位位。3.3.程序计数器程序计数器PC PC 程序计数器程序计数器PCPC中存储的是将要执行的指令地址，中存储的是将要执行的指令地址，是一个是一个16位的计数器。寻址范围达位的计数器。寻址范围达64KB。2.3.2 2.3.2 外部数据存储器外部

31、数据存储器 q程序计数器程序计数器PC中存储的是将要执行的指令地址，是中存储的是将要执行的指令地址，是一个一个16位的计数器。寻址范围达位的计数器。寻址范围达64KB。P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7ALE/PRDWREA/VPX1X2RESETINT0INT1T0T1D0D1D2D3D4D5D6D7OCGQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q73938373635343332A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10CEOEWED0D1D2D3D4D5D6D7P00P01P02P03P04P05P06

32、P07X112MHz181931111212223242526272830171680C51910UC120PC220PVCC18202174LS373611687654321232219256912151619P20P21P22910111314151617PSEN292.3.3 2.3.3 程序存储器程序存储器 P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7ALE/PEA/VPX1X2RESETINT0INT1T0T1D0D1D2D3D4D5D6D7OCGQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q739383736353

33、43332A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10WEOECED0D1D2D3D4D5D6D7P00P01P02P03P04P05P06P07X112MHz1819311213141511180C51910UC120PC220PVCC18202174LS373271687654321232219256912151619P20P21P22910111314151617VCCPSENRDWR17162.4 2.4 单片机并行单片机并行I IO O口口 8051单片机有4 4个I/O端口，每个端口都是8位准双向口，共占3232根引脚。每个端口都包括一个锁存器(即专用寄存器P0P0P3P3)、一

34、个输出驱动器和输入缓冲器。通常把4个端口笼统地表示为P0P0P3P3。q2.4.1 P0口的结构及特点口的结构及特点 P0口的某位P0.n(n=07)结构图，它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路及控制电路组成。从图中可以看出，P0口既可以作为I/O用，也可以作为地址/数据线用。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚输出时输出时CPU发出控制电平“0 0”封锁“与”门，将输出上拉场效应管T1截止，同时使多路开关MUX把锁存器与输出D QCLK QMUXP0.n读读锁存器

35、锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚驱动场效应管T2栅极接通。故内部总线与P0口同相。由于输出驱动级是漏极开路电路，若驱动NMOS或其它拉流负载时，需要外接上拉电阻。P0的输出级可驱动8个LSTTL负载。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚 输入时输入时-分分读引脚读引脚或或读锁存器读锁存器读引脚：读引脚：由传送指令由传送指令(MOVMOV)实现；实现；下下面一个缓冲器用于读端口面一个缓冲器用于读端口引脚引脚

36、数据，当执行一条数据，当执行一条由端口输入的指令时，读脉冲把该三态缓冲器打开，由端口输入的指令时，读脉冲把该三态缓冲器打开，这样端口引脚上的数据经过缓冲器读入到内部总线。这样端口引脚上的数据经过缓冲器读入到内部总线。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚 输入时输入时-分分读引脚读引脚或或读锁存器读锁存器读锁存器：读锁存器：有些指令有些

37、指令 如：如：ANL P0ANL P0，A A称为称为“读读-改改-写写”指令，需要读锁存器。指令，需要读锁存器。上上面面一个缓冲器用于读端口一个缓冲器用于读端口锁存器锁存器数据。数据。*原因：如果此时该端口的负载恰是一个晶体管基极，且原端口输出值为1，那么导通了的PN结会把端口引脚高电平拉低；若此时直接读端口引脚信号，将会把原输出的“1”电平误读为“0”电平。现采用读输出锁存器代替读引脚，图中，上面的三态缓冲器就为读锁存器Q端信号而设，读输出锁存器可避免上述可能发生的错误。*D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制V

38、CCT1T2P0P0口口引脚引脚D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚准双向口：从图中可以看出，在读入端口数据时，由于输出从图中可以看出，在读入端口数据时，由于输出驱动驱动FETFET并接在引脚上，如果并接在引脚上，如果T2T2导通，就会将输入的导通，就会将输入的高电平拉成低电平，产生误读。所以在端口进行输高电平拉成低电平，产生误读。所以在端口进行输入操作前，应先向端口锁存器写入操作前，应先向端口锁存器写“1”1”，使，使T2T2截止，截止，引脚处于悬浮状态，变为高阻抗输入。这就是所

39、谓引脚处于悬浮状态，变为高阻抗输入。这就是所谓的准双向口。的准双向口。在系统扩展时，在系统扩展时，P0P0端口作为端口作为地址地址/数据总线数据总线使用时，使用时，分为：分为：P0P0引脚引脚输出地址输出地址/数据数据信息。信息。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚 CPU CPU发出控制电平发出控制电平“1 1”，打开，打开“与与”门，又使多路开门，又使多路开关关MUXMUX把把CPUCPU的的地址地址/数据总线数据总线与与T2T2栅极反相接通栅极反相接通，输出地，输出地址或数据

40、。址或数据。由图上可以看出，上下两个由图上可以看出，上下两个FETFET处于反相，构处于反相，构成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增强。成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增强。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚 P0 P0引脚引脚输出地址输出地址/输入数据输入数据 输入信号是从引脚通过输入缓冲器进入输入信号是从引脚通过输入缓冲器进入内部总线内部总线。此时，此时，CPUCPU自动使自动使MUXMUX向下，并向向下，并向P0P0口写口写“1”1”，“读读引脚引脚”控制信号有效，下

41、面的缓冲器打开，控制信号有效，下面的缓冲器打开，外部数据读入外部数据读入内部总线。内部总线。-真正的双向口D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚2.4.2.P12.4.2.P1口的结构及特点口的结构及特点 它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成-准双向口。D QD QCLK QCLK QP1.nP1.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚VCCRT TP1口引脚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

42、脚读引脚地址地址控制控制VCCRTP2口引脚CPUCPU发出控制电平发出控制电平“0”0”，使多路开关，使多路开关MUXMUX倒向锁存倒向锁存器器输出输出Q Q端，构成一个准双向口。其功能与端，构成一个准双向口。其功能与P1P1相同。相同。2.P22.P2口作为口作为地址总线地址总线 在系统扩展片外在系统扩展片外程序存储器程序存储器扩展数据存储器且容量超过扩展数据存储器且容量超过256B 256B(用用MOVX DPTRMOVX DPTR指令指令)时，时，CPUCPU发出控制电平发出控制电平“1 1”，使多路，使多路开关开关MUXMUX倒倒内部地址线内部地址线。此时，。此时，P2P2输出高输出

43、高8 8位地址。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D QD QCLK QCLK QP3.nP3.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读读引脚引脚VCCRT TP3口引脚第二第二输入功能输入功能第二第二输出功能输出功能一、作为通用I/O口与P1口类似-准双向口(W=1)WD QD QCLK QCLK QP3.nP3.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读读引脚引脚VCCRT TP3口引脚第二第二输入功能输入功能第二第二输出功能输出功能二、第二功能(Q=1)此时引脚部分输

44、入(Q=1、W=1),部分输出(Q=1、W输出)。W第二功能各引脚功能定义：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外部输入P3.5：T1定时器1外部输入P3.6：WR外部写控制P3.7：RD外部读控制 2.5.1 时钟电路时钟电路 单片机的各项工作都是在时钟信号的控制单片机的各项工作都是在时钟信号的控制下协调工作的，单片机的时钟电路可为单下协调工作的，单片机的时钟电路可为单片机提供一个时钟信号，根据连接方式的片机提供一个时钟信号，根据连接方式的不同，时钟电路可分为内部时钟方式和外不同，时钟电路可

45、分为内部时钟方式和外部时钟方式。部时钟方式。XTAL1和和XTAL2之间跨接晶体振荡器和两之间跨接晶体振荡器和两个微调电容，和芯片内部的振荡器电路构个微调电容，和芯片内部的振荡器电路构成一个稳定的自激振荡器，成一个稳定的自激振荡器，80C51C1C2XTAL1XTAL2内部时钟8051XTAL1XTAL2外部时钟VSS80C51XTAL1XTAL2外部时钟VSS(a)(b)(c)VCC2.5.2 2.5.2 单片机的单片机的CPUCPU时序时序 qMCS-51包括包括4个定时单位，它们分别是：振荡周期个定时单位，它们分别是：振荡周期（节拍）、时钟周期（状态周期）、机器周期和指令（节拍）、时钟周

46、期（状态周期）、机器周期和指令周期。单片机两种常用晶振的周期。单片机两种常用晶振的4个周期信号的对比见个周期信号的对比见表表2-7所示。所示。晶振 振荡周期 时钟周期 机器周期 指令周期 6M 1/6s 1/3s 2s 28s 12M 1/12s 1/6s 1s 14s q1.振荡周期振荡周期q振荡周期也叫节拍，用振荡周期也叫节拍，用P表示，振荡周期是指为单表示，振荡周期是指为单片机提供定时信号的振荡源的周期。是时序中最小的片机提供定时信号的振荡源的周期。是时序中最小的时间单位。例如：若某单片机时钟频率为时间单位。例如：若某单片机时钟频率为2MHz，则，则它的振荡周期应为它的振荡周期应为0.5

47、s。q2.时钟周期时钟周期q时钟周期又叫做状态周期，用时钟周期又叫做状态周期，用S表示。是振荡周期表示。是振荡周期的二倍，其前半周期对应的节拍叫的二倍，其前半周期对应的节拍叫P1拍，后半周期对拍，后半周期对应的节拍叫应的节拍叫P2。P1节拍通常完成算术、逻辑运算，节拍通常完成算术、逻辑运算，P2节拍通常完成传送指令。节拍通常完成传送指令。q3.机器周期机器周期q机器周期是实现特定功能所需的时间周期，通常有机器周期是实现特定功能所需的时间周期，通常有若干时钟周期构成。若干时钟周期构成。MCS-51的一个机器周期是固定的一个机器周期是固定不变的，宽度均由不变的，宽度均由6个状态周期（个状态周期（1

48、2个振荡周期）组个振荡周期）组成，并依次表示为成，并依次表示为S1S6，分别记作，分别记作S1P1、S1P2S6P1、S6P2。q4.指令周期指令周期q指令周期是最大的时序定时单位，指令周期是指执指令周期是最大的时序定时单位，指令周期是指执行一条指令需要的时间。通常行一条指令需要的时间。通常MCS-51的指令周期可的指令周期可以包含有以包含有14个机器周期。个机器周期。MCS-51的几种典型的指的几种典型的指令时序如图令时序如图2-15所示，每个机器周期内地址锁存信号所示，每个机器周期内地址锁存信号（ALE）产生两次有效信号，分别出现在）产生两次有效信号，分别出现在S1P2、S2P1期间与期间

49、与S4P2、S5P1期间。期间。指令时序指令时序S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6ALE读操作码读下一个操作码(不要)读下一个操作码读下一个操作码读操作码读操作码读操作码读下一个操作码(不要)读下一个操作码(不要)读第二字节读下一个操作码(不要)读下一个操作码(不要)读下一个操作码读下一个操作码地 址数 据无ALE不取指

50、无ALE不取指(a)单字节、单周期指令(b)双字节、单周期指令(c)单字节、双周期指令(d)单字节、双周期指令2.6.2 2.6.2 节电工作方式节电工作方式 MCS-51MCS-51单片机中有单片机中有HMOSHMOS和和CHMOSCHMOS两种工艺芯片，它们两种工艺芯片，它们的节电运行方式不同，的节电运行方式不同，HMOSHMOS单片机的节电方式只有掉单片机的节电方式只有掉电方式，电方式，CHMOSCHMOS单片机的节电工作方式有掉电方式和单片机的节电工作方式有掉电方式和空闲方式两种。空闲方式两种。2.6 2.6 单片机的工作方式单片机的工作方式 q2.6.1 程序执行方式程序执行方式 q