片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l

1、普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材單片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版） 編著科學(xué)出版社北京片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l第二章 80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 微型計算機(jī)的基本組成有三部分，即CPU +存儲器+ I/O 接口。 80C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖21所示。CPU(算術(shù)邏輯單元ALU、控制器)存儲器-程序存儲器ROM、數(shù)據(jù)存儲器 RAM定時器/計數(shù)器并行 I/O口 P0P3串行口中斷系統(tǒng)定時控制邏輯電路等 2.1 80C51單片微機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 微型計算機(jī)的基本組成有三部分，即C

2、PU +存儲器+ I/O 接口。 80C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖21所示。CPU(算術(shù)邏輯單元ALU、控制器)存儲器-程序存儲器ROM、數(shù)據(jù)存儲器 RAM定時器/計數(shù)器并行 I/O口 P0P3串行口中斷系統(tǒng)定時控制邏輯電路等 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 這些部件通過內(nèi)部總線連接起來，基本結(jié)構(gòu)仍然是通用CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但采用了特殊功能寄存器(SFR) 進(jìn)行集中控制的方法。1.中央處理器 單片微機(jī)的核心，主要完成運(yùn)算和控制功能，又增設(shè)了“面向控制”的處理功能，增強(qiáng)了實(shí)時性。2. 程序存儲器 80C31：內(nèi)部沒有程序存儲器 80C51：內(nèi)部帶ROM

3、 87C51：內(nèi)部帶EPROM片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l單片微機(jī)的程序存儲器有以下幾種結(jié)構(gòu)形式： 片內(nèi)只讀存儲器 程序必須在制作單片微機(jī)時寫入，一次性固化。這種結(jié)構(gòu)形式只適用于程序已成熟、定型，且批量很大的場合。并且只能在廠家定制完成。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 片內(nèi)可編程的ROM 片內(nèi)可編程的ROM可直接由用戶進(jìn)行編程。 紫外線可擦除型ROMEPROM型單片微機(jī) (如87C51)。EPROM需用紫外線擦除，必須脫機(jī)固化，不能在線改寫。 電可擦除型ROMEEPROM，稱為Flash單片微機(jī) (如89C5

4、1)。應(yīng)用系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試。EPROM和EEPROM都是可以多次擦除和編程的，或稱MTP的ROM。OTP的 ROM，僅允許用戶一次編程。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 片外只讀存儲器 由于受芯片集成度的限制，片內(nèi)只讀存儲器一般存儲容量較小。 利用單片微機(jī)的并行擴(kuò)展技術(shù)可以外擴(kuò)片外只讀存儲器。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l3. 數(shù)據(jù)存儲器（RAM） 在單片微機(jī)中，用RAM來存儲程序在運(yùn)行期間的工作變量和數(shù)據(jù)，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。一般在單片微機(jī)內(nèi)部設(shè)置一定容量（64B384B或更大容量 ）的RAM，以加快單片微機(jī)運(yùn)

5、行的速度，還可以使存儲器的功耗下降很多。在單片微機(jī)中，常把寄存器（如工作寄存器、特殊功能寄存器、堆棧等）在邏輯上劃分在片內(nèi)RAM空間中，所以可將單片微機(jī)內(nèi)部RAM看成是寄存器堆，有利于提高運(yùn)行速度。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l4. 并行I/O口單片微機(jī)往往提供了許多功能強(qiáng)、使用靈活的并行輸入/輸出引腳，用于檢測與控制。有些I/O引腳還具有多種功能，比如可以作為數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)線、地址總線的地址線、控制總線的控制線等。單片微機(jī)I/O引腳的驅(qū)動能力也逐漸增大，甚至可以直接驅(qū)動外擴(kuò)的LED顯示器。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

6、06112l5. 串行I/O口 實(shí)現(xiàn)與某些終端設(shè)備進(jìn)行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相連的能力，甚至用多個單片微機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 6. 定時器/計數(shù)器 用于精確的定時，或者需對外部事件進(jìn)行計數(shù)80C51有兩個16位的定時器/計數(shù)器，80C52有三個16位的定時器/計數(shù)器。 7. 中斷系統(tǒng) 具有內(nèi)、外共五個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l8定時電路及元件 計算機(jī)的整個工作是在時鐘信號的驅(qū)動下，按照嚴(yán)格的時序有規(guī)律地一個節(jié)拍一個節(jié)拍地執(zhí)行各種操作。單片微機(jī)

7、內(nèi)部設(shè)有定時電路，只需外接振蕩元件即可工作。 外接振蕩元件一般選用晶體振蕩器，或用價廉的RC振蕩器，也可用外部時鐘源，作為振蕩元件。 有的單片微機(jī)將振蕩元件也集成在芯片內(nèi)部， 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l80C5180C52的封裝及邏輯圖如圖22所示。若不需要通過并行總線擴(kuò)展芯片，常采用20引腳甚至僅14引腳的單片微機(jī)，如ATMEL公司的89C1051/2051/4051，或PHILIPS公司的P87LPC764。它們的封裝及引腳見圖23。2.2 80C51單片微機(jī)的引腳及其功能片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l

8、按引腳的功能可分為三部分 ：1. 電源和晶振Vcc運(yùn)行和程序校驗時接電源正端。 Vss接地。 XTAL1輸入到單片微機(jī)內(nèi)部振蕩器的反相放大器。當(dāng)采用外部振蕩器時，對HMOS單片微機(jī), 此引腳應(yīng)接地；對CHMOS單片微機(jī)，此引腳作驅(qū)動端。XTAL2反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器。當(dāng)采用外部振蕩器時，XTAL2接收振蕩器信號，對CHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2. I/O P08位、漏極開路的雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲器（ROM及RAM）時，作低8位地址和8位數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單

9、片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lP18位、準(zhǔn)雙向I/O 口。 對于80C52，P1.0T2，是定時器2的計數(shù)輸入端； P1.1T2EX，是定時器2的外部輸入端。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lP28位、準(zhǔn)雙向I/O口。 當(dāng)使用片外存儲器（ROM及RAM）時，輸出高8位地址。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lP38位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路。 P3提供各種替代功能。在提供這些功能時，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。 串行口： P30RXD 串行輸入口。 P31TXD 串行輸出口。 中斷： P32 INT0 外部中斷0

10、輸入。 P33 INT1外部中斷1輸入。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 定時器計數(shù)器： P34T0 的外部輸入。 P35T1的外部輸入。 數(shù)據(jù)存儲器選通： P36WR ，片外數(shù)據(jù)存儲器或I/O端口寫選通。 P37 RD ，片外數(shù)據(jù)存儲器或I/O端口讀選通。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l3. 控制線 RST復(fù)位輸入信號。 在振蕩器工作時，在RST上作用兩個機(jī)器周期以上的高電平，將單片微機(jī)復(fù)位。 EA /Vpp片外程序存儲器訪問允許信號。EA=1，選擇片內(nèi)程序存儲器EA=0，則程序存儲器全部在片外。使用80C31時

11、，EA必須接地，使用8751編程時， EA施加 21V的編程電壓。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lALE/PROG地址鎖存允許信號。在訪問片外存儲器或I/O時，用于鎖存低8位地址，以實(shí)現(xiàn)低地址與8位數(shù)據(jù)的隔離。 ALE以 1/6的振蕩頻率固定速率輸出，可作為對外輸出的時鐘或用作外部定時脈沖。PSEN片外程序存儲器讀選通信號。在從片外程序存儲器取指期間，在每個機(jī)器周期中，當(dāng)PSEN有效時，程序存儲器的內(nèi)容被送上 P0口（數(shù)據(jù)總線）。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 2.3 80C51 CPU的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 中央處理器C

12、PU是單片微機(jī)內(nèi)部的核心部件，主要包括控制器、運(yùn)算器和工作寄存器及時序電路。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.3.1中央控制器 識別指令，并根據(jù)指令性質(zhì)控制計算機(jī)各組成部件進(jìn)行工作的部件，與運(yùn)算器一起構(gòu)成中央處理器。 在80C51中，控制器包括程序計數(shù)器PC、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及定時控制邏輯電路。 其功能是控制指令的讀出、譯碼和執(zhí)行，對指令的執(zhí)行過程進(jìn)行定時控制，并根據(jù)執(zhí)行結(jié)果決定是否分支轉(zhuǎn)移。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l程序計數(shù)器PC(Program Counte

13、r）一個獨(dú)立的計數(shù)器，不屬于內(nèi)部的特殊功能寄存器。 PC中存放的是下一條將要從程序存儲器中取出的指令的地址。PC基本的工作過程是：讀指令時，PC將其中的數(shù)作為所取指令的地址輸出給程序存儲器，然后程序存儲器按此地址輸出指令字節(jié)，同時PC本身自動加1，指向下一條指令地址。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lPC變化的軌跡決定程序的流程。 在執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移或無條件轉(zhuǎn)移指令時，程序計數(shù)器將被置入轉(zhuǎn)移的目的地址，程序的流向發(fā)生變化。在執(zhí)行調(diào)用指令或響應(yīng)中斷時，將子程序的入口地址或者中斷矢量地址送入PC，程序流向發(fā)生變化。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微

14、機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2. 數(shù)據(jù)指針 DPTR 16位特殊功能寄存器，主要功能是作為片外數(shù)據(jù)存儲器或I/O尋址用的地址寄存器。 既可以作為一個16位寄存器處理，也可以作為兩個8位寄存器處理，其高8位用DPH表示，低8位用DPL表示。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l訪問片外數(shù)據(jù)存儲器或I/O的指令為： MOVX A，DPTR 讀 MOVX DPTR，A 寫作為訪問程序存儲器時的基址寄存器。尋址程序存儲器中的表格、常數(shù)等單元，而不是尋址指令。 MOVCA，ADPTR JMPADPTR片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lP

15、C與DPTR： 都是與地址有關(guān)的16位的寄存器。PC與程序存儲器的地址有關(guān)， DPTR與數(shù)據(jù)存儲器的地址有關(guān)。作為地址寄存器使用時，PC與DPTR都是通過P0和P2口輸出的。PC的輸出與ALE及PSEN信號有關(guān)；DPTR的輸出，則與ALE、WR、RD信號有關(guān)。 PC只能作為16位寄存器對待，是不可以訪問的。DPTR可以作為16位寄存器，也可以作為兩個8位特殊功能寄存器，DPTR是可以訪問的。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l3. 指令寄存器IR、指令譯碼器及控制邏輯 IR是用來存放指令操作碼的專用寄存器。執(zhí)行程序時，首先進(jìn)行程序存儲器的讀操作，也就是根據(jù)

16、程序計數(shù)器給出的地址從程序存儲器中取出指令，送指令寄存器IR，IR的輸出送指令譯碼器；指令譯碼器對該指令進(jìn)行譯碼，譯碼結(jié)果送定時控制邏輯電路，如圖24所示。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 定時控制邏輯電路則根據(jù)指令的性質(zhì)發(fā)出一系列定時控制信號，控制計算機(jī)的各組成部件進(jìn)行相應(yīng)的工作，執(zhí)行指令。條件轉(zhuǎn)移邏輯電路主要用來控制程序的分支轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移條件分為兩部分：內(nèi)部條件，程序狀態(tài)標(biāo)志位（PSW）和累加器的零狀態(tài)； 外部條件，F(xiàn)0和所有位尋址空間的狀態(tài)。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 2.3.2 運(yùn)算器運(yùn)算器主要用來實(shí)現(xiàn)

17、對操作數(shù)的算術(shù)邏輯運(yùn)算和位操作的。對傳送到CPU的數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、乘、除、比較、BCD碼校正等算術(shù)運(yùn)算?！芭c”、“或”、“異或”等邏輯操作；移位、置位、清零、取反、加1、減1等操作。80C51的ALU還具有極強(qiáng)的位處理功能，如位置1、位清零、位“與”、位“或”等操作，對“面向控制”特別有用。 運(yùn)算器主要包括算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU、累加器A、暫存寄存器、B寄存器、程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW以及BCD碼運(yùn)算修正電路等。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lALU有兩個輸入： 通過暫存器1的輸入：輸入數(shù)據(jù)來自寄存器、直接尋址單元（含I/O口）、內(nèi)部RAM、寄存器B或是

18、立即數(shù)。 通過暫存器 2或累加器 的輸入：通過暫存器 2的運(yùn)算的指令有 ANL direct， data ORL direct， data XRL direct，data其它的運(yùn)算，其輸入之一大多數(shù)也要通過累加器。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lALU有兩個輸出: 數(shù)據(jù)經(jīng)過運(yùn)算后，其結(jié)果又通過內(nèi)部總線送回到累加器中； 數(shù)據(jù)運(yùn)算后產(chǎn)生的標(biāo)志位輸出至程序狀態(tài)字 PSW。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2. 累加器A簡稱ACC或A寄存器。主要功能：累加器A存放操作數(shù)，是ALU單元的輸入之一，也是ALU運(yùn)算結(jié)果的暫存單元

19、。單片微機(jī)中大部分?jǐn)?shù)據(jù)操作都要通過累加器A進(jìn)行，容易產(chǎn)生“瓶頸”現(xiàn)象。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l3B寄存器 乘法中，ALU的兩個輸入分別為A、B，運(yùn)算結(jié)果，A中放積的低8位，B中放積的高8位。 除法中，被除數(shù)取自A，除數(shù)取自B，商數(shù)存放于A，余數(shù)存放于B。 在其它情況下，B寄存器可以作為內(nèi)部RAM中的一個單元來使用。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l4. 程序狀態(tài)字PSW （Program Status Word） 主要部分是算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（ALU）的輸出。其中有些位(如F0)狀態(tài)可用軟件方法設(shè)定。 奇偶校

20、驗位P、溢出標(biāo)志位OV、輔助進(jìn)位標(biāo)志位AC及進(jìn)位標(biāo)志位CY都是ALU運(yùn)算結(jié)果的直接輸出。CYACF0RS1RS0OVP片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l (1) P 奇偶標(biāo)志位 每個指令周期都由硬件來置位或清除。 用以表示累加器A中值為1的個數(shù)的奇偶性：若累加器值為1的位數(shù)是奇數(shù)，P置位（奇校驗）；否則P清除(偶校驗) 。如(A)=00001010，則P=0。在串行通信中，常以傳送奇偶校驗位來檢驗傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l (2) OV 溢出標(biāo)志位 當(dāng)執(zhí)行運(yùn)算指令時，由硬件置位或清除，OV置位

21、表示運(yùn)算結(jié)果超出了目的寄存器A所能表示的帶符號數(shù)的范圍（一128127）。 若以Ci表示位 i向位il有進(jìn)位，則OV=C6C7；當(dāng)位6向位7有進(jìn)位(借位)而位7不向CY進(jìn)位(借位)時；或當(dāng)位7向C進(jìn)位(借位)而位6不向位7進(jìn)位(借位)時，OV標(biāo)志置位，表示帶符號數(shù)運(yùn)算時運(yùn)算結(jié)果是錯誤的；否則，清除OV標(biāo)志，運(yùn)算結(jié)果正確。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l對于MUL乘法，當(dāng)A、B兩個乘數(shù)的積超過255時OV置位；否則，OV0。若OV0時，只需從A寄存器中取積。對于DIV除法，若除數(shù)為0時，OV=1；否則，OV=0。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51

22、單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l (3) RS1、RS0 工作寄存器組選擇位用于設(shè)定當(dāng)前工作寄存器的組號。工作寄存器共有4組，其對應(yīng)關(guān)系見表21(4)AC 輔助進(jìn)位標(biāo)志位 當(dāng)進(jìn)行加法或減法運(yùn)算時，若低4位向高4位數(shù)發(fā)生進(jìn)位或借位時，AC將被硬件置位；否則，被清除。 在十進(jìn)制調(diào)整指令DA中要用到AC標(biāo)志位狀態(tài)。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l (5)CY 進(jìn)位標(biāo)志位。在進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算時，可以被硬件置位或清除，以表示運(yùn)算結(jié)果中高位是否有進(jìn)位或借位。在布爾處理機(jī)中CY被認(rèn)為是位累加器。 (6)F0 用戶標(biāo)志位。開機(jī)時該位為“0”。用戶可根據(jù)需要，通過位操作指令置“

23、l”或者清“0”。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 2.3.3 時鐘電路及CPU的工作時序時鐘電路用于產(chǎn)生單片微機(jī)工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。單片微機(jī)本身就如一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格地按時序進(jìn)行工作。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l1. 時鐘電路在80C51內(nèi)帶有時鐘電路，只需要在片外通過XTALI和XTAL2引腳接入定時控制元件（晶體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。在80C51芯片內(nèi)部有一個高增益

24、反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容。80C51的時鐘電路如圖26所示。 時鐘電路由下列幾部分組成：振蕩器及定時控制元件、時鐘發(fā)生器、地址鎖存允許信號 ALE。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l(1) 振蕩器及定時控制元件 在80C51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。 需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，振蕩器即可工作。振蕩器的結(jié)構(gòu)和振蕩電路原理如圖27所示。振蕩器的工作可以由PD位（特殊功能寄存器PCON中的一位）控制

25、。當(dāng)PD置1時，振蕩器停止工作，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗工作狀態(tài)。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l振蕩器的工作頻率一般在1.212 MHz之間，有些單片微機(jī)的頻率范圍高端可達(dá)40 MHz，低端可達(dá)0Hz。在由多片單片微機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片微機(jī)之間時鐘信號的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號作為各單片微機(jī)的振蕩脈沖。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l(2) 內(nèi)部時鐘發(fā)生器內(nèi)部時鐘發(fā)生器實(shí)質(zhì)上是一個2分頻的觸發(fā)器。其輸入由振蕩器引入的，輸出為兩個節(jié)拍的時鐘信號。輸出的前半周期，節(jié)拍1（P1）信號有效；后半周期，節(jié)拍2（P

26、2）信號有效。每個輸出周期為一個計算機(jī)CPU的狀態(tài)周期，即時鐘發(fā)生器的輸出為狀態(tài)時鐘。每個狀態(tài)周期內(nèi)包括一個P1節(jié)拍和一個P2節(jié)拍，形成CPU內(nèi)的基本定時時鐘。(3) ALE信號狀態(tài)時鐘經(jīng)過3分頻之后，產(chǎn)生ALE引腳上的信號輸出。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2時序定時單位 時序是用定時單位來說明的。80C51的時序定時單位共有4個：節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。（1）節(jié)拍P 振蕩脈沖的周期稱為節(jié)拍。（2） 狀態(tài)S 一個狀態(tài)S包含兩個節(jié)拍，其前半周期對應(yīng)的節(jié)拍叫P1，后半周期對應(yīng)的節(jié)拍叫P2 。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基

27、本結(jié)構(gòu)06112l（3） 機(jī)器周期80C51采用定時控制方式，有固定的機(jī)器周期。規(guī)定一個機(jī)器周期的寬度為6個狀態(tài)，并依次表示為S1S6。一個機(jī)器周期共有12個振蕩脈沖周期，是振蕩脈沖的12分頻。 機(jī)器周期是單片微機(jī)的最小時間單位。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l（4） 指令周期執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。它是最大的時序定時單位。80C51的指令周期根據(jù)指令的不同，可包含有1、2、3、4個機(jī)器周期。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l3. 80C51指令時序 80C51共有111條指令，全部指令按其長度可分為單

28、字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令。 圖28所表示的是幾種典型單機(jī)器周期和雙機(jī)器周期指令的時序。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l(1) 單機(jī)器周期指令，如圖28（a）、（b）所示。 雙字節(jié)時，執(zhí)行在S1P2開始，操作碼被讀入指令寄存器；在S4P2時，再讀入第二個字節(jié)。單字節(jié)時，執(zhí)行在S1P2開始，操作碼被讀入指令寄存器；在S4P2時仍有讀操作，但被讀入的字節(jié)（即下一操作碼）被忽略，且此時PC并不增量。 以上兩種情況均在S6P2時結(jié)束操作。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l (2) 雙機(jī)器周期指令，如圖28（c）、（d）

29、所示。雙字節(jié)時，執(zhí)行在S1P2開始，操作碼被讀入指令寄存器；在S4P2時，再讀入的字節(jié)被忽略。由S5開始送出外部數(shù)據(jù)存儲器的地址，隨后是讀或?qū)懙牟僮?。在讀、寫期間，ALE不輸出有效信號。 在第二個機(jī)器周期，片外數(shù)據(jù)存儲器也尋址和選通，但不產(chǎn)生取指操作。 單字節(jié)時，執(zhí)行在S1P2開始，在整個兩個機(jī)器周期中，共發(fā)生4次讀操作，但是后3次操作都無效。 一般，算術(shù)/邏輯操作發(fā)生在節(jié)拍1期間，內(nèi)部寄存器對寄存器的傳送發(fā)生在節(jié)拍2期間。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l圖中的ALE信號是為地址鎖存而定義的，該信號每有效一次對應(yīng)單片微機(jī)進(jìn)行一次讀指令操作。在一個機(jī)器周

30、期中，ALE信號兩次有效，第一次在S1P2和S2P1期間，第二次在S4P2和S5P1期間，有效寬度為一個狀態(tài)周期S。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l（1）單字節(jié)單周期指令（例如 INC A） 只需進(jìn)行一次讀指令操作。當(dāng)?shù)诙€ALE有效時，由于PC沒有加1，所以讀出的還是原指令。（2）雙字節(jié)單周期指令（例如 ADD A，data） ALE的兩次讀操作都是有效的，第一次是讀指令操作碼，第二次是讀指令第二字節(jié)。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l（3）單字節(jié)雙周期指令（例如 INC DPTR） 兩個機(jī)器周期共進(jìn)行4次讀指令的

31、操作，但其中后3次的讀操作全是無效的。 (4) 單字節(jié)雙周期指令（例如MOVX類指令）執(zhí)行MOVX類指令時，先在ROM讀取指令，然后對外部RAM進(jìn)行讀/寫操作。第一機(jī)器周期時，與其它指令一樣，第一次讀指令（操作碼）有效，第二次讀指令操作無效。第二周期時，進(jìn)行外部RAM訪問，此時與ALE信號無關(guān)，不產(chǎn)生讀指令操作。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.4 存儲器結(jié)構(gòu)和地址空間單片微機(jī)的存儲器有兩種基本結(jié)構(gòu)：普林斯頓（Princeton）結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)合用一個存儲器空間的結(jié)構(gòu)； 哈佛（Haryard）結(jié)構(gòu)：程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)。80

32、C51系列采用哈佛結(jié)構(gòu)。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l圖29為80C51存儲器映象圖。在物理上設(shè)有4個存儲器空間 程序存儲器：片內(nèi)程序存儲器；片外程序存儲器。 數(shù)據(jù)存儲器：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器； 片外數(shù)據(jù)存儲器。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 在邏輯上設(shè)有3個存儲器地址空間 片內(nèi)、片外統(tǒng)一的 64 KB程序存儲器地址空間； 片內(nèi)256（80C52 為384）B數(shù)據(jù)存儲器地址空間； 片外64 KB的數(shù)據(jù)存儲器地址空間。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間，在物理上

33、又包含兩部分： 80C51：0127B為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間； 128255B為特殊功能寄存器空間。 80C52：0127 B為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間； 128255B共128個字節(jié)是數(shù)據(jù)存儲器和特殊 功能寄存器地址重疊空間。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l80C51有三種基本的尋址空間： 64 KB的片內(nèi)、外程序存儲器尋址空間； 64 KB的片外數(shù)據(jù)存儲器尋址空間； 256（或384）B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器尋址空間，其中包括特殊功能寄存器尋址空間。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.4.l 程序存儲器用于存放經(jīng)調(diào)試正確的

34、應(yīng)用程序和表格之類的固定常數(shù)。采用16位的程序計數(shù)器 PC和16位的地址總線，可擴(kuò)展的地址空間為64 KB。 程序存儲器分為片內(nèi)和片外兩部分。EA引腳接高電平時，程序從片內(nèi)程序存儲器0000H開始執(zhí)行；當(dāng)PC值超出片內(nèi)程序存儲器容量時，會自動轉(zhuǎn)向片外程序存儲器空間執(zhí)行。 EA引腳接低電平時，迫使系統(tǒng)全部執(zhí)行片外程序存儲器0000H開始存放的程序。 對于片內(nèi)無ROM的80C31/80C32，應(yīng)將EA引腳固定接低電平，以迫使系統(tǒng)全部執(zhí)行片外程序存儲器程序。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 程序存儲器的特定的程序入口地址 由于系統(tǒng)復(fù)位后的PC地址為0000H，

35、故系統(tǒng)從0000H單元開始取指，執(zhí)行程序。從0003H002DH單元被保留用于6個中斷源的中斷服務(wù)程序的入口地址。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 復(fù)位0000H 外部中斷0 0003H 計時器T0溢出 000BH 外部中斷1 0013H 計時器T1溢出 001BH 串行口中斷 0023H 計時器 T2/T2EX002BH(80C52) 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 片內(nèi)程序存儲器類型有：掩膜ROM、OTPROM和MTPROM（包括EPROM及E2PROM等）。 87C51中為4KB的可編程、可改寫的只讀存儲器

36、EPROM；89C51中為4KB的可編程、可改寫的只讀存儲器EEPROM；80C31片內(nèi)沒有程序存儲器，使用時必須由片外進(jìn)行擴(kuò)展。片內(nèi)程序存儲器的容量目前已達(dá)到 62KB。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l數(shù)據(jù)存儲器由RAM構(gòu)成，用來存放隨機(jī)數(shù)據(jù)。 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址只有8位，最大尋址范圍為256個字節(jié)。片外數(shù)據(jù)存儲器有16位數(shù)據(jù)指針DPTR，用于訪問。80C51具有64KB的數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展能力。2.4.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器在物理上又分成兩個獨(dú)立的功能不同的區(qū)。 片內(nèi)數(shù)據(jù)R

37、AM區(qū)：對80C51，為0 127B； 對80C52，為0255B。 特殊功能寄存器SFR區(qū)：地址空間的高 128 B。對于80C52，高128B的RAM區(qū)和SFR區(qū)的地址空間是重疊的。訪問高 128B RAM區(qū)時，選用間接尋址方式；訪問SFR區(qū)，則應(yīng)選用直接尋址方式。圖2-10為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的地址空間分布圖。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)工作寄存器區(qū)用寄存器直接尋址的區(qū)域， 從圖 210中可知，其中片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM區(qū)的 031（00H1FH），共 32個單元，是 4個通用工作寄存器組（表2l），每個組包含 8個 8位寄存器，編號為

38、 R0R7。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l在某一時刻，只能選用一個寄存器組使用。其選擇是通過軟件對程序狀態(tài)字（PSW）中的RS0、RS1兩位的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)的。若RS0、RS1均為0，則選用工作寄存器0組為當(dāng)前工作寄存器。累加器ACC、B、DPTR及CY（布爾處理器的累加器）一般也作為寄存器對待。寄存器R0、R1 通常用做間接尋址時的地址指針。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 位尋址區(qū) 從片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)的3247（20H2FH）的16個字節(jié)單元，共包含128位，是可位尋址的RAM區(qū)。這16個字節(jié)單元，既可進(jìn)行字

39、節(jié)尋址，又可位尋址。字節(jié)地址與位地址之間的關(guān)系見表22。 可位尋址的特殊功能寄存器。在這一存儲器空間所有位都具有位地址。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 字節(jié)尋址區(qū) 從片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)的48127（30H7FH），共80個字節(jié)單元，可以采用直接字節(jié)尋址的方法訪問。 對于 80C52，還有高 128B的數(shù)據(jù) RAM區(qū)。這一區(qū)域只能采用間接字節(jié)尋址的方法訪問。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 堆棧區(qū)及堆棧指示器SP （stack pointer） ： 堆棧是在片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)中，數(shù)據(jù)先進(jìn)后出或后進(jìn)先出的區(qū)域。 SP在8

40、0C51中存放當(dāng)前的堆棧棧頂所指存儲單元地址的一個8位寄存器。 堆棧有兩種形式，一是向上生成，二是向下生成。80C51的堆棧是向上生成的：即進(jìn)棧時SP的內(nèi)容是增加的；出棧時SP的內(nèi)容是減少的。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l系統(tǒng)復(fù)位后，SP內(nèi)容為07H，以07H為棧底，壓棧的內(nèi)容從08H單元開始存放。堆棧是為子程序調(diào)用和中斷操作而設(shè)立的，具體功能：保護(hù)斷點(diǎn)和保護(hù)現(xiàn)場。在80C51中，堆棧在子程序調(diào)用和中斷時會把斷點(diǎn)地址自動進(jìn)棧和出棧，還有對堆棧的進(jìn)棧和出棧的指令（PUSH、POP）操作，用于保護(hù)現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場。 子程序調(diào)用和中斷都允許嵌套，并可以多級嵌套

41、，而現(xiàn)場的保護(hù)也往往使用堆棧，要注意給堆棧以一定的深度。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 特殊功能寄存器 SFR （Special Function Register）區(qū) SFR是80C51中各功能部件所對應(yīng)的寄存器，用以存放相應(yīng)功能部件的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)的區(qū)域。 80C51設(shè)有128B片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM結(jié)構(gòu)的特殊功能寄存器空間區(qū)。除程序計數(shù)器PC和4個通用工作寄存器組外，其余所有的寄存器都在這個地址空間之內(nèi)。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l80C51共定義了21個特殊功能寄存器，其名稱和字節(jié)地址列于表23中。在8

42、0C52中，除上述80C51的21個之外，還增加了5個特殊功能寄存器，共計26個。在80C51的21個（80C52的26個）特殊功能寄存器中，字節(jié)地址中低位地址為0H或8H的特殊功能寄存器，除有字節(jié)尋址能力外，還有位尋址能力。這些特殊功能寄存器與位地址的對應(yīng)關(guān)系見表24。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.4.3 片外數(shù)據(jù)存儲區(qū)在外部存放數(shù)據(jù)的區(qū)域，這一區(qū)域只能用寄存器間接尋址的方法訪問。指令助記符為MOVX。 當(dāng)用R0、R1尋址時，由于R0、R1為8位寄存器，最大尋址范圍為256B； 當(dāng)用DPTR尋址時，由于DPTR為16位寄存器，最大尋址范圍為64K

43、B。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.5 并行輸入/輸出端口80C51共有4個 8位的并行雙向口，計有 32根輸入輸出（I/O）口線。各口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器所組成。由于它們在結(jié)構(gòu)上的一些差異，故各口的性質(zhì)和功能也就有了差異。它們之間的異同列于表25。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.5.1 P0口多功能的8位口，字節(jié)訪問地址為80H，位訪問地址為80H87H。 位結(jié)構(gòu) P0口位結(jié)構(gòu)原理圖見圖211。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P0口中一個多路

44、開關(guān)：多路開關(guān)的輸入有兩個，地址數(shù)據(jù)輸出；輸出鎖存器的輸出/Q。多路開關(guān)的輸出用于控制輸出FET Q0的導(dǎo)通和截止。多路開關(guān)的切換由內(nèi)部控制信號控制。 P0口的輸出上拉電路導(dǎo)通和截止受內(nèi)部控制信號和地址數(shù)據(jù)信號共同（相“與”）來控制。 當(dāng)內(nèi)部信號置1時，多路開關(guān)接通地址數(shù)據(jù)輸出端。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l當(dāng)?shù)刂窋?shù)據(jù)輸出線置1時，控制上拉電路的“與”門輸出為1，上拉FET導(dǎo)通，同時地址數(shù)據(jù)輸出通過反相器輸出0，控制下拉FET截止，這樣A點(diǎn)電位上拉，地址數(shù)據(jù)輸出線為1。當(dāng)?shù)刂窋?shù)據(jù)輸出線置0時，“與”門輸出為0，上拉FET截止，同時地址數(shù)據(jù)輸出通過反相

45、器輸出1，控制下拉FET導(dǎo)通，這樣A點(diǎn)電位下拉，地址數(shù)據(jù)輸出線為0。此時的輸出狀態(tài)隨地址數(shù)據(jù)線而變，P0口可以作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。這時上下兩個FET處于反相，構(gòu)成了推拉式的輸出電路，其負(fù)載能力大大增加。此時的P0口相當(dāng)一個雙向口。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l當(dāng)內(nèi)部信號置0時，多路開關(guān)接通輸出鎖存器的Q端由于內(nèi)部控制信號為0，與門關(guān)閉，上拉FET截止，形成P0口的輸出電路為漏極開路輸出。 輸出鎖存器的Q端引至下拉FET柵極，因此P0口的輸出狀態(tài)由下拉電路決定。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l在P0口作

46、輸出口用時，若P0i輸出1，輸出鎖存器的Q端為0，下拉FET截止，這時P0i為漏極開路輸出；若P0i輸出0，輸出鎖存器的Q端為1，下拉FET導(dǎo)通，P0i輸出低電平。 在P0口作輸入口用時，為了使P0i能正確讀入數(shù)據(jù)，必須先使P0.i置1。這樣，下拉FET也截止，P0i處于懸浮狀態(tài)。A點(diǎn)的電平由外設(shè)的電平而定，通過輸入緩沖器讀入CPU，P0口相當(dāng)于一個高阻抗的輸入口。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P0口的功能 作IO口使用 相當(dāng)于一個真正的雙向口：輸出鎖存、輸入緩沖，但輸入時需先將口置1；每根口線可以獨(dú)立定義為輸入或輸出。它具有雙向口的一切特點(diǎn)。 與其

47、它口的區(qū)別是，輸出時為漏極開路輸出，與NMOS的電路接口時必須要用電阻上拉，才能有高電平輸出；輸入時為懸浮狀態(tài)，為一個高阻抗的輸入口。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 作地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線用 此時P0口為一個準(zhǔn)雙向口。但是有上拉電阻，作數(shù)據(jù)輸入時，口也不是懸浮狀態(tài)。作地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線用。作數(shù)據(jù)總線用時，輸入輸出8位數(shù)據(jù)D0D7；作地址總線用時，輸出低8位地址A0A7。當(dāng)P0口作地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線用之后，就再也不能作IO口使用了。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 8位口，字節(jié)訪問地址為90H，位訪問地址為90H97H。

48、位結(jié)構(gòu)和工作原理 P1口的位結(jié)構(gòu)如圖212所示。包含輸出鎖存器、輸入緩沖器BUF1（讀引腳）、BUF2（讀鎖存器）以及由 FET晶體管 Q0與上拉電阻組成的輸出輸入驅(qū)動器。 P1口的工作過程分析如下： P1.i位作輸出口用時：CPU輸出0時，D0，Q0，Ql，晶體管Q0導(dǎo)通，A點(diǎn)被下拉為低電平，即輸出0；CPU輸出1時，Dl，Q1，Q0，晶體管Q0截止，A點(diǎn)被上拉為高電平，即輸出l。2.5.2 P1口片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lP1i位作輸入口用時：先向P1i位輸出高電平，使A點(diǎn)提升為高電平，此操作稱為設(shè)置P1i為輸入線。若外設(shè)輸入為1時A點(diǎn)為高電平

49、，由BUFI讀入總線后B點(diǎn)也為高電平；若外設(shè)輸入為0時A點(diǎn)為低電平，由BUF1讀入總線后B點(diǎn)也為低電平。 、 P1口的特點(diǎn)輸出鎖存器，輸出時沒有條件；輸入緩沖，輸入時有條件，即需要先將該口設(shè)為輸入狀態(tài)，先輸出1；工作過程中無高阻懸浮狀態(tài)，也就是該口不是輸入態(tài)就是輸出態(tài)。 具有這種特性的口不屬于“真正”的雙向口，而被稱為“準(zhǔn)”雙向口。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P1口的操作 字節(jié)操作和位操作 CPU對于 P1口可以作為一個 8位口來操作，也可以按位來操作。 有關(guān)字節(jié)操作的指令有： 輸出： MOVP1，A ；P1A MOVP1，data ；P1data

50、 MOV P1，direct ；P1direct 輸入： MOV A，P1 ；AP1 MOV direct，Pl ；directPl片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l有關(guān)位操作的指令有： 置位、清除：SETB P1.i ；P1.i1 CLR Pli ；P1i0 輸入、輸出：MOV P1i，C ；P1iCY MOV C，P1i ；CYP1.i 判跳： JBP1i，rel ；P1.i=1，跳轉(zhuǎn) JBC P1i，rel ；P1.i1，跳轉(zhuǎn)且；清P1.i0 邏輯運(yùn)算： ANL C，P1i ；CY（P1.iCY） ORL C，P1i ；CY（P1.iCY） P1i中

51、的i0，7。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P1口不僅可以以8位一組進(jìn)行輸入、輸出操作，還可以逐位分別定義各口線為輸入線或輸出線。例如：ORLP1，0 0 0 0 0 0 1 0 B使P1l位口線輸出l，而使其余各位不變。 ANL P1，1 1 1 1 1 1 0 1 B使P11位線輸出0，而使其余各位不變。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 讀引腳操作和讀鎖存器操作 從P1口的位結(jié)構(gòu)圖中可以看出，有兩種讀口的操作：一種是讀引腳操作，一種是讀鎖存器操作。 在響應(yīng)CPU輸出的讀引腳信號時，端口本身引腳的電平值通過緩

52、沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線。這種類型的指令，執(zhí)行之前必須先將端口鎖存器置1，使A點(diǎn)處于高電平，否則會損壞引腳，而且也使信號無法讀出。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 這種類型的指令有： MOV A，P1 ；AP1 MOVdirect，P1 ；directP1 在執(zhí)行讀鎖存器的指令時，CPU首先完成將鎖存器的值通過緩沖器BUF2讀入內(nèi)部，進(jìn)行修改，然后重新寫到鎖存器中去，這就是“讀一修改一寫”指令。這種類型的指令包含所有的口的邏輯操作（ANL、ORL、XRL）和位操作(JBC、CPL、MOV、SETB、CLR等）指令。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C

53、51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P1口的多功能線 在80C52中，P10和P11口線是多功能的，即除作一般雙向I/O口線之外，這兩根口線還具有下列功能： P10T2的外部輸入端T2； P11T2的外部控制端T2EX。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 多功能的8位口，字節(jié)訪問地址為A0H，位訪問地址為A0HA7H。 P2口位結(jié)構(gòu)和工作原理P2口位結(jié)構(gòu)原理圖示于圖213。 多路開關(guān)的輸入有兩個：一個是口輸出鎖存器的輸出端Q；一個是地址寄存器（PC或DPTR）的高位輸出端。多路開關(guān)的輸出經(jīng)反相器反相后去控制輸出FET的 Q0。多路開關(guān)的切換由內(nèi)部控制信號控

54、制。輸出鎖存器的輸出端是Q而不是Q，多路開關(guān)之后需接反相器。 2.5.3 P2口片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P2口的工作狀態(tài)是I/O口狀態(tài)。 在內(nèi)部控制信號的作用下，多路開關(guān)的輸入投向輸出鎖存器的輸出Q（C點(diǎn)）側(cè)，這樣多路開關(guān)將接通輸出鎖存器。 若經(jīng)由內(nèi)部總線輸出0，輸出鎖存器的Q端為0，信號經(jīng)多路開關(guān)和反相器后輸出1，Q0導(dǎo)通，A點(diǎn)為0，輸出低電平；若經(jīng)由內(nèi)部總線輸出1，輸出鎖存器的Q端為1，反相器后輸出0，Q0截止，A點(diǎn)為1 ，輸出高電平。 P2口的工作狀態(tài)是輸出高8位地址。在內(nèi)部控制信號的作用下，多路開關(guān)的輸入投向地址輸出（B點(diǎn)）側(cè)，這樣多路

55、開關(guān)將接通地址寄存器輸出。A點(diǎn)的電平將隨地址輸出的0、1而0、1地變化。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P2口的功能 作IO口使用時，P2口為一準(zhǔn)雙向口。 作地址輸出時，P2口可以輸出程序存儲器或片外數(shù)據(jù)存儲器的高8位地址，與P0輸出的低地址一起構(gòu)成16位地址線，從而可分別尋址64KB的程序存儲器或片外數(shù)據(jù)存儲器。地址線是8位一起自動輸出的。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P2口使用中注意的問題 由于P2口的輸出鎖存功能，在取指周期內(nèi)或外部數(shù)據(jù)存儲器讀、寫選通期間，輸出的高8位地址是鎖存的，故無需外加地址鎖存

56、器。 在系統(tǒng)中如果外接有程序存儲器，由于訪問片外程序存儲器的連續(xù)不斷的取指操作，P2口需要不斷送出高位地址，這時P2口的全部口線均不宜再作I/O口使用。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 在無外接程序存儲器而有片外數(shù)據(jù)存儲器的系統(tǒng)中，P2口使用可分為兩種情況： 若片外數(shù)據(jù)存儲器的容量256 B：可使用“MOVX A，Ri”及“MOVX Ri，A”類指令訪問片外數(shù)據(jù)存儲器，這時P2口不輸出地址，P2口仍可作為I/O口使用； 若片外數(shù)據(jù)存儲器的容量256 B：這時使用“MOVX A，DPTR”及“MOVXDPTR，A”類指令訪問片外數(shù)據(jù)存儲器，P2口需輸出高8

57、位地址。在片外數(shù)據(jù)存儲器讀、寫選通期間，P2口引腳上鎖存高8位地址信息，但是在選通結(jié)束后，P2口內(nèi)原來鎖存的內(nèi)容又重新出現(xiàn)在引腳上。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 使用“MOVX A，Ri”及“MOVX Ri，A”類訪問指令時，高位地址通過程序設(shè)定，只利用P1、P3甚至P2口中的某幾根口線送高位地址，從而保留P2口的全部或部分口線作I/O口用。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.5.4 P3口多功能的8位口，字節(jié)訪問地址為B0H，位訪問地址為B0HB7H。 位結(jié)構(gòu)與工作原理 P3口的位結(jié)構(gòu)原理如圖214所示。

58、與非門有兩個輸入端：一個為口輸出鎖存器的Q端，另一個為替代功能的控制輸出。與非門的輸出端控制輸出FET管Q0。有兩個輸入緩沖器，替代輸入功能取自第一個緩沖器的輸出端；I/O口的通用輸入信號取自第二個緩沖器的輸出端。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l輸出工作過程： 當(dāng)替代輸出功能B點(diǎn)置1時，輸出鎖存器的輸出可以順利通到引腳P3i。其工作狀況與P1口相類似。這時P3口的工作狀態(tài)為I/O口，顯然此時該口具有準(zhǔn)雙向口的性質(zhì)。 當(dāng)輸出鎖存器的輸出置1時，替代輸出功能可以順利通到引腳P3i。 若替代輸出為0時，因與非門的C點(diǎn)已置l，現(xiàn)B點(diǎn)為0，故與非門的輸出為l，使Q

59、0導(dǎo)通，從而使A點(diǎn)也為0。若替代輸出為1時，與非門的輸出為0，Q0截止，從而使A點(diǎn)也為高電平。這時P3口的工作狀態(tài)處于替代輸出功能狀態(tài)。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P3口的功能 可作I/O口使用，為準(zhǔn)雙向口。 既可以字節(jié)操作，也可以位操作；既可以8位口操作，也可以逐位定義口線為輸入線或輸出線；既可以讀引腳，也可以讀鎖存器，實(shí)現(xiàn)“讀一修改一輸出”操作。 可以作為替代功能的輸入、輸出。 片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l替代輸入功能： P30 RXD，串行輸入口。 P32INT0，外部中斷0的請求。 P33INT1

60、，外部中斷1的請求。 P34T0，T0外部計數(shù)脈沖輸入。 P35T1，T1外部計數(shù)脈沖輸入。 替代輸出功能： P3lTXD，串行輸出口。 P36WR外部數(shù)據(jù)存儲器或I/O端口寫選通。 P37RD 外部數(shù)據(jù)存儲器或I/O端口讀選通。片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.6 布爾（位）處理器一個完整的一位微計算機(jī)，它具有自已的CPU、寄存器、I/O、存儲器和指令集。一位機(jī)在開關(guān)決策、邏輯電路仿真和實(shí)時控制方面非常有效。 位處理器系統(tǒng)包括以下幾個功能部件： 位累加器：借用進(jìn)位標(biāo)志位CY。在布爾運(yùn)算中CY是數(shù)據(jù)源之一，又是運(yùn)算結(jié)果的存放處，位數(shù)據(jù)傳送的中心。根據(jù)C