硬件結(jié)構(gòu)最版

第二章硬件結(jié)構(gòu)——2本章內(nèi)容提要2.1MCS–51單片機內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)2.2MCS-51的微處理器2.3MCS-51存儲器的結(jié)構(gòu)2.4MCS-51單片機的引腳第2章MCS–51單片機的硬件結(jié)構(gòu)2.1MCS-51單片機的內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)2.1.1MCS-51單片機的基本組成圖2-1

MCS-51單片機的基本組成

（內(nèi)部單總線）圖2-2MCS-51單片機內(nèi)部詳細結(jié)構(gòu)MCS-51單片機的引腳及片外總線結(jié)構(gòu)單片機的引腳

8051單片機芯片采用40引腳，雙列直插封裝（DIP）方式，引腳和邏輯符號圖2-3MCS-51單片機的引腳MCS-51單片機的引腳及片外總線結(jié)構(gòu)圖2-4MCS-51單片機的外部總線片內(nèi)各功能部件通過片內(nèi)單一總線①連接而成（見圖2-1），基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)微機結(jié)構(gòu)。CPU對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR，SpecialFunctionRegister）的集中控制方式。各主要部分的作用

中央處理器（CPU）數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM）程序存儲器（內(nèi)部ROM）定時/計數(shù)器并行I/O口串行口時鐘電路OSC:用于產(chǎn)生單片機中最基本的時間單位。中斷系統(tǒng)（1）CPU（微處理器）

8位的CPU，與通用CPU基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，還有面向控制的位處理功能。（2）數(shù)據(jù)存儲器（RAM）片內(nèi)為128B（52子系列為256B），片外最多可擴64KB。片內(nèi)128B的RAM以高速RAM的形式集成，可加快單片機運行的速度和降低功耗（3）程序存儲器片內(nèi)集成有4KB的程序存儲器，如片內(nèi)容量不夠，片外可外擴至64KB。（4）中斷系統(tǒng)具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。中斷處理系統(tǒng)靈活、方便，使單片機處理問題的靈活性和工作的效率大大提高。（5）定時器/計數(shù)器2個16位定時器/計數(shù)器（52子系列有3個），4種工作方式。器用于定時和對外部事件進行計數(shù)。

（6）串行口1個全雙工的異步串行口，4種工作方式?？蛇M行串行通信，擴展并行I/O口，還可與多個單片機構(gòu)成多機系統(tǒng)。（7）P1口、P2口、P3口、P0口4個8位并行I/O口。每個口既可作為輸入，也可作為輸出。單片機在與外部存儲器及I/O端口設(shè)備交換信息時，必須由P0～P3口完成。（8）特殊功能寄存器（SFR）26個，對片內(nèi)各功能部件管理、控制和監(jiān)視。是各個功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，映射在片內(nèi)RAM區(qū)80H～FFH內(nèi)2.2AT89S51的CPU由圖2-1可見，CPU由控制器和運算器構(gòu)成。2.2.1運算器對操作數(shù)進行算術(shù)、邏輯和位操作運算。主要包括算術(shù)邏輯運算單元ALU、累加器A、位處理器、程序狀態(tài)字寄存器PSW及兩個暫存器等。1．算術(shù)邏輯運算單元ALU可對8位變量邏輯運算（與、或、異或、循環(huán)、求補和清零），還可算術(shù)運算（加、減、乘、除）ALU還有位操作功能，對位變量進行位處理，如置“1”、清“0”、求補、測試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”、“或”等。122．累加器A使用最頻繁的寄存器，可寫為Acc。“A”與“Acc”

書寫上的差別，將在第3章介紹。作用如下：（1）ALU單元的輸入數(shù)據(jù)源之一，又是ALU運算結(jié)果存放單元。（2）數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器A，相當于數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站。為解決“瓶頸堵塞”問題，MCS-51增加了一部分可以不經(jīng)過累加器的傳送指令。A的進位標志Cy是特殊的，因為它同時又是位處理機的位累加器133．程序狀態(tài)字寄存器PSWPSW（ProgramStatusWord）位于片內(nèi)特殊功能寄存器區(qū)，字節(jié)地址為D0H。包含了程序運行狀態(tài)的信息，其中4位保存當前指令執(zhí)行后的狀態(tài)，供程序查詢和判斷。格式如圖2-3所示。

14PSW中各個位的功能：（1）Cy（PSW.7）進位標志位可寫為C。在算術(shù)和邏輯運算時，若有進位/借位，Cy＝1；否則，Cy＝0。在位處理器中，它是位累加器。（2）Ac（PSW.6）輔助進位標志位在BCD碼運算時，用作十進位調(diào)整。即當D3位向D4位產(chǎn)生進位或借位時，Ac＝1；否則，Ac＝0。（3）F0（PSW.5）用戶設(shè)定標志位由用戶使用的一個狀態(tài)標志位，可用指令來使它置1或清0，控制程序的流向。用戶應(yīng)充分利用。（4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）4組工作寄存器區(qū)選擇選擇片內(nèi)RAM區(qū)中的4組工作寄存器區(qū)中的某一組為當前工作寄存區(qū)見表2-2。（5）OV（PSW.2）溢出標志位 當執(zhí)行算術(shù)指令時，用來指示運算結(jié)果是否產(chǎn)生溢出。如果結(jié)果產(chǎn)生溢出，OV=1；否則，OV=0。15（6）PSW.1位保留位（7）P（PSW.0）奇偶標志位

指令執(zhí)行完，累加器A中“1”的個數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)。16P=1，表示A中“1”的個數(shù)為奇數(shù)。P=0，表示A中“1”的個數(shù)為偶數(shù)。此標志位對串行通信有重要的意義，常用奇偶檢驗的方法來檢驗數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

172.2.2控制器

控制器包括：程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、定時及控制邏輯電路等。功能是控制指令的讀入、譯碼和執(zhí)行，接受來自程序存儲器ROM存儲單元的指令，并對其進行譯碼，通過定時和控制電路，按時序規(guī)定發(fā)出指令功能所需要的各種（內(nèi)部和外部）控制信息，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令功能所需的操作。

程序計數(shù)器特點：

PC里存放的是要執(zhí)行的下一條指令的地址，其中內(nèi)容變化軌跡決定程序流程▼它是自動增1計數(shù)器，即完成了一條指令的執(zhí)行后，其內(nèi)容自動加1.▼本身沒有地址，因而不可尋址訪問。但是可以通過分支/跳轉(zhuǎn)/調(diào)用/中斷/復(fù)位等操作的本質(zhì)就是:改變PC值，自動將其內(nèi)容更改成所要轉(zhuǎn)移的目的地址。▼總指向下一條指令所在首地址(當前PC值)▼單片機復(fù)位時，PC中內(nèi)容為0000H，從程序存儲器0000H單元取指令，開始執(zhí)行程序。即在系統(tǒng)的ROM中一定要存在0000這個單元，并且在0000單元中一定要存放一條指令。▼

PC的計數(shù)寬度決定了程序存儲器的地址范圍。PC為16位，故可對64KB（=216B）尋址。②單片機的工作過程——CPU周而復(fù)始執(zhí)行指令的過程

一條指令的執(zhí)行過程包括取指和執(zhí)指兩個階段。指令執(zhí)行前，首先要一條指令的地址送到程序計數(shù)器PC中，然后開始執(zhí)行指令。具體過程如下：例如：執(zhí)行指令

MOVA，#05H

機器碼為：第一單元74H（指令碼）；第二單元05H（數(shù)據(jù)碼）

2．4MCS-51的存儲器結(jié)構(gòu)

一般微機只有一個邏輯空間，可以隨意安排ROM或RAM。訪問存儲器時，同一地址對應(yīng)唯一的存儲空間，可以是ROM或RAM，并用同類訪問指令。

MCS－51單片機的存儲器將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開編址，在物理和邏輯上是各自獨立的，即哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)，兩種存儲器有自己的尋址方式和尋址空間。這種結(jié)構(gòu)對于單片機“面向控制”的實際應(yīng)用極為方便、有利。

80C51系列單片機的存儲器在物理結(jié)構(gòu)上有4個存儲空間：·片內(nèi)程序存儲器；·片外程序存儲器；·片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器；·片外數(shù)據(jù)存儲器。但在邏輯上，即從用戶使用的角度上，80C51系列有三個存儲空間：·片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64KB的程序存儲器地址空間（用16位地址）；·片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址空間，尋址范圍為00～FFH；·64KB片外數(shù)據(jù)存儲器地址空間。或2.4.1程序存儲器1.程序存儲器的結(jié)構(gòu)和地址分配程序存儲器用16位地址指針PC和DPTR，尋址范圍為64kB。可選擇片內(nèi)程序存儲器或片外程序存儲器。片外程序存儲器必須通過并行擴展總線擴展，同時應(yīng)將片外程序存儲器選擇引腳EA接地；選擇片內(nèi)程序存儲器時，EA接高電平。2.在程序存儲器中，以下單元具有特殊功能，這些地址不得隨意被其它程序指令占用。0000H：復(fù)位后，程序?qū)⒆詣訌?000H開始執(zhí)行。因復(fù)位時PC中內(nèi)容為0000H通常這5個中斷入口地址處都放一條跳轉(zhuǎn)指令跳向?qū)?yīng)的中斷服務(wù)子程序，而不是直接存放中斷服務(wù)子程序。程序存儲器用于存放編好的程序或表格常數(shù)程序存儲器通常稱為只讀存儲器ROM，用來存放預(yù)先編寫好的程序。其尋址空間最大為64KB。但對不同型號的單片機，其片上所帶的ROM空間是不一樣的，（1）分為片內(nèi)和片外兩部分，訪問片內(nèi)的還是片外的程序存儲器，由

引腳電平確定。

=1時，CPU從片內(nèi)0000H開始取指令，當PC值沒有超出0FFFH時，只訪問片內(nèi)Flash存儲器，當PC值超出0FFFH自動轉(zhuǎn)向讀片外程序存儲器空間1000H～FFFFH內(nèi)的程序。

=0時，只能執(zhí)行片外程序存儲器（0000H～FFFFH）中的程序。不理會片內(nèi)4KBFlash存儲器。如8031，內(nèi)部無ROM，故程序存儲器必須外接，并將接地；對于內(nèi)部有ROM的8051單片機，正常運行時，該引腳則需接高電平，使CPU先從內(nèi)部ROM中讀取程序，當PC值超過內(nèi)部ROM容量時，才會轉(zhuǎn)向外部ROM讀取程序。242．4MCS-51的存儲器結(jié)構(gòu)和地址空間雖然程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器共用地址總線，但由于選通信號不同，即前者是用PSEN選通，后者是用WR和RD信號選通，故不會出現(xiàn)混亂。另外，對于程序存儲器保存的常數(shù)、表格等數(shù)據(jù)，單片機可借助數(shù)據(jù)指針寄存器或程序計數(shù)器訪問該單元讀取數(shù)據(jù)。2.4.2數(shù)據(jù)存儲器：用于存放程序執(zhí)行的中間結(jié)果和過程數(shù)據(jù)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器有RAM和SFR之分，這幾個部分的訪問指令不同。從這一點看，數(shù)據(jù)存儲器的使用比程序存儲器略微復(fù)雜點。采用C51語言編程則要簡單許多。RAM共128個單元，字節(jié)地址為00H～7FH。但現(xiàn)在有些單片機擴展了高128B（80～FFH）的內(nèi)部RAM，與特殊功能寄存器SFR的地址重疊，但單片機能依靠指令自動區(qū)分。00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)51子系列數(shù)據(jù)存儲器配置

1．片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu)及操作片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器采用8位地址指針，尋址范圍為256B，分為兩部分:00H～7FH為可直接尋址和間接尋址空間；80H～FFH直接尋址的空間為SFR空間，不能作數(shù)據(jù)存儲器用。對于AT89C52/S52還有一塊只能間接尋址的地址為80H～FFH的數(shù)據(jù)存儲器。

2．低128字節(jié)RAM·通用工作寄存器區(qū)

·位尋址區(qū)

·用戶RAM區(qū)

3．高128字節(jié)用戶RAM區(qū)僅AT89S52有

4．片外數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu)及操作片外數(shù)據(jù)存儲器和外圍擴展電路統(tǒng)一編址，可尋址范圍為64KB。片外數(shù)據(jù)存儲器尋址空間的數(shù)據(jù)傳送使用專門的MOVX指令。片外數(shù)據(jù)存儲器只能和累加器A交換數(shù)據(jù)，通過地址指針DPTR或工作寄存器Ri間接尋址。00H～1FH

的32個單元是4組通用工作寄存器區(qū)，每區(qū)包含8B，為R7～R0?？赏ㄟ^指令改變RS1、RS0兩位來選擇。在主程序和子程序間調(diào)用和返回時，通過對RS0和RS1的設(shè)置，方便地切換工作寄存器組。20H～2FH的16個單元的128位可位尋址，也可字節(jié)尋址。30H～7FH的單元只能字節(jié)尋址，用作存數(shù)據(jù)以及作為堆棧區(qū)共80個單元。PSW.4(RS1)

PSW.3(RS0)

當前使用的工作寄存器組R0~R7

000組(00H~07H)011組(08H~0FH)102組(10H~17H)113組(18H~1FH)2.4.3特殊功能寄存器（SFR）80C51單片機中，在片內(nèi)RAM的80H～FFH空間建立了集中的特殊功能寄存器SFR空間，通過該空間的SFR實現(xiàn)對80C51系列單片機內(nèi)部資源的運行管理操作、位地址空間的操作等。這種集中的、歸一化操作管理寄存器的模式是單片機內(nèi)部資源操作管理的重要方式。 采用SFR操作管理方式后，單片機內(nèi)各種單元電路都可按照可編程集成器件的運行管理方式，通過對SFR的讀寫來實現(xiàn)操作管理。訪問這些專用寄存器僅允許使用直接尋址的方式。與AT89C51相比，新增5個SFR：DP1L、DP1H、AUXR、AUXR1和WDTRST。29低128字節(jié)RAM區(qū)高128字節(jié)SFR區(qū)3180C51系列的SFR80C51系列的SFR在數(shù)量與功能上大同小異，

它們離散地分布在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的高128字節(jié)地址80H～FFH中，但他們是不能作為數(shù)據(jù)存儲器使用的，所以對這些特殊功能寄存器是不能隨意寫入數(shù)字的，特別是功能部件中的控制寄存器，不同的數(shù)字將使它們具有不同的工作方式。特殊功能寄存器并未占滿80H～FFH整個地址空間，對空閑地址的操作是無意義的。若訪問到空閑地址，則讀出的是隨機數(shù)。AT89S51/S52的SFR地址分布及尋址1．訪問這些專用寄存器僅允許使用直接尋址的方式。2．對于AT89S52單片機，其片內(nèi)RAM的80H～FFH地址上有2個物理空間（見圖2-6），一個是SFR的物理空間，一個是擴展的高128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器物理空間，他們所用的地址單元相同，通過不同的尋址方式區(qū)分這2個空間。3．這26/32個專用寄存器都可以字節(jié)尋址，其中有11/12個專用寄存器還具有位尋址能力，它們的字節(jié)地址正好能被8整除。（參考書中表）4．SFR的位尋址與字節(jié)尋址

80C51中可位尋址SFR的直接地址為×OH或×8H，相鄰的8個地址號依次作為相應(yīng)的8個位地址號。

例如：P1口的口地址是90H（字節(jié)地址），而位地址90H是P1.0，位地址91H是P1.1等等依次類推。

1.程序狀態(tài)字寄存器PSW

D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HCACF0RS1RS0OV-P（1）Cy（PSW.7）進位標志位可寫為C。在算術(shù)和邏輯運算時，若有進位/借位，Cy＝1；否則，Cy＝0。在位處理器中，它是位累加器。（2）Ac（PSW.6）輔助（半）進位標志位在BCD碼運算時，用作十進位調(diào)整。即當D3位向D4位產(chǎn)生進位或借位時，Ac＝1；否則，Ac＝0。（3）F0（PSW.5）用戶設(shè)定標志位由用戶使用的一個狀態(tài)標志位，可用指令來使它置1或清0，控制程序的流向。用戶應(yīng)充分利用。（4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）當前工作寄存器組的選擇位選擇片內(nèi)RAM區(qū)中的4組工作寄存器區(qū)中的某一組為當前工作寄存區(qū)見表2-2。34常用SFR的功能及應(yīng)用（5）OV（PSW.2）溢出標志位 該位表示在有符號數(shù)進行加、減運算時，是否發(fā)生了溢出。如果結(jié)果產(chǎn)生溢出，OV=1；否則，OV=0。（6）PSW.1位保留位（7）P（PSW.0）奇偶標志位

指令執(zhí)行完，累加器A中“1”的個數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)。P=1，表示A中“1”的個數(shù)為奇數(shù)。P=0，表示A中“1”的個數(shù)為偶數(shù)。此標志位對串行通信有重要的意義，常用奇偶檢驗的方法來檢驗數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)目煽啃浴?5

2.A—累加器，自帶有全零標志Z，A=0則Z=1；A≠0則Z=0。該標志常用于程序分支轉(zhuǎn)移的判斷條件。B—寄存器，常用于乘除法運算。

3.DPTR0和DPTR1——數(shù)據(jù)指針寄存器由于單片機可外接64KB的數(shù)據(jù)存儲器和I/O接口電路，故設(shè)置16位的數(shù)據(jù)指針DPTR（DataPointer）?？蓪?4KB的外部數(shù)據(jù)存儲器和I/O進行尋址。它既可以作為一個16位的寄存器來使用，也可作為兩個8位的的寄存器DPH和DPL使用。DPTR在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時既可用來存放16位地址，也可作地址指針使用。也可作為訪問程序存儲器時的基址寄存器，此時是尋址程序存儲器中的表格、常數(shù)等單元，而不是尋址指令。MOVDPTR,#data16MOVX@DPTR，A。4.SP堆棧指針（StackPointer）

堆棧是在片內(nèi)RAM的128B中開辟棧區(qū)，主要功能是暫時存放數(shù)據(jù)和地址，通常用來保護斷點和現(xiàn)場。堆棧指針SP始終存放著堆棧棧頂?shù)牡刂?。每存入或取出一個字節(jié)數(shù)據(jù)，SP就自動加1或減1,指向新的棧頂。按先進后出的原則存取數(shù)據(jù)，開機復(fù)位后，棧底地址為07H。注意：堆棧棧頂超出內(nèi)部RAM單元時，會引起程序運行出錯。對51子系列不要超出7FH，對52子系列不要超出FFH。這常常是單片機初學(xué)者和使用高級語言編程者易犯的錯誤之一?！秵纹C原理及應(yīng)用》教學(xué)課件21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=1引腳P0.X34控制=1時，此腳作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口：（1）輸出地址/數(shù)據(jù)

=0

時1011=0導(dǎo)通截止=0Vcc用作地址/數(shù)據(jù)總線

2.5單片機的引腳（P0口）P0.0—P0.7:雙向I/O

（內(nèi)置場效應(yīng)管上拉）

尋址外部程序存儲器時分時作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口；不接外部程序存儲器時可作為8位準雙向I/O口使用?！秵纹C原理及應(yīng)用》教學(xué)課件21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=1引腳P0.X34控制=1時，此腳作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口：（2）輸出地址/數(shù)據(jù)

=1

時1100=1截止導(dǎo)通=1Vcc用作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口輸出時，不必外接上拉電阻！直接通過推挽結(jié)構(gòu)輸出用作地址/數(shù)據(jù)總線

由于P0口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用方式訪問外部存儲器時，CPU自動向P0口寫入FFH，使下方場效應(yīng)管截止，上方場效應(yīng)管由于控制信號為0也截止，從而保證數(shù)據(jù)信息的高阻抗（上下都截止）輸入，從外部存儲器輸入的數(shù)據(jù)信息直接由P0.x引腳通過輸入緩沖器BUF2進入內(nèi)部總線。（1）具有高阻抗輸入的I/O口應(yīng)具有高電平、低電平和高阻抗3種狀態(tài)的端口。因此，P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時是一個真正的雙向端口，簡稱雙向口。21DQCK/Q讀引腳=1讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制引腳P0.X3400100截止截止=0Vcc控制=0（自動）時，此腳作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口：（3）輸入數(shù)據(jù)時，輸入指令將使引腳與內(nèi)部總線直通21DQCK/Q讀引腳=1讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制引腳P0.X34控制=0時，此腳作輸出口時，為漏極開路，當輸出數(shù)據(jù)=1時，須外接上拉電阻才能有高電平輸出。00100截止截止=0Vcc用作通用I/O口

21DQCK/Q讀引腳=1讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制引腳P0.X34控制=0時，此腳作輸入口（事先必須對它寫“1”）00100截止截止=0Vcc用作通用I/O口

（2）當P0口用作通用I/O口時，由于需要在片外接上拉電阻，端口不存在高阻抗（懸?。顟B(tài)，因此是一個準雙向口（本身輸出高電平不是真正的外部信號，當然對輸入信號的邏輯無影響

，但實際參數(shù)呢）。為保證引腳信號的正確讀入，應(yīng)首先向鎖存器寫1（MOVP0,#FFH）。單片機復(fù)位后，鎖存器自動被置1；當P0口由原來輸出轉(zhuǎn)變?yōu)檩斎霑r，應(yīng)先置鎖存器為1，（避免上次輸出0使引腳鉗位為低的作用）方可執(zhí)行輸入操作。雙向與準雙向，根本原則是雙向包含了高阻這個狀態(tài)，而不在于是否需要先寫１或者不寫，P1~P3口因為有內(nèi)部上拉電阻，因此無論如何不是雙向；P０口內(nèi)部無上拉電阻，在處于數(shù)據(jù)／地址功能時，自動完成３態(tài)的轉(zhuǎn)換，是雙向，處于一般I/O口時，當作為輸入使用時,就將開關(guān)斷開,這樣就只剩下上拉(或者下拉)電阻,因而阻抗比較高，可以由其它設(shè)備驅(qū)動該IO口。準雙向口在做為輸入使用時,實際上還是一種輸出狀態(tài).只是該輸出狀態(tài)的內(nèi)阻比較大而已.而真正的雙向IO口，有方向控制寄存器,作為輸入使用時輸出部分被斷開.雙向口與準雙向口的區(qū)別為雙向口有高阻態(tài),輸入為真正的外部信號,準雙向口內(nèi)部有上拉,故高電平為內(nèi)部給出不是真正的外部信號!軟件做處理時都要先向口寫“1”！/view/74f33207eff9aef8941e06c0.html由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，當作輸出口時，必須外接上拉電阻。P1口的特點由于內(nèi)部上拉電阻，無高阻抗輸入狀態(tài)，故為準雙向口。

同樣，P1口“讀引腳”輸入時，必須先向鎖存器寫入1。（1）P2口用作地址總線

在控制信號作用下，MUX與“地址”接通。當“地址”為0時，場效應(yīng)管導(dǎo)通，P2口引腳輸出為0；當“地址”線為1時，場效應(yīng)管截止，P2口引腳輸出1。（2）P2口用作通用I/O口

在內(nèi)部控制信號作用下，MUX與鎖存器的Q端接通。

CPU輸出1時，Q=1，場效應(yīng)管截止，P2.x引腳輸出1；CPU輸出0時，Q=0，場效應(yīng)管導(dǎo)通，P2.x引腳輸出0。P2口（內(nèi)置了上拉電阻）《單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線第二功能輸出（WR，RD，TxD）引腳P3.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc4第二功能輸出時，內(nèi)部自動D=1111反相器單片機的引腳（P3口）P3.0—P3.7:雙功能口（內(nèi)置了上拉電阻）

它具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能時它就是普通的通用準雙向I/O口。實際應(yīng)用中，由于復(fù)位后P3口鎖存器自動置1，滿足第二功能所需的條件，所以不需任何設(shè)置工作，就可以進入第二功能操作。《單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線此端自動＝1引腳P3.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc

第二功能輸入（RxD，T0，T1，INT0，INT1）4第二功能輸入時，信號經(jīng)緩沖器4直接進入內(nèi)總線1110截止《單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件P3口第二功能表引腳第二功能

P3.0RxD:

串行口接收數(shù)據(jù)輸入端P3.1TxD:

串行口發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端P3.2INT0:

外部中斷申請輸入端0P3.3INT1:

外部中斷申請輸入端1P3.4T0:

外部計數(shù)脈沖輸入端0P3.5T1:

外部計數(shù)脈沖輸入端1P3.6WR:

寫外設(shè)控制信號輸出端P3.7RD:

讀外設(shè)控制信號輸出端2.5.5P1～P3口驅(qū)動LED發(fā)光二極管下面討論P1～P3口與LED發(fā)光二極管的驅(qū)動連接問題。P0口與P1、P2、P3口相比，P0口的驅(qū)動能力較大，每位可驅(qū)動8個LSTTL輸入，而P1、P2、P3口的每一位的驅(qū)動能力，只有P0口的一半。當P0口某位為高電平時，可提供400A的電流；當P0口某位為低電平（0.45V）時，可提供3.2mA的灌電流。如低電平允許提高，灌電流可相應(yīng)加大。所以，任何一個口要想獲得較大的驅(qū)動能力，只能用低電平輸出。53例如，使用單片機的并行口P1～P3直接驅(qū)動發(fā)光二極管，由于P1～P3內(nèi)部有30kΩ左右的上拉電阻。如高電平輸出，則強行從P1、P2和P3口輸出的電流Id會造成單片機端口的損壞如端口引腳為低電平，能使電流Id

從單片機外部流入內(nèi)部，則將大大增加流過的電流值所以，當P1～P3口驅(qū)動LED發(fā)光二極管時，應(yīng)該采用低電平驅(qū)動。（a）不恰當?shù)倪B接：高電平驅(qū)動（b）恰當?shù)倪B接：低電平驅(qū)動4個I／0端口的主要異同點

1.主要相同點1）鎖存器加引腳的典型結(jié)構(gòu)2）I/O的復(fù)用結(jié)構(gòu)

I/O端口的總線復(fù)用

I/O端口的功能復(fù)用（即將某一端口輸出信號用以不同的目的。比如在顯示器鍵盤控制器8279中,將顯示數(shù)碼管掃描線同時作為鍵盤掃描線。）3）在對雙向口作輸入操作時，一定要先向鎖存器寫“1”，然后才能正確讀入引腳狀態(tài)。

2.主要不同點1）P1～P3為準雙向口結(jié)構(gòu)2）驅(qū)動能力不同3）功能不同MCS-51單片機的引腳及片外總線結(jié)構(gòu)單片機的引腳

8051單片機芯片采用40引腳，雙列直插封裝（DIP）方式，引腳和邏輯符號圖2-3MCS-51單片機的引腳MCS-51單片機的引腳及片外總線結(jié)構(gòu)圖2-4MCS-51單片機的外部總線《單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件認識單片機的引腳MCS-51單片機40腳Vcc,GND

2XTAL1,XTAL2

2RESET

1EA/Vpp

1ALE/PROG

1PSEN

1P0.0—P0.7

8

P1.0—P1.7

8P2.0—P2.7

8

P3.0—P3.7

8《單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件單片機的引腳定義從一片集成電路的角度去認識單片機《單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件單片機的引腳（電源端）Vcc,GND:

正電源端與接地端（+5V/3.3V/2.7V)不同的單片機可以允許不同的工作電壓，不同的單片機表現(xiàn)出的功耗也不同。單片機內(nèi)部設(shè)有定時電路，只須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，或廉價的RC振蕩器，也可用外部時鐘源作振蕩元件。甚至將振蕩元件集成在單片機芯片內(nèi)部。②單片機的工作過程——CPU周而復(fù)始執(zhí)行指令的過程

一條指令的執(zhí)行過程包括取指和執(zhí)指兩個階段。指令執(zhí)行前，首先要一條指令的地址送到程序計數(shù)器PC中，然后開始執(zhí)行指令。具體過程如下：例如：執(zhí)行指令

MOVA，#05H

機器碼為：第一單元74H（指令碼）；第二單元05H（數(shù)據(jù)碼）

1.單片機的工作原理：取一條指令、譯碼、進行微操作，再取一條指令、譯碼、進行微操作，這樣自動地、—步一步地由微操作按次序完成相應(yīng)指令規(guī)定的功能。單片機的時鐘信號用來為單片機芯片內(nèi)部的各種微操作提供時間基準，機器啟動后，指令的執(zhí)行順序如下圖2.10所示：

時鐘的基本概念取指分析執(zhí)行2.概念⑴時序：各指令的微操作在時間上有嚴格的次序，這種微操作的時間次序稱作時序。

⑵

時鐘電路：用于產(chǎn)生單片機工作所需要時鐘信號的電路成為時鐘電路。單片機的時鐘電路單片機時鐘電路通常有兩種形式：1．內(nèi)部振蕩方式：MCS-51單片機片內(nèi)有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖（如圖1.25所示）。《單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件單片機的引腳（晶振端）XTAL1（18）,XTAL2（19）:片內(nèi)振蕩電路輸入/輸出端利用內(nèi)部時鐘電路時，XTAL1與XTAL2之間接一晶體振蕩器，XTAL1為內(nèi)部放大電路輸入端，XTAL2為輸出端。5～30pfx2通常外接一個晶振兩個電容在XTAL1、XTAL2跨接定時元件和兩個電容就構(gòu)成了自激振蕩器。C1、C2取5~30PF，起微調(diào)和穩(wěn)定作用。晶振頻率：fosc=1.2~12MHZ 常用頻率為6、12、11.0592MHz?！秵纹C原理及應(yīng)用》教學(xué)課件XTAL1XTAL2外部時鐘外部振蕩器的信號接至XTAL2，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，而內(nèi)部反相放大器的輸入端XTAL1接地，片內(nèi)振蕩電路不起作用。由于XTAL2端的邏輯電平不是TTL的，故建議外接一個上拉電阻。

常用于多塊8051同時工作，以便同步，要求信號頻率低于12MHz。而對于CHMOS型單片機XTAL1為驅(qū)動端，XTAL2懸空。2．外部振蕩方式：外部振蕩方式就是把外部已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。

XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部時鐘源圖

內(nèi)部振蕩方式圖

外部振蕩方式返回本節(jié)3.振蕩脈沖并不直接使用，由XTAL2端送往內(nèi)部時鐘電路： 經(jīng)過2分頻，向CPU提供2相時鐘信號P1和P2； 再經(jīng)3分頻，產(chǎn)生ALE時序； 經(jīng)過12分頻，成為機器周期信號《單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件CPU總是按照一定的時鐘節(jié)拍與時序工作：振蕩周期/時鐘周期：Tc=晶振頻率fosc（或外加頻率）的倒數(shù)狀態(tài)周期：Ts=2個時鐘周期(Tc)（很少用到此概念）機器周期：Tm=6個狀態(tài)周期(Ts)=12個振蕩周期(Tc)

對應(yīng)計算機執(zhí)行一個基本操作所需的時間，如讀操作或?qū)懖僮?，或單片機訪問一次存儲器的時間。指令周期:

Ti:執(zhí)行一條指令所需的機器周期(Tm)數(shù)牢牢記住：

振蕩周期=晶振頻率fosc的倒數(shù)；

1個機器周期=12個振蕩周期；

1個指令周期=1、2、4個機器周期時序的共同點：每一次ALE信號有效，CPU均從ROM中讀取指令碼（包括操作碼和操作數(shù)），但不一定有效，讀了之后再丟棄（假讀）。有效時，PC+1→PC不變（程序計數(shù)器PC不加1）；無效時不變。其余時間用于執(zhí)行指令操作功能，但在時序中沒有完全反映出。如雙字節(jié)單機器周期，分別在S1、S4讀操作碼和操作數(shù)，執(zhí)行指令就一定在S2、S3、S5、S6中完成?！秵纹C原理及應(yīng)用》教學(xué)課件單片機的引腳（復(fù)位端）Vcc,GND:電源端（+5V/3.3V/2.7V)XTAL1,XTAL2:片內(nèi)振蕩電路輸入、輸出端RESET:復(fù)位端（正脈沖有效，寬度8mS）復(fù)位使單片機進入某種確定的初始狀態(tài)：

▼

PC值歸零（0000H）；▼各個SFR被賦予初始值

P0～P3=0FFH，Acc=0，B=0，TH0=0，TL0=0，TH1=0，TL0=0，SP=7，PSW=0……▼退出處于節(jié)電工作方式的停頓狀態(tài)、退出一切程序進程、退出程序的死循環(huán)，從頭開始（重啟）。MCS-51單片機的復(fù)位信號，高電平有效。RST/VPD引腳至少保持2個機器周期（或10ms）的高電平，才能復(fù)位。直至RST端變?yōu)榈碗娖綍r，單片機開始正常工作！1）上電自動復(fù)位接通電源瞬間電容充電產(chǎn)生正脈沖2）手動電平復(fù)位（上電+按鍵，按鍵不是瞬時的）：按鍵按下時，復(fù)位端出現(xiàn)兩個電阻分壓的電平使單片機復(fù)位。（微分電路）復(fù)位按鍵按下后：RST端通過小電阻與電源VCC接通，電容器迅速放電、使RST引腳為高電平按鍵松開后：電源重新通過1K電阻對電容器充電，同上，RST引腳又逐漸降為低電平，直至復(fù)位結(jié)