單片機(jī)第二章課件

單片機(jī)第二章課件第1頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、時(shí)序振蕩脈沖并不直接使用，由XTAL2端送往內(nèi)部時(shí)鐘電路： 經(jīng)過(guò)2分頻，向CPU提供2相時(shí)鐘信號(hào)P1和P2； 再經(jīng)3分頻，產(chǎn)生ALE時(shí)序； 經(jīng)過(guò)12分頻，成為機(jī)器周期信號(hào)，如圖2-3.3所示。第2頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一MCS-51單片機(jī)指令的取指和執(zhí)行時(shí)序圖MCS-51單片機(jī)典型指令的取指和執(zhí)行時(shí)序再讀下一條指令再讀下一條指令XTAL2(OSC)P2S1ALE讀操作碼讀下一個(gè)操作碼（丟棄）讀第二字節(jié)（a）單字節(jié)，單周期指令例：MOVAR1（d）單字節(jié)，雙周期指令，如MOVXP1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P2S5P2S6P2S1P1P1P1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P2S6P2S1S2P1P1P1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S1讀操作碼P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1讀下一個(gè)操作碼（丟棄）（b）雙字節(jié)，單周期指令例：ADDAdir（c）單字節(jié)，雙周期指令例：INCDPTR讀操作碼（MOVX）讀下一個(gè)操作碼（丟棄）無(wú)取指無(wú)ALE無(wú)取指地址數(shù)據(jù)（DATA）訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器P2S1讀操作碼P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1返回本節(jié)第3頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一振蕩周期：振蕩器輸出的振蕩脈沖頻率的倒數(shù)。為單片機(jī)中最小、最基本的時(shí)間單位。時(shí)鐘周期：又稱狀態(tài)周期,振蕩信號(hào)經(jīng)2分頻后獲得的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)周期，稱S，顯然，S為時(shí)鐘周期的2倍。機(jī)器周期：6個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期，對(duì)應(yīng)計(jì)算 機(jī)執(zhí)行一個(gè)基本操作所需的時(shí)間。指令周期：執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間，至少包含一個(gè)機(jī)器周期。MCS-51單片機(jī)通?？梢苑譃閱沃芷谥噶?、雙周期指令和四周期指令三種，四周期指令只有乘法和除法指令兩條。指令字節(jié)：指令占用存儲(chǔ)空間的字節(jié)數(shù)，有單字節(jié)、 雙字節(jié)、三字節(jié)三類。

第4頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P1P2S1振蕩周期時(shí)鐘周期機(jī)器周期機(jī)器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2圖MCS-51單片機(jī)各種周期的相互關(guān)系2.4.2振蕩周期、時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期下一頁(yè)第5頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

舉例：若用12MHZ的晶振，則其振蕩周期、時(shí)鐘周期、機(jī)器周期及指令周期為多少？解：由fOSC=12MHZ

則振蕩周期=1/12MHZ

時(shí)鐘周期＝2*振蕩周期=1/6us

機(jī)器周期=12*振蕩周期=1us

單機(jī)器周期指令的指令周期=1us

雙機(jī)器周期指令的指令周期=2us

四機(jī)器周期指令的指令周期=4us第6頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§2-3存儲(chǔ)器一、程序存儲(chǔ)器

1、程序存儲(chǔ)器作用及尋址范圍

作用：存放指令（程序）的存儲(chǔ)器，用PC作地址指針。 尋址范圍：0000～FFFFH，共64KB；其編址規(guī)律為：先片內(nèi)、后片外，片內(nèi)、片外連續(xù)一般不作重疊。 片內(nèi)：PC=0000～0FFFH； 片外：PC=1000～FFFFH；

第7頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2、ROM低端的幾個(gè)特殊入口地址

0000H：CPU開(kāi)始執(zhí)行指令時(shí)的第一個(gè)取指單元，每次執(zhí)行時(shí)PC的內(nèi)容總是0000H；

0003H~002B：中斷專用固定入口地址（系統(tǒng)規(guī)定）； 一般：我們總是從ROM的0030H單元開(kāi)始存放用戶指令。第8頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一存儲(chǔ)器空間分配圖第9頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM作用：用于存放數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，一般用DPTR作地址指針尋址范圍：0000H～FFFFH，共64KB，其編址可與程序存儲(chǔ)器重疊

由于用途的不同，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM可分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（供用戶使用）00H～7FH和特殊功能寄存器80H～FFH第10頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一用戶RAM區(qū)位尋址區(qū)四組通用寄存器三組通用寄存器二組通用寄存器一組通用寄存器00H08H10H18H20H30H7FH低128字節(jié)FFH80H高128字節(jié)專用寄存器區(qū)第11頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（1）工作寄存器區(qū)：00～1FH①共分4個(gè)區(qū)，00～07，08～0F，10～17，18～1F；②每區(qū)有8個(gè)工作寄存器：R0～R7；③當(dāng)前工作寄存器區(qū)：由PSW中的第三、第四位選擇，具有快速保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的作用，也可作為一般的數(shù)據(jù)緩沖器。PSW4（RS1）PSW3（RS0）當(dāng)前區(qū)字節(jié)地址工作寄存器

0 00區(qū)00～07H （R0~R7）

0 11區(qū)08～0FH （R0~R7）

1 02區(qū)10～17H （R0~R7）

1 13區(qū)18～1FH （R0~R7）當(dāng)前工作寄存器組有兩種使用方法:

如:MOVA,R0MOVA,00H第12頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）位尋址區(qū)：20H～2FH

這個(gè)單元既可以作為一般用戶RAM區(qū)(字節(jié)操作),也可以對(duì)存儲(chǔ)內(nèi)容作位操作故而稱為位尋址區(qū),共16個(gè)字節(jié)，16×8=128個(gè)位，位地址：00～7FH。位尋址區(qū)是為位操作而設(shè)置的,是位處理器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間注意:CLR00HMOV00H,#00H

第13頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第14頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（用戶RAM區(qū)）：30H～7FH只能用字節(jié)單元訪問(wèn)①作為通用的按字節(jié)操作的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。②常開(kāi)辟為堆棧區(qū)。堆棧主要為子程序和中斷操作而設(shè)立，是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它只允許在其一端進(jìn)行數(shù)據(jù)的插入和刪除操作，又稱為入棧和出棧，MCS-51的堆棧是向上生長(zhǎng)型的。第15頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一堆棧的特點(diǎn)： ①是一個(gè)符合“先進(jìn)后出、后進(jìn)先出”的RAM區(qū)域 ②SP總是指向堆棧的頂部（保存有數(shù)據(jù)）； ③堆?？梢栽O(shè)在內(nèi)部RAM中的任意區(qū)域，一般開(kāi)辟在30～7FH中。堆棧的功能： ①

保護(hù)斷點(diǎn)----保護(hù)從主程序轉(zhuǎn)向子程序、中斷時(shí)的斷點(diǎn)，發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)自動(dòng)完成。 ②

保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)----對(duì)子程序、中斷程序中要用到的、現(xiàn)場(chǎng)的某些寄存器的內(nèi)容進(jìn)行保護(hù)，以保證返回時(shí)確恢復(fù)。軟件指令方式實(shí)現(xiàn)。 ③

數(shù)據(jù)的臨時(shí)存放。第16頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、特殊功能寄存器區(qū)：80～FFH

即SFR，包括I/O鎖存器、定時(shí)器、串行口、中斷、狀態(tài)、控制寄存器等共21個(gè)，可直接尋址 離散地分布在80～FFH中。如下所示： 算術(shù)運(yùn)算寄存器：*A、*B、*PSW

指針寄存器：SP、DPTR（DPH，DPL） 并行口：*P0、*P1、*P2、*P3

串行口：*SCON、SBUF、PCON

中斷系統(tǒng)：*IP、*IE

定時(shí)/計(jì)數(shù)器：TMOD、*TCON、TH0、TL0、TH1、TL1

特別需要指出的是，51系列內(nèi)部RAM，80~FFH中未定義的單位為不可訪問(wèn)單元。第17頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§2-5并行輸入/輸出口

MCS-51單片機(jī)有4個(gè)8位并行I/O口，P0～P3，共32根口線。每一根口線可單獨(dú)地作為輸入或輸出線使用，輸入時(shí)數(shù)據(jù)可緩存，輸出時(shí)數(shù)據(jù)可鎖存每個(gè)端口都包括：鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)三態(tài)緩沖器以及控制電路。第18頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1、P0口端口地址：80H（SFR）位地址：80H～87H特點(diǎn)：漏極開(kāi)路的準(zhǔn)雙向口P0口的1位結(jié)構(gòu)圖功能：（1）作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出口控制信號(hào)為0（2）作為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線第19頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P0口1位結(jié)構(gòu)原理圖帶有控制信號(hào)的輸入緩沖器反相器控制部分輸出驅(qū)動(dòng)電路返回第20頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P0口的輸出操作10在寫控制信號(hào)的作用下，數(shù)據(jù)被鎖存在Q或Q端T2截止00T1漏極開(kāi)路vcc第21頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P0口的輸入操作注:為了完成這一操作,該電路的設(shè)計(jì)要求內(nèi)部總線給鎖存器”1”信號(hào)(通過(guò)一條端口寫入指令),使T2截止,否則P0.x將被T2的源極箝位為0第22頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1P0口作地址/數(shù)據(jù)總線控制信號(hào)為”1”的作用:打開(kāi)與門;使多路開(kāi)關(guān)打到a端，此時(shí)P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用01T2導(dǎo)通0第23頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、P1口端口地址：90H位地址：90H～97HP1口：帶有上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。它的功能是單一的。P1口作為輸出口使用時(shí)，已提供一個(gè)推拉電流負(fù)載，故無(wú)需外電路再提供上拉電阻P1口作為輸入口使用時(shí)，也要先向該口寫入“1”并將其鎖存到Q 端，使輸出驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管截止。第24頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P1口1位結(jié)構(gòu)圖第25頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、P2口端口地址：A0H位地址：A0H～A7HP2口也是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向口，即輸出時(shí)可以直接到P2口，但輸入時(shí)必須先使Q端置1，使輸出場(chǎng)效應(yīng)管截止。此外在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)是高8位地址線輸出口。第26頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P2口1位結(jié)構(gòu)圖與P0口相同也是通過(guò)一個(gè)多路開(kāi)關(guān)來(lái)選擇是準(zhǔn)雙向口還是高8位地址線輸出口，只是從結(jié)構(gòu)上看，比P0口更簡(jiǎn)單第27頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4、P3口端口地址：B0H位地址：B0H～B7HP3口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向口，此外它還具有第二功能。第28頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖）輸出INT1（外部中斷1）輸入INT0（外部中斷0）輸入表2-2P3口的第二功能表P3.2P3.3位線引腳第二功能P3.010RXD（串行輸入口）P3.111TXD（串行輸出口）1213P3.414T0（定時(shí)器0的計(jì)數(shù)輸入）P3.515T1（定時(shí)器1的計(jì)數(shù)輸入）1617RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖）輸出P3.7

P3.6

第29頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P3口的1位結(jié)構(gòu)圖說(shuō)明：作為一個(gè)口線，在同一時(shí)刻只能作為輸入或輸出，不能同時(shí)兼有輸入輸出功能，本圖是將兩個(gè)功能合并在一起了。當(dāng)P3口作輸入/輸出時(shí)，內(nèi)部總線送給鎖存器的

信號(hào)，經(jīng)與非門和場(chǎng)效應(yīng)管兩級(jí)反相后，在P3.X引腳上得到內(nèi)部總線極性相同的信號(hào)。當(dāng)然輸入時(shí)必須先使Q端置1，使輸出場(chǎng)效應(yīng)管截止第30頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P3口作為第二功能輸出1注意：此時(shí)Q端必須為高電平，使與非門打開(kāi)，從而使T截止，否則引腳將被箝位在低電平，無(wú)法輸入或輸出第二功能01T導(dǎo)通010T截止1第31頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一可見(jiàn)：無(wú)論是作為準(zhǔn)雙向輸出口還是第二功能輸出口，在P3口的某位引腳上都能得到與內(nèi)部總線或第二功能輸出口相同的信號(hào)第32頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一作為第二功能輸入在引腳和第二功能輸入間增加了一級(jí)輸入緩沖器，第二功能信號(hào)通過(guò)該緩沖器進(jìn)入指定的第二功能輸入的特殊功能寄存器RXD、INT0、INT1、T0、T1中考慮一下：該第二功能輸入信號(hào)會(huì)不會(huì)通過(guò)第二個(gè)緩沖器而進(jìn)入內(nèi)容總線呢？

不會(huì)，因?yàn)榈诙€(gè)緩沖器的控制信號(hào)“讀引腳”信號(hào)將封鎖該緩沖器，使第二功能信號(hào)不能進(jìn)入內(nèi)部總線第33頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一再考慮：外部數(shù)據(jù)在送入內(nèi)部總線的途中會(huì)不會(huì)被送入第二功能輸入的特殊功能寄存器中呢？也不會(huì)，因?yàn)楫?dāng)引腳上為外部數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，電路的設(shè)計(jì)會(huì)封鎖第二功能輸入的特殊功能寄存器，從而使外部數(shù)據(jù)順利到達(dá)內(nèi)部總線第34頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P0～P3口的共同特性：111我們經(jīng)常要做的一個(gè)操作就是采集引腳（口線）上的信號(hào)，即將送往口線上的信號(hào)再讀回，但事實(shí)上單片機(jī)并不是真正去讀引腳上的信號(hào)，而是直接去讀輸出鎖存器的信號(hào)如：邏輯操作指令A(yù)NLP1，#data第35頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期一端口小結(jié)：（1）系統(tǒng)總線：

地址總線（16位）：P0（地址低8位）、P2口（地址高8位）數(shù)據(jù)總線（8位）：P0口（地址/數(shù)據(jù)分時(shí)使用）；

控制總線（6根）：P3口的第二功能和9、29、30、31腳；（2）供用戶使用的端口：P1口、部分未作第二功能的P3口；（3）P0口作地址/數(shù)據(jù)時(shí)，是真正的雙向口，三態(tài)，負(fù)載能力 為8個(gè)LSTTL電路；P1～P3是準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力 為4個(gè)LSTTL電路。（4）P0～P3在用作輸入之前必須先寫“1”，即： （P0）=FFH~（P3）=FFH。第36頁(yè)，共40頁(yè)，2023年