第二章51單片機硬件系統(tǒng)課件

1、第二章89C51單片機的結(jié)構(gòu)和原理2.189C51單片機的結(jié)構(gòu)2.289C51單片機引腳及其功能2.389C51存儲器配置2.4CPU時序2.5復(fù)位及復(fù)位電路2.6輸出/輸入端口結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)要點：本章主要講述單片機的硬件結(jié)構(gòu)。通過學(xué)習(xí)本章內(nèi)容要求掌握89C51單片機內(nèi)部硬件組成，管腳的定義、功能、作用；熟練掌握單片機各種存儲器物理空間配置及內(nèi)部特殊功能寄存器的定義、作用；掌握單片機的最小系統(tǒng)組成部分。*重點與難點： 51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲空間、I/O端口、時鐘電路、復(fù)位電路。*2.189C51單片機的結(jié)構(gòu)2.1.1 89C51單片機的基本組成*2.1.2 89C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)返回2.1.1

2、89CS51單片機的基本組成一、組成*二、89C51系列單片機的性能返回一、組成89C51單片機結(jié)構(gòu)框圖 如圖2-1所示*返回8051單片機結(jié)構(gòu)框圖89C51CPU振蕩器和時序OSC64KB 總線擴展控制器數(shù)據(jù)存儲器256B RAM/SFR216位定時器/計數(shù)器可編程I/O程序存儲器4KBROM可編程全雙工串行口外中斷內(nèi)中斷控制并行口串行通信外部時鐘源外部事件計數(shù)返回*一、組成一個8位 的微處理器CPU。返回一、組成* 用以存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器(RAM128B/256B）:返回一、組成* 用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但有一些單

3、片機內(nèi)部不帶ROM/EPROM，如8031、8032、80C31等。片內(nèi)程序存儲器ROM/EPROM （4KB/8KB）:返回一、組成*每個口可以用作輸入，也可以用作輸出。四個8位并行I/O（輸入/輸出）接口P0P3:返回一、組成* 每個定時/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以 對 外部事件進行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果 實現(xiàn)計算機控制。兩個或三個定時/計數(shù)器:返回一、組成* 可實現(xiàn)單片機與單片機或其它微機之間串行通信。一個全雙工UART的串行I/O口:返回一、組成* 但需外接晶振和電容。片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路:返回一、組成*五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。返回二、89C

4、51系列單片機的性能如表2-1所示。表中型號帶“C”表示所用的是CMOS工藝，具有功耗低的優(yōu)點。*返回MCS-51系列單片機的性能表返回2.1.2 89C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)圖*二、結(jié)構(gòu)組成返回一、結(jié)構(gòu)圖由 中央處理單元（CPU）、存儲器（ROM及RAM）和I/O接口組成。89C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 圖2-2所示。*P0驅(qū)動器P2驅(qū)動器P0鎖存器P2鎖存器RAM地址寄存器128BRAM4KBROMB寄存器暫存器1暫存器2ACCSP程序地址寄存器 緩沖器PC增1PCDPTR中斷、串行口和定時器PSWP1鎖存器P1驅(qū)動器P3鎖存器P3驅(qū)動器定時控制指令寄存器指令譯碼器OSCALUP0.0-P

5、0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1 XTAL2PSENALEEARET8051單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖返回二、結(jié)構(gòu)組成*（一）、中央處理單元（CPU）（二）、存儲器 （三）、I/O接口 返回（一）、中央處理單元（CPU）1運算器*返回2控制器1運算器（1）8位的ALU：*返回（2）8位累加器ACC（A）：（3）8位程序狀態(tài)寄存器PSW：（4）8位寄存器B：（5）布爾處理器：（6）2個8位暫存器：1運算器可對4位、8位、16位數(shù)據(jù)進行操作。*返回（1）8位的ALU：1運算器（2）8位累加器ACC（A）：*它經(jīng)常作為一個運算數(shù)經(jīng)暫存器2進入ALU的輸入端，與另一個來自暫

6、存器1的運算數(shù)進行運算，運算結(jié)果又送回ACC。返回1運算器* 指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)信息供程序查詢和判別用。（3）8位程序狀態(tài)寄存器PSW：返回1運算器（4）8位寄存器B：* 在乘除運算時，用來存放一個操作數(shù)也用來存放運算后的一部分結(jié)果；如不能做乘除運算時，作為通用寄存器。返回1運算器（5）布爾處理器：*專門用于處理位操作的，以PSW中的C為其累加器。返回1運算器（6）2個8位暫存器：*ALU的兩個入口處。返回2控制器（1）程序計數(shù)器PC（16位）*（2）指令寄存器IR及指令譯碼器ID（3）振蕩器和定時電路返回（1）程序計數(shù)器PC（16位）由兩個8位計數(shù)器PCH、PCL組成。PC是程序的字節(jié)地址

7、計數(shù)器，PC內(nèi)容為將要執(zhí)行的指令地址。改變PC內(nèi)容，改變執(zhí)行的流向。PC可對64KB的ROM直接尋址，也可對80C51片內(nèi)RAM尋址。*返回（2）指令寄存器IR及指令譯碼器ID由PC中的內(nèi)容指定ROM地址，取出來的指令經(jīng)IR送至ID，由ID對指令譯碼產(chǎn)生一定序列的控制信號，以執(zhí)行指令所規(guī)定的操作。*返回（3）振蕩器和定時電路89C51單片機片內(nèi)有振蕩電路，只需外接石英晶體和頻率微調(diào)電容（2個30pF左右），其頻率范圍為1.2MHz12MHz。該信號作為89C51工作的基本節(jié)拍即時間的最小單位。*返回（二）、存儲器1、程序存儲器（ROM）*2、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）返回1、程序存儲器（ROM）89

8、C51、8051及8751的片內(nèi)ROM容量為4KB。地址從0000H開始。用于存放程序和表格常數(shù)。*返回2、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）8051/8751/89C51RAM均為128B，地址為00H7FH。用于存放運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存以及數(shù)據(jù)緩沖等。這128B的RAM中有32個字節(jié)單元可指定為工作寄存器。片內(nèi)還有21個特殊功能寄存器（SFR），它們同128字節(jié)RAM統(tǒng)一編址，地址為80HFFH。后面詳細介紹。*返回（三）、I/O接口89C51有四個8位并行I/O接口P0P3。它們都是雙向端口，每個端口各有8條I/O線。P0-P3口四個鎖存器同RAM統(tǒng)一編址，可作為SFR來尋址。*返回2.289C5

9、1單片機引腳及其功能2.2.189C51單片機引腳*2.2.2 89C51單片機引腳功能返回2.2.189C51單片機引腳MCS-51系列如8051、8751和8031均采用40引腳雙列直插封裝（DIP）方式。因受到引腳數(shù)目的限制，有不少引腳具有第二功能。89C51單片機引腳與其相同，如圖2-3所示。*返回89C51單片機引腳圖返回2.2.2 89C51單片機引腳功能一、電源引腳：Vcc和Vss二、時鐘電路引腳：XTAL1和XTAL2三、控制信號引腳RST、ALE、PSEN和 EA四、I/O端口P0、P1、P2和P3*返回一、電源引腳：Vcc和Vss1Vcc(40腳)：電源端，為+5V。2Vs

10、s(20腳)：接地端。*返回二、時鐘電路引腳：XTAL1和XTAL2XTAL2（18腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；在8051 片內(nèi)它是振蕩電路反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。8051/8031正常工作時，該引腳應(yīng)有脈沖信號輸出。*返回二、時鐘電路引腳：XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反向放大器的輸入端，在采用外部時鐘時，該引腳接地。*返回 三、控制信號引腳： RST、ALE、PSEN和EARST/VPD（9腳）：RST：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當此輸入端保持兩

11、個機器周期的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。*返回 三、控制信號引腳：RST、ALE、PSEN和EARST/VPD（9腳）：VPD ：RST引腳的第二功能，備用電源輸入端。當主電源Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將+5V電源自動接入該引腳，為RAM提供備用電源，以保證RAM中的信息不丟失，使得復(fù)位后能繼續(xù)正常運行。*返回三、控制信號引腳： RST、ALE、PSEN和EAALE/PROG（30腳）：ALE：地址鎖存允許信號端。正常工作時，該引腳以振蕩頻率的1/6固定輸出正脈沖。CPU訪問片外存儲器時，該引腳輸出信號作為鎖存低8位地址的控制信號。它的負載能力為8個LS型TTL負載。*返回三、

12、控制信號引腳：ALE/PROG（30腳）：PROG：是對片內(nèi)帶有4KB EPROM的8751編程寫入時的編程脈沖輸入端。*返回三、控制信號引腳：RST、ALE、PSEN和EAPSEN（29腳）：程序存儲器允許信號輸出端。在訪問片外ROM時，定時輸出負脈沖作為讀片外ROM的選通信號，接片外ROM 的OE端。它的負載能力為8個LS型TTL負載。*返回三、控制信號引腳：EA/Vpp（31腳）：EA： 外部程序存儲器地址允許輸入端。當該引腳接高電平時，CPU訪問片內(nèi)EPROM/ROM并執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器中的指令，但當PC值超過0FFFH（片內(nèi)ROM為4KB）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外ROM中的程序。當該引

13、腳接低電平時，CPU只訪問片外EPROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲器中的程序。*返回三、控制信號引腳：EA/Vpp（31腳）：Vpp：對89C51片內(nèi)EPROM固化編程時，編程電壓輸入端（12-21V）。*返回 四、I/O端口P0、P1、P2和P31、準雙向2、P0口3、P1口4、P2口5、P3口*返回1、準雙向當I/O口作為輸入時，應(yīng)先向此口鎖存器寫入全1， 此時該口引腳浮空，可作高阻抗輸入。*返回2、P0口：漏極開路的8位準雙向I/O口，每位能驅(qū)動8個LS型TTL負載。P0口可作為一個數(shù)據(jù)輸入/輸出口；在CPU訪問片外存儲器時，P0口為分時復(fù)用的低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線。*返回 3、P

14、1口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向I/O端口，每位能驅(qū)動4個LS型TTL負載。*返回 4、P2口：P2口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向I/O端口，每位能驅(qū)動4個LS型TTL負載。在CPU訪問片外存儲器時，它輸出高8位地址。*返回 5、P3口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向I/O端口，每位能驅(qū)動4個LS型TTL負載。P3口除作為一般I/O口外，每個引腳都有第二功能。*返回2.389C51存儲器配置2.3.189C51存儲器分類2.3.2程序存儲器地址空間2.3.3數(shù)據(jù)存儲器地址空間*返回2.3.1 89CC1存儲器分類一、物理結(jié)構(gòu)（哈佛結(jié)構(gòu)）二、用戶角度*返回一、物理結(jié)構(gòu)（哈佛結(jié)構(gòu)）*89C51存儲器程

15、序存儲器ROM數(shù)據(jù)存儲器RAM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)存儲器返回二、用戶角度*返回圖2-4 89C51存儲器配置二、用戶角度1、片內(nèi)、外統(tǒng)一編址的64K程序存儲器地址空間。CPU訪問片內(nèi)、片外ROM指令用MOVC。*返回二、用戶角度2、64K的片外數(shù)據(jù)存儲器地址空間。訪問片外RAM指令用MOVX。*返回二、用戶角度3、256字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址空間。訪問片內(nèi)RAM指令用MOV。上述三個存儲空間地址是重疊的，89C51的指令系統(tǒng)采用不同的數(shù)據(jù)傳送指令符號。*返回2.3.2 程序存儲器地址空間一、用途：二、編址：三、尋址方式：*返回一、用途：用于存放編好的程序和表格常

16、數(shù)。*返回二、編址：80C51/8751片內(nèi)ROM/EPROM的容量為4KB。地址為0000H0FFFH。片外最多可擴至64KB ROM/EPROM，地址為1000HFFFFH。片內(nèi)外統(tǒng)一編址。*返回三、尋址方式：1、當 EA=“1”時：80C51的PC在00000FFFH范圍內(nèi)執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序，當指令地址超過0FFFH 后就自動轉(zhuǎn)向片外ROM中取指令。*返回三、尋址方式：2、當 EA=”0”時：8051片內(nèi)ROM不起作用，CPU只能從片ROM/EPROM中取指令?？梢詮?0000H 開始尋址。由于8031片內(nèi)不帶ROM ，所以使用時必須 EA=”0”。*返回三、尋址方式：3、8051從

17、片內(nèi)ROM和片外ROM取指的速度相同。*返回三、尋址方式：4、程序存儲器的保留存儲單元。如表2-2所示。 *返回三、尋址方式：（1）0000H0002H三個單元：用作8051上電復(fù)位后引導(dǎo)程序的存放單元。因為復(fù)位后PC的內(nèi)容為0000H，CPU總是從0000H開始執(zhí)行程序。將轉(zhuǎn)移指令存放到這三個單元，程序就被引導(dǎo)到指定的程序存儲器空間去執(zhí)行。*返回三、尋址方式：（2）0003H002AH單元：均分為五段，用作五個中斷服務(wù)程序的入口。中斷矢量地址表*返回0003H000AH 外部中斷0中斷地址區(qū)000BH0012H 定時/計數(shù)器0中斷地址區(qū)0013H001AH 外部中斷1中斷地址區(qū)001BH00

18、22H 定時/計數(shù)器1中斷地址區(qū)0023H002AH 串行中斷地址區(qū)*2.3.3 數(shù)據(jù)存儲器地址空間一、用途：二、片外RAM： 三、片內(nèi)RAM： *返回一、用途：用于存放運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標志位等。*返回二、片外RAM：地址：0000HFFFFH 尋址：用MOVX指令*返回三、片內(nèi)RAM： 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器最大可尋址256個單元， 分為兩部分： 低128字節(jié)(00H7FH)是真正的RAM區(qū)； 高128字節(jié)(80HFFH)為 (SFR)區(qū)。高128字節(jié)和低128字節(jié)RAM中的配置及含義如圖28和圖29所示。*返回*79圖28 低128字節(jié)RAM區(qū)圖29 高128字節(jié)RAM區(qū)(SFR區(qū)

19、，特殊功能寄存器區(qū))低128字節(jié)RAM1、89C51的32個工作寄存器與RAM安排在同一個隊列空間里，統(tǒng)一編址并使用同樣的尋址方式(直接尋址和間接尋址)。2、00H1FH地址安排為4組工作寄存器區(qū)，每組有8個工作寄存器(R0R7)，共占32個單元。3、工作寄存器區(qū)后的16字節(jié)單元(20H2FH)，可用位尋址方式訪問其各位。*位尋址區(qū)（20H2FH） 這16個RAM單元具有雙重功能。即可按字節(jié)存取，也可以對每個單元的任何一位位尋址。用作位尋址時，共有168128位，位地址為00H7FH。 如，欲把2FH單元中最高位置位成1，可使用如下位置位指令： SETB 7FH 圖 2.10 RAM中的位尋址

20、區(qū)地址表 高128字節(jié)RAM特殊功能寄存器(SFR)89C51片內(nèi)高128字節(jié)RAM中，有21個特殊功能寄存器(SFR)，它們離散地分布在80HFFH的RAM空間中。訪問特殊功能寄存器只允許使用直接尋址方式。這些特殊功能寄存器見圖29。各SFR的名稱及含義如表25所列。*84(1) 累加器ACC(E0H)累加器ACC是89C51最常用、最忙碌的8位特殊功能寄存器，許多指令的操作數(shù)取自于ACC，許多運算中間結(jié)果也存放于ACC。在指令系統(tǒng)中用A作為累加器ACC的助記符。*85(2) 寄存器B(F0H)在乘、除指令中，用到了8位寄存器B。乘法指令的兩個操作數(shù)分別取自A和B，乘積存于B和A兩個8位寄存

21、器中。除法指令中，A中存放被除數(shù)，B中放除數(shù)，商存放于A，B中存放余數(shù)。在其他指令中，B可作為一般通用寄存器或一個RAM單元使用。*86(3) 程序狀態(tài)寄存器PSW(D0H)PSW是一個8位特殊功能寄存器，它的各位包含了程序執(zhí)行后的狀態(tài)信息，供程序查詢或判別之用。各位的含義及其格式如表26所列。PSW除有確定的字節(jié)地址(D0H)外，每一位均有位地址，見表26。CyACF0RS1RS0OVPD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D088(4) 棧指針SP(81H)堆棧指針SP為8位特殊功能寄存器，SP的內(nèi)容可指向89C51片內(nèi)00H7FH RAM的任何單元。系統(tǒng)復(fù)位后，SP初始化為07H，即

22、指向07H的RAM單元。 堆?；驍?shù)據(jù)緩沖區(qū)（30H7FH） 共80個RAM單元，用于存放用戶數(shù)據(jù)或作堆棧。按字節(jié)存取。 堆棧指針SP初始值為07H，一般在程序初始化時應(yīng)對SP設(shè)一初值。MCS51單片機堆棧 為了不影響工作寄存器的數(shù)據(jù)，一般在程序初始化時應(yīng)對SP設(shè)一初值，如30H，或6FH9089C51在片內(nèi)RAM中專門開辟出來一個區(qū)域，數(shù)據(jù)的存取是以“后進先出”的結(jié)構(gòu)方式處理的，好像沖鋒槍壓入子彈。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方式對于處理中斷，調(diào)用子程序都非常方便。堆棧的操作有兩種： 一種叫數(shù)據(jù)壓入(PUSH)，另一種叫數(shù)據(jù)彈出(POP)。89C51的堆棧指針SP是一個雙向計數(shù)器。進棧時，SP內(nèi)容自動增值，出

23、棧時自動減值。存取信息必須按“后進先出”或“先進后出”的規(guī)則進行。圖211 堆棧的壓入與彈出92(5) 數(shù)據(jù)指針DPTR(83H，82H)DPTR是一個16位的特殊功能寄存器，其高位字節(jié)寄存器用DPH表示(地址83H)，低位字節(jié)寄存器用DPL表示(地址82H)。DPTR既可以作為一個16位寄存器來處理，也可以作為兩個獨立的8位寄存器DPH和DPL使用。DPTR主要用于存放16位地址，以便對64 KB片外RAM作間接尋址。*93(6) /端口P0P3(80H，90H，A0H，B0H)P0P3為4個8位特殊功能寄存器，分別是4個并行/端口的鎖存器。它們都有字節(jié)地址，每一個口鎖存器還有位地址，每一條

24、/線均可獨立用作輸入或輸出。用作輸出時，可以鎖存數(shù)據(jù)；用作輸入時，數(shù)據(jù)可以緩沖。圖2-12所示為各個SFR所在的字節(jié)地址位置?？崭癫糠譃槲磥碓O(shè)計新型芯片可定義的SFR位置。*94圖2-12 特殊功能寄存器SFR的位置2.4CPU時序2.4.1片內(nèi)振蕩器及時鐘信號的產(chǎn)生*返回2.4.2機器周期和指令周期2.4.3CPU取指、執(zhí)行周期時序2.4.1片內(nèi)振蕩器及時鐘信號的產(chǎn)生*1、內(nèi)部時鐘電路：如圖2-132、外部時鐘電路：如圖2-143、8051的片內(nèi)振蕩器及時鐘發(fā)生器： 如圖2-15返回2-13內(nèi)部時鐘電路 2-14外部時鐘電路* XTAL2 XTAL1MCS-51C1C2CYS XTAL2 X

25、TAL1MCS-51+5VVSSTTL外部時鐘源*982.4.1片內(nèi)時鐘信號的產(chǎn)生89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器：兩端跨接石英晶體及兩個電容。電容器C1和C2通常取30pF左右，可穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)作用。振蕩脈沖頻率范圍為fOSC=024 MHz。如圖2-15 示。返回*99圖2-15 89C51的片內(nèi)振蕩器及時鐘發(fā)生器*100 節(jié)拍與狀態(tài)周期時鐘發(fā)生器是一個2分頻的觸發(fā)器電路，向CPU提供兩相時鐘信號P1和P2。時鐘信號的周期稱為機器狀態(tài)周期S(STATE)，是振蕩周期的2倍。在每個時鐘周期(即機器狀態(tài)周期S)的前半周期，相位1(P1)

26、信號有效，在每個時鐘周期的后半周期，相位2(P2，節(jié)拍2)信號有效。每個時鐘周期(以后常稱狀態(tài)S)有兩個節(jié)拍(相)P1和P2，CPU就以兩相時鐘P1和P2為基本節(jié)拍指揮89C51單片機各個部件協(xié)調(diào)地工作。2.4.2機器周期和指令周期二、指令周期：*一、機器周期：返回周期指令的CPU 時序*P1P2S1振蕩周期時鐘周期機器周期機器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2一個機器周期是指CPU訪問存儲器一次所需的時間。例如，取指令、讀存儲器、寫存儲器等等。一個機器周期包括12

27、個振蕩周期，分為6個S狀態(tài)：S1S6。每個狀態(tài)又分為兩拍，稱為P1和P2。因此，一個機器周期中的12個振蕩周期表示為S1P1，S1P2，S2P1，S6P1，S6P2。若采用6MHz晶體振蕩器，則每個機器周期為2s（微秒）機器周期如圖所示返回指令周期：執(zhí)行一條指令所需的時間。每條指令由一個或若干個字節(jié)組成。有單字節(jié)指令，雙字節(jié)指令，多字節(jié)指令等。字節(jié)數(shù)少則占存儲器空間少。每條指令的指令周期都由一個或幾個機器周期組成。有單周期指令、雙周期指令、和四周期指令。機器周期數(shù)少則執(zhí)行速度快。指令周期返回*105綜上所述，89C51單片機的基本時序定時單位有如下4個：振蕩周期： 晶振的振蕩周期，為最小的時序

28、單位。狀態(tài)周期： 振蕩頻率經(jīng)單片機內(nèi)的二分頻器分頻后提供給片內(nèi)CPU的時鐘周期。因此，一個狀態(tài)周期包含2個振蕩周期。機器周期（MC）： 1個機器周期由6個狀態(tài)周期即12個振蕩周期組成，是計算機執(zhí)行一種基本操作的時間單位。指令周期： 執(zhí)行一條指令所需的時間。一個指令周期由14個機器周期組成，依據(jù)指令不同而不同，見附錄A。*1062.4.2CPU取指、執(zhí)行周期時序每條指令的執(zhí)行都可以包括取指和執(zhí)指兩個階段。在取指階段，CPU從內(nèi)部或外部ROM中取出指令操作碼及操作數(shù)，然后再執(zhí)行這條指令。單字節(jié)和雙字節(jié)的指令都可能是單機器周期或雙周期，而三字節(jié)指令都是雙周期的，只有乘、除指令占四周期。因此，執(zhí)行一條

29、指令的時間（指令周期）分別是2s，4s和8s。如 圖2-16所示返回*107圖216 89C51單片機的取指/執(zhí)行時序2.5復(fù)位及復(fù)位電路2.5.1復(fù)位操作2.5.2復(fù)位信號及其產(chǎn)生2.5.3復(fù)位電路*返回2.5.1復(fù)位操作一、復(fù)位是單片機的初始化操作。二、主要功能： 三、寄存器的復(fù)位狀態(tài)：*返回復(fù)位操作主要功能PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動。*返回寄存器的復(fù)位狀態(tài)*返回2.5.2復(fù)位信號及其產(chǎn)生一、復(fù)位信號：RST引腳為復(fù)位信號輸入端。當RST引腳為高電平，且有效時間持續(xù)24個振蕩周

30、期以上，才能復(fù)位。二、產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯圖：如圖2-17所示。*返回 圖 2-17復(fù)位電路邏輯圖*返回 復(fù)位電路施密特觸發(fā)器片內(nèi)RAMRST/VPDVCCVSSD1D22.5.3復(fù)位電路一、上電自動復(fù)位：是通過外部復(fù)位電路的電容充電實現(xiàn)。如圖2-18(a)所示。二、按鍵手動復(fù)位：按鍵電平復(fù)位方式：如圖2-18(b)所示。按鍵脈沖復(fù)位方式：如圖2-18(c)所示。*返回圖 2-18 (a) 上電復(fù)位電路只要Vcc的上升時間不超過1ms，就自動上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)復(fù)位。*返回VCCCRVCCRST/VPDVSS1K 22F8051圖 2-18 (b) 按鍵電平復(fù)位電路通過使復(fù)位端經(jīng)

31、電阻與VCC電源接通而實現(xiàn)。*VCCCR2VCCRST/VPDVSS1K22F8051R1200RESET返回圖 2-18 (c) 按鍵脈沖復(fù)位電路利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)復(fù)位。*VCCC1R2VCCRST/VPDVSS1K22F8051R11kRESET22FC2返回2.6輸出/輸入端口結(jié)構(gòu)2.6.1 I/O端口概述2.6.2 P0口2.6.3 P1口2.6.4 P2口2.6.5 P3口2.6.6 端口的負載能力和接口要求*返回2.6.1 I/O端口概述18051單片機有四個8位并行I/O端口：P0、P1、P2和P3。2每個端口都是8位準雙向口，共占32根引腳。3每一條I/O線都能

32、獨立地用作輸入或輸出。4每個端口都包括一個鎖存器（即特殊功能寄存器P0P3），一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器，作輸出是數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時數(shù)據(jù)可以緩沖。*返回2.6.2 P0口一、結(jié)構(gòu)二、P0口作為一般I/O口使用三、P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用*返回一、結(jié)構(gòu)P0口某位的結(jié)構(gòu)由一個輸出鎖存器、二個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動電路及控制電路組成。如圖2-19所示。當C=0時，開關(guān)MUX被控為如圖示位置，P0口為通用I/O口；當C=1時，開關(guān)撥向反相器3的輸出端，P0口分時作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。*返回功能：雙向三態(tài)口，可用于數(shù)據(jù)的輸入輸出。在系統(tǒng)擴展時，還作為低8位地址線和數(shù)據(jù)總線的分時復(fù)用口。P0端

33、口8位中的一位結(jié)構(gòu)圖如下圖。*圖2-19 P0口某位的結(jié)構(gòu)圖當C=0時，開關(guān)MUX被控為如圖示位置，P0口為通用I/O口；當C=1時，開關(guān)撥向反相器3的輸出端，P0口分時作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。返回讀引腳讀鎖存器內(nèi)部總線寫入DCPQQ地址/數(shù)據(jù)控制CMUXVCCT1T2P0.X4312鎖存器二、P0口作為一般I/O口使用1、P0口用作輸出口2、P0口作輸入口*返回1、P0口用作輸出口當CPU執(zhí)行輸出指令時，寫脈沖加在D鎖存 器的CP上，這樣，與內(nèi)部總線相連的D端的數(shù)據(jù)取反后就出現(xiàn)在Q端上，又經(jīng)輸出級FET（T2）反相，在P0端口上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。這是一般的數(shù)據(jù)輸出情況。*返回2

34、、P0口作輸入口當執(zhí)行一條由端口輸入的指令時，“讀引腳”脈沖把三態(tài)緩沖器2打開，這樣，端口上的數(shù)據(jù)經(jīng)過緩沖器2讀入到內(nèi)部總線。在端口進行輸入操作前，應(yīng)先向端口鎖存器寫入1，也就是使鎖存器Q=0。因為控制線C=0，因此T1和T2全截止，引腳處于懸浮狀態(tài)，可作高阻抗輸入。*返回三、P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用1P0口用作輸出地址/數(shù)據(jù)總線以P0口引腳輸出低8位地址或數(shù)據(jù)信息，MUX開關(guān)把CPU內(nèi)部地址/數(shù)據(jù)線經(jīng)反向器3與驅(qū)動場效應(yīng)管FET（T2）柵極接通。上下兩個FET處于反相，構(gòu)成推拉式的輸出電路（T1導(dǎo)通時上拉，T2導(dǎo)通時下拉），提高了負載能力。當P0口被地址/數(shù)據(jù)總線占用時，就無法再作I/O

35、口使用了。*返回三、P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用2由P0口輸入數(shù)據(jù)：在“讀引腳”信號有效時，打開輸入緩沖器2，使數(shù)據(jù)進入內(nèi)部總線。*返回2.6.3 P1口一、P1口結(jié)構(gòu)二、P1口用作通用I/O*返回2.6.3P1口一、P1口結(jié)構(gòu)：其電路結(jié)構(gòu)見圖2-20，輸出驅(qū)動部分與P0口不同，內(nèi)部有上拉負載電阻與電源相連。實質(zhì)上，電阻是兩個場效應(yīng)管FET并在一起：一個FET為負載管，其電阻固定。另一個FET可工作在導(dǎo)通或截止兩種狀態(tài)，使其總電阻值變化近似為0或阻值很大兩種情況。當阻值近似為0時，可將引腳快速上拉至高電平；當阻值很大時，P1口為高阻輸入狀態(tài)。*返回圖2-20 P1口某位的結(jié)構(gòu)圖*返回讀引腳讀鎖

36、存器內(nèi)部總線寫入DCPQQVCCP1.X12鎖存器2.6.3P1口二、P1口用作通用I/OP1口也是一個準雙向口。在端口用作輸入時，也必須先向?qū)?yīng)的鎖存器寫入1，使FET截止。當P1口輸出高電平時，能向外提供拉電流負載，所以不必再接上拉電阻。*返回2.6.4 P2口一、P2口結(jié)構(gòu)二、P2口用作一般I/O口三、P2口用作高8位地址總線*返回一、P2口結(jié)構(gòu)如圖2-21所示，P2口某位的結(jié)構(gòu)與P0口類似，有MUX開關(guān)。驅(qū)動部分與P1口類似，但比P1口多了一個轉(zhuǎn)換控制部分。*返回圖2-21 P2口某位的結(jié)構(gòu)圖*返回讀引腳讀鎖存器內(nèi)部總線寫入DCPQQ地址/數(shù)據(jù)控制CMUXVCCP2.X鎖存器二、P2口

37、用作一般I/O口1、當CPU對片內(nèi)存儲器和I/O口進行讀/寫（執(zhí)行MOV 指令或EA=1時，執(zhí)行MOVC指令）時，由內(nèi)部硬件自動使開關(guān)MUX倒向鎖存器的Q端，這時，P2口為一般I/O口。*返回二、P2口用作一般I/O口2、在只需擴展256B片外RAM的系統(tǒng)中，使用“MOVX A, Ri”類指令訪問片外RAM時，尋址范圍是256B，只需低8位地址線就可以實現(xiàn)。P2口不受該指令影響，仍可作通用I/O口。*返回二、P2口用作一般I/O口3、若擴展的RAM容量超過256B，使用“MOVX A,DPTR”類指令的尋址范圍是64KB，此時，高8位地址總線用P2口輸出。在片外RAM讀/寫周期內(nèi)，P2口鎖存器

38、仍保持原來端口的數(shù)據(jù)；在訪問片外RAM周期結(jié)束后，多路開關(guān)MUX自動切換倒鎖存器Q端。由于CPU對RAM的訪問不是經(jīng)常的，在這種情況下，P2口在一定的限度內(nèi)仍可用作通用I/O口。*返回三、P2口用作高8位地址總線當CPU對片外存儲器或I/O口進行讀/寫（執(zhí)行MOVX指令或EA=0時執(zhí)行MOVC指令）時，開關(guān)倒向地址線（右）端，這時，P2口只輸出高8位地址。因為訪問片外EPROM和RAM的操作往往接連不斷，所以，P2口要不斷送出高8位地址，此時P2口無法再用作通用I/O口。*返回2.6.5 P3口一、結(jié)構(gòu)二、P3口作為通用I/O口使用三、P3口用作第二功能使用*返回一、結(jié)構(gòu)1、P3口是一個多功能端口，其某一位的結(jié)構(gòu)見圖2-16。P3口與P1口的差別在于多了“與非”門3和緩沖器4。使得P3口除了具有P1口的準雙向I/O功能外，還可以使用各引腳所