《單片機原理、接口與C51應用程序設計》課件第2章

第2章MCS-51系列單片機的硬件結構2.1MCS-51系列單片機簡介2.2MCS-51系列單片機的硬件結構2.3MCS-51系列單片機的外部引腳及片外總線2.4MCS-51系列單片機的存儲器結構2.5MCS-51系列單片機的I/O結構2.6MCS-51系列單片機的時鐘電路及時序2.7MCS-51系列單片機的工作方式2.8MCS-51系列單片機的最小系統(tǒng)

2.1MCS-51系列單片機簡介

MCS-51系列單片機的典型芯片是8031、8051、8751。8051內(nèi)部有4KBROM，8751內(nèi)部有4KBEPROM，8031內(nèi)部無ROM，除此之外，三者的內(nèi)部結構及引腳完全相同。其主要特點如下：

◆具有8位CPU。

◆片內(nèi)帶128B的數(shù)據(jù)存儲器。

◆片內(nèi)帶4KB的程序存儲器。

◆程序存儲器的尋址空間為64KB。

◆片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址空間為64KB。

◆具有21個特殊功能寄存器。◆具有4個8位的并行I/O接口：P0、P1、P2、P3。

◆具有2個16位定時器/計數(shù)器。

◆有5個中斷源，這5個中斷源各有2個優(yōu)先級別。

◆具有1對全雙工的串行接口。

◆采用單一+5V電源。

1.?51子系列和52子系列

MCS-51系列又分為51和52兩個子系列，如表2.1所示。這兩個子系列以芯片型號的最末位數(shù)字作為標志。其中，51子系列是基本型，而52子系列則屬增強型。表2.1MCS-51系列單片機分類表

2.單片機芯片半導體工藝

MCS-51系列單片機采用兩種半導體工藝生產(chǎn)：一種是HMOS工藝，即高速度、高密度、短溝道MOS工藝；另外一種是CHMOS工藝，即互補金屬氧化物的HMOS工藝。表2.1中，芯片型號中帶有字母“C”的為CHMOS芯片，其余均為一般的HMOS芯片。

CHMOS是CMOS和HMOS的結合，除保持了HMOS高速度和高密度的特點之外，還具有CMOS低功耗的特點。例如，8051的功耗為630mW，而80C51的功耗只有120mW。在便攜式、手提式或野外作業(yè)儀器設備上，低功耗是非常有意義的，因此，在這些產(chǎn)品中必須使用CHMOS的單片機芯片。

3.片內(nèi)ROM存儲器配置形式

MCS-51單片機片內(nèi)程序存儲器有三種配置形式，即掩膜ROM、EPROM和無ROM。一般情況下，片內(nèi)帶掩膜型ROM的形式適用于定型大批量應用產(chǎn)品的生產(chǎn)；片內(nèi)帶EPROM的形式適合于研制產(chǎn)品樣機；外接EPROM的形式適用于研制新產(chǎn)品。近來推出的51核單片機片內(nèi)帶Flash閃存，可以在線寫入程序。 2.2MCS-51系列單片機的硬件結構

計算機有兩種結構：哈佛結構和普林斯頓結構。其中，哈佛結構的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開，相互獨立；普林斯頓結構的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一，地址空間統(tǒng)一編址。MCS-51單片機采用哈佛結構。MCS-51系列單片機的內(nèi)部組成基本相同，主要包括CPU、片內(nèi)ROM、片內(nèi)RAM、定時器/計數(shù)器、并行I/O接口、串行口、中斷控制系統(tǒng)和時鐘電路，如圖2.1所示。

從圖2.1中可以看出，MCS-51單片機的各功能是通過內(nèi)部的單一總線連接而成的。下面對各部分的功能作簡單介紹。圖2.1MCS-51單片機結構框圖

1.中央處理器(CPU)

MCS-51單片機有一個8位的CPU，與普通的CPU基本相同，同樣包括運算器和控制器，還增加了面向控制的處理能力，不僅可以處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以處理位數(shù)據(jù)。

2.內(nèi)部程序存儲器(片內(nèi)ROM)

MCS-51單片機的典型產(chǎn)品有8031、8051和8751，8031無ROM，8051共有4KB掩膜ROM，而8751有4KBEPROM,用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此，稱之為程序存儲器，簡稱片內(nèi)ROM。另外，由于采用16位地址總線，所以其ROM和RAM均可擴展到64KB。

3.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(片內(nèi)RAM)

51子系列有256B的RAM單元，但其中高128B被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是低128B，用于存放可讀/寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指前128B，簡稱片內(nèi)RAM。52子系列的片內(nèi)RAM是256B，其高128B的地址與專用寄存器的地址相同，使用時通過指令來對其進行區(qū)分。

4.定時器/計數(shù)器

51子系列共有2個16位可編程加法定時器/計數(shù)器T0和T1，52子系列有3個16位可編程加法定時器/計數(shù)器T0、T1和T2，用于在單片機應用系統(tǒng)中實現(xiàn)精確定時或?qū)ν獠渴录嫈?shù)。

5.并行I/O接口

MCS-51系列單片機共有4組8位的并行I/O接口(P0、P1、P2、P3)，每個口既可以作為輸入，又可以作為輸出，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。

6.串行口

MCS-51系列單片機有一個全雙工的串行口(TXD、RXD)，以實現(xiàn)單片機之間或單片機與其它設備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。

2.3MCS-51系列單片機的外部引腳

及片外總線

HMOS的MCS-51單片機均采用標準的40引腳雙列直插方式封裝(DIP)，如圖2.2(a)所示；CHMOS的MCS-51單片機除采用DIP外，還采用方形方式封裝，方形方式封裝有44個引腳，標有NC的4個引腳是無用引腳，如圖2.2(b)所示。下面介紹雙列直插方式封裝的引腳。圖2.2MCS-51單片機的引腳

1.電源引腳

Vcc(40引腳)：接+5V電源。

Vss(20引腳)：接地。

2.輸入、輸出引腳

MCS-51有4組8位雙向并行I/O接口，即P0、P1、P2、P3，每位均由鎖存器、輸出驅(qū)動、輸入緩沖和控制電路組成。P0口為3態(tài)雙向口，負載能力為8個TTL電路，P1、P2和P3均為準雙向口，負載能力為4個TTL電路。在實際中，P0口在訪問外部存儲器時由ALE控制，時分地作為數(shù)據(jù)總線和地址總線的低8位，P2口作地址總線的高8位，P3口可用于特殊功能。

3.時鐘電路引腳

MCS-51單片機內(nèi)有一個由反向放大器構成的振蕩電路。XTAL1(19引腳)為振蕩電路的輸入端，XTAL2(18引腳)為振蕩電路的輸出端。MCS-51單片機可工作于內(nèi)部時鐘方式，利用片內(nèi)振蕩電路，在XTAL2和XTAL1引腳上外接電容和石英晶振與內(nèi)部振蕩電路組成并聯(lián)諧振電路，也可工作于外部時鐘方式，將外部時鐘信號加到XTAL2引腳，將XTAL1引腳接地。外部時鐘方式用于將多片單片機同步。

4.控制引腳

(1)?RST/Vpd(9引腳)：RST是復位信號輸入端，高電平有效。當持續(xù)輸入兩個機器周期以上的高電平時此引腳有效，可完成單片機的復位初始化操作。

Vpd為本引腳的第二功能，是備用電源輸入端。當電源發(fā)生故障，電壓降低到下限值時，備用電源經(jīng)此端向內(nèi)部RAM提供電壓，以保護內(nèi)部RAM中的信息不丟失。

(2)?ALE/(AddressLatchEnable/Programming，30引腳)：ALE為地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴展后，訪問外部存儲器時，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外，由于ALE以晶振的固定頻率的1/6輸出脈沖(可以檢測芯片的好壞)，因此，可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用，其可負載8個TTL電路。

Vpp是此引腳的第二功能，在對8751片內(nèi)EPROM固化程序時，需要在此引腳加上12V～21V的編程電壓。

5.?P3口線的第二功能

P3口的8條口線都定義有第二功能，詳細功能如表2.2所示。通常情況下，P3口都作為第二功能使用，如果在系統(tǒng)中用不到第二功能，則P3可作為通用I/O口使用。表2.2P3口各引腳與第二功能表

2.4MCS-51系列單片機的存儲器結構

MCS-51單片機采用哈佛結構，其存儲器分為程序存儲器(ROM)和數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，有四個物理上相互獨立的存儲空間，即片內(nèi)ROM、片外ROM、片內(nèi)RAM和片外RAM。從邏輯上(即用戶編程的角度)講，51單片機的存儲系統(tǒng)又可分為三個存儲空間，既片內(nèi)RAM，片外RAM和片內(nèi)、外統(tǒng)一編址的程序存儲器ROM，其配置圖如圖2.3所示。圖2.3MCS-51的存儲器配置

1.程序存儲器

程序存儲器ROM用來存放編好的程序、常數(shù)和表格，分為片內(nèi)、片外兩大部分，即片內(nèi)ROM和片外ROM。按生產(chǎn)工藝分，ROM又可以分為以下幾種：

(1)掩膜ROM：其存儲的信息在芯片制造過程中采用一道掩膜工藝生成，一旦出廠，信息就不可改變。

(2)可編程只讀存儲器PROM：其存儲的信息可由用戶一次性寫入，但只能寫入一次。

(3)可擦除只讀存儲器：用戶可以多次擦除其存儲的信息，并可用專用的編程器重新寫入新的信息。可擦除只讀存儲器又可分為紫外線擦除的EPROM、電擦除的E2PROM和FlashROM。

ROM通過16位程序計數(shù)器(PC)尋址，尋址范圍為64KB。程序存儲器的使用如圖2.4所示。圖2.4MCS-51的程序存儲器的使用

另外，片內(nèi)ROM有七個單元具有特定功能。編程者是不能隨意使用的。第一個是0000H單元，系統(tǒng)上電復位后，程序計數(shù)器(PC)指向0000H～0002H單元，單片機從0000H單元開始取指令執(zhí)行程序，如果程序不從0000H單元開始，則應在這三個單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行指定的程序。另外6個存儲單元對應于中斷服務程序的入口地址，具體應用如表2.3所示。表2.3中斷入口地址

2.片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器

數(shù)據(jù)存儲器RAM可以進行多次信息寫入和讀出，每次寫入后，原來的信息將被新寫入的信息所取代。另外，RAM在斷電后再通電時，原來存儲的信息全部丟失。它主要用來存放臨時的數(shù)據(jù)和程序。RAM無論在物理上還是邏輯上都分為兩個地址空間，即片內(nèi)RAM(256B)(0000H～00FFH)和片外RAM(64KB)(0000H～FFFFH)。這兩部分在編址和訪問方式上各不相同。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器按功能可分為內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM和特殊功能寄存器(SpecialFunctionRegister，SFR)。對51子系列，前者有128B，地址為00H～7FH，后者也為128B，地址為80H～7FH；對52子系列，前者有256B，地址為00H～FFH，后者有128B，地址為80H～FFH，兩者后128B地址重疊，訪問時通過不同的指令區(qū)分。低128B按其用途劃分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶RAM區(qū)三個區(qū)域。MCS-51單片機(52子系列)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器配置如圖2.5所示。圖2.5MCS-51單片機(52子系列)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器配置圖

1)工作寄存器區(qū)

工作寄存器又稱通用寄存器，用于臨時寄存信息。工作寄存器區(qū)共有4組寄存器，每組8B，總共32B，各組都以R0～R7作寄存單元編號。4組通用寄存器占據(jù)內(nèi)部RAM的00H～1FH單元地址。寄存器常用于存放操作數(shù)中間結果等。由于它們的功能及使用不作預先規(guī)定，因此稱為通用寄存器，有時也叫工作寄存器。任一時刻，CPU只能使用其中的一組寄存器，并且把正在使用的那組寄存器稱為當前寄存器組。到底是哪一組，由程序狀態(tài)字寄存器PSW中RS1、RS0位的狀態(tài)組合來決定，如表2.4所示。通用寄存器為CPU提供了就近存儲數(shù)據(jù)的便利，有利于提高單片機的運算速度。表2.4寄?存?器?組

2)位尋址區(qū)

片內(nèi)RAM低128B的20H～2FH單元有16個RAM單元，共128位，既可作為一般RAM來使用，進行字節(jié)操作，也可以對單元中每一位進行位操作，因此把該區(qū)稱為位尋址區(qū)，位地址范圍為00H～7FH，如表2.5所示。表2.5位尋址區(qū)的位地址

3)用戶RAM區(qū)

片內(nèi)RAM低128B中通用寄存器占32B，位尋址區(qū)占去16B，剩下80B其地址為30H～7FH，這就是供用戶使用的一般RAM區(qū)，稱為用戶RAM區(qū)。對用戶RAM區(qū)的使用，沒有任何規(guī)定或限制，但一般把堆棧開辟在此區(qū)中。

4)特殊功能寄存器區(qū)

片內(nèi)RAM的高128B(80H～FFH)是專用寄存器區(qū)，它們的功能已作專門規(guī)定，稱為專用寄存器(SpecialFunctionRegister)或特殊功能寄存器。特殊功能寄存器離散地分布在80H～FFH的RAM空間中，它們的地址不連續(xù)，空閑地址無意義，對用戶來講，這些單元是不存在的。對特殊功能寄存器，只能使用直接尋址方式，書寫時既可使用寄存器符號，也可使用寄存器單元地址。特殊功能寄存器用來設定單片機內(nèi)部各個部件的工作方式，存放相關部件的狀態(tài)等，不能作為普通的RAM來使用。

51子系列共有18個SFR，其中3個為雙字節(jié)，共占用21B；52子系列有21個SFR，其中5個為雙字節(jié)，共占用26B。SFR的名稱、符號及地址如表2.6所示。表2.6特殊功能寄存器一覽表下面介紹幾個常用的特殊功能寄存器，其余的特殊功能寄存器將在后緒章節(jié)中介紹。

(1)程序計數(shù)器(PC，ProgramCounter)。PC是一個16位的計數(shù)器，它的作用是控制程序的執(zhí)行順序，其內(nèi)容為將要執(zhí)行指令的地址，尋址范圍達64KB。PC有自動加1功能，可實現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。PC沒有地址，是不可尋址的，因此用戶無法對它進行讀/寫，但可以通過轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以實現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。因地址不在SFR(專用寄存器)之內(nèi)，所以一般不將PC計作專用寄存器。

(2)累加器(A，Accumulator)。A為8位寄存器，它既可用于存放操作數(shù)，也可用來存放運算的中間結果。MCS-51單片機中大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)就取自累加器，許多雙操作數(shù)指令中的一個操作數(shù)也取自累加器。

(3)?B寄存器。B寄存器是一個8位寄存器，主要用于乘除運算。乘法運算時，B存乘數(shù)，A放被乘數(shù)，乘法操作后，乘積的高8位存于B中，低8位放于A中；除法運算時，A存被除數(shù)，B存除數(shù)，除法操作后，商存于A中，余數(shù)存于B中。此外，B寄存器也可作為一般數(shù)據(jù)寄存器使用。

(4)程序狀態(tài)字(PSW，ProgramStatusWord)。PSW是一個8位寄存器，用于存放程序運行中的各種狀態(tài)信息。其中有些位的狀態(tài)是根據(jù)程序執(zhí)行結果由硬件自動設置的，而有些位的狀態(tài)則使用軟件方法設定。PSW各位的定義如表2.7所示。表2.7程序狀態(tài)字PSW的位定義

(5)數(shù)據(jù)指針(DPTR)。DPTR為16位寄存器，用于存放16位的地址，以便對片外64KB的RAM間接尋址。DPTR通常在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作地址指針使用。編程時，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按兩個8位寄存器分開使用，即DPH是DPTR的高8位字節(jié)，DPL是DPTR的低8位字節(jié)。

(6)堆棧指針(SP，StackPointer)。SP是一個特殊的存儲區(qū)，用來暫存數(shù)據(jù)和地址，它是按“先進后出”的原則存取數(shù)據(jù)的。堆棧共有兩種操作：入棧和出棧。SP是一個8位寄存器，系統(tǒng)上電復位后，SP的內(nèi)容為07H，從而復位后堆棧實際上是從08H單元開始的。但08H～1FH單元分別屬于工作寄存器1～3區(qū)，所以一般在內(nèi)部RAM的30H～7FH單元中開辟堆棧。

(7)并行端口P0～P3。P0～P3是4個8位特殊功能寄存器，實際上就是I/O端口的數(shù)據(jù)鎖存器。與RAM中的任意一個單元一樣，P0～P3都有自己的地址：80H、90H、A0H、B0H。所以，在MCS-51單片機中的輸入、輸出操作實際上與普通的RAM單元的操作一樣。

(8)串行數(shù)據(jù)緩沖器(SBUF)。SBUF用來存放要發(fā)送或已接收的數(shù)據(jù)，實際上它是兩個獨立的寄存器。盡管在RAM中地址只是99H，但根據(jù)指令“發(fā)送”或“接收”兩種不同的操作，硬件會自動區(qū)分并將數(shù)據(jù)送入對應的發(fā)送或接收緩沖單元。

(9)定時器/計數(shù)器T0、T1。51子系列內(nèi)部有兩個定時器/計數(shù)器T0和T1，52子系列有3個定時器/計數(shù)器T0、T1和T2。無論是定時還是計數(shù)，對于MCS-51單片機的定時器/計數(shù)器來說，都是計數(shù)器在計數(shù)。每個計數(shù)器是由兩個8位寄存器(高位字節(jié)和低位字節(jié))構成的16位計數(shù)器，分別是TH0、TL0(T0)，TH1、TL1(T1)，TH2、TL2(T2)。

3.片外數(shù)據(jù)存儲器

MCS-51單片機片內(nèi)有128B或256B的數(shù)據(jù)存儲器，但數(shù)據(jù)存儲器不夠用時，可擴展外部數(shù)據(jù)存儲器，擴展的外部數(shù)據(jù)存儲器最多為64KB，地址范圍是0000H～FFFFH。片外RAM采用間接尋址方式，可以用R0、R1或DPTR作為間接寄存器，P0、P1發(fā)送地址碼，P0接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。 2.5MCS-51系列單片機的I/O結構

1.?P0口

P0口是8位漏極開路的三態(tài)雙向輸入/輸出口，其中某一位的結構圖如圖2.6所示，它由一個輸出鎖存器(D型觸發(fā)器)、兩個三態(tài)緩沖器(控制讀引腳或讀鎖存器)、一個輸出驅(qū)動電路和一個輸出控制電路組成。輸出驅(qū)動電路由一對場效應管FET組成，輸出控制電路由一個與門、一個多路開關MUX和一個反相器等元件組成。圖2.6P0口某位結構圖

P0口有下列6個特點：

(1)可作I/O口或數(shù)據(jù)/地址總線使用。

(2)作通用數(shù)據(jù)I/O端口時，輸出級上端的FET處于截止狀態(tài)，所以必須接“上拉電阻”，否則不能正確地輸出高電平。

(3)在輸入操作前，為了保證輸入正確，必須先向端口寫“1”。

(4)“讀引腳”與“讀鎖存器”是不同的兩個數(shù)據(jù)通道。凡是“讀—修改—寫”的操作，CPU讀的都是端口鎖存器中的數(shù)據(jù)。

(5)為了提高電路的可靠性，端口引腳不要直接與三極管一類的器件連接，應加隔離電路或在其與三極管之間加一個電阻。

(6)在總線方式下，P0口不能再作通用的I/O端口，它分時輸出地址/數(shù)據(jù)總線的信息(此時引腳不用外接上拉電阻)。

2.?P1口

P1口是8位帶有內(nèi)部上拉電阻的準雙向輸入/輸出接口，只能作為通用I/O口，不能作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。P1口某位結構圖如圖2.7所示。該電路在結構上與P0口有一些不同之處：首先它不需要多路開關MUX；其次它的內(nèi)部有上拉電阻，與一個場效應管V1構成輸出驅(qū)動電路，所以P1口作為輸出口使用時，內(nèi)部有上拉電阻，能向外提供推拉負載電流，無需再外接上拉電阻。當P1口作為輸入口使用時，同樣也需由軟件先向其鎖存器寫“1”，使輸出驅(qū)動電路的V1截止。圖2.7P1口某位結構圖

3.?P2口

P2口也是8位帶有內(nèi)部上拉電阻的準雙向輸入/輸出接口。它有兩種用途：通用I/O口和片外存儲器高8位地址線。P2口某位結構圖如圖2.8所示，P2口比P1口多了一個多路選通MUX和非門G3。圖2.8P2口某位結構圖

4.?P3口

P3口某位的結構如圖2.9所示，與其它口相比，區(qū)別在于與非門G3和緩沖器G4。與非門G3的作用實際是一個功能開關，即當W為“1”時，輸出Q端的信號，當Q為“1”時，輸出W端的信號。圖2.9P3口某位結構圖

5.端口的使用

作為通用I/O口時，P0的負載能力為8個TTL負載，P1、P2和P3口的負載能力均為4個TTL負載，所以并行端口在與大電流負載連接時應注意“拉電流”還是“灌電流”兩種方式。使用灌電流的方式與電流較大的負載直接連接時，端口可以吸收約20mA的電流，從而保證端口電平不高于0.45V，如圖2.10(a)所示。圖2.10端口的工作方式采用拉電流方式連接負載時，AT89C51所能提供的“拉電流”僅僅為80μA，否則輸出的高電平會急劇下降。如果我們采用圖2.10(b)所示的方式，向端口輸出一個高電平去點亮LED，則會發(fā)現(xiàn)端口輸出的電平不是“1”，而是“0”。當然，不是所有的單片機都是這樣的，PIC單片機就可以提供30mA的拉電流和灌電流。對于大多數(shù)IC電路，最好還是使用“灌電流”去推動負載。

AT89C51的端口可以吸收約20mA的電流。對于繼電器等大功率的負載，可以采用如圖2.11(a)所示的接法，即用一個三極管來承擔負載所需的大電流。在負載電流易造成干擾的環(huán)境中，應采用如圖2.11(b)所示的“光電隔離”的方式。圖2.11并行端口的應用方式2.6MCS-51系列單片機的時鐘電路及時序

2.6.1時鐘電路

在MCS-51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，可構成內(nèi)部自激振蕩電路，其輸入端為芯片引腳XTAL1(19引腳)，其輸出端為引腳XTAL2(18引腳)。MCS-51的振蕩電路有以下兩種形式。

1.內(nèi)部時鐘方式

內(nèi)部時鐘方式是指在XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，與內(nèi)部振蕩電路組成并聯(lián)諧振電路，構成穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖2.12(a)所示。晶體振蕩器的振蕩頻率決定單片機的時鐘頻率。一般地，電容C1和C2取5pF～30pF。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響振蕩器的頻率高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振速度。晶體的振蕩頻率范圍一般是6MHz～24MHz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機運行速度就快，同時對存儲器的速度要求就高，對印刷電路板的工藝要求也高，即要求線間寄生電容要小。實際應用中，為了保證電路的穩(wěn)定性，晶振和電容應靠近單片機芯片引腳，以減少寄生電容。MCS-51單片機在通常應用情況下，使用的振蕩頻率為11.0592MHz或12MHz。隨著集成電路制造工藝的發(fā)展，單片機的時鐘頻率也在逐步提高，目前某些單片機的時鐘頻率可達到40MHz。

2.外部時鐘方式

在由多片單片機組成的系統(tǒng)中，為了保證各單片機之間時鐘信號的同步，引入唯一的公用外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖。這時外部的脈沖信號接至XTAL2引腳，而XTAL1接地，如圖2.12(b)所示，這就是外部時鐘方式。由于XTAL2端的邏輯電平不是TTL電平，所以接一個上拉電阻。圖2.12MCS-51單片機的時鐘電路2.6.2時序

1.時鐘周期和狀態(tài)周期

時鐘周期就是振蕩電路的振蕩周期，其值由外接晶體或外部輸入的時鐘來決定，在內(nèi)部時鐘的工作方式下，其值為石英晶振頻率(時鐘頻率)的倒數(shù)。例如，單片機外接1MHz的晶振，則單片機的系統(tǒng)時鐘的頻率為1MHz，時鐘周期為1

s。

通常將時鐘周期稱為節(jié)拍(用P表示)。時鐘周期經(jīng)過二分頻后，就是單片機的時鐘信號的周期，通常將其定義為狀態(tài)周期(用S表示)。所以，一個狀態(tài)就包含兩個節(jié)拍(時鐘周期)，前半周期對應的節(jié)拍叫節(jié)拍1(P1)，后半周期對應的節(jié)拍叫節(jié)拍2(P2)，如圖2.13所示。

2.機器周期

MCS-51單片機的一個機器周期為6個狀態(tài)周期，并依次表示為S1～S6。由于一個狀態(tài)又包括兩個節(jié)拍，因此，一個機器周期總共有12個節(jié)拍，分別記為S1P1，S1P2，…，S6P2，如圖2.13所示。

由于一個機器周期包含12個時鐘周期，因此機器脈沖就是振蕩脈沖的十二分頻。圖2.13MCS-51單片機的機器周期

3.指令周期

執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期，它一般由若干個機器周期組成。不同的指令所需要的機器周期不同。通常包含一個機器周期的指令稱為單周期指令，包含兩個機器周期的指令稱為雙周期指令。MCS-51指令系統(tǒng)可分為三種類型，分別是單周期指令、雙周期指令和四周期指令。所以一條指令的運算速度與它所包含的機器周期數(shù)有關。機器周期數(shù)越少，執(zhí)行的速度就越快。在MCS-51單片機的指令系統(tǒng)中，除了乘、除法指令為四個機器周期外，其余都是單周期和雙周期