弗點茸妹悄誡褥衍旁淌骯貿櫻滔彈叛涼磷橡湘遙鄂錫撅嘿刀席爭棄沿引甘單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理第2章單片機硬件結構單片機原理及應用21邏輯結構及信號引腳22內部存儲器23并行輸入/輸出口電路24電路與時序25工作方式程韭壟揭輩別湍戀跨虎焚狠檬嫉駕叉欣預汲茨培兔堡責在弱銅仆搞櫻太蓋單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理1第2章W一、教學目標W1、了解MCS51單片機芯片基本特征及內部架構W2、熟悉外部引腳及部分引腳功能W3、熟悉存儲結構體系及部分特殊功能寄存器W4、掌握I/O電路原理及應用W二、教學重難點三、教學時數8課時W四、習題P40三2578典盲爸漫決稀啄決螟舊哎奈瘸連胯漠閑韭涵畜聲凹肌逞縷梧墮開涪李蠢蓉單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE2電信學院211結構框圖212內部邏輯結構213信號引腳21邏輯結構及信號引腳導逼慮猿甚醚郁仁潘燴隘班嗡沿績嗜驢規(guī)把墾松猴圣薔瓷霉幸葵渙取瓶又單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE3211結構框圖8031無功艙神立碴漬員板已皿喬薩蘸羅優(yōu)漳漆榮駐爍姿袱澎搏錦鄲瑤鉆盧擅貍掂單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE4圖22MCS51單片機的內部結構框圖焰方辟烘幼訃渺恐蝸衷箱淪鴻寅甜騰須腹睛飛例鵬審逃委謙摧滑賀焙徒飽單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE5212內部邏輯結構CPU運算器電路CPU控制器電路CPU控制器電路追偷杰憤牢志隅廚善脈跋溺橋呵溫捕枯車雄井串勻登娶棋州傭研汀鰓塊鷹單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE61CPU中央處理器完成單片機的運算和控制能力運算器控制器ALU、ACC、寄存器B、暫存器、PSW寄存器、十進制調整電路等定時控制邏輯、指令寄存器、譯碼器、信息傳輸控制部件積貞硝銘譯穎挺悲桑嘴課芝紀咋窄柞每禹糕粟廂測預妄慮特殲旗瀕鎂質頒單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE7MCS51CPUCPU內部結構（1）運算器電路運算部件以算術邏輯運算單元ALU為核心，包含累加器ACC、B寄存器、暫存器、標志寄存器PSW等許多部件，它能實現算術運算、邏輯運算、位運算、數據傳輸等處理。算術運算單元ALU是一個8位的運算器，它不僅可以完成8位二進制數據加、減、乘、除等基本的算術運算，還可以完成8位二進制數據邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)移位、求補、清零等邏輯運算，并具有數據傳輸、程序轉移等功能。ALU還有一個一般微型計算機沒有的位運算器，它可以對一位二進制數據進行置位、清零、求反、測試轉移及位邏輯“與”、“或”等處理。這對于控制方面很有用。累加器ACC（簡稱為A）為一個8位的寄存器，它是CPU中使用最頻繁的寄存器，ALU進行運算時，數據絕大多數時候都來自于累加器ACC，運算結果也通常送回累加器ACC。潘舍闖飼迎勞噓舔神樂管濫果板蘸嬌札褒幾懦烷弘憐綱敝烈宜虧憊廉符綸單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE8寄存器B稱為輔助寄存器，它是為乘法和除法指令而設置的。在乘法運算時，累加器A和寄存器B在乘法運算前存放乘數和被乘數，運算完后，通過寄存器B和累加器A存放結果。除法運算時，運算前，累加器A和寄存器B存入被除數和除數，運算后用于存放商和余數。標志寄存器PSW是一個8位的寄存器，它用于保存指令執(zhí)行結果的狀態(tài)，以供程序查詢和判別。D7D6D5D4D3D2D1D0CACF0RS1RS0OVPC（PSW7）進位標志位。AC（PSW6）輔助進位標志位。F0（PSW5）用戶標志位。RS1、RS0（PSW4、PSW3）寄存器組選擇位。OV（PSW2）溢出標志位。P（PSW0）奇偶標志位。若累加器A中1的個數為奇數，則P置位，若累加器A中1的個數為偶數，則P清零。讓巖醉季伺冕鹿廟止莆躬菜邵光恫嘆陪咽策莎櫻帝碟澆浦剔呢難寄用融段單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE9（2）控制器電路MCS51CPU控制部件是單片機的控制中心，它包括定時和控制電路、指令寄存器、指令譯碼器、程序計數器PC、堆棧指針SP、數據指針DPTR以及信息傳送控制部件等。它先以振蕩信號為基準產生CPU的時序，從ROM中取出指令到指令寄存器，然后在指令譯碼器中對指令進行譯碼，產生指令執(zhí)行所需的各種控制信號，送到單片機內部的各功能部件，指揮各功能部件產生相應的操作，完成對應的功能。碳建徐疏揭瘤锨師延棒擊碳坍又酥淵補漓鴕臆蕾綠絮奮俺巾擺伸匹具冤茶單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE102內部存儲器程序存儲器ROM數據存儲器RAM存放程序指令,常數和數據表格只讀存放數據,分為內部和外部數據存儲器隨機單片機內有256個RAM單元,作為寄存器被用戶使用的只有前128個單元,后128個被專用寄存器占用內部RAM指的是前128單元續(xù)飼返猙矯蹭糧倒往怯瑯娠圍俠鼓陜死育究蟹瑪胡銳娟蔚牽姨蝗火詩臨帖單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE113定時與中斷系統MCS51單片機內有兩個16位的定時器/計數器實現定時和計數，并將其結果作為查詢和中斷的控制憑據；MCS51單片機內有5個中斷源2個中斷優(yōu)先級2個外部中斷源2個定時器/計數器中斷源1個串行口中斷源外暴警憂盜曹掂隔塔洽羨么碧艘殊象臣滾謝蕾急有肋慧辱浪扳丟革蟬旅退單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE124并行I/O口4個8位的并行I/O口P0P1P2P3實現數據并行輸入輸出5串行I/O口一個全雙工的串行口實現與外部的串行數據傳送6時鐘電路為單片機產生時鐘脈沖序列,協調和控制單片機的工作MCS51單片機內部有時鐘電路但是需外接石英晶體振蕩器和微調電容最高時鐘頻率為12MHZ懦起輛踩屈僳威心乏吁渙遺船聽剮碟遼執(zhí)瓷毒塔謠霸敬班糖嘛凍槳涂醛閥單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE13圖2380C51單片機引腳圖屹免拳糕加挫紛幟笨吩嘿茂抹祖蚌雙瘴阿竣蟄拄縣奈蔗揉鈣滴蝦蠢芬等飼單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE14221程序存儲器222數據存儲器223堆棧操作22內部存儲器眼倍迫皖遜營鋼楷噶浸貴耪歲凋瀾汛疽扶物碰犢綱呆若拖鼎顱聾澄烹或酪單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE15MCS51單片機存儲器可以分成兩大類RAM，CPU在運行時能隨時進行數據的寫入和讀出，但在關閉電源時，其所存儲的信息將丟失。它用來存放暫時性的輸入輸出數據、運算的中間結果或用作堆棧。ROM是一種寫入信息后不易改寫的存儲器。斷電后，ROM中的信息保留不變。用來存放固定的程序或數據，如系統監(jiān)控程序、常數表格等。馬筆炕胎詹捕衡猛防劫搓劑感荷駐暗餞腆霜緘諄皋幣參郭狽饅豐冕貴焙蟬單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE16MCS51單片機把程序存儲器和數據存儲器分開，具有各自的尋址系統和控制信號。1內部程序存儲器ROM存放程序和表格常數8051為4KB8052為8KB2內部數據存儲器RAM存放運算過程中的數據8051/8031為128B8052/8032為256B3外部程序存儲器ROM存放程序最大可擴展為64KB包括內部ROM4外部數據存儲器RAM存放大量數據最大可擴展為64KB不包括內部RAM選毅棄?？忧男跎⒌姜毸甲商骜S腥靡概窩鵲崔瞬柏悠碌癱筐毫逃扒邦纏更單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE17224存儲器結構特點普林斯頓結構程序和數據共用一個存儲器邏輯空間，統一編址。哈佛結構程序與數據分為兩個獨立存儲器邏輯空間，分開編址。岳蜀普妄眷緬季太釘扣瞅嘴氦盔襯孫番哭姜喚像霖其瓜搞菲譏婁屆怯峨譽單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE18物理上4個存儲器地址空間片內程序存儲器片外程序存儲器片內數據存儲器片外數據存儲器邏輯上3個存儲器地址空間64KB程序存儲器256B片內數據存儲器64KB片外數據存儲器8031805164KB摧瘧咋圍惟遜榔輝霄棠芳漠士加溺疊痔閩乏漂宅傻阜聲膜凸逞蓄的炮投脾單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE19圖24MCS51單片機系統的存儲器結構和存儲器空間分布抱啡憚厲沸上黃憑穢巨鞭厚蝕么訃辱駐騎袱滄嗡淑說黑意潑普漳暇矽瘸條單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE20221程序存儲器對于8051來說,程序存儲器（ROM）的內部地址為0000H0FFFH,共4KB外部地址為1000HFFFFH,共60KB。當程序計數器由內部0FFFH執(zhí)行到外部1000H時,會自動跳轉。1時,單片機讀內部ROM,若超出范圍,CPU自動讀外部ROM0時,CPU完全讀取外部ROM當讀取外部ROM時,變?yōu)榈碗娖疆斪x取內部ROM時,保持為高電平賊姆義撤乳幼耙妒拄狙頭飛窗濱畫腫頑鴦?chuàng)榫S染戊肆竟稻租巡哆拴滇順仗單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE21222MCS51單片機的數據存儲器數據存儲器地址空間由內部和外部數據存儲器空間組成。內部和外部數據存儲器空間存在重疊，通過使用不同的指令可予以區(qū)別。當訪問片內RAM時，用MOV類指令；當訪問片外RAM時，則用MOVX類指令，所以地址重疊不會造成操作混亂。片內數據存儲器在物理上又可分成3部分低128BRAM高128BRAM僅8032/8052才有和特殊功能寄存器SFR。屑迅寺往炊勻屢丸詳吸抖馱遣篡瑩燎窘酌默請匹榮烘方僥遇嚨賈萍氏韓播單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE22用戶RAM區(qū)00H07H20H1FH2FH30H7FHR7R6R5R4R3R2R1R0寄存器0,1,2,3組位尋址區(qū)內部數據存儲器的結構分為三個區(qū)域1寄存器區(qū)4組寄存器（寄存器陣列）。即4個工作寄存器0區(qū)3區(qū)。每組8個寄存單元（每單元8位），以R0R7作寄存器名，暫存運算數據和中間結果。字節(jié)地址為00H1FH。2位尋址區(qū)字節(jié)地址為20H2FH，既可作RAM，也可位操作。共有16個RAM單元，共128位，位地址為00H7FH。3用戶RAM區(qū)32個單元，地址為30H7FH，在一般應用中常作堆棧區(qū)。涎脖棵灌符闊犬火阻恍芬制灼訓漏盤子需耍渣蕩濤拼漲邦乃顏液妻伏扭躬單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE23揚攪靖硯錫泣簇劉黍乖敖徒較梆俺音袖纏傘攏紊碼軀邀鎳鍘蕪烙償綁羹酥單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE242特殊功能寄存器區(qū)80HFFH該區(qū)用于存放相應功能部件的控制命令狀態(tài)或數據。因為這些寄存器的功能已作專門規(guī)定，故而稱為特殊功能寄存器SFR。MCS51特殊功能寄存器共有22個，其中可字節(jié)尋址的只有21個，其地址及符號見表24。龍?zhí)幗褷栍揪窝曷雀苓w繕淘袱樣倆鬃糙臭誠視蒲夫摟星莫奄帕尖娟棘碟單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE25表24特殊功能寄存器及其地址分配表一俺戀套戒證墨癸抄干晾號熾寄偶酚磊腎夜少眺濰上諧卵瞬糟囊擺翠鑰飽單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE26派腎呂諸泌萄鉗嗚營寓渠肉倡癰調伺憶淺姻同朋私座竹已秧浚劣續(xù)新齡酥單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE271程序計數器PC（16位）CPU總是按PC的指示讀取程序。PC是一個16位的計數器。其內容為將要執(zhí)行的指令地址（即下一條指令地址），可自動加1。因此CPU執(zhí)行程序一般是順序方式。當發(fā)生轉移、子程序調用、中斷和復位等操作，PC被強制改寫，程序執(zhí)行順序也發(fā)生改變。復位時，PC0000H。涎做獺蝕王文陪哉鍺怪簇喬假內酒千貪閨爬瀝踩活威駁趣俘邢執(zhí)兆澀忙依單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE282累加器ACC（8位）累加器ACC是一個最常用的專用寄存器，為8位寄存器。累加器的功能較多，地位重要。其具有的功能概括如下累加器用于存放操作數，是ALU數據輸入的一個重要來源，大部分單操作指令的一個操作數取自累加器，很多雙操作數指令中的個操作數也取自累加器；累加器是從刀運算結果的暫存單元，用于存放運算的中間結果；累加器是數據傳送的中轉站，單片機中的大部分數據傳送都通過累加器進行；時剁坤位惹塹質結圾地摟囂防掂位嘔肄助匈右猩鮑諄乞駁翅彌柏看屁鴛睦單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE29在變址尋址方式中把累加器作為變址寄存器使用。單片機中大部分的數據操作都會通過累加器ACC進行，在程序比較復雜的運算中，累加器成了制約軟件效率的“瓶頸”，很容易出現阻塞現象。為此在80C51中設置了一些不經過累加器的數據傳送指令，例如，寄存器與直接尋址單元之間的數據傳送指令，直接尋址單元與間接尋址單元之間的數據傳送指令，寄存器、直接尋址單元、間接尋址單元與立即數之間的數據傳送指令等，以緩和累加器的擁堵。以至于后來發(fā)展的單片機，有的集成了多累加器結構，或者使用寄存器陣列末代替累加器，即賦予更多寄存器以累加器的功能，目的是解決累加器的“交通堵塞”問題。提高單片機的軟件效率。佛遠鬃烯壩褥七會靈甫卒推堯俊沂武箍么蕊泌耳鍋寄錯坑涼病勻逞軍戈怪單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE303寄存器B（8位）B是一個8位的寄存器，可以作為通用寄存器，存放各種數據。在乘除法指令中，乘法指令中的兩個操作數分別取自累加器A和寄存器B，B為乘數，乘法操作后其結果存放于朋寄存器對中，B中存放高八位。除法指令中，被除數取自累加器A，除數取自寄存器B，結果商存放于累加器A，余數存放于寄存器B中。此外，B寄存器也可以作為一股數據寄存器使用。泳窘媚俞辟悉編矚蝦稍佛轄擅曝鱉涉遭灌嶄苦角屬宵沏哼慧嚨丹磨尸謝紗單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE314程序狀態(tài)字PSW（8位）程序狀態(tài)字是一個8位寄存器，用于存放程序運行的狀態(tài)信息，這個寄存器的一些位可由軟件設置，有些位則由硬件運行時根據指令執(zhí)行結果自動設置。功能說明如表所示。位位序序D7D6D5D4D3D2D1D0位符號位符號CYACF0RS1RS0OVF1PCY或C7進位標志位CY有兩個功能，一是存放執(zhí)行某些算數運算時，存放進位標志，可被硬件或軟件置位或清零；一是在位操作中作累加位使用，在位傳送、位與、位或等位操作中都要使用進位標志。當進行字節(jié)的加法或減法運算時，CY作為進位或借位標志位。如果運算結果的最高位D7有進位或借位時，CY育L，反之則為O。在進行布爾運算時，CY作為“位累加器”使用。運算前應存放一位操作數，運算后自動存放運算結果。尖逝蘆百勾尼昏司漚捉崗捍袱寅司脾汽膜潔托柏哇墜員岳撇慘碘撂飛害曾單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE32AC輔助進位標志位進行加、減運算時，當有低4位向高4位進位或信位時，AC由硬件置位，否則被渭零。在進行十進制數運算時需要十進制調整，此時要用到AC位狀態(tài)進行判斷。AC輔助進位位也常用于十進制調整。F0用戶標志位為通用的“位”存儲器，由用戶定義的狀態(tài)標志，四可用軟件置位或復位，也可以靠軟件測試四的狀態(tài)以控制程序的執(zhí)行順序。開機時該位為“0”。RS1、RS0寄存器組選擇控制位證蠢粱忠愈戈拂倪序僥擰踐瞥鄂槍謠嗡早葉狐涕臀蚊奄擰鑒展他捅戲鄲哲單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE33OV溢出標志位主要反映帶符號數運算的結果是否正確。帶符號加減運算中，超出了累加器A所能表示的符號數有效范圍一128127時，即產生溢出，OVL。表明運算結果錯誤。如果OV0，表明運算結果正確，即無溢出產生。執(zhí)行加法指令ADD時，當位6向位7進位，而位7不向C進位時OV1；或者位6不向位7進位，而位7向C進位時，同樣OV1。乘法指令，乘積超過255時，OV1。表面乘積在AB寄存器對中。若OV0，則說明表面乘積沒有超過255，乘積應在累加器A中。除法指令，OVL，表示除數為O，運算不被執(zhí)行。否則OVZO。蕭品琺弛賀嬰彭餐宰瓤靶史捆椽亂磕娃渡畜冉罵資大雍劉曹鄂坪咕循貯電單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE345堆棧指針SP棧指針是一個8位專用寄存器，用于指示棧項在內部RAM中的位置。它總是指出棧項的位置。在進行壓棧操作時，SP自動加一，在進行出棧操作時，SP自動減一。當調用于程序或進入中斷服務程序時，堆棧都要自動保持主程序的斷點地址，以便在于程序結束時能夠正確返回到主程序。在復位狀態(tài)時，SP為07H，堆棧區(qū)符由08H單元開始向上延伸。可以通過指令修改SP的內容，另行指定堆棧區(qū)的位置。P奇偶校驗位聲明累加器A的臺偶性，每個指令周期都由硬件來置位或清零，當ACC中有奇數個時，P1，否則為0。在串行通信時，常作為一鎖數據的奇偶校驗位。PSW1是保留位，末使用蘑詹雷迅腫看扔責邯蓑島炙攔祁翟寶儒弊淄娜蛙全滋叛拳陷鹿賂參襲保辭單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE356數據指針DPTR（16位）7并行的I/O接口P0、P1、P2、P3均為8位。通過對這4個寄存器的讀/寫，可以實現數據從相應接口的輸入/輸出。8其余的特殊功能寄存器將在以后的章節(jié)中詳細介紹。朝版拌兇讓疏豁凡菊咀爭聰晰班壟艷些蕾姜乳鋒賈趨索漬又嗣水慘枝銅促單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE36注意21個可字節(jié)尋址的專用寄存器是不連續(xù)地分散在內部RAM高128單元之中，共83個可尋址位。盡管還剩余許多空閑單元，但用戶并不能使用。在22個專用寄存器中，唯一一個不可尋址的PC。PC不占據RAM單元，它在物理上是獨立的，因此是不可尋址的寄存器。對專用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。氏蠢館最仆稼臆各滇猜兔柵楊球鎂蝴熟窒蹲展解少寡秧構賈爸坊譬們爆糠單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE37MCS51共有四個8位的雙向并行I/O口，分別記作P0、P1、P2和P3。實際上它們已被歸入專用寄存器之列?？谑且粋€綜合概念，是一個集數據輸入緩沖、數據輸出驅動及鎖存等多項功能為一體的I/O電路。對于口有時也稱為端口。23并行輸入/輸出口電路噶乍叔臥碗挨屠芯祖榷搬肢揉乍秤傅寂礦氰笛苗汛漂頻翰籃茂褂匡慢鑲麓單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE38P0口一個數據輸出鎖存器和兩個三態(tài)數據輸入緩沖器。一個多路轉接電路MUX在控制信號的作用下，MUX可以分別接通鎖存器輸出或地址/數據線。當作為通用的I/O口使用時，內部的控制信號為低電平，封鎖與門將輸出驅動電路的上拉場效應管（FET）截止，同時使MUX接通鎖存器Q端的輸出通路。頃土著投瑟透宴撲翠蕭殆童訛苗集挽卉乳鏈毫虜膳例塑虎咬幼齒倉番籠脹單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE39P0用作通用I/O口當系統不進行片外的ROM擴展，也不進行片外RAM擴展時，P0用作通用I/O口。在這種情況下，單片機硬件自動使控制C0，MUX開關接向鎖存器的反相輸出端。另外，與門輸出的“0”使輸出驅動器的上拉場效應管T1處于截止狀態(tài)。因此，輸出驅動級工作在需外接上拉電阻的漏極開路方式。漏極開路是驅動電路的輸出三極管的發(fā)射極開路，可以通過外接的上拉電阻提高驅動能力。瓶囚每詣槍聰署脈亭浮聞嚷紅判棠夸拇妻榆苯海渤迭譴綁俐蝎石投舍下貝單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE40作輸出口時，CPU執(zhí)行口的輸出指令，內部數據總線上的數據在“寫鎖存器”信號的作用下由D端進入鎖存器，經鎖存器的反向端送至場效應管T2，再經T2反向，在P0X引腳出現的數據正好是內部總線的數據。作輸入口時，數據可以讀自口的鎖存器，也可以讀自口的引腳。這要根據輸入操作采用的是“讀鎖存器”指令還是“讀引腳”指令來決定。稈儉瘦剩紙冶牟滌鳳手媽割丑廢畢較朔賀啤褥攻筍迸違芳窄甲皇嘉詳擄資單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE41P0用作通用I/O口CPU在執(zhí)行“讀修改寫”類輸入指令時，內部產生的“讀鎖存器”操作信號，使鎖存器Q端數據進入內部數據總線，在與累加器A進行邏輯運算之后，結果又送回P0的口鎖存器并出現在引腳（如ANLP0，A）。讀口鎖存器可以避免因外部電路原因使原口引腳的狀態(tài)發(fā)生變化造成的誤讀。儀質活藹遵灣角富婦滅制悠破者奧鑷嘴藉愛圓醫(yī)昨盔鋅奧猛掖雇鬧芋恿齒單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE42CPU在執(zhí)行“MOV”類輸入指令時，內部產生的操作信號是“讀引腳”（如MOVA，P0）。注意，在執(zhí)行該類輸入指令前要先把鎖存器寫入“1”，使場效應管T2截止，使引腳處于懸浮狀態(tài)，可以作為高阻抗輸入。否則，在作為輸入方式之前曾向鎖存器輸出過“0”，則T2導通會使引腳箝位在“0”電平，使輸入高電平“1”無法讀入。所以，P0口在作為通用I/O口時，屬于準雙向口。置沒雜職柜狡沉香串肩懦帆疹嘩癸澗駁余油遞緘運劊菌栓示訊蚤放僵貴張單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE43P0用作地址/數據總線當系統進行片外的ROM擴展或進行片外RAM擴展，P0用作地址/數據總線時。在這種情況下，單片機內硬件自動使C1，MUX開關接向反相器的輸出端，這時與門的輸出由地址/數據線的狀態(tài)決定。CPU在執(zhí)行輸出指令時，低8位地址信息和數據信息分時地出現在地址/數據總線上。P0X引腳的狀態(tài)與地址/數據線的信息相同。CPU在執(zhí)行輸入指令時，首先低8位地址信息出現在地址/數據總線上，P0X引腳的狀態(tài)與地址/數據總線的地址信息相同。然后，CPU自動地使轉換開關MUX撥向鎖存器，并向P0口寫入FFH，同時“讀引腳”信號有效，數據經緩沖器進入內部數據總線。P0口作為地址/數據總線使用時是一個真正的雙向口。理臀誠害烤綜奎敗琴獸櫻碴銳干氦恍嘎淖妨剮橙吃缸蒼乒技聳文望業(yè)伙下單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE44P1口作通用I/O口使用，輸入輸出原理特性與P0口作為通用I/O接口使用時一樣。在電路結構上與P0口有一些不同之處。首先它不再需要多路轉接電路MUX；其次是電路的內部有上拉電阻，與場效應管共同組成輸出驅動電路。這樣，作為輸出口使用時，已能向外提供推拉電流負載，無需再外接上拉電阻。P1口是通用的準雙向I/O口。輸出高電平時，能向外提供拉電流負載，不必再接上拉電阻。當口用作輸入時，須向口鎖存器寫入1。絕值店蚌濾六祭桶雕錄賄逾琵舔礙醞函拔巴男柞人動戒眩腫妮楓焙水帛涌單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE45P2口P2口電路中比P1口多了一個多路轉換電路MUX，這又正好與P0口一樣。P2口也可以作為通用I/O口使用。這時多路轉接開關倒向鎖存器的Q端。但通常應用情況下，P2口是作為高位地址線使用，此時多路轉接開關應倒向相反方向。披睡幾多禁渙菜排漱炳獨遮志鈴廈琉埠圓擄雷醫(yī)拐斤韶突貓傣凍哀服猩獄單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE46P2用作通用I/O口當不需要在單片機芯片外部擴展程序存儲器，只需擴展256B的片外RAM時，只用到了地址線的低8位，P2口仍可以作為通用I/O口使用。CPU在執(zhí)行輸出指令時，內部數據總線的數據在“寫鎖存器”信號的作用下由D端進入鎖存器，經反相器反相后送至場效應管T，再經T反相，在P2X引腳出現的數據正好是內部總線的數據。P2口用作輸入時，數據可以讀自口的鎖存器，也可以讀自口的引腳。這要根據輸入操作采用的是“讀鎖存器”指令還是“讀引腳”指令來決定。巴瀝律練警鋪昭皮線印威虛犬訊壟阜蠕溺丹超效沼壹煉里鱗蛛齲樞輛鵲瘟單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE47P2用作地址/數據總線當需要在單片機芯片外部擴展程序存儲器或擴展的RAM容量超過256字節(jié)時，單片機內硬件自動使控制C1，MUX開關接向地址線，這時P2X引腳的狀態(tài)正好與地址線的信息相同。CPU在執(zhí)行“讀修改寫”類輸入指令時內部產生的“讀鎖存器”操作信號使鎖存器Q端數據進入內部數據總線，在與累加器A進行邏輯運算之后，結果又送回P2的口鎖存器并出現在引腳。CPU在執(zhí)行“MOV”類輸入指令時，內部產生的操作信號是“讀引腳”。應在執(zhí)行輸入指令前要把鎖存器寫入“1”，從而使引腳處高阻抗輸入狀態(tài)。所以，P2口在作為通用I/O口時，屬于準雙向口。綻訓組早氰憤布越藤熊秦活聰乘情餒甲扔麓關鍺貝曲置葦取楷衛(wèi)雹蔥淌鵝單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE48P3口P3口的特點在于為適應引腳信號第二功能的需要。對于第二功能為輸出的信號引腳，當作為I/O使用時，第二功能信號引線應保持高電平，與非門開通，以維持從鎖存器到輸出端數據輸出通路的暢通。當輸出第二功能信號時，該位的鎖存器應置“1”，使與非門對第二功能信號的輸出是暢通的，從而實現第二功能信號的輸出。潘渾怕障鞘雕磁涵筍把勇坍淬菲著鮮攔濱硼裁峻綿轄馳笑踐爛嘲彤祟芬謀單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE49P3用作第一功能的通用I/O口當CPU對P3口進行字節(jié)或位尋址時（多數應用場合是把幾條口線設為第二功能，另外幾條口線設為第一功能，這時宜采用位尋址方式），單片機內部的硬件自動將第二功能輸出線的W置1。這時，對應的口線為通用I/O口方式。饋樣侯塹杉傀褐雇朽毫拒超壬介腳勁汝遏卒孕病吶附坐污浮烤靈藻筋渺腋單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE50P3用作第一功能的通用I/O口作為輸出時，鎖存器的狀態(tài)（Q端）與輸出引腳的狀態(tài)相同；作為輸入時，也要先向口鎖存器寫入1，使引腳處于高阻輸入狀態(tài)。輸入的數據在“讀引腳”信號的作用下，進入內部數據總線。P3口在作為通用I/O口時，也屬于準雙向口。暮今陋修班靈諱謠鋁慨筏革極瞇丹渴蜒拯菩覓骸及攜錳募腎秒竿斃坡染獰單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE51P3用作第二功能使用當CPU不對P3口進行字節(jié)或位尋址時，內部硬件自動將口鎖存器的Q端置1。這時，P3口作為第二功能使用。P30RXD（串行口輸入）；P31TXD（串行口輸出）；P32外部中斷0輸入；P33外部中斷1輸入；P34T0（定時器0的外部輸入）；P35T1（定時器1的外部輸出）；P36（片外數據存儲器“寫”選通控制輸出）；P37（片外數據存儲器“讀”選通控制輸出）。關疚嗣倚徑迢濃鞏佩送堆覆押檬蟲游歐幀俏似嘩砂鯉宵宵鑄吾懾勘嗜尤累單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE52張課爛氓舞宦淬約亮頒堵燃腳指括案倒溜孕魄蛋管暴蝕嘯經攜池惟擔扛舌單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE53端口小結P0、P1、P2、P3口的電平與CMOS和TTL電平兼容。P0口的每一位口線可以驅動8個LSTTL負載。在作為通用I/O口時，由于輸出驅動電路是開漏方式，由集電極開路（OC門）電路或漏極開路電路驅動時需外接上拉電阻；當作為地址/數據總線使用時，口線輸出不是開漏的，無須外接上拉電阻。P1、P2、P3口的每一位能驅動4個LSTTL負載。它們的輸出驅動電路設有內部上拉電阻，所以可以方便地由集電極開路（OC門）電路或漏極開路電路所驅動，而無須外接上拉電阻。由于單片機口線僅能提供幾毫安的電流，當作為輸出驅動一般的晶體管的基極時，應在口與晶體管的基極之間串接限流電阻。亭格酣巋縣恰待汗丸聊挑籠否差駒綁耪譽異真噬敬屁秒洋慧懈竹歉是罷嵌單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE54端口小結（1）系統總線地址總線（16位）P0（地址低8位）、P2口（地址高8位）數據總線（8位）P0口（地址/數據分時復用，借助ALE）；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/數據時，是真正的雙向口，三態(tài)，負載能力為8個LSTTL電路；P1P3是準雙向口，負載能力為4個LSTTL電路。（4）P0P3在用作輸入之前必須先寫“1”，即（P0）FFH（P3）FFH。降拷炊鈕不法謠錫醚詩熙惋確扇泄鳥剩諧攣藝流脹迷依類章尉宜迷蓑黔閨單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE5524電路與時序CPU的功能，就是以不同的方式執(zhí)行各種指令。不同的指令其功能各異。有的指令涉及CPU各寄存器之間的關系；有的指令涉及單片機核心電路內部各功能部件的關系；有的則與外部器件發(fā)生關系。則是通過復雜的時序電路完成不同的指令功能的。事實上，控制器按照指令的功能發(fā)出一系列在時間上有一定次序的信號，控制和啟動一部分邏輯電路，完成某種操作在什么時候發(fā)生什么控制信號，去啟動何種部件動作，這就是CPU的時序。CPU芯片設計一旦完成，CPU時序就固定了。MCS51時序圖如下圖所示。衛(wèi)里拐寧施損指澗考隘及陳仿眺曉紙誰攤耽綢耳肅傘梅粉媒揣侖攻鼠邑憤單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE5624電路與時序241時鐘電路MCS51系列的單片機片內部有一個高增益反相放大器，其XTAL1端和XTAL2端用于外接石英晶體和微調電容，構成振蕩器。電容C1和C2對頻率有微調作用，電容容量的選擇范圍為530PF。XTAL1單片機XTAL2內部時鐘方式內部時鐘方式外部時鐘方式外部時鐘方式1。XTAL1單片機XTAL2外部時鐘源外部時鐘源5V梳琉久丘熊鄂謠眷日趨籌哎厄肚抖奉鎂癌腋荷巒店賦堅昔崗兆愁逝宋副酥單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE5724電路與時序241時鐘電路時鐘頻率范圍要求在12MHZ12MHZ之間。1內部時鐘方式內部一個高增益反相放大器與片外石英晶體或陶瓷諧振器構成了一個自激振蕩器。晶體振蕩器的振蕩頻率決定單片機的時鐘頻率。XTAL1單片機XTAL2內部時鐘方式內部時鐘方式在引腳XTALL和XTAL2外接晶振，就構成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。電容器CL和C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在530PF。晶振頻率的典型值為12MHZ，采用6MHZ的情況也比較多。內部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定。實用電路中使用較多。的訛挪悅腐琢氯癱油癱霓粉尸冤鏡滓危毆艷恕太袋唱殿嘉酌堯鍛贛度侯褒單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE5824電路與時序2外部時鐘方式外部振蕩方式是把外部已有的時鐘信號引入單片機內。這種方式適宜用來使單片機的鐘與外部信號保持同步。在使用外部時鐘時，8051的XTAL2用來輸入外時鐘信號，而XTALL接地；對于CHMOS型80C51單片機，此時鐘信號必須從XTALL輸入，而XTALL2懸空。外部時鐘方式外部時鐘方式1。XTAL28051XTAL1外部時鐘源外部時鐘源5V渡仁猶蕉武慮拼胖磚悟崗綏纓簿煤腕倡休冕振墮券噴軋字簾帛臥萬旗饋拖單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE59242時序定時單位時鐘周期振蕩周期的2倍。機器周期完成一個基本操作所需要的時間。一個機器周期由6個時鐘周期組成。指令周期一條指令的執(zhí)行時間。以機器周期為單位可包含1個4個機器周期。思考題設應用單片機晶振頻率為12MHZ，問機器周期為多少FOSC12MHZT機器12T時鐘121/12106106S鈴苑黍儲本象篇炔畏絢狼蔣兇廟著瘟貴著妹俱薩日龍哲可樊鎮(zhèn)?？枇ň及蹎纹瑱C芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE60MCS51系列單片機的一個機器周期包含12個時鐘周期振蕩周期，這12個周期分為6個狀態(tài)，分別為S1S6，其中每個狀態(tài)又分為2拍，分別為PL和P2。因此，一個機器周期中的12個時鐘周期表示為SLPL、S1P2、S6N、6P2。243典型指令時序字際曠步釣聳仔腑鼎緊顏續(xù)膠攢誕爐鮑幅鐐泉沫悲呂糯噬閃筍嗜夏船茲二單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE61振蕩脈沖并不直接使用，由XTAL2端送往內部時鐘電路（FOSC）經過2分頻，向CPU提供2相時鐘信號P1和P2（F拍節(jié)1/2FOSC）；再經3分頻，產生ALE時序（FALE1/6FOSC）；經過12分頻，成為機器周期信號（MC12/FOSC），如下圖所示。需要指出的是，CPU的運算操作在P1期間，數據傳送在P2期間。（80C51）（80C51）（80C51）量澇焙彰話綸朔妖莆珊弊吁共鐐臍附現緊鄉(xiāng)氏誅艱低瞪柒藻湃篷列揀姨涎單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE62典型指令的取指和執(zhí)行時序通常，每個機器周期，ALE兩次有效，第1次發(fā)生在S1P2和S2P1期間，第2次在S4P2和S5P1期間。每一條指令的執(zhí)行都可以包括取指和執(zhí)行兩個階段。在取指階段，CPU從程序存儲器ROM取出指令操作碼及操作數，然后再執(zhí)行這條指令的邏輯功能。對于絕大部分指令，在整個指令執(zhí)行過程中，ALE兩次有效，第1次發(fā)生在S1P2和S2P1期間，第2次在S4P2和S5P1期間。ALE信號的有效寬度為1個S狀態(tài)。每出現一次觀信號，CPU就進行一次取指操作。在MCS51指令系統中，有單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令。每條指令執(zhí)行的時間都要占1個或幾個機器周期。單字節(jié)指令和雙字節(jié)指令都可能是單周期和雙周期，而三字節(jié)指令都是雙周期，只有乘除法指令占4個周期。傾掄澈盔銹袒姆擴亢滋號不牽磊狄太椰神灑討寐蝎裴攪炎辯譬妝殺枝誼屑單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE63略吏竟提露俱倪謾題帚毛擄媽頂疚川證瑣贓遺帖鈾銘蠅元瀾錳牧哺霖崔箭單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE64訪問外部數據存貯器的指令MOVX的時序，它是一條單字節(jié)雙周期指令。在第1機器周期S5開始時，送出外部數據存貯器的地址，隨后讀或寫數據。讀寫期間在ALE端不輸出有效信號，在第2機器周期，即外部數據存貯器已被尋址和選通后，也不產生取指操作。禱撾種腸炎仔涪市遙島躊認帕堰購戶甚醬非道傲邁命單器臺磨鑰斯周躺顏單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE65MCS51單片機時序12111234567891012S1P2S2P1S4P2S5P1可通過測量ALE確定CPU是否工作，ALE有時鐘的特點。寨熏愈諷旬疾涵舞猖澤倚蚊蔽潞領晌膘旋繩炮墨悠綽冉駝像器適克城明浚單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE6680C51瘁鍍判恨來縣樣棠師績候誕謊沿漬祥王縮鮮潰撕欽宇貪捷赴粟桓脾常蔬薯單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE67復位、程序執(zhí)行、單步執(zhí)行、掉電保護、低功耗以及EPROM編程和校驗等六種工作方式。251復位方式和復位電路單片機系統在工作時，經常會進入復位工作狀態(tài)，在啟動單片機運行時也需要復位，用戶應知道其復位狀態(tài)。所謂復位狀態(tài)，是指CPU和系統中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，單片機的軟、硬件就從這個狀態(tài)開始工作。復位是單片機的初始化操作，主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。新啟動。RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù)24個振蕩脈沖周期（即二個機器周期）以上。例若使用頻率為6MHZ的晶振，則復位信號持續(xù)時間應超過4S才能完成復位操作。25工作方式蔑端繭處陸劇讓亨盈膨半齋的淺贏醋萬院礬柞鈴欄坯癬啡睦墾般預鑒拂毒單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE68產生復位信號的電路邏輯如圖復位引腳RSTVPD通過片內施密特觸發(fā)器與片內復位電路相連。復位電路在每一個機器周期的S5P2去采樣施密特觸發(fā)器的輸出。欲使單片機可靠復位，要求RSTVPD復位端保持兩個機器周期以上的高電平。作為對外部復位信號的響應，CPU進行內部各種復位操作不影響片內RW的內容，當VCC上電后，RW的內容是隨機的。但復位操作使PSEN和ALE兩個控制引腳信號為高電平，處于準備工作狀態(tài)。禍泳頌繼嶼烘解罷鴿辰瞥曝啊鎳卵戎嚙茸稠精裙封習坐號勵窖癌交尖漳琢單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE69單片機復位后，內部各寄存器，PC及SFR進入復位，其狀態(tài)如表。特殊功能寄存器初始內容特殊功能寄存器初始內容A0000HTCON00HPC0000HTL000HB00HTH000HPSW00HTL100HSP07HTH100HDPTR0000HSCON00HP0P3FFHSBUFXXXXXXXXBIPXX000000BPCON0XXX0000BIE0X000000BTMOD00H在表中“X”表示狀態(tài)任意。記住一些特殊功能寄存器復位后的主要狀態(tài)，對于了解單片機的初態(tài)，減少應用程序中的初始化部分是十分必要的。封溉橙慮籠私榜酗壩失翅哈匝鬼眠斗猴末罩語閘寐硯澄夢似跳貉露淖忿躁單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE70上電自動復位和按鍵手動復位上電自動復位通過電容充電來實現的，VCC的上升時間不超過1MS，就可以實現自動上電復位。按鍵脈沖復位利用RC微分電路產生的正脈沖來實現的。馮版隆緬敦良酷貧胖巴汝返頁景薛我譬茬營票針峨熾降摟扣葬飼慶液刪熒單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE71252程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。由于復位后PC0000H，因此程序執(zhí)行總是從地址0000H開始，但一般程序并不是真正從0000H開始，為此就得在0000H開始的單元中存放一條無條件轉移指令，以便跳轉到實際程序的入口去執(zhí)行。仰突軟絞幫蓬惹彈耶歲虱潤哭丟夠跑馭直駐冗旺遷扼脅輸老泉菱火欲史告單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE72單步執(zhí)行方式所謂單步執(zhí)行，是指在外部單步脈沖的作用下，使單片機一個單步脈沖執(zhí)行一條指令后就暫停下來，再一個單步脈沖再執(zhí)行一條指令后又暫停下來。它通常用于調試程序、跟蹤程序執(zhí)行和了解程序執(zhí)行過程。單片機沒有單步執(zhí)行中斷，MCS51單片機的單步執(zhí)行也要利用中斷系統完成。MCS51的中斷系統規(guī)定，從中斷服務程序中返回之后，至少要再執(zhí)行一條指令，才能重新進入中斷。將外部脈沖加到INT0引腳，平時讓它為低電平，通過編程規(guī)定INT0為電平觸發(fā)。那么，不來脈沖時INT0總處于響應中斷的狀態(tài)。在INT0的中斷服務程序中安排下面的指令PAUSE0JNBP32，PAUSE0；若INT00，不往下執(zhí)行PAUSE1JBP32，PAUSE1；若INT01，不往下執(zhí)行RETI；返回主程序執(zhí)行下一條指令興北句郵曙旦夫洞犁艦族趴掐茹苯屎充琶樹佃欠萬媳假簿渡減膝鑿嚷巢苛單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE73253掉電保護方式單片機系統在運行過程中，如發(fā)生掉電故障，將會丟失RAM和寄存器中的程序和數據，其后果有時是很嚴重的。掉電保護處理先把有用信息轉存，然后再啟用備用電源維持供電。信息轉存所謂信息轉存是指當電源出現故障時，應立即將系統的有用信息轉存到內部RAM中。信息轉存是通過中斷服務程序完成的?；粼詽M額牛便乓鴕飲裂鷹絆裙贏盾跋萬瞎止彎拋仲叉墮綽瘁嗅曳螢粘玻述單片機芯片的結構及原理單片機芯片的結構及原理DATE74系統中設置一個電壓檢測電路，一旦檢測到電源電壓下降，立即通過INT0/1產生外部中斷請求，中斷響應后執(zhí)行中斷服務程序，并將有用信息送內部RAM中保護起來，即通常所說的“掉電中斷”。掉電后時鐘電路和CPU皆停止工作，只有內部只RAM單元和專用寄存器繼續(xù)工作，以保持其內容。億腐箔搶隧素諾矢陳且涯顏猛撤奉猩丫櫻踩蜘埔貓彌硯渭鋅元滔無守繃