1、2020/7/7,1,第2章 80C51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu),80C51系列概述,2.1,80C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本功能部件,2.2,80C51典型資源配置與引腳封裝,2.3,80C51單片機(jī)的CPU,2.4,80C51的存儲(chǔ)器組織,2.5,80C51的并行口結(jié)構(gòu)與操作,2.6,80C51的工作時(shí)序與復(fù)位電路,2.7,2020/7/7,2,2.6 80C51的并行口結(jié)構(gòu)與操作,P0口結(jié)構(gòu),輸出時(shí),2.6.1 P0、P2口的結(jié)構(gòu),2020/7/7,3,P0口某一位的電路包括： (1) 一個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于數(shù)據(jù)位的鎖存 (2) 兩個(gè)三態(tài)的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。 (3) 一個(gè)多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)MUX，使:P0口可

2、作通用I/O口，或地址/數(shù)據(jù)線口。 (4) 數(shù)據(jù)輸出的驅(qū)動(dòng)和控制電路，由兩只場(chǎng)效應(yīng)管（FET）組成，上面的場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成上拉電路。,2020/7/7,4,P0口作通用的I/O口使用。這時(shí)，CPU發(fā)來(lái)的“控制”信號(hào)為低電平，上拉場(chǎng)效應(yīng)管截止，多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)MUX打向下邊，與D鎖存器的Q*端接通。 （1） P0作輸出口使用 來(lái)自CPU的“寫(xiě)入”脈沖加在D鎖存器的CP端，內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)寫(xiě)入D鎖存器，并向端口引腳P0.x輸出。 注意：由于輸出電路是漏極開(kāi)路（因?yàn)檫@時(shí)上拉場(chǎng)效應(yīng)管截止），必須外接上拉電阻才能有高電平輸出。,2020/7/7,5,（2） P0作輸入口使用 區(qū)分“讀引腳”和“讀鎖存器”。 “讀

3、引腳”信號(hào)把下方緩沖器打開(kāi)，引腳上的狀態(tài)經(jīng)緩沖器讀入內(nèi)部總線； “讀鎖存器”信號(hào)打開(kāi)上面的緩沖器把鎖存器Q端的狀態(tài)讀入內(nèi)部總線。,2020/7/7,6,輸入時(shí),讀鎖存器（“讀-修改-寫(xiě)”類指令，如ANL P0,A）,讀引腳（“MOV”類指令，如MOV A, P0）,要先寫(xiě)“1”,1,0,P0作通用I/O時(shí)為： 準(zhǔn)雙向口！,2020/7/7,7,輸出時(shí)，地址/數(shù)據(jù)信息分時(shí)出現(xiàn)在輸出引腳。,輸入時(shí)，先輸出地址，然后自動(dòng)向鎖存器寫(xiě)1，再讀引腳。此時(shí)為真正雙向口。,2020/7/7,8,P0口傳送地址或數(shù)據(jù)時(shí)，CPU發(fā)出控制信號(hào)為高電平，打開(kāi)上面的與門，使多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)MUX打向上邊，使內(nèi)部地址/數(shù)據(jù)線

4、與下面的場(chǎng)效應(yīng)管處于反相接通狀態(tài)。此時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)電路由于上下兩個(gè)FET處于反相，形成推拉式電路結(jié)構(gòu)，大大提高負(fù)載能力。,2020/7/7,9,P2口結(jié)構(gòu),P2作通用I/O口（未擴(kuò)片外存儲(chǔ)器，或雖擴(kuò)RAM但采用“MOVX Ri”傳送時(shí)C=0）,P2作通用I/O時(shí)為： 準(zhǔn)雙向口！,P2作地址總線高8位（C=1）,2020/7/7,10,在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)镻2口用于提供高位地址，有一個(gè)多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)MUX。但MUX的一個(gè)輸入端不再是“地址/數(shù)據(jù)”，而是單一的“地址”，因?yàn)镻2口只作為地址線使用。 當(dāng)P2口用作為高位地址線使用時(shí)，多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)應(yīng)接向“地址”端。正因?yàn)橹蛔鳛榈刂肪€使用，口的輸出用不著是三態(tài)的

5、，所以，P2口也是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。 P2口也可以作為通用I/O口使用，這時(shí)，多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)接向鎖存器Q端。,2020/7/7,11,P1口結(jié)構(gòu),P1僅能為通用的準(zhǔn)雙向口！,2.6.2 P1、P3口的結(jié)構(gòu),2020/7/7,12,字節(jié)地址90H，位地址90H97H。 P1口只作通用的I/O口使用，在電路結(jié)構(gòu)上與P0口有兩點(diǎn)區(qū)別： （1）因?yàn)橹粋魉蛿?shù)據(jù)，不再需要多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)MUX。 （2）由于P1口用來(lái)傳送數(shù)據(jù)，因此輸出電路中有上拉電阻，這樣電路的輸出不是三態(tài)的，所以P1口是準(zhǔn)雙向口。 因此： （1）P1口作為輸出口使用時(shí)，外電路無(wú)需再接上拉電 阻。 （2）P1口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向其鎖存器先寫(xiě)入

6、 “1”，使輸出驅(qū)動(dòng)電路的FET截止。,2020/7/7,13,P3口結(jié)構(gòu),第一功能：通用I/O口（對(duì)口尋址時(shí)）,2020/7/7,14,P3口的字節(jié)地址為B0H，位地址為B0HB7H 。 第二功能（不對(duì)口尋址時(shí)）,2020/7/7,15,2.7 80C51的工作時(shí)序與復(fù)位電路,時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，電路的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。,時(shí)鐘產(chǎn)生方式,2.7.1 80C51的工作時(shí)序,2020/7/7,16,1、內(nèi)部時(shí)鐘方式 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。 C

7、1和C2典型值通常選擇為30pF左右。 晶體的振蕩頻率在6MHz12MHz之間。 某些高速單片機(jī)芯片的時(shí)鐘頻率已達(dá)40MHz。,2020/7/7,17,2、外部時(shí)鐘方式 常用于多片MCS-51單片機(jī)同時(shí)工作。(用的很少),2020/7/7,18,80C51的時(shí)鐘信號(hào),單片機(jī)執(zhí)行的指令的各種時(shí)序均與時(shí)鐘周期有關(guān) 一、時(shí)鐘周期 單片機(jī)的基本時(shí)間單位。若時(shí)鐘的晶體的振蕩頻率為fosc，則時(shí)鐘周期Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。 二、機(jī)器周期 CPU完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為機(jī)器周期。執(zhí)行一條指令分為幾個(gè)機(jī)器周期。每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作。MCS-51

8、單片機(jī)每12個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期又分為6個(gè)狀態(tài)：S1S6。每個(gè)狀態(tài)又分為兩拍：P1和P2。因此，一個(gè)機(jī)器周期中的12個(gè)時(shí)鐘周期表示為：,2020/7/7,19,1個(gè)機(jī)器周期：12個(gè)時(shí)鐘周期,指令的執(zhí)行時(shí)間稱作指令周期 （單、雙、四周期）,2020/7/7,20,三、指令周期 執(zhí)行任何一條指令時(shí)，都可分為取指令階段和指令執(zhí)行階段 。 取指令階段，PC中地址送到程序存儲(chǔ)器，并從中取出需要執(zhí)行指令的操作碼和操作數(shù)。 指令執(zhí)行階段，對(duì)指令操作碼進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生一系列控制信號(hào)完成指令的執(zhí)行。 晶振周期，S狀態(tài)，機(jī)器周期和指令周期均是單片機(jī)時(shí)序單位。機(jī)器周期常用做其他時(shí)間的基本單位。如晶

9、振頻率為12MHZ，機(jī)器周期為1us，指令周期為14個(gè)機(jī)器周期，即14us。,2020/7/7,21,2.7.2 80C51單片機(jī)的復(fù)位,單片機(jī)的初始化操作，擺脫死鎖狀態(tài)，就是從復(fù)位開(kāi)始的。常見(jiàn)的有兩種：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。 上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容C的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。RST引腳加上大于2個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就可使MCS-51復(fù)位。上電與按鍵均有效的復(fù)位，在單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，利用按鍵完成復(fù)位操作。 在實(shí)際的系統(tǒng)中，單片機(jī)斷電以后，會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)再次加電，R1上并接一

10、個(gè)放電二極管。,2020/7/7,22,復(fù)位可使單片機(jī)或系統(tǒng)部件處于確定的初始狀態(tài)。,復(fù)位電路,上電復(fù)位電路 按鍵與上電復(fù)位,2.7.2 80C51單片機(jī)的復(fù)位,2020/7/7,23,單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài),PC = 0000H，使MCS-51單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。 RAM：隨機(jī)值（運(yùn)行中復(fù)位不改變RAM內(nèi)容 ）,SFR： P0P3=FFH，各I/O已寫(xiě)入1，可作為輸入和輸出 SP=07H，堆棧指針指向片內(nèi)RAM的07H單元。 IP、IE和PCON：有效位為0，各中斷源關(guān)中斷且都處于低優(yōu)先級(jí)。 PSW=00H，當(dāng)前寄存器為0組。,2020/7/7,24,2020/7/7,25, 1. 時(shí)鐘電路對(duì)系統(tǒng)是很重要的 計(jì)算機(jī)內(nèi)部都是數(shù)字電路，都按時(shí)鐘節(jié)拍工作，如果系統(tǒng)的時(shí)鐘電路有問(wèn)題，沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)，系統(tǒng)是無(wú)法工作的，因此，如果你的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)不能工作，檢查系統(tǒng)有沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)，是查找毛病的步驟之一。,如果系統(tǒng)不能正常工作，怎么辦?,2020/7/7,26,2.如果系統(tǒng)不能工作，也應(yīng)查一查復(fù)位電路,有無(wú)復(fù)位信號(hào)，如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，PC總為0，不會(huì)執(zhí)行程序