第2章80C51单片机的硬件结构(3.00)

2020/2/101第2章80C51单片机的硬件结构80C51系列概述2.180C51内部结构及基本功能部件2.280C51典型资源配置与引脚封装2.380C51单片机的CPU2.480C51的存储器组织2.580C51的并行口结构与操作2.680C51的工作时序与复位电路2.72020/2/1022.680C51的并行口结构与操作P0口结构P0作通用I/O口（当EA=1或“MOV”传送时C=0）P0.X锁存器DQQCL01MUXVCC1&P0.X引脚控制C地址/数据读锁存器读引脚写锁存器内部总线T1T2输出时P0.X锁存器DQQCL01MUXVCC1&P0.X引脚控制C地址/数据读锁存器读引脚写锁存器内部总线T1T22.6.1P0、P2口的结构2020/2/103P0口某一位的电路包括：(1)一个数据输出锁存器，用于数据位的锁存(2)两个三态的数据输入缓冲器。(3)一个多路转接开关MUX，使:P0口可作通用I/O口，或地址/数据线口。(4)数据输出的驱动和控制电路，由两只场效应管（FET）组成，上面的场效应管构成上拉电路。2020/2/104P0口作通用的I/O口使用。这时，CPU发来的“控制”信号为低电平，上拉场效应管截止，多路转接开关MUX打向下边，与D锁存器的Q*端接通。（1）P0作输出口使用来自CPU的“写入”脉冲加在D锁存器的CP端，内部总线上的数据写入D锁存器，并向端口引脚P0.x输出。注意：由于输出电路是漏极开路（因为这时上拉场效应管截止），必须外接上拉电阻才能有高电平输出。2020/2/105（2）P0作输入口使用区分“读引脚”和“读锁存器”。“读引脚”信号把下方缓冲器打开，引脚上的状态经缓冲器读入内部总线；“读锁存器”信号打开上面的缓冲器把锁存器Q端的状态读入内部总线。2020/2/106P0.X锁存器DQQCL01MUXVCC1&P0.X引脚控制C地址/数据读锁存器读引脚写锁存器内部总线T1T2P0.X锁存器DQQCL01MUXVCC1&P0.X引脚控制C地址/数据读锁存器读引脚写锁存器内部总线T1T2输入时读锁存器（“读-修改-写”类指令，如ANLP0,A）读引脚（“MOV”类指令，如MOVA,P0）,要先写“1”10P0作通用I/O时为：准双向口！2020/2/107P0.X锁存器DQQCL01MUXVCC1&P0.X引脚控制C地址/数据读锁存器读引脚写锁存器内部总线T1T2P0作地址数据总线（当EA=1或“MOVX”类传送时C=1）输出时，地址/数据信息分时出现在输出引脚。输入时，先输出地址，然后自动向锁存器写1，再读引脚。此时为真正双向口。2020/2/108P0口传送地址或数据时，CPU发出控制信号为高电平，打开上面的与门，使多路转接开关MUX打向上边，使内部地址/数据线与下面的场效应管处于反相接通状态。此时输出驱动电路由于上下两个FET处于反相，形成推拉式电路结构，大大提高负载能力。2020/2/109P2口结构P2作通用I/O口（未扩片外存储器，或虽扩RAM但采用“MOVX@Ri”传送时C=0）P2.X锁存器DQCL01MUXVCCP2.X引脚控制C地址读锁存器读引脚写锁存器内部总线RT1P2作通用I/O时为：准双向口！P2作地址总线高8位（C=1）P2.X锁存器DQCL01MUXVCCP2.X引脚控制C地址读锁存器读引脚写锁存器内部总线RT12020/2/1010在实际应用中，因为P2口用于提供高位地址，有一个多路转接开关MUX。但MUX的一个输入端不再是“地址/数据”，而是单一的“地址”，因为P2口只作为地址线使用。当P2口用作为高位地址线使用时，多路转接开关应接向“地址”端。正因为只作为地址线使用，口的输出用不着是三态的，所以，P2口也是一个准双向口。P2口也可以作为通用I/O口使用，这时，多路转接开关接向锁存器Q端。2020/2/1011P1口结构P1仅能为通用的准双向口！P1.X锁存器DQCLVCCP1.X引脚读锁存器读引脚写锁存器内部总线RTQ2.6.2P1、P3口的结构2020/2/1012字节地址90H，位地址90H～97H。P1口只作通用的I/O口使用，在电路结构上与P0口有两点区别：（1）因为只传送数据，不再需要多路转接开关MUX。（2）由于P1口用来传送数据，因此输出电路中有上拉电阻，这样电路的输出不是三态的，所以P1口是准双向口。因此：（1）P1口作为输出口使用时，外电路无需再接上拉电阻。（2）P1口作为输入口使用时，应先向其锁存器先写入“1”，使输出驱动电路的FET截止。2020/2/1013P3口结构第一功能：通用I/O口（对口寻址时）P3.X锁存器DQCLVCCP3.X引脚第二输出功能W（TXD、WR、RD)读锁存器读引脚写锁存器内部总线RT&第二输入功能（RXD、INT0、INT1、T0、T1）2020/2/1014P3口的字节地址为B0H，位地址为B0H～B7H。第二功能（不对口寻址时）P3.0：RXD（串行口输入）P3.1：TXD（串行口输出）P3.2：INT0（外部中断0输入）P3.3：INT1（外部中断1输入）P3.4：T0（定时器0的外部输入）P3.5：T1（定时器1的外部输入）P3.6：WR（片外数据存储器“写”选通控制输出）P3.7：RD（片外数据存储器“读”选通控制输出）2020/2/10152.780C51的工作时序与复位电路时钟频率直接影响单片机的速度，电路的质量直接影响系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。时钟产生方式2.7.180C51的工作时序2020/2/10161、内部时钟方式内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。C1和C2典型值通常选择为30pF左右。晶体的振荡频率在6MHz～12MHz之间。某些高速单片机芯片的时钟频率已达40MHz。2020/2/10172、外部时钟方式常用于多片MCS-51单片机同时工作。(用的很少)2020/2/101880C51的时钟信号单片机执行的指令的各种时序均与时钟周期有关一、时钟周期单片机的基本时间单位。若时钟的晶体的振荡频率为fosc，则时钟周期Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。二、机器周期CPU完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。执行一条指令分为几个机器周期。每个机器周期完成一个基本操作。MCS-51单片机每12个时钟周期为一个机器周期，一个机器周期又分为6个状态：S1～S6。每个状态又分为两拍：P1和P2。因此，一个机器周期中的12个时钟周期表示为：2020/2/1019S1S2S3S4S5S6机器周期TCY分频器振荡器晶振周期S状态80C51P1P21个机器周期：12个时钟周期指令的执行时间称作指令周期（单、双、四周期）2020/2/1020三、指令周期执行任何一条指令时，都可分为取指令阶段和指令执行阶段。取指令阶段，PC中地址送到程序存储器，并从中取出需要执行指令的操作码和操作数。指令执行阶段，对指令操作码进行译码，以产生一系列控制信号完成指令的执行。晶振周期，S状态，机器周期和指令周期均是单片机时序单位。机器周期常用做其他时间的基本单位。如晶振频率为12MHZ，机器周期为1us，指令周期为1~4个机器周期，即1~4us。2020/2/10212.7.280C51单片机的复位单片机的初始化操作，摆脱死锁状态，就是从复位开始的。常见的有两种：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容C的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。RST引脚加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可使MCS-51复位。上电与按键均有效的复位，在单片机运行时，利用按键完成复位操作。在实际的系统中，单片机断电以后，会在较短的时间内再次加电，R1上并接一个放电二极管。2020/2/1022复位可使单片机或系统部件处于确定的初始状态。80C51C1R1＋5V80C51C1R1＋5VR2KRSTRST99D复位电路上电复位电路按键与上电复位2.7.280C51单片机的复位2020/2/1023单片机复位后的状态PC=0000H，使MCS-51单片机从0000H单元开始执行程序。RAM：随机值（运行中复位不改变RAM内容）SFR：P0~P3=FFH，各I/O已写入1，可作为输入和输出SP=07H，堆栈指针指向片内RAM的07H单元。IP、IE和PCON：有效位为0，各中断源关中断且都处于低优先级。PSW=00H，当前寄存器为0组。2020/2/10242020/2/1025★1.时钟电路对系统是很重要的计算机内部都是数字电路，都按时钟节拍工作，如果系统的时钟电路有问题，没有时钟信号，系统是无法工作的，因此，如果你的单片机应用系统不能工作，检查系统有没有时钟信号，是查找毛病的步骤之一。如果系统不能正常工作，怎么办?2020/2/10262.如果系统不能工作，也应查一查复位电路,有无复位信号，如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态，PC总为0，不会执行程序。如果复位电路有问题，PC不会置初始值0，而是其他随机值，而该地址没有程序，或者是乱码，也不会正常执行程序。因此，用户主程序必须从0地址开始存放。后面我们将看到汇编语言程序的第1句是：ORG03.EA是否接到＋5V,否则不会到片内取指令、执行程序。4.控制信号：PSEN,ALE,RD,WD