80C51单片机的引脚功能

1.180C51单片机的引脚功能80C51系列中，用CHMOS工艺制造的单片机都采用双列直插式（DIP）40脚封装，引脚信号完全相同。图2-9为引脚图，这40根引脚大致可分为：电源（VCC、VSS、VPP、VPD）、时钟（XTAL1、XTAL2）、I/O口（P0~P3）、地址总线（P0口、P2口）和控制总线（ALE、RST、、、）等几部分。它们的功能简述如下：1．电源Vcc（引脚号40），芯片电源，接+5V；Vss（引脚号20），电源接地端。2．时钟XTAL1（引脚号18）内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶振的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。XTAL2（引脚号19）内部振荡器的反相放大器输出端，是外接晶振的另一端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。3．控制总线（1）ALE/（引脚号30）:正常操作时为ALE功能（允许地址锁存），用来把地址的低字节锁存到外部锁存器。ALE引脚以不变的频率（振荡器频率的1/6）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟信号或用于定时。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LSTTL电路。在8751单片机EPROM编程期间，此引脚接编程脉冲（功能）。（2）（引脚号29）：外部程序存储器读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或数据）期间，在每个机器周期内两次有效。可以驱动8个LSTTL电路。（3）RST/VPD（引脚号9）：复位信号输入端。振荡器工作时，该引脚上持续2个机器周期的高电平可实现复位操作。此引脚还可接上备用电源。在Vcc掉电期间，由向内部RAM提供电源，以保持内部RAM中的数据。（4）/Vpp（引脚号31）：为内部程序存储器和外部程序存储器的选择端。当为高电平时，访问内部程序存储器（PC值小于4K）；当为低电平时，访问外部程序存储器。对于87C51单片机，在EPROM编程期间，此端为21V编程电源输入端。4．I/O线（1）P0口（引脚号32~39）：单片机的双向数据总线和低8位地址总线。在访问外部存储器时实现分时操作，先用作地址总线，在ALE信号的下降沿，地址被锁存；然后用作为数据总线。它也可以用作双向输入/输出口。P0口能驱动8个LSTTL负载。（2）P1口（引脚号1~8）：准双向输入/输出口，它能驱动4个LSTTL负载。（3）P2口（引脚号21~28）：准双向输入/输出口。在访问外部存储器时，用作高8位地址总线。P2口能驱动4个LSTTL负载。（4）P3口（引脚号10~17）：准双向输入/输出口，它能驱动4个LSTTL负载。P3口的每一引脚还有另外一种功能：P3.0——RXD：串行口输入端P3.1——TXD：串行口输出端P3.2——：外部中断0中断请求输入端P3.3——：外部中断1中断请求输入端P3.4——T0：定时器/计数器0外部输入端P3.5——T1：定时器/计数器1外部输入端P3.6——：外部数据存储器写选通信号P3.7——：外部数据存储器读选通信号5．时钟电路80C51单片机内有一个高增益反相放大器，其频率范围为1.2MHz~12MHz，XTAL1和XTAL2分别为放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式或外部方式产生。80C51内部方式时钟电路如图2-10（a）所示。在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，就能构成自激振荡电路。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。电容器C1和C2主要起频率微调作用，电容值可选取为30pF左右（外接晶体时）或40pF左右（外接陶瓷谐振器时）。80C51外部方式时钟电路如图2-10（b）所示。XTAL1接外部振荡器，XTAL2悬空。对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波1.280C51复位及复位电路1.2.1复位结构图2-1180C51复位结构80C51复位结构如图2-11所示，此处的复位引脚只是单纯地称为RST而不是RST/VPD，因为CHMOS型单片机的备用电源也是由VCC引脚提供的。无论是HMOS型还是CHMOS型的单片机，在振荡器正在运行的情况下，复位是靠在RST/VPD引脚加持续2个机器周期（即24个振荡周期）的高电平来实现的。在RST引脚出现高电平后的第二个周期执行内部复位，以后每个周期重复一次，直至RST端变低电平。1.2.2复位电路及复位操作单片机的复位有上电复位和按钮手动复位两种。如图2-12（a）所示为上电复位电路，图（b）所示为上电按键复位电路。图2-1280C51复位电路上电复位是利用电容充电来实现的，即上电瞬间RST端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RST的电位逐渐下降。图2-12(a)中的R是施密特触发器输入端的一个10KΩ下拉电阻，时间常数为10×10-6×10×103=100ms。只要VCC的上升时间不超过1ms，振荡器建立时间不超过10ms，这个时间常数足以保证完成复位操作。上电复位所需的最短时间是振荡周期建立时间加上2个机器周期时间，在这个时间内RST的电平应维持高于施密特触发器的下阈值。上电按键复位2-12（b）所示。当按下复位按键时，RST端产生高电平，使单片机复位。复位后，其片内各寄存器状态见表2-3，片内RAM内容不变。表2-3复位后内部寄存器状态寄存器内容寄存器内容PC0000HTCON00HACCOOHTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0~P30FFHSCON00HIP××000000BSBUF不定IE0×000000BPCON0×××0000BTMOD00H由于单片机内部的各个功能部件均受特殊功能寄存器控制，程序运行直接受程序计数器PC指挥。表2-3中各寄存器复位时的状态决定了单片机内有关功能部件的初始状态。另外，在复位有效期间（即高电平），80C51单片机的ALE引脚和引脚均为高电平，且内部RAM不受复位的影响。1.380C51单片机时序1.3.1时钟周期、机器周期与指令周期1．指令周期CPU执行一条指令所用的时间称为指令周期。一个指令周期由1~4个机器周期组成。2．机器周期CPU执行一个基本操作所用时间称为机器周期，一个机器周期由6状态S1~S6组成，每个状态由2时钟脉冲组成，前一个脉冲叫相位P1，后一个脉冲叫相位P2。因此一个机器周期由12个时钟脉冲S1P1、S1P2、……、S6P1、S6P2组成，如图2-13所示。3．时钟脉冲周期时钟脉冲周期T为计算机系统主频f的倒数，即：T=1/f。若系统主频为12MHZ，则T=1/12μs。在80C51指令系统中，指令长度为1~3个字节。在单字节和双字节的指令中，除了乘法和除法指令为4周期以外，都是单周期或双周期的。三字节指令都是双周期的。若系统主频为12M，则单周期指令执行时间为12T=12×12－1=1μs。双周期指令执行时间为24T=24×12－1=2μs。4．按字节与周期的指令分类指令按字节与周期可分为4类：单字节单周期、双字节单周期、单字节双周期、访问外存储器指令，现用4条指令来说明4类指令的机器码字节数、机器周期数及时钟周期数。其中，INC指令是将累加器A或DPTR内容加1，而MOVXA，@DPTR指令是将以DPTR为地址的存储单元内容送累加器A。上述指令将在第三章中介绍，读者只要知道指令的机器码字节数及机器周期数即可。1.3.280C51单片机指令的取指、执行时序现按4类指令介绍CPU时序。因为CPU工作的过程就是取指令与执行指令的过程，所以CPU必须先取出指令，然后才能执行指令。1．双字节单周期指令由于双字节单周期指令必须在一个周期内取机器码二次，所以必须在一个机器周期内安排二次读操作码的操作，分别发生在S1P2与S4P2。在S1P2读入机器码74并送入指令寄存器IR，在S4P2读入数据03送入累加器A，即读2取2。在指令的执行过程中，P0口要分时传送地址与数据，因此当操作码的地址从P0口输出后，必须发地址锁存信号ALE给74LS373锁存器，将地址锁存在74LS373内，腾出P0口读入机器码74。在取数据03时同样要发ALE信号。因此，在一个机器周期内地址锁存信号二次有效，见80C51时序图2-13。2．单字节单周期指令对单字节单周期指令，由于操作码只有一个字节，因此第一次读操作码有效，而第二次读的操作码将被丢弃，即：读1丢1，且程序计数器PC不加1。3．单字节双周期指令对单字节双周期指令，由于操作码只有一个字节，而执行时间长达2个机器周期，因此除第1次读操作码有效外，其余三次读的操作码均被放弃，即：读1丢3。4．访问外部存储器指令MOVX执行访问外部存储器指令MOVX时，首先从程序存储器中取出指令，然后从外部数据存储器中取出数据，因此该指令执行时序图与前三类指令不同。由于MOVX是单字节双周期指令，所以在取指令阶段（即第一个机器周期的S1P1到S4P2）是读1丢1，而在执行指令读数据阶段（即第一个机器周期的S5到第二个机器周期的S3）所完成的操作如下：（1）先将外部数据存储单元的地址ADDR由DPTR从P0与P2口输出，即时序图中的S5P1到S6P2阶段。并在S4P2到S5P2阶段，发ALE信号将地址锁存。（2）在第二个机器周期S1P2到S2P2内取消ALE与程序选通信号（即取消取指操作），使P0口专门用于传送数据。同时发读信号，通过P0口将外部数据存储单元中的数据传送到累加器A中。即：时序图的S6P2到S4P1阶段。（3）由于锁存的地址为外部数据存储单元的地址，所以在第二个机器周期S4取消取指令的操作，即：不再发程序选通信号。注：由于执行MOVX指令时，在第二个机器周期中要少发一次ALE信号，所以ALE的频率是不稳定的。