MCS51单片机结构和原理课件

第第2章章 MCS-51单片机内部结构和原理单片机内部结构和原理 MCS-51单片机是高性能单片机是高性能8位单片机，其位单片机，其代表是代表是8051。该系列其他单片机以。该系列其他单片机以8051为核为核心，再增加一定的功能部件后构成的。心，再增加一定的功能部件后构成的。 在单片机中除了有在单片机中除了有CPU、存储器和输入、存储器和输入/输出接口外，还有定时器输出接口外，还有定时器/计数器、串行计数器、串行I/O接口和中断系统等逻辑部件。本章主要介绍接口和中断系统等逻辑部件。本章主要介绍MCS-51单片机的基本结构和功能、存储器、单片机的基本结构和功能、存储器、I/O口以及单片机的引脚功能等口以及单片机的引脚功能等。2.1 MCS-51单片机内部结构与封装单片机内部结构与封装2.1.1 MCS-51单片机基本结构及功能单片机基本结构及功能 MCS-51单片机是由单片机是由8位位CPU、程序存储、程序存储器（器（EPROM/ROM）、数据存储器）、数据存储器（RAM）、并行）、并行I/O口、串行口、串行I/O口、定时器口、定时器/计数器、中断系统、振荡器和时钟电路等部计数器、中断系统、振荡器和时钟电路等部分组成，各部分通过内部总线相连。分组成，各部分通过内部总线相连。MCS-51单片机系统结构如下图所示。单片机系统结构如下图所示。P3P1P2 可编程 串行I/O口P0外部中断基准频率源控制 128B数据存储器 4KB程序存储器 2个16位定时/计数器 振荡器及 定时电路 CPU 64KB总线扩展控制 可编程并行I/O口内部中断计数脉冲串行输出 串行输入 中央处理器是中央处理器是MCS-51单片机的核心，完成单片机的核心，完成运算和控制操作。故运算和控制操作。故CPU由运算器和控制器两由运算器和控制器两大部分组成。大部分组成。1中央处理器（中央处理器（CPU） （1）运算器。用来完成算术运算、逻辑运算）运算器。用来完成算术运算、逻辑运算和位操作。它由算术和位操作。它由算术/逻辑单元（逻辑单元（ALU）、累加）、累加器器A、寄存器、寄存器B、暂存寄存器、程序状态字寄存、暂存寄存器、程序状态字寄存器器PSW等组成。等组成。 算术算术/逻辑单元（逻辑单元（ALU）由加法器和相应的）由加法器和相应的控制器逻辑电路组成，可实现控制器逻辑电路组成，可实现8位数据的加减乘位数据的加减乘除算术运算和与、或等逻辑运算，又具有位处除算术运算和与、或等逻辑运算，又具有位处理功能。理功能。 累加器累加器A是一个非常常用的寄存器。运算是一个非常常用的寄存器。运算时将一个操作数经暂存寄存器送至时将一个操作数经暂存寄存器送至ALU，与，与另一个来自暂存寄存器的操作数在另一个来自暂存寄存器的操作数在ALU中运中运算，结果又送入累加器算，结果又送入累加器A中。中。 寄存器寄存器B在乘、除运算时用来存放一个操在乘、除运算时用来存放一个操作数，也用来存放结果的一部作数，也用来存放结果的一部分。分。 暂存寄存器用来暂时存放数据总线和其他暂存寄存器用来暂时存放数据总线和其他寄存器送来的操作数。寄存器送来的操作数。 程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW是状态标志寄存器，是状态标志寄存器，用来保存用来保存ALU运算结果的特征和处理状态。运算结果的特征和处理状态。 （2）控制器。用来统一控制和协调单片机进行工作）控制器。用来统一控制和协调单片机进行工作的部件。由程序计数器的部件。由程序计数器PC、指令寄存器、指令寄存器IR、指令译码、指令译码器器ID和定时及控制逻辑电路等部分组成。和定时及控制逻辑电路等部分组成。 程序计数器程序计数器PC是是16位计数器，总是存放下一条要位计数器，总是存放下一条要读取指令所在存储单元的读取指令所在存储单元的16位地址。每取完一个字节位地址。每取完一个字节后后PC自动加自动加1。单片机复位时。单片机复位时PC自动清自动清0，即装入地，即装入地址址0000H。 指令寄存器指令寄存器IR用来保存当前正在执行的一条指令。用来保存当前正在执行的一条指令。 指令译码器指令译码器ID用来翻译操作码，确定所要执行的操用来翻译操作码，确定所要执行的操作。作。 定时与控制逻辑是定时与控制逻辑是CPU的核心部件，它控制读指令、的核心部件，它控制读指令、执行指令、存取操作数或运算结果等操作，向其他部执行指令、存取操作数或运算结果等操作，向其他部件发出各种操作控制信号，协调各部件工作。件发出各种操作控制信号，协调各部件工作。外部数据 存储器 (RAM)外部程序 存储器 (ROM)内部程序 存储器内部数据 存储器8XX51 从从逻辑上逻辑上看看,MCS-51,MCS-51有三个存储器空间：有三个存储器空间：片内数据存储器、片外数据存储器片内数据存储器、片外数据存储器 片内、片外统一编址的程序存储器片内、片外统一编址的程序存储器 MCSMCS5151的存储器的存储器逻辑结构逻辑结构如图如图1-21-2所示。所示。MCS-51存储器物理结构3定时器定时器/计数器计数器 MCS-51单片机有单片机有2个个16位定时器位定时器/计数器，实现定计数器，实现定时和计数功能。时和计数功能。4并行并行I/O口口 MCS-51单片机有单片机有4个个8位位I/O口，即口，即P0、P1、P2和和P3，实现数据并行输入输出。，实现数据并行输入输出。5串行口串行口 MCS-51单片机有一个全双工串行口（单片机有一个全双工串行口（UART），），利用利用P3.0（RXD）和）和P3.1（TXD）实现单片机与外设）实现单片机与外设的数据传送。的数据传送。 6中断控制系统中断控制系统 MCS-51单片机有单片机有5个中断源，包括个中断源，包括2个外部中断，个外部中断，2个定时个定时/计数中断，计数中断，1个串行中断。有高级和低级两个个串行中断。有高级和低级两个优先级。优先级。7时钟电路时钟电路 主要为单片机产生时钟脉冲序列，石英晶体和微主要为单片机产生时钟脉冲序列，石英晶体和微调电容需要外接，典型晶振频率为调电容需要外接，典型晶振频率为11.0592MHz、12 MHz和和24 MHz，微调电容容量为，微调电容容量为20pF30pF。8总线总线 为了减少单片机的连线和引脚，提高集成度和可为了减少单片机的连线和引脚，提高集成度和可靠性，系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通靠性，系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的，因此有三种总线，即地址总线、数据过总线传送的，因此有三种总线，即地址总线、数据总线和控制总线。总线和控制总线。2.1.2 MCS-51单片机引脚分布及功能单片机引脚分布及功能 图图2-2是是89C51的引脚结构图，有双列直插封装的引脚结构图，有双列直插封装（DIP）方式和方形封装方式。下面分别叙述这些引）方式和方形封装方式。下面分别叙述这些引脚的功能。脚的功能。 图图2-2 89C51的引脚结构的引脚结构1电源引脚电源引脚VCC和和VSS VCC（40脚）：电源端，接脚）：电源端，接+5V。 VSS（20脚）：接地端，有时标为脚）：接地端，有时标为GND。2时钟信号引脚时钟信号引脚XTAL1和和XTAL2 XTAL1（19脚）：接外部晶振和微调电容的一脚）：接外部晶振和微调电容的一端，也是外部时钟源的输入端。端，也是外部时钟源的输入端。 XTAL2（18脚）：接外部晶振和微调电容的另脚）：接外部晶振和微调电容的另一端，采用外部时钟源时该脚悬空。判断单片机的一端，采用外部时钟源时该脚悬空。判断单片机的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端端是否有脉冲信号输出。是否有脉冲信号输出。PSENEA3控制信号引脚控制信号引脚RST、ALE、和和 RST（9脚）：复位信号输入端，高电平有效。脚）：复位信号输入端，高电平有效。 ALE（30脚）：地址锁存允许信号端。脚）：地址锁存允许信号端。CPU访问片访问片外存储器时该引脚输出信号作为锁存低外存储器时该引脚输出信号作为锁存低8位地址的控位地址的控制信号。单片机正常工作时该引脚不断向外输出正脉制信号。单片机正常工作时该引脚不断向外输出正脉冲信号，频率为振荡频率的冲信号，频率为振荡频率的1/6。PSEN （29脚）：片外程序存储允许输出信号端。脚）：片外程序存储允许输出信号端。单片模式时该引脚不接。单片模式时该引脚不接。EA （31脚）：外部程序存储器地址允许输入端。当脚）：外部程序存储器地址允许输入端。当引脚接高电平时，引脚接高电平时，CPU从片内从片内ROM访问并从内部程访问并从内部程序存储器中的指令执行；当引脚接低电平时，序存储器中的指令执行；当引脚接低电平时，CPU只只访问片外访问片外ROM并执行片外程序存储器中的指令。并执行片外程序存储器中的指令。4输入输入/输出端口输出端口P0、P1、P2和和P3 P0口（口（3239脚）：脚）：8位漏极开路型双向并行位漏极开路型双向并行I/O口。口。 P1口（口（18脚）：脚）：8位具有内部上拉电阻的准双向位具有内部上拉电阻的准双向I/O口。口。 P2口（口（2128脚）：脚）：8位具有内部上拉电阻的准双向位具有内部上拉电阻的准双向I/O口。口。 P3口（口（1017脚）：脚）：8位具有内部上拉电阻的准位具有内部上拉电阻的准双向双向I/O口，每一位又具有特殊功能（第二功能），口，每一位又具有特殊功能（第二功能），如表如表2-1所示。所示。表表2-1 P3口引脚与特殊功能表口引脚与特殊功能表INT0INT1WRRD2.2 MCS-51单片机内部存储器单片机内部存储器 CPU访问存储器时，一个地址对应唯一访问存储器时，一个地址对应唯一的存储器单元，可以是的存储器单元，可以是ROM，也可以是，也可以是RAM，并用同类访问指令，此种存储器结，并用同类访问指令，此种存储器结构称为普林斯顿结构。构称为普林斯顿结构。MCS-51单片机的存单片机的存储器在物理上是分开的，共有储器在物理上是分开的，共有4个存储空间：个存储空间：片内程序存储器、片外程序存储器、片内片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器，这种程序数据存储器和片外数据存储器，这种程序存储器和数据存储器分开的结构形式称为存储器和数据存储器分开的结构形式称为哈佛结构哈佛结构。 MCS-51单片机的存储器从逻辑上划分为单片机的存储器从逻辑上划分为3个存储地址空间：片内外统一编址的个存储地址空间：片内外统一编址的64KB程程序存储器地址空间（序存储器地址空间（0000HFFFFH），），64KB片外数据存储器地址空间（片外数据存储器地址空间（0000HFFFFH），），256字节片内数据存储器地址空间。字节片内数据存储器地址空间。CPU访问片内、片外访问片内、片外ROM指令用指令用MOVC，访，访问片外问片外RAM指令用指令用MOVX，访问片内，访问片内RAM指指令用令用MOV。图。图2-3为为MCS-51单片机的存储器单片机的存储器配置。配置。H00000FFFH图1-2 MCS-51单片机的存储器逻辑结构FFFFH0000H0FFFH 外部 RAM 外部R O M内部ROM (EA=1)H0000外部ROM (EA=0）1000HFFFFH 特殊功能 寄存器内部数据存储器内部数据存储器 内部数据 RAM7FH80H00HFFH外部数据存储器外部数据存储器 （增强型）程序存储器程序存储器 地址重叠2.2.1 程序存储器程序存储器EA 程序存储器用来存放调试好的应用程序和程序存储器用来存放调试好的应用程序和表格常数。内部有表格常数。内部有ROM的单片机，在正常运的单片机，在正常运行时应把引脚行时应把引脚 接高电平，使程序从内部接高电平，使程序从内部ROM开始执行，开始执行，当当PC值超过内部值超过内部ROM地址空间时，自动转地址空间时，自动转向外部向外部ROM去执行程序。对内部无去执行程序。对内部无ROM的的单片机，应始终接低电平，迫使单片机，应始终接低电平，迫使CPU从外部从外部ROM取指令。取指令。 64KB程序存储器中的程序存储器中的7个入口地址具有特殊功个入口地址具有特殊功能。能。 0000H单元：程序的起始地址，系统复位单元：程序的起始地址，系统复位后后PC的值为的值为0000H，0000H0002H单元用于单元用于初始化，一般在起始地址单元中设置一条绝初始化，一般在起始地址单元中设置一条绝对转移指令使之转向主程序处执行。对转移指令使之转向主程序处执行。 其他其他6个特殊功能的入口地址分别对应个特殊功能的入口地址分别对应6种中种中断源的中断服务程序入口地址，如表断源的中断服务程序入口地址，如表2-2所示。所示。通常在中断入口地址处写一条跳转指令，跳转通常在中断入口地址处写一条跳转指令，跳转到中断服务程序处执行。到中断服务程序处执行。表表2-2 中断向量入口地址表中断向量入口地址表2.2.2 数据存储器数据存储器 数据存储器数据存储器RAM用于存放运算的中间结用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲等。数据存储器地址空果、数据暂存和缓冲等。数据存储器地址空间由内部和外部数据存储器空间组成，当访间由内部和外部数据存储器空间组成，当访问片内问片内RAM时，用时，用MOV类指令；当访问片类指令；当访问片外外RAM时，则用时，则用MOVX类指令。类指令。 片内数据存储器在物理上又分为三部分：片内数据存储器在物理上又分为三部分：低低128BRAM、高、高128BRAM（仅（仅52系列）和特系列）和特殊功能寄存器（殊功能寄存器（SFR）。）。1片外片外RAM 片外片外RAM与片内与片内RAM的低地址部分的低地址部分（0000H00FFH）是重叠的。片内）是重叠的。片内RAM使使用用MOV指令，片外指令，片外64KBRAM空间专门为空间专门为MOVX指令所用，采用指令所用，采用R0、R1或或DPTR寄存寄存器间接寻址方式访问。如器间接寻址方式访问。如MOVX A，DPTR。2片内片内RAM（1）低）低128BRAM（00H7FH） 片内片内RAM的低的低128BRAM由工作寄存器区、由工作寄存器区、位寻址区和数据缓冲区组成，如下图所示。位寻址区和数据缓冲区组成，如下图所示。 00H1FH地址安排为地址安排为4组工作寄存器区，每组工作寄存器区，每组有组有8个工作寄存器（个工作寄存器（R0R7），共占），共占32个单个单元，见表元，见表2-3。通过对程序状态字。通过对程序状态字PSW中中RS1、RS0的设置，每组寄存器均可选作的设置，每组寄存器均可选作CPU的当前的当前工作寄存器组。工作寄存器组。表表2-3 工作寄存器地址表工作寄存器地址表 内部内部RAM中的中的20H2FH是是16个单元的位寻个单元的位寻址区，这址区，这16个单元共有个单元共有128位，其位地址为位，其位地址为00H7FH。所谓位寻址是指所谓位寻址是指CPU能直接对这能直接对这些位进行置些位进行置“1”、清、清“0”、求反、传送等逻辑、求反、传送等逻辑操作。操作。 数据缓冲区是片内数据缓冲区是片内RAM中中30H7FH的的80个个单元，只能以存储单元的形式使用，一般常把单元，只能以存储单元的形式使用，一般常把堆栈开辟于此区中。堆栈开辟于此区中。 （3）特殊功能寄存器（）特殊功能寄存器（SFR）（）（80H0FFH） 该区存放相应功能部件的控制命令的状态该区存放相应功能部件的控制命令的状态或数据，或数据，MCS-51系列单片机的特殊功能寄存系列单片机的特殊功能寄存器共有器共有22个，可直接寻址的有个，可直接寻址的有21个。个。 程序计数器程序计数器PC（Program Counter）。）。PC是是16位计数器，内容为将要执行的指令位计数器，内容为将要执行的指令地址，有自动加地址，有自动加1功能，以实现程序顺序执功能，以实现程序顺序执行。行。PC没有地址，不可以寻址。但在执行没有地址，不可以寻址。但在执行转移、调用、返回等指令时自动改变其内转移、调用、返回等指令时自动改变其内容实现程序执行顺序的改变。容实现程序执行顺序的改变。 累加器累加器A（ACC，Accumulator）。）。ACC为为8位寄存器，用于寄放操作数，也是位寄存器，用于寄放操作数，也是ALU运运算结果的暂存单元，也是数据的中转站，在算结果的暂存单元，也是数据的中转站，在变址寻址方式中把累加器作为变址寄存器使变址寻址方式中把累加器作为变址寄存器使用。因此累加器用。因此累加器A使用非常频繁。使用非常频繁。 寄存器寄存器B。8位寄存器，主要用于位寄存器，主要用于乘、除运算乘、除运算。 程序状态字程序状态字PSW（Program Status Word）。）。PSW的各位定义如下：的各位定义如下：2.3 MCS-51单片机单片机I/O端口电路、时钟电路与工作方式端口电路、时钟电路与工作方式2.3.1 MCS-51单片机单片机I/O端口的结构及使用方法端口的结构及使用方法 MCS-51单片机内有单片机内有4个个8位并行位并行I/O口，称为口，称为P0、P1、P2和和P3。每个端口都是。每个端口都是8位准双向位准双向I/O口，共占口，共占32个引脚。每个端口都包含一个个引脚。每个端口都包含一个锁存器，一个输出驱动器和一个输入缓冲器。锁存器，一个输出驱动器和一个输入缓冲器。在具有片外扩展存储器的系统中，在具有片外扩展存储器的系统中，P2口送出高口送出高8位地址，位地址，P0口为双向总线，分时送出低口为双向总线，分时送出低8位地位地址和数据的输入址和数据的输入/输出。输出。1P0口口 P0口的字节地址为口的字节地址为80H，位地址为，位地址为80H87H。图图2-5所示为所示为P0口某一位的结构图。它由一个口某一位的结构图。它由一个输出锁存器、输出锁存器、2个三态输入缓冲器和输出驱动个三态输入缓冲器和输出驱动电路及控制电路组成。图中控制信号电路及控制电路组成。图中控制信号C的状态的状态决定转换开关的位置。当决定转换开关的位置。当C=0时，开关处于图时，开关处于图示位置；当示位置；当C=1时，开关拨向反相器输出端位时，开关拨向反相器输出端位置。置。图图2-5 P0口某位结构图口某位结构图2P1口口 P1口的字节地址为口的字节地址为90H，位地址为，位地址为90H97H。图。图2-6所示为所示为P1口某一位的结构图。口某一位的结构图。它由一个输出锁存器、它由一个输出锁存器、2个三态输入缓冲器个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成。输出驱动电路只有和输出驱动电路组成。输出驱动电路只有一个场效应管一个场效应管VT1，同时内部带上拉电阻。，同时内部带上拉电阻。图图2-6 P1口某位结构图口某位结构图 P1口可作通用双向口可作通用双向I/O口用，不必再外接上口用，不必再外接上拉电阻。当端口用作输入时和拉电阻。当端口用作输入时和P0口一样，必口一样，必须先向对应的锁存器写入须先向对应的锁存器写入“1”，使，使VT1截止，截止，然后读引脚。然后读引脚。3P2口口 P2口的字节地址为口的字节地址为0A0H，位地址为，位地址为0A0H0A7H。图。图2-7所示为所示为P2口某一位的结构图。它口某一位的结构图。它由一个输出锁存器、由一个输出锁存器、2个三态输入缓冲器和输个三态输入缓冲器和输出驱动电路及控制电路组成。输出驱动电路只出驱动电路及控制电路组成。输出驱动电路只有一个场效应管有一个场效应管VT1，同时内部带上拉电阻。，同时内部带上拉电阻。图图2-7 P2口某位结构图口某位结构图 当单片机系统需要进行片外当单片机系统需要进行片外ROM扩展或进行片外扩展或进行片外RAM扩展时，扩展时，P2口可用于输出高口可用于输出高8位地址。位地址。4P3口口 P3口的字节地址为口的字节地址为0B0H，位地址为，位地址为0B0H0B7H。图图2-8所示为所示为P3口某一位的结构图。它由一个输出锁口某一位的结构图。它由一个输出锁存器、存器、3个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成。输个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成。输出驱动电路只有一个场效应管出驱动电路只有一个场效应管VT1，同时内部带上拉，同时内部带上拉电阻。比电阻。比P1口多了一个第二功能控制部分的逻辑电口多了一个第二功能控制部分的逻辑电路。路。图图2-8 P3口某位结构图口某位结构图 P3口是一个多功能端口。图中口是一个多功能端口。图中“与非与非”门门的作用是一个开关，决定是输出锁存器的作用是一个开关，决定是输出锁存器Q端端数据，还是输出第二功能（数据，还是输出第二功能（W）的信号。当）的信号。当W=1时，输出时，输出Q端信号；当端信号；当Q=1时，可输出时，可输出W线信号。线信号。 当当P3口作为输入使用时，同口作为输入使用时，同P0P2口一样，口一样，先由软件向口锁存器写先由软件向口锁存器写1，即使，即使D锁存器锁存器Q端端保持保持“1”，“与非与非”门输出为门输出为0，场效应管截，场效应管截止，引脚端可作为高阻输入。当止，引脚端可作为高阻输入。当CPU执行读执行读命令操作时，使缓冲器命令操作时，使缓冲器2上的上的“读引脚读引脚”信号信号有效，三态缓冲器有效，三态缓冲器2开通，于是引脚的状态经开通，于是引脚的状态经缓冲器缓冲器3、缓冲器、缓冲器2送至送至CPU内部总线。内部总线。 当某位被用作第二功能时，该位当某位被用作第二功能时，该位D锁存器锁存器Q端被内端被内部硬件自动置部硬件自动置“1”，使，使“与非与非”门对第二功能是畅门对第二功能是畅通的。由于端口不作为通的。由于端口不作为I/O口（不执行口（不执行MOV A，P3），故），故“读引脚读引脚”信号无效，缓冲器信号无效，缓冲器2不通，第二不通，第二输入功能信号经缓冲器输入功能信号经缓冲器4送入第二输入功能端。送入第二输入功能端。 注意：注意：P0口与其他口不同，它的输出级无上拉电口与其他口不同，它的输出级无上拉电阻。阻。P1P3口都是准双向口，作为输入时必须先对口都是准双向口，作为输入时必须先对相应端口锁存器写相应端口锁存器写1。2.3.2 MCS-51单片机时钟电路单片机时钟电路 时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号。单时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号。单片机是一个复杂的同步时序电路，因此必须受控于唯片机是一个复杂的同步时序电路，因此必须受控于唯一的时钟信号，而时序所研究的则是指令执行时各信一的时钟信号，而时序所研究的则是指令执行时各信号之间的相互时间关系。号之间的相互时间关系。1单片机时钟电路单片机时钟电路 单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，成振荡器，XTAL1为反相放大器的输入端，为反相放大器的输入端，XTAL2为为输出端，两端跨接石英晶体和两个电容就构成稳定的输出端，两端跨接石英晶体和两个电容就构成稳定的自激振荡器。电容器自激振荡器。电容器C1和和C2通常取通常取30pF左右，可稳左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。振荡脉冲频率范围定频率并对振荡频率有微调作用。振荡脉冲频率范围为为fosc=024MHz。 单片机的时钟电路有两种方式：内部时钟方式和单片机的时钟电路有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。如图外部时钟方式。如图2-9所示。所示。图图2-9 单片机的时钟电路单片机的时钟电路2CPU时序的几个概念时序的几个概念（1）节拍与状态周期）节拍与状态周期 节拍（用节拍（用P表示）是指振荡脉冲的周期。振荡脉表示）是指振荡脉冲的周期。振荡脉冲经过两分频后就是单片机的时钟信号，把时钟信冲经过两分频后就是单片机的时钟信号，把时钟信号的周期定义为状态（用号的周期定义为状态（用S表示）。即一个状态包含表示）。即一个状态包含两个节拍。两个节拍。 时钟周期也称为状态周期，它是计算机中最基本时钟周期也称为状态周期，它是计算机中最基本的时间单位。的时间单位。MCS-51单片机中一个时钟周期为振荡单片机中一个时钟周期为振荡周期的周期的2倍。倍。（2）机器周期和指令周期）机器周期和指令周期 一个机器周期是指一个机器周期是指CPU访问存储器一次所需要的访问存储器一次所需要的时间，一个机器周期包括时间，一个机器周期包括12个振荡周期，分为个振荡周期，分为6个状个状态：态：S1S6，每个状态又分为两个节拍。，每个状态又分为两个节拍。 指令周期是完成一条指令所需要的时间。指令周期是完成一条指令所需要的时间。MCS-51单片机系统中有单周期指令、双周期指令和四周期指单片机系统中有单周期指令、双周期指令和四周期指令。四周期指令只有乘、除两条指令。令。四周期指令只有乘、除两条指令。振荡周期振荡周期=1/ fosc状态周期状态周期=2/ fosc机器周期机器周期=12/ fosc指令周期指令周期=（14）机器周期）机器周期2.3.3 MCS-51单片机工作方式单片机工作方式1复位操作复位操作 复位是单片机的初始化操作，使单片机系统处于初复位是单片机的初始化操作，使单片机系统处于初始状态，并从这个状态开始工作。即把始状态，并从这个状态开始工作。即把PC初始化为初始化为0000H，使单片机从，使单片机从0000H单元开始执行程序。单元开始执行程序。 RST引脚是复位信号的输入端，复位信号高电平有引脚是复位信号的输入端，复位信号高电平有效，有效时间应持续效，有效时间应持续24个振荡周期（即两个机器周期）个振荡周期（即两个机器周期）以上。以上。 复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式，复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式，如图如图2-10所示。所示。 上电自动复位是在加电瞬间电容通过充电来实现的。上电自动复位是在加电瞬间电容通过充电来实现的。通电瞬间，电容通电瞬间，电容C1通过电阻通过电阻R充电，充电，RST端出现正脉端出现正脉冲，用以复位。冲，用以复位。 手动复位是指通过接通一按键开关，使单片机进手动复位是指通过接通一按键开关，使单片机进入复位状态。该复位方式可以在不断电源电的前提下入复位状态。该复位方式可以在不断电源电的前提下实现复位，需要复位时按下按键开关，电阻实现复位，需要复位时按下按键开关，电阻R1和和R2分分压，在压，在RST端分得的电压接近端分得的电压接近VCC，使系统复位。，使系统复位。 复位后各特殊功能寄存器的状态如表复位后各特殊功能寄存器的状态如表2-4所示。所示。表表2-4 复位后各特殊功能寄存器的状态复位后各特殊功能寄存器的状态图图2-10 各种复位电路各种复位电路2待机运行模式待机运行模式 进入待机模式的条件是通过软件将进入待机模式的条件是通过软件将PCON寄存器寄存器的的D0位位IDL置置1。待机运行模式下内部时钟不向。待机运行模式下内部时钟不向CPU提供，只供给中断、串行口、定时器部分。提供，只供给中断、串行口、定时器部分。CPU的的内部状态维持，即包括堆栈指针内部状态维持，即包括堆栈指针SP、程序计数器、程序计数器PC、程序状态字程序状态字PSW、累加器、累加器ACC所有的内容保持不变，所有的内容保持不变，端口状态也保持不变。该模式适用于采用端口状态也保持不变。该模式适用于采用CMOS工工艺的艺的MCS-51系列单片机。系列单片机。 进入空闲方式后，有两种方法可以使系统退出空进入空闲方式后，有两种方法可以使系统退出空闲方式。一是任何中断请求被响应都可以由硬件将闲方式。一是任何中断请求被响应都可以由硬件将PCON.0（IDL）清）清0而中止，另一种退出空闲方式的而中止，另一种退出空闲方式的方法是硬件复位。方法是硬件复位。3掉电工作方式掉电工作方式 进入掉电工作方式的条件是通过软件将进入掉电工作方式的条件是通过软件将PCON寄寄存器的存器的D1位位PD置置1，掉电运行状态下片内时钟停振，掉电运行状态下片内时钟停振，仅保留片内仅保留片内RAM单元中的内容。必须采用硬件复单元中的内容。必须采用硬件复位的方法结束掉电工作方式。位的方法结束掉电工作方式。 待机运行模式和掉电工作方式是单片机的两种低待机运行模式和掉电工作方式是单片机的两种低功耗工作方式。功耗工作方式。