资源描述
2.5 并行输入/输出（I/O）端口接口的主要功能包括：接口的主要功能包括：缓冲与锁存数据、地址译码、信息格式转换、传递缓冲与锁存数据、地址译码、信息格式转换、传递状态（外设状态）和发布命令等。状态（外设状态）和发布命令等。I/O接口有：接口有：并行接口、串行接口、定时并行接口、串行接口、定时/计数器、计数器、A/D、D/A等。等。根据外设的不同情况和要求选择不同的接口。根据外设的不同情况和要求选择不同的接口。本节介绍本节介绍MCS-51单片机的并行输入单片机的并行输入/输出接口。输出接口。P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7/EA/ALE/PSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0口口地址地址数据数据复用复用总线总线P2口口地址地址总线总线高高8位位P1口口=I/O口口P3口口双双功功能能80518052123456789101112131415161718192040393837363534333231302928272625242322212.5 并行输入/输出（I/O）端口并行输入/输出接口MCS-51单片机有单片机有P0、P1、P2、P3四个四个8位双向并行位双向并行I/O口，每个端口可以按字节输入或口，每个端口可以按字节输入或输出，也可以按位进行输入或输出，输出，也可以按位进行输入或输出，4个并行口个并行口共有共有32根端口线，用做位控制十分方便。并行根端口线，用做位控制十分方便。并行I/O口具有如下特点。口具有如下特点。2.5 并行输入/输出（I/O）端口并行I/O口特点（1）4个个并并行行I/O口口都都是是双双向向的的。P0口口为为漏漏极极开开路路驱驱动动；P1、P2、P3口口均均具具有有内内部部上上拉拉电电阻阻驱驱动；它们有时称为准双向口。动；它们有时称为准双向口。（2）32根根端端口口线线都都可可用用做做输输入入或或输输出出，还还可可进进行行位操作。位操作。（3）当当并并行行I/O口口作作为为输输入入时时，该该口口的的锁锁存存器器必必须须先先写写入入“1”，这这是是一一个个重重要要条条件件。否否则则，该该口口不能读入正确数据。不能读入正确数据。2.5 并行输入/输出（I/O）端口2.5.1 P0口地址地址/数据分时复用总线数据分时复用总线通用通用I/O口口-P0-P0口的功能口的功能口的功能口的功能图图图图2-8 P02-8 P0口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图P0P0口有两种功能口有两种功能口有两种功能口有两种功能 它它由由一一个个输输出出锁锁存存器器、两两个个三三态态输输入入缓缓冲冲器器和和输输出出驱驱动动电电 路及控制电路组成；路及控制电路组成；P0口内部无上拉电阻，作为口内部无上拉电阻，作为I/O口时，必须外接上拉电阻。口时，必须外接上拉电阻。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口引口引脚脚-地址/数据总线状态2.5.1 P0口图图图图2-8 P02-8 P0口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图输出时输出时CPUCPU执行输出指令执行输出指令 硬件自动使控制线为硬件自动使控制线为“0”0”；写脉冲加在锁存器的写脉冲加在锁存器的CLKCLK端。端。控制线为低封锁控制线为低封锁“与与”门，将输出上拉场效应管门，将输出上拉场效应管T0截止，同时截止，同时使多路开关使多路开关MUXMUX把锁存器与输出驱动场效应管把锁存器与输出驱动场效应管T1栅极接通。写栅极接通。写脉冲使与内部数据总线相连的脉冲使与内部数据总线相连的D D端数据出现在端数据出现在Q非端。非端。n n由由由由于于于于输输输输出出出出驱驱驱驱动动动动级级级级是是是是漏漏漏漏极极极极开开开开路路路路电电电电路路路路（因因因因 T0T0截截截截 止止止止），在在在在作作作作为为为为I/OI/O口口口口使使使使用用用用时时时时应应应应外外外外接接接接10K10K的的的的上上上上拉电阻拉电阻拉电阻拉电阻。10K10K当当CPU从端口读数据时，端口中两个三态门用于读操作。从端口读数据时，端口中两个三态门用于读操作。-P0口读/写数据2.5.1 P0口图图图图2-8 P02-8 P0口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图 当当作作输输入入端端口口使使用用时时，应应先先对对该该口口写写入入“1”以以使使场场效效应应管管VT1截截止止，再再进进行行读读入入操操作作，以以防防场场效效应应管管处处于于导导通通状状态而使引脚箝位到零，引起误读。态而使引脚箝位到零，引起误读。P0作为地址作为地址/数据总线数据总线-P0口读/写数据2.5.1 P0口图图图图2-8 P02-8 P0口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图口每位的内部结构示意图CPU对对外外存存操操作作时时，由由内内部部硬硬件件自自动动使使控控制制线线为为高高，开开关关MUX拨拨向向非非门门输输出出端端。这这时时P0端端口口作作为为地地址址/数数据据总总线线分分时时使使用用。P0引引脚脚输输出出地地址址/数数据据信信息息。端端口口输输出出地地址址或或数数据据。上上下下两两个个FET处处于于反反相相，构构成成了了推推拉拉式的输出电路，其负载能力大大增强。式的输出电路，其负载能力大大增强。-4个并行口使用注意事项（1）如果单片机内部有程序存储器，不需要扩展外部存储）如果单片机内部有程序存储器，不需要扩展外部存储器和器和I/O接口，单片机的接口，单片机的4个口均可作为个口均可作为I/O口使用；口使用；（2）4个口在作为输入口使用时，均应先对其写个口在作为输入口使用时，均应先对其写“1”，以避，以避免误读；免误读；（3）P0口作为口作为I/O口使用时应外接口使用时应外接10K的上拉电阻，其它的上拉电阻，其它口则可不必；口则可不必；（4）P2口部分口线作地址使用时，剩下的口线不能作为口部分口线作地址使用时，剩下的口线不能作为I/O口线使用；口线使用；（5）P3口部分口线作第二功能时，剩下的口线可以单独作口部分口线作第二功能时，剩下的口线可以单独作为为I/O口线使用。口线使用。2.5.1 P0口nP0P0、P1P1、P2P2、P3P3并行端口使用注意事项并行端口使用注意事项并行端口使用注意事项并行端口使用注意事项-P1-P1口的结构及特点口的结构及特点 它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成-Pl口只有一种功能，即口只有一种功能，即通用输入通用输入/输出接口输出接口。D QD QCLK QCLK QP1.nP1.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚VCCRT TP1口引脚它与它与P0口有口有两点两点不同：不同：1、没有电子开关没有电子开关MUX，所以工作时必须先对该位的锁存器写，所以工作时必须先对该位的锁存器写 “1”，然后再输入数据；，然后再输入数据；2、在驱动电路部分，用、在驱动电路部分，用内部的上拉电阻内部的上拉电阻取代了场效应管。取代了场效应管。2.5.2 P1口1.输出方式当当CPU执行写执行写P1口的指令口的指令（如（如MOVPl,#data）时，）时，P1口工作于输口工作于输出方式，此时出方式，此时数据数据data经内经内部总线送入锁部总线送入锁存器锁存。存器锁存。如如如如果果果果某某某某位位位位的的的的数数数数据据据据为为为为1 1，则则则则该该该该位位位位锁锁锁锁存存存存器器器器输输输输出出出出端端端端Q Q=1 1，而而而而使使使使T T截截截截止止止止，从从从从而而而而在在在在引引引引脚脚脚脚P1.xP1.x上上上上出出出出现现现现高高高高电电电电平平平平，即即即即输输输输出出出出数数数数据据据据“1”1”。反反反反之之之之，如如如如果果果果数数数数据据据据为为为为0 0，则则则则Q Q=0 0，而而而而使使使使T T导导导导通通通通，P1.xP1.x上出现低电平，即输出数据上出现低电平，即输出数据上出现低电平，即输出数据上出现低电平，即输出数据“0”0”。2.5.2 P1口-P1-P1口工作原理口工作原理口工作原理口工作原理2.输入方式读端口：读端口：当当CPU执行如执行如MOVA,P1指令指令时，P1口工作于输入口工作于输入方式。由于输出驱动方式。由于输出驱动VT并接在引脚上，如果并接在引脚上，如果VT导通，就会导通，就会将输入的高电平拉成低电平，以致产生误读。用作输入时必将输入的高电平拉成低电平，以致产生误读。用作输入时必须先向端口写须先向端口写“1”。2.5.2 P1口-P1-P1口工作原理口工作原理口工作原理口工作原理2.输入方式2.5.2 P1口-P1-P1口工作原理口工作原理口工作原理口工作原理读锁存器：读锁存器：有些指令有些指令 如：如：ANL P0，A称为称为“读读-改改-写写”指令，指令，指令的过程是不直接读引脚数据而是读指令的过程是不直接读引脚数据而是读P0P0口锁存器中的数据。口锁存器中的数据。当读锁存器信号有效时，三态缓存器当读锁存器信号有效时，三态缓存器1 1导通，导通，Q Q端数据送内部总端数据送内部总线。线。究竟是读引脚还是读锁存器，究竟是读引脚还是读锁存器，究竟是读引脚还是读锁存器，究竟是读引脚还是读锁存器，CPUCPU内部会内部会内部会内部会自行判断自行判断自行判断自行判断是发读是发读是发读是发读引脚脉冲还是读锁存器脉冲。引脚脉冲还是读锁存器脉冲。引脚脉冲还是读锁存器脉冲。引脚脉冲还是读锁存器脉冲。-P2口的结构及特点口的结构及特点 1.P21.P2口作为口作为普通普通I/OI/O口口D QCLK QMUXP2.n读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址地址控制控制VCCRTP2口引脚 CPU CPU发出控制电平发出控制电平“0”0”，使多路开关，使多路开关MUXMUX倒向倒向锁存器输出锁存器输出Q Q端，构成一个准双向口。其功能与端，构成一个准双向口。其功能与P1P1相同，工作方式、负载能力也相同。相同，工作方式、负载能力也相同。2.5.3 P2口P2口有两种用途：口有两种用途：通用通用I/O口；高口；高8位地址总线位地址总线。2.P22.P2口作为口作为地址总线地址总线 在系统扩展片外在系统扩展片外程序存储器程序存储器扩展数据存储器且容量超过扩展数据存储器且容量超过256B 256B(MOVX AMOVX A，DPTR DPTR 或或MOVX DPTRMOVX DPTR，A A)时，时，CPUCPU发出控制电发出控制电平平“1 1”，使多路开关，使多路开关MUXMUX倒倒内部地址线内部地址线。此时，。此时，P2P2输出高输出高8 8位地址。位地址。D QCLK QMUXP2.n读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址地址控制控制VCCRTP2口引脚-P3口的结构及特点 D QD QCLK QCLK QP3.nP3.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读读引脚引脚VCCRT TP3口引脚第二第二输入功能输入功能第二第二输出功能输出功能1、作为通用I/O口与P1口类似-(W=1)W2.5.4 P3口D QD QCLK QCLK QP3.nP3.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读读引脚引脚VCCRT TP3口引脚第二第二输入功能输入功能第二第二输出功能输出功能2、P3P3P3P3第二功能(Q=1)此时引脚部分输入(Q=1、W=1),部分输出(Q=1、W输出)。W2.5.4 P3口P3P3P3P3第二功能各引脚功能定义：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外部输入P3.5：T1定时器1外部输入P3.6：WR外部写控制P3.7：RD外部读控制2.5.4 P3口1、P0口的输出级的每一位可驱动口的输出级的每一位可驱动8个个TTL门，但它驱门，但它驱 动动NMOS门门时时需需外加上拉外加上拉电阻电阻；而作；而作地址地址/数据数据总总 线（线（复用复用）时，）时，无须无须外接上拉外接上拉电阻电阻。2、P1口口P3口输出级的每一位可驱动口输出级的每一位可驱动4个个TTL门，门，无须无须外接上拉外接上拉电阻电阻。3、P0口口P3口若是由口若是由CMOS电路组成，当它电路组成，当它驱动普驱动普 通晶体管的基极通晶体管的基极时，应在端口和晶体管之间时，应在端口和晶体管之间串入一串入一 个电阻个电阻,来来限制限制高电平的高电平的输出电流输出电流。4、P0口口P3口都可用作口都可用作8位数据总线的输入位数据总线的输入/输出。输出。5、P0口在第二功能时和口在第二功能时和P2口构成口构成16位地址总线中的位地址总线中的 低低8位位。P0口口P3口使用中的特点口使用中的特点总结总结6、P1无第二功能无第二功能7、P2口在口在第二功能第二功能时和时和P0口构成口构成16位地址总线位地址总线 中的中的高高8位位。8、P3口通常用于口通常用于第二功能第二功能的输入的输入/输出。输出。9、系统复位系统复位后，后，P0口口P3口的口的32个管脚均输出个管脚均输出 高电平高电平(0FFH)。（。（注意注意与外设的配合）与外设的配合）10、可以规定并行口的一部分管脚为输入脚，另、可以规定并行口的一部分管脚为输入脚，另 一部分脚为输出脚，没有使用的脚可以悬空。一部分脚为输出脚，没有使用的脚可以悬空。-I/O端口应用设计例例2-1设设计计一一电电路路，监监视视某某开开关关（K），用用发发光光二二极极管管（LED）显显示示开开关关状状态态。如如果果K闭闭合合，则则LED亮亮；如果如果K断开，则断开，则LED熄灭。熄灭。分析：分析：分析：分析：通过程序监视通过程序监视通过程序监视通过程序监视P1.1P1.1端口端口端口端口的状态。的状态。的状态。的状态。若：若：若：若：P1.1=1P1.1=1，P1.0=0P1.0=0 若：若：若：若：P1.1=0P1.1=0，P1.0=1P1.0=12.5.5 并行口的应用汇编语言程序代码如下：汇编语言程序代码如下：CLRP1.0;使使LED灭灭AGA:SETBP1.1;先对先对P1.1口口写入写入“1”，;设置为输入设置为输入JB P1.1,LIG;判断判断P1.1口状态（口状态（0或或1），），;“1”为为K断开，转断开，转LIGSETBP1.0;K闭合时，置位闭合时，置位P1.0，LED亮亮SJMPAGA;循环执行，方便反复调整开关循环执行，方便反复调整开关;状态，观察执行结果状态，观察执行结果LIG:CLRP1.0;K断开时，断开时，P1.0清清0，LED灭灭SJMPAGA;循环执行，循环执行，2.5.5 并行口的应用-I/O端口应用设计例2-2在图2-10所示电路中，P1.4P1.7接4个LED管，P1.0P1.3接4个开关，编程序将开关的状态反映到LED上。2.5.5 并行口的应用-I/O端口应用设计 ORG0000H MOVP1,#0FFH;高四位的高四位的LED全灭，低四位输入线送全灭，低四位输入线送“1”ABC:MOVA,P1;读读P1口引脚开关状态，并送入口引脚开关状态，并送入A SWAPA;低四位开关状态换到高四位低四位开关状态换到高四位 ANLA,#0F0H;保留高四位保留高四位 MOVP1,A;从从P1口输出，驱动四位口输出，驱动四位LED ORLP1,#0FH;保持高四位不变，低四位送保持高四位不变，低四位送“1”，;准备再读开关准备再读开关 SJMPABC;循环执行，方便反复调整开关状态，循环执行，方便反复调整开关状态，;观察执行结果观察执行结果 上述程序中上述程序中每次读取开关状态之前，输入位都先置每次读取开关状态之前，输入位都先置“1”，保证了开，保证了开关状态的正确读入。关状态的正确读入。2.5.5 并行口的应用-I/O端口应用设计汇编语言程序代码如下：汇编语言程序代码如下：汇编语言程序代码如下：汇编语言程序代码如下：sfrP1=0 x90;main()P1=0 xff;/*P1低低4位置位置“1”，高，高4位灯全灭位灯全灭*/while(1)P1=P14;/*读入读入P1引脚状态，左移四位，引脚状态，左移四位，将低四位的开关状态移至高四位将低四位的开关状态移至高四位后后从从P1口输出，以驱动口输出，以驱动LED*/P1=P1|0 x0f;/*P1高高4位不变，低位不变，低4位置位置“1”，准备下再读开关状态准备下再读开关状态*/2.5.5 并行口的应用C C语言程序代码如下：语言程序代码如下：语言程序代码如下：语言程序代码如下：-I/O端口应用设计2.5.5 并行口的应用-I/O端口应用设计例例例例2-32-3 用用用用P1.0P1.0输输输输出出出出1kHz1kHz和和和和500Hz500Hz的的的的音音音音频频频频信信信信号号号号驱驱驱驱动动动动扬扬扬扬声声声声器器器器，作作作作为为为为报报报报警警警警信信信信号号号号，要要要要求求求求1kHz1kHz信信信信号号号号响响响响100ms100ms，500Hz500Hz信信信信号号号号响响响响200ms200ms，交交交交替替替替进进进进行行行行。P1.7P1.7接接接接一一一一开开开开关关关关进进进进行行行行控控控控制制制制，当当当当开开开开关关关关合合合合上上上上（高高高高电电电电平平平平）时时时时发发发发出出出出报报报报警警警警信信信信号号号号，当当当当开开开开关关关关断断断断开开开开（低低低低电电电电平平平平）时时时时报报报报警警警警信信信信号号号号停停停停止止止止。设设设设单单单单片片片片机机机机晶晶晶晶振振振振频频频频率为率为率为率为12MHz12MHz。编程实现上述功能。编程实现上述功能。编程实现上述功能。编程实现上述功能。500Hz信信号号周周期期为为2ms，信信号号电电平平为为每每1ms改改变变1次次。1kHz的的信信号号周周期期为为1ms，信信号号电电平平每每500s改改变变1次次。编编写写一一个个延延时时500s的的子子程程序序，延延时时1ms只只需需调调用用2次次。用用R2控控制制音音响响时时间间长长短短，A作作 为为 音音 响响 频频 率率 交交 换换 控控 制制 的的 标标 志志。A=0FFH时时产产生生500Hz信信号号，A=00H时时产产生生1kHz信号。信号。2.5.5 并行口的应用-I/O端口应用设计分析：分析：分析：分析：汇编语言程序代码如下：汇编语言程序代码如下：ORG 0000HCLRA;A作为作为1kHz，500Hz转换控制标志转换控制标志BEG:JNBP1.7,;检测检测P1.7的开关状态，等待开关闭的开关状态，等待开关闭合合MOV R2,#200;R2置音响控制时间初值置音响控制时间初值DV：CPLP1.0;改变改变P1.0状态状态CJNE A,#0FFH,N1;A0FFH，延时，延时500sACALLD500;A=0FFH，延时，延时1msN1：ACALLD500DJNZ R2,DV；判断音响时间；判断音响时间100ms或或200msCPLA;交换另一频率的音响交换另一频率的音响SJMP BEGD500:MOV R7,#250;延时延时500s子程序子程序DJNZ R7,;l执行该指令用执行该指令用2sRETEND2.5.5 并行口的应用-汇编程序实现2.6 时钟电路及时序单单片片机机工工作作是是在在统统一一的的时时钟钟脉脉冲冲控控制制下下一一拍拍一一拍拍进进行行的的，这这个个脉脉冲冲是是单单片片机机控控制制器器中中的的时时序序电电路路发发出出的的。MCS-51系系列列单单片片机机内内部部有有一一个个高高增增益益反反相相放放大大器器，用用于于构构成成振振荡荡器器，但但要要形形成成时时钟钟脉脉冲冲，外外部部还还需需附附加加电电路路。MCS-51的的时时钟钟产产生生方方法有以下两种。法有以下两种。2.6.1 2.6.1 时钟电路时钟电路时钟电路时钟电路-内部时钟方式利利用用芯芯片片内内部部的的振振荡荡器器，然然后后在在引引脚脚XTALl和和XTAL2两两端端跨跨接接晶晶体体振振荡荡器器（简简称称晶晶振振），就就构构成成了了稳稳定的自激振荡器，发出的脉冲送入内部时钟电路。定的自激振荡器，发出的脉冲送入内部时钟电路。外外外外接接接接晶晶晶晶振振振振时时时时，ClCl和和和和C2C2的的的的值值值值通通通通常常常常选选选选择择择择为为为为30pF30pF左左左左右右右右；ClCl、C2C2对对对对频频频频率率率率有有有有微微微微调调调调作作作作用用用用，晶晶晶晶振振振振或或或或陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷谐谐谐谐振振振振器器器器的的的的频频频频率率率率范范范范围围围围可可可可在在在在1.21.212MHz12MHz之之之之间选择。间选择。间选择。间选择。2.6.1 时钟电路1.1.内部时钟方式内部时钟方式内部时钟方式内部时钟方式-外部时钟方式利利用用外外部部振振荡荡脉脉冲冲接接入入XTALl或或 XTAL2。HMOS和和CHMOS单单片片机机外外时时钟钟信信号号接接入入方方式式不不同同，如如表表所所示示。单单片片机机（HMOS型型）外部时钟电路如图所示。外部时钟电路如图所示。2.6.1 时钟电路2.2.外部时钟方式外部时钟方式外部时钟方式外部时钟方式2.6.2 时序CPUCPU在在执行行指指令令时，各各控控制制信信号号在在时间顺序序上上的的关关系系称称时序序.CPU执执行行指指令令的的一一系系列列动动作作都都是是在在时时序序电电路路控控制制下下进进行行的的，由由于于指指令令的的字字节节数数不不同同，取取这这些些指指令令所所需需要要的的时时间间就就不不同同，即即使使是是字字节节数数相相同同的的指指令令，由由于于执执行行操操作作有有较较大大差差别别，不不同同的的指指令令执执行行时时间间也也不不一一定定相相同同。为为了了便便于于对对CPU时时序序进进行行分分析析，按按指指令令的的执执行行过过程程规规定定了了几几种种周周期期，即即时时钟钟周周期期、状状态态周周期期、机机器器周期和指令周期，也称为时序定时单位。周期和指令周期，也称为时序定时单位。-时钟周期时时钟钟周周期期也也称称为为振振荡荡周周期期，定定义义为为时时钟钟脉脉冲冲频频率率（fosc）的的倒倒数数，它它是是单单片片机机中中最最基基本本的的、最最小小的的时时间间单单位位。在在一一个个时时钟钟周周期期内内，CPU仅仅完完成成一一个个最最基基本本的的动动作作。为为方方便便描描述述，振荡周期用振荡周期用P表示。表示。2.6.2 时序1.1.时钟周期时钟周期时钟周期时钟周期-状态周期时时钟钟周周期期经经2分分频频后后成成为为内内部部的的时时钟钟信信号号，用用作作单单片片机机内内部部各各功功能能部部件件按按序序协协调调工工作作的的控控制制信信号号，称称为为状状态态周周期期，用用S表表示示。这这样样，一一个个状状态态周周期期就就有有两两个个时时钟钟周周期期，前前半半状状态态周周期期相相应应的的时时钟钟周周期期定定义义为为P1，后后半半状状态态周周期期相相应的时钟周期定义为应的时钟周期定义为P2。2.6.2 时序2.2.状态周期状态周期状态周期状态周期-机器周期完完成成一一个个基基本本操操作作所所需需要要的的时时间间称称为为机机器器周周期期。MCS-51有有固固定定的的机机器器周周期期，规规定定一一个个机机器器周周期期有有6个个状状态态，分分别别表表示示为为S1S6，而而一一个个状状态态包包含含两两个个时时钟钟周周期期，那那么么一一个个机机器器周周期期就就有有12个个时时钟钟周周期期，可可以以表表示示为为S1P1,S1P2,S6P1,S6P2。2.6.2 时序3.3.机器周期机器周期机器周期机器周期-机器周期一一个个机机器器周周期期共共包包含含12个个振振荡荡脉脉冲冲，即即机机器器周周期期就就是振荡脉冲的是振荡脉冲的12分频。分频。显显然然，如如果果使使用用6MHz的的时时钟钟频频率率，一一个个机机器器周周期期就就是是2s，而而如如果果使使用用12MHz的的时时钟钟频频率率，一一个个机机器器周周期期就就是是1s。2.6.2 时序3.3.机器周期机器周期机器周期机器周期-指令周期指指令令周周期期是是执执行行一一条条指指令令所所需需要要的的时时间间，一一般般由由若若干干个个机机器器周周期期组组成成，指指令令不不同同，所所需需要要的的机机器器周周期期数数也也不不同同。有单周期指令、双周期指令、有单周期指令、双周期指令、4周期指令。周期指令。2.6.2 时序4.4.指令周期指令周期指令周期指令周期5.MCS-51指令的取指/执行时序ALE信信号号是是用用于于锁锁存存地地址址的的选选通通信信号号，由由时时钟钟频频率率6分分频频得得到到的的。通通常常，在在每每个个机机器器周周期期内内ALE信信号号出出现现两两次次，时时刻刻为为S1P2和和S4P2，信信号号的的有有效效宽宽度度为为一一个个S状状态态。每每出出现现一一次次ALE信信号号，CPU进进行行一一次次读读指指令令操操作作,但但并并不不是是每每条条指指令令在在ALE信信号号生生效效时时都都能能有有效效地地读读取取指指令令。如如果果是是单单周周期期指指令令，则则在在S4P2期期间间仍仍有有操操作作，但但读读出出的的字字节节被被丢丢弃弃，且且读读后后的的PC值值不不加加1。如如果果是是双双周周期指令，则在期指令，则在S4P2期间读二字节，在期间读二字节，在S6P2时结束指令。时结束指令。2.6.2 时序2.6.2 时序-51单片机时序图2.7 单片机的工作方式复复位位是是单单片片机机的的初初始始化化操操作作。单单片片机机系系统统在在上上电电启启动动运运行行时时，都都需需要要先先复复位位。其其作作用用是是使使CPU和和系系统统中中其其他他部部件件都都处处于于一一个个确确定的初始状态，并从这个状态开始工作。定的初始状态，并从这个状态开始工作。2.7.1 2.7.1 复位方式复位方式复位方式复位方式-复位的作用复位的作用复位的作用复位的作用-复位电路2.7.1 复位方式复位方式（1 1）上电复位）上电复位）上电复位）上电复位 上上上上电电电电复复复复位位位位利利利利用用用用电电电电容容容容器器器器的的的的充充充充电电电电实实实实现现现现。在在在在时时时时钟钟钟钟电电电电路路路路工工工工作作作作后后后后，在在在在RSTRST端端端端连连连连续续续续给给给给出出出出2 2个个个个机机机机器器器器周周周周期期期期的的的的高高高高电电电电平平平平就可完成复位操作。就可完成复位操作。就可完成复位操作。就可完成复位操作。1.复位电路 单片机的外部复位电路有上电自动复位和按键手动复位两种。-上电加按键复位当复位按键按下后，复位端通过当复位按键按下后，复位端通过51的小电阻与的小电阻与+5V电源接通，迅速放电，使电源接通，迅速放电，使RST引脚为高电平；引脚为高电平；当当当当复复复复位位位位按按按按键键键键弹弹弹弹起起起起后后后后，+5V+5V电电电电源源源源通通通通过过过过2K2K电电电电阻阻阻阻对对对对22F22F电电电电容容容容重重重重新新新新充充充充电电电电，RSTRST引引引引脚脚脚脚端端端端出出出出现现现现复复复复位位位位正正正正脉脉脉脉冲冲冲冲。其持续时间取决于其持续时间取决于其持续时间取决于其持续时间取决于RCRC电路的时间常数。电路的时间常数。电路的时间常数。电路的时间常数。2.7.1 复位方式复位方式（2 2）上电加按键复位）上电加按键复位）上电加按键复位）上电加按键复位 单片机复位后，片内RAM中低128B的内容不会改变，但特殊功能寄存器（SFR）的值被初始化。复位期间单片机的ALE端输出高电平2.复位状态2.7.2 程序执行方式MCS-51单单片片机机的的基基本本工工作作方方式式是是程程序序执执行行方方式式，它它分分为为连连续续执执行行工工作作方方式式和和单单步步执执行行工工作作方式。方式。单单单单片片片片机机机机在在在在复复复复位位位位后后后后，其其其其PCPC值值值值为为为为0000H0000H。一一一一般般般般在在在在0000H0000H地地地地址址址址放放放放一一一一条条条条无无无无条条条条件件件件转转转转移移移移指指指指令令令令（LJMPLJMP），以以以以便便便便跳跳跳跳转转转转到到到到用用用用户户户户程程程程序序序序的的的的入入入入口口口口地地地地址址址址处处处处连连连连续续续续执执执执行行行行用用用用户户户户程程程程序。序。序。序。1.1.连续执行工作方式连续执行工作方式连续执行工作方式连续执行工作方式-连续执行方式连续执行方式连续执行方式连续执行方式-单步执行方式单单步步执执行行工工作作方方式式是是用用户户调调试试程程序序的的一一种种工工作作方方式式，一一次次执执行行一一条条指指令令。单单步步执执行行工工作作方方式式是是利利用用单单片片机机的的外外部部中中断断功功能能实实现现的的。在在单单片片机机开开发发系系统统上上有有单单步步执执行行键键，该该键键相相当当于于单单片片机机的的外外部部中中断断源源。当当它它被被按按下下时时产产生生一一次次中中断断申申请请。MCS-51单单片片机机在在外外部部中中断断信信号号的的作作用用下下，自自动动执执行行预预先先安安排排在在中中断断服服务务程程序中的单步执行指令，执行完后中断返回。序中的单步执行指令，执行完后中断返回。2.7.2 程序执行方式2.2.单步执行工作方式单步执行工作方式单步执行工作方式单步执行工作方式待机方式可使功耗减小，电流一般为1.75mA；掉电方式可使功耗减到最小，电流一般为550A。内部控制电路内部控制电路内部控制电路内部控制电路 PCON控制寄存器的格式如下：2.7.3 低功耗运行方式 待机（空闲）方式待机（空闲）方式 掉电（停机）方式掉电（停机）方式-电源控制寄存器PCON 待机方式和掉电方式由专专用用寄寄存存器器PCONPCON（电电源源控控制寄存器）制寄存器）中的有关位控制，PCON字节地址为87H。（1 1）SMODSMOD：波特率倍增位。：波特率倍增位。：波特率倍增位。：波特率倍增位。（2 2）GF1GF1和和和和GF0GF0：通用标志位。由软件置位、复位。：通用标志位。由软件置位、复位。：通用标志位。由软件置位、复位。：通用标志位。由软件置位、复位。（3 3）PDPD：掉电方式位。若：掉电方式位。若：掉电方式位。若：掉电方式位。若PD=1PD=1，则进入掉电工作方式。，则进入掉电工作方式。，则进入掉电工作方式。，则进入掉电工作方式。（4 4）IDLIDL：待机方式位。若：待机方式位。若：待机方式位。若：待机方式位。若IDL=1IDL=1，则进入待机工作方式。，则进入待机工作方式。，则进入待机工作方式。，则进入待机工作方式。如果如果如果如果PDPD和和和和IDLIDL同时为同时为同时为同时为1 1，则进入掉电工作方式。，则进入掉电工作方式。，则进入掉电工作方式。，则进入掉电工作方式。退出待机方式的方法有两种：一种是激活中断，另一种是硬件复位。复位时，复位时，复位时，复位时，PCONPCON中所有定义位均为中所有定义位均为中所有定义位均为中所有定义位均为0 0。2.7.3 低功耗运行方式1.电源控制寄存器PCON-待机方式若写一个字节到若写一个字节到PCON，例如，执行指令，例如，执行指令ORLPCON,#0lH后，单片机进入待机方式。后，单片机进入待机方式。这时，振荡器仍然运行，并向中断逻辑、这时，振荡器仍然运行，并向中断逻辑、串行口、定时器电路提供时钟，但向串行口、定时器电路提供时钟，但向CPU提供时提供时钟的电路被中断，钟的电路被中断，CPU不工作。通常不工作。通常CPU耗电耗电量占芯片耗电量的量占芯片耗电量的80%90%，所以，所以CPU停止工停止工作就会大大降低功耗。在待机方式下，单片机消作就会大大降低功耗。在待机方式下，单片机消耗的电流可由正常的耗的电流可由正常的24mA降为降为3mA，甚至更低。，甚至更低。2.7.3 低功耗运行方式2.待机方式2.7.3 低功耗运行方式-结束待机方式（复位）结束待机方式（复位）结束待机方式（复位）结束待机方式（复位）终止待机方式的方法有以下两种：终止待机方式的方法有以下两种：终止待机方式的方法有以下两种：终止待机方式的方法有以下两种：（1 1）通过硬件复位）通过硬件复位）通过硬件复位）通过硬件复位 在在在在待待待待机机机机方方方方式式式式下下下下时时时时钟钟钟钟振振振振荡荡荡荡器器器器一一一一直直直直在在在在运运运运行行行行，RSTRST引引引引脚脚脚脚上上上上有有有有效效效效信信信信号号号号只只只只要要要要保保保保持持持持两两两两个个个个时时时时钟钟钟钟周周周周期期期期就就就就能能能能使使使使IDLIDL置置置置0 0，单单单单片片片片机机机机即即即即退退退退出出出出待待待待机机机机状状状状态态态态，从从从从它它它它停停停停止止止止运运运运行行行行的地方恢复程序的执行。的地方恢复程序的执行。的地方恢复程序的执行。的地方恢复程序的执行。（2 2）通过中断方法）通过中断方法）通过中断方法）通过中断方法 若若若若在在在在待待待待机机机机期期期期间间间间，任任任任何何何何一一一一个个个个允允允允许许许许的的的的中中中中断断断断被被被被触触触触发发发发，IDLIDL都都都都会会会会被被被被硬硬硬硬件件件件置置置置0 0，从从从从而而而而结结结结束束束束待待待待机机机机方方方方式式式式，在在在在中中中中断断断断服务程序的入口只安排一条中断返回指令。服务程序的入口只安排一条中断返回指令。服务程序的入口只安排一条中断返回指令。服务程序的入口只安排一条中断返回指令。-掉电方式PCON寄寄存存器器的的PD位位控控制制单单片片机机进进入入掉掉电电方方式式。当当检检测测到到电电源源故故障障时时，CPU执执行行指指令令ORLPCON,#02H后后，单单片片机机进进入入掉掉电电方方式式。进进入入掉掉电电方方式式时时，单单片片机机一一切切工工作作都都停停止止，只只有内部有内部RAM单元的内容被保存。单元的内容被保存。当当电电源源恢恢复复正正常常后后，只只要要硬硬件件复复位位信信号号维维持一定时间，单片机就退出掉电方式。持一定时间，单片机就退出掉电方式。2.7.3 低功耗运行方式3.掉电方式习题与思考题 2-1MCS-51单单片片机机内内部部包包含含哪哪些些主主要要功功能能部部件件？它它们们的的作作用用是是什么？什么？2-2MCS-51单片机的单片机的EA、ALE和和PSEN端的功能是什么？端的功能是什么？2-3程序计数器（程序计数器（PC）有多少位？它的主要功能是什么？）有多少位？它的主要功能是什么？2-4简述简述MCS-51单片机片内单片机片内RAM区地址空间的分配特点。区地址空间的分配特点。2-5MCS-51单片机如何实现工作寄存器组单片机如何实现工作寄存器组R0R7的选择？的选择？2-6单片机复位后，各特殊功能寄存器中的初始化状态是什么？单片机复位后，各特殊功能寄存器中的初始化状态是什么？2-7MCS-51单单片片机机的的21个个特特殊殊功功能能寄寄存存器器中中，哪哪些些具具有有位位寻寻址址能力？能力？2-8程序状态字寄存器（程序状态字寄存器（PSW）的作用是什么？）的作用是什么？习题与思考题2-9MCS-51单片机的单片机的P0、P2、P3口具有哪些功能？口具有哪些功能？2-10MCS-51单片机的片外总线是由哪些总线构成的？单片机的片外总线是由哪些总线构成的？2-11MCS-51单片机对外有几条专用控制线？单片机对外有几条专用控制线？2-12单片机时钟电路有何用途？起什么作用？单片机时钟电路有何用途？起什么作用？2-13什什么么是是时时钟钟周周期期、状状态态周周期期、机机器器周周期期和和指指令令周周期期？当当单单片片机机时时钟钟频频率率为为12MHz时时，一一个个机机器器周周期期是是多多少少？ALE引引脚的输出频率是多少？脚的输出频率是多少？2-14什么时候需要复位操作？对复位信号有何要求？什么时候需要复位操作？对复位信号有何要求？2-15按例按例2-3的要求画出对应的硬件电路图。的要求画出对应的硬件电路图。2-16设设计计一一个个按按键键电电路路。当当按按键键长长按按5s以以上上时时，系系统统复复位位；当当按键短时间按时，系统控制按键短时间按时，系统控制LED灯的开关。灯的开关。本章小结本章小结 本章主要介绍单片机的内部结构、组成、引脚分配、数据与程序存储器、以及21个特殊功能寄存器、P0P3口的内部结构及工作特点、以及单片机的CPU时序与工作方式。谢谢
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