第2章80C51单片机的硬件结构(3.00)

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,第,2,章,80C51,单片机的硬件结构,80C51,系列,概述,2.1,80C51,内部结构,及,基本功能部件,2.2,80C51,典型,资源配置,与,引脚封装,2.3,80C51,单片机的,CPU,2.4,80C51,的,存储器,组织,2.5,80C51,的,并行口结构,与,操作,2.6,80C51,的工作时序,与,复位电路,2.7,2024/10/2,1,2.6 80C51,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,）,输,出,时,2.6.1 P0,、,P2,口的结构,2024/10/2,2,P0,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。,2024/10/2,3,P0,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。,2024/10/2,4,（,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。,2024/10/2,5,输,入,时,读锁存器（,“,读,-,修改,-,写,”,类指令，如,ANL P0,A,）,读引脚（,“,MOV,”,类指令，如,MOV A,P0,）,要先写,“,1,”,1,0,P0,作通用,I/O,时为：,准双向口,！,2024/10/2,6,P0,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,。,2024/10/2,7,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。,2024/10/2,8,P2,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,作通用,I/O,时为：,准双向口,！,P2,作地址总线高,8,位,（,C=1,）,2024/10/2,9,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。,2024/10/2,10,P1,口结构,P1,仅能为通用的,准双向口,！,2.6.2 P1,、,P3,口的结构,2024/10/2,11,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。,2024/10/2,12,P3,口结构,第一功能：,通用,I/O,口（对口寻址时）,2024/10/2,13,P3,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）,2024/10/2,14,2.7 80C51,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,2.7.1 80C51,的工作时序,2024/10/2,15,1,、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,。,2024/10/2,16,2,、外部时钟方式,常用于多片,MCS-51,单片机同时工作。,(,用的很少,),2024/10/2,17,80C51,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：,2024/10/2,18,1,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）,2024/10/2,19,三、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,14,个机器周期，即,14us,。,2024/10/2,20,2.7.2 80C51,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。,2024/10/2,21,复位,可使单片机,或,系统部件处于确定的,初始状态,。,复位电路,上电复位电路 按键与上电复位,2.7.2 80C51,单片机的复位,2024/10/2,22,单片机复位后的状态,PC,=,0000,H,，,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=,FF,H,，各,I/O,已写入,1,，可作为输入和输出,SP=,07,H,，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=,00,H,，当前寄存器为,0,组。,2024/10/2,23,2024/10/2,24,1.,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,?,2024/10/2,25,2.,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：,ORG 0,3.,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,2024/10/2,26,Thank You!,