51单片机 第02节dpj.ppt

第2章8051单片机的体系结构 主讲 朱兆优 本章学习要点： (1) 8051单片机特点、内部结构及片内各组成部件的功能作用； (2) 8051单片机引脚名称、功能和控制信号、三总线的组成； (3) 单片机的存储结构，程序存储器、数据存储器、特殊功能寄存器的编址和地址空间分配，单片机堆栈的特点、程序状态字PSW各位的含义； (4) 单片机工作时序、时钟电路、复位电路工作原理；机器周期、指令周期的计算方法；I/O的结构功能特点，单片机的工作模式。 2.1 8051单片机内部结构 八大功能部件： （1）微处理器（8位CPU） （2）程序存储器（ROM、EPROM或Flash等） （3）数据存储器（RAM、E2PROM） （4）四个8位并行可编程I/O端口（P0、P1、P2、P3） （5）一个串行口（UART） （6）两个16位定时器/计数器（T0/T1） （7）中断系统（含５～8个中断源、2个优先级） （8）特殊功能寄存器（SFR） 还包含： 时钟振荡器、总线控制器和供电电源 此外，有的还有其它功能部件，如： A/D、D/A PWM、PCA WDT SPI、I2C、ISP、IAP 2.5 并行I/O端口 说明： 1、当控制信号为0时，P0口做双向I/O口，为漏极开路（三态） 2、控制信号为1时，P0口为地址/数据复用总线（用于口扩展） 3、P0W为端口输出写信号，用于锁存输出状态 4、P0R1为读锁存器信号，执行“ANL P0,#0FH”时该信号有效 2.5.2 P1口内部结构 P1口内部结构如图2所示 输出部分有内部上拉电阻R*约为20K。 其他部分与P0端口使用相类似（读引脚时先写入1）。 2.5.3 P2口内部结构 2、当控制信号为1时 P2口输出地址信息， 此时单片机完成外部的取指操作或对外部数据存储器16位地址的读写操作。 3、当P2口作为普通I/O口使用时 用法和P1口类似。 说明： 1、P2可以作为通用的I/O，也可以作为高8位地址输出。 2.5.4 P3口内部结构 说明： 1、做普通端口使用时，第二功能应为“1”。 2.5.5 P0～P3端口功能总结 使用中应注意的问题： （1）P0～P3口都是并行I/O口，但P0口和P2口还可用来构建数据总线和地址总线，所以电路中有一个MUX，进行转换。 （2）而P1口和P3口无构建系统的数据总线和地址总线的功能，因此，无需转接开关MUX。 （3）只有P0口是一个真正的双向口，P1～P3口都是准双向口。 原因:P0口作数据总线使用时，为保证数据正确传送，需解决芯片内外的隔离问题，即只有在数据传送时芯片内外才接通；否则应处于隔离状态。为此，P0口的输出缓冲器应为三态门。 （4）P3口具有第二功能。因此在P3口电路增加了第二功能控制逻辑。这是P3口与其它各口的不同之处。 P3口的第二功能 2.6 单片机时序与复位 时钟电路用于产生单片机工作所必需的时钟控制信号。 2.6.1 时钟电路 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。 一、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，其输入端：XTAL1，输出端：XTAL2。 二、外部时钟方式 常用于多片单片机同时工作。 三、时钟信号的输出 为应用系统中的其它芯片提供时钟，但需增加驱动能力。 2.6.2 机器周期、指令周期与指令时序 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。 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： S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、SP6P1、S6P2 三、指令周期 执行一条指令时，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。 ALE信号是为地址锁存而定义的，以时钟脉冲1/6的频率出现，在一个机器周期中，ALE信号两次有效（注意，在执行访问外部数据存储器的指令MOVX时，将会丢失一个ALE脉冲） 2.6