第章 MCS 片机内部结构和原理.ppt

2.存储器 MCS-51的储存器结构与常见的微型计算机的配置方法不同,它将程序存储器和数据存储器分开,各有自己的寻址方式、控制信号和功能。 程序存储器用来存放程序和始终要保留的常数。 数据存储器存放程序运行中所需要的常数和变量。 从物理空间看,MCS-51有四个存储器地址空间： 片内数据存储器、片外数据存储器 片内程序存储器、片外程序存储器 MCS-51存储器物理结构见下图所示： 引脚 EA 的接法决定了程序储存器的0000～0FFFH 4KB地址范围是在单片机片内还是片外。 图2-5 P0口某位结构图 2．P1口 P1口的字节地址为90H，位地址为90H～97H。图2-6所示为P1口某一位的结构图。它由一个输出锁存器、2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VT1，同时内部带上拉电阻。 图2-6 P1口某位结构图 P1口可作通用双向I/O口用，不必再外接上拉电阻。当端口用作输入时和P0口一样，必须先向对应的锁存器写入“1”，使VT1截止，然后读引脚。 3．P2口 P2口的字节地址为0A0H，位地址为0A0H～0A7H。图2-7所示为P2口某一位的结构图。它由一个输出锁存器、2个三态输入缓冲器和输出驱动电路及控制电路组成。输出驱动电路只有一个场效应管VT1，同时内部带上拉电阻。 图2-7 P2口某位结构图 当单片机系统需要进行片外ROM扩展或进行片外RAM扩展时，P2口可用于输出高8位地址。 4．P3口 P3口的字节地址为0B0H，位地址为0B0H～0B7H。图2-8所示为P3口某一位的结构图。它由一个输出锁存器、3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VT1，同时内部带上拉电阻。比P1口多了一个第二功能控制部分的逻辑电路。 图2-8 P3口某位结构图 P3口是一个多功能端口。图中“与非”门的作用是一个开关，决定是输出锁存器Q端数据，还是输出第二功能（W）的信号。当W=1时，输出Q端信号；当Q=1时，可输出W线信号。 当P3口作为输入使用时，同P0～P2口一样，先由软件向口锁存器写1，即使D锁存器Q端保持“1”，“与非”门输出为0，场效应管截止，引脚端可作为高阻输入。当CPU执行读命令操作时，使缓冲器2上的“读引脚”信号有效，三态缓冲器2开通，于是引脚的状态经缓冲器3、缓冲器2送至CPU内部总线。 当某位被用作第二功能时，该位D锁存器Q端被内部硬件自动置“1”，使“与非”门对第二功能是畅通的。由于端口不作为I/O口（不执行MOV A，P3），故“读引脚”信号无效，缓冲器2不通，第二输入功能信号经缓冲器4送入第二输入功能端。 注意：P0口与其他口不同，它的输出级无上拉电阻。P1～P3口都是准双向口，作为输入时必须先对相应端口锁存器写1。 2.3.2 MCS-51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号之间的相互时间关系。 1．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，用于构成振荡器，XTAL1为反相放大器的输入端，XTAL2为输出端，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C1和C2通常取30pF左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。振荡脉冲频率范围为fosc=0～24MHz。 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2-9所示。 图2-9 单片机的时钟电路 2．CPU时序的几个概念 （1）节拍与状态周期 节拍（用P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，把时钟信号的周期定义为状态（用S表示）。即一个状态包含两个节拍。 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。MCS-51单片机中一个时钟周期为振荡周期的2倍。 （2）机器周期和指令周期 一个机器周期是指CPU访问存储器一次所需要的时间，一个机器周期包括12个振荡周期，分为6个状态：S1～S6，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。MCS-51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。 振荡周期=1/ fosc 状态周期=2/ fosc 机器周期=12/ fosc 指令周期=（1～4）机器周期 2.3.3 MCS-51单片机工作方式 1．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始状态，并从这个状态开始工作。即把PC初