單片機(jī)第2章課件.ppt

1、1,第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)原理與簡(jiǎn)單應(yīng)用,2,教學(xué)目的,了解單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與主要型號(hào)。 掌握單片機(jī)引腳信號(hào)功能定義。 掌握單片機(jī)的存儲(chǔ)器空間分配及各I/O口的特點(diǎn)。 掌握單片機(jī)的復(fù)位電路、時(shí)鐘電路及指令時(shí)序。 利用單片機(jī)的I/O口實(shí)現(xiàn)循環(huán)燈的控制。,學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn),單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 存儲(chǔ)器配置與空間的分布。 程序狀態(tài)寄存器(PSW)。 單片機(jī)的指令時(shí)序。,3,第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)原理與簡(jiǎn)單應(yīng)用,2.1 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理 2.2 單片機(jī)的存儲(chǔ)器 2.3 單片機(jī)的輸入/輸出端口 2.4 時(shí)鐘電路 2.5 復(fù)位電路 2.6 常用單片機(jī)功能簡(jiǎn)介 本章小結(jié) 習(xí)題,4,2.1 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理,2.

2、1.1 8051單片機(jī)的基本組成 2.1.2 8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2.1.3 8051單片機(jī)的引腳及功能 2.1.4 單片機(jī)的工作原理,5,2.1.1 8051單片機(jī)的基本組成,MCS-51是美國(guó)Intel公司的8位高檔單片機(jī)系列，也是我國(guó)目前應(yīng)用最為廣泛的一種單片機(jī)系列。8051/80C51是整個(gè)MCS-51系列單片機(jī)的核心，該系列其他型號(hào)的單片機(jī)都是在這一內(nèi)核的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 MCS-51單片機(jī)系列分為51和52子系列，并以芯片型號(hào)的末位數(shù)字加以標(biāo)識(shí)。其中，51子系列是基本型，而52子系列是增強(qiáng)型。 單片機(jī)型號(hào)帶有字母“C”的，表示該單片機(jī)采用的是CHMOS工藝，具有低功耗的特點(diǎn)

3、。 8051的功耗為630mW，而80C51的功耗只有120mW。,6,MCS-51系列單片機(jī)技術(shù)參數(shù)表,7,2.1.1 8051單片機(jī)的基本組成,8051單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示，可以看出，在一塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的主要部件，它包括以下幾部分： 1個(gè)8位微處理器(CPU)。 1個(gè)時(shí)鐘電路。 4KB程序存儲(chǔ)器。 256B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 64KB擴(kuò)展總線控制電路。 4個(gè)8位并行I/O接口P0P3。 1個(gè)全雙工串行I/O接口。 5個(gè)中斷源，其中包括2個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷。,8,8051單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖,9,2.1.2 8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),CPU即中央處理器，是單片

4、機(jī)的核心部件，是計(jì)算機(jī)的控制指揮中心。同微型計(jì)算機(jī)CPU類似，8051內(nèi)部CPU由運(yùn)算器和控制器兩部分組成。 運(yùn)算器電路以算術(shù)邏輯單元(ALU，Arithmetic Logic Unit)為核心，由暫存器1、暫存器2、累加器(ACC，Accumulator)、寄存器B、程序狀態(tài)寄存器(PSW，Program Status Word)及布爾處理機(jī)共同組成。它的主要任務(wù)是完成算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、位運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等操作，運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)由程序狀態(tài)寄存器(PSW)保存。 控制器電路包括程序計(jì)數(shù)器(PC)、PC增1寄存器、指令寄存器(IR)、指令譯碼器(ID)、數(shù)據(jù)指針(DPTR)、堆棧指針(SP)、緩沖

5、器及定時(shí)控制電路等?？刂破麟娐吠瓿芍笓]控制工作，協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。,10,8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,11,2.1.3 8051單片機(jī)的引腳及功能,MCS-51單片機(jī)的封裝形式有兩種，一種是雙列直插式(DIP)封裝，另一種是方形封裝。 8051的40個(gè)引腳可分為： 電源引腳2根 時(shí)鐘引腳2根 控制引腳4根 I/O引腳32根 由于8051單片機(jī)是高性能的單片機(jī)，同時(shí)受到引腳數(shù)目的限制，所以有部分引腳具有第二功能。,12,8051單片機(jī)引腳圖,DIP引腳圖 邏輯符號(hào),13,8051引腳的功能描述（一）,電源引腳(2根) VCC(40腳)：電源端，接+5V電源。 VSS(20腳)：接地端。 時(shí)

6、鐘引腳(2根) XTAL1(19腳)：接外部晶振和微調(diào)電容的一端。采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，對(duì)HMOS型工藝的單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對(duì)CHMOS型而言，此引腳應(yīng)接外部時(shí)鐘的輸入端。 XTAL2(18腳)：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端。使用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)HMOS型工藝的單片機(jī)，此引腳應(yīng)接外部時(shí)鐘的輸入端；對(duì)CHMOS型而言，此引腳懸空。,14,8051引腳的功能描述 （二）,控制引腳(4根) RST/VPD(9腳)：復(fù)位信號(hào)/備用電源輸入引腳。 當(dāng)RST引腳保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平后，就可以使8051完成復(fù)位操作。該引腳的第二功能是VPD，即備用電源的輸入端，具有掉電保護(hù)功能。若在該引腳接+5V備用電

7、源，在使用中若主電源VCC掉電，可保護(hù)片內(nèi)RAM中的信息不丟失。 ALE/PROG (30腳)：地址鎖存允許信號(hào)輸出/編程脈沖輸入引腳。當(dāng)CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出信號(hào)控制鎖存P0口輸出的低8位地址，從而實(shí)現(xiàn)P0口數(shù)據(jù)與低位地址的分時(shí)復(fù)用。當(dāng)8051上電正常工作后，自動(dòng)在ALE端輸出頻率為fosc/6的脈沖序列(fosc代表振蕩器的頻率)。 該引腳的第二功能PROG是對(duì)8751內(nèi)部4KB EPROM編程寫(xiě)入時(shí)，作為編程脈沖的輸入端。 EA/VPP(31腳)：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端/編程電壓輸入端。 當(dāng)EA接高電平時(shí)，CPU執(zhí)行片內(nèi)ROM指令，但當(dāng)PC值超過(guò)0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去

8、執(zhí)行片外ROM指令；當(dāng)EA接低電平時(shí)，CPU只執(zhí)行片外ROM指令。對(duì)于8031，由于其無(wú)片內(nèi)ROM，故其EA必須接低電平。 該引腳的第二功能VPP是對(duì)8751片內(nèi)EPROM編程寫(xiě)入時(shí)，作為21V編程電壓的輸入端。 PSEN(29腳)：片外ROM讀選通信號(hào)端。 在讀片外ROM時(shí)，PSEN有效，為低電平，以實(shí)現(xiàn)對(duì)片外ROM的讀操作。,15,8051引腳的功能描述 （三）,I/O引腳(48=32根) P0.0P0.7(3932腳)：P0口的8位雙向I/O口線。 P0口即可作地址/數(shù)據(jù)總線使用，又可作通用的I/O口使用。當(dāng)CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，P0口分時(shí)先作低8位地址總線，后作雙向數(shù)據(jù)總線，此時(shí)，P

9、0口就不能再作I/O口使用了。 P1.0P1.7(18腳)：P1口的8位準(zhǔn)雙向I/O口線。 P1口作為通用的I/O口使用。 P2.0P2.7(2128腳)：P2口的8位準(zhǔn)雙向I/O口線。 P2口即可作為通用的I/O口使用，也可作為片外存儲(chǔ)器的高8位地址總線，與P0口配合，組成16位片外存儲(chǔ)器單元地址。 P3.0P3.7(1017腳)：P3口的8位準(zhǔn)雙向I/O口線。 P3口除了作為通用的I/O口使用之外，每個(gè)引腳還具有第二功能。,16,2.1.4 單片機(jī)的工作原理,單片機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程，就是逐條執(zhí)行指令的過(guò)程。單片機(jī)每執(zhí)行一條指令都可分為三個(gè)階段，即取指令分析指令執(zhí)行指令。 取指令的任務(wù)是根據(jù)程

10、序計(jì)數(shù)器PC中的值從程序存儲(chǔ)器讀出下一條要執(zhí)行的指令，送到指令寄存器。分析指令的任務(wù)是將指令寄存器中的指令操作碼取出后進(jìn)行譯碼，分析其指令性質(zhì)。如指令要求操作數(shù)，則尋找操作數(shù)地址。接下來(lái)，就是執(zhí)行指令。 單片機(jī)中的程序一般事先都已通過(guò)寫(xiě)入器(編程器)固化在片內(nèi)或片外程序存儲(chǔ)器中，因而一開(kāi)機(jī)即可執(zhí)行指令。,17,2.2 單片機(jī)的存儲(chǔ)器,2.2.1 程序存儲(chǔ)器ROM 2.2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM 2.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)讀寫(xiě)應(yīng)用實(shí)例,18,8051的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),8051的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與常見(jiàn)的微型計(jì)算機(jī)的配置方式不同，它把程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)，有各自的尋址系統(tǒng)、控制信號(hào)和功能。 8051的存儲(chǔ)

11、器在物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器4個(gè)存儲(chǔ)空間。但從用戶使用的角度看，8051的存儲(chǔ)器分為3個(gè)邏輯空間。,19,存儲(chǔ)空間分布圖,片內(nèi)外統(tǒng)一尋址的64KB程序存儲(chǔ)器空間，地址范圍為0000HFFFFH。 64KB的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，地址范圍也為0000HFFFFH。 256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，地址范圍為00HFFH。,20,2.2.1 程序存儲(chǔ)器ROM,程序存儲(chǔ)器ROM用來(lái)存放程序、常數(shù)或表格等。 在8051中，其存儲(chǔ)空間分布如下： 片內(nèi)有4KB的ROM存儲(chǔ)單元，地址為0000H0FFFH。 片外最多可擴(kuò)至64KB的ROM，地址為1000HFF

12、FFH。 片內(nèi)外ROM統(tǒng)一編址。 當(dāng)EA引腳接高電平時(shí)，CPU將首先訪問(wèn)片內(nèi)ROM，當(dāng)指令地址超過(guò)0FFFH時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外ROM取指令。 當(dāng)EA引腳接低電平時(shí)，CPU只訪問(wèn)片外ROM。片外ROM的地址從0000H開(kāi)始編址。對(duì)于8031，由于其片內(nèi)無(wú)ROM，所以使用時(shí)必須使EA接低電平，以便能夠從片外擴(kuò)展的EPROM中取指令。,21,2.2.1 程序存儲(chǔ)器ROM,在程序存儲(chǔ)器中，以下6個(gè)單元具有特殊含義。 0000H：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位后的程序入口地址。 0003H：外部中斷0的中斷服務(wù)程序入口地址。 000BH：定時(shí)器0的中斷服務(wù)程序入口地址。 0013H：外部中斷1的中斷服務(wù)程序入口地址。 001

13、BH：定時(shí)器1的中斷服務(wù)程序入口地址。 0023H：串行口的中斷服務(wù)程序入口地址。,22,2.2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM主要用來(lái)存放運(yùn)算的中間結(jié)果和數(shù)據(jù)等。 在8051中，其存儲(chǔ)空間分布如下： 片外RAM最多可擴(kuò)至64KB存儲(chǔ)單元，地址范圍為0000HFFFFH。 片內(nèi)RAM為256B存儲(chǔ)單元，地址范圍為00HFFH。 片內(nèi)RAM地址空間共有256B，又分為兩個(gè)部分： 低128B(00H7FH)為真正的RAM區(qū)，如下圖所示 。 高128B(80HFFH)為特殊功能寄存器(SFR)區(qū)，如下表所示 。,23,片內(nèi)RAM地址空間,24,SFR中位地址分布表,25,2.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

14、器數(shù)據(jù)讀寫(xiě)應(yīng)用實(shí)例 【程序1】 工作寄存器的讀寫(xiě),26,【程序2】位尋址區(qū)的讀寫(xiě),27,【程序3】一般RAM區(qū)和特殊功能寄存器區(qū)的讀和寫(xiě),28,2.3 單片機(jī)的輸入/輸出端口,2.3.1 輸入/輸出端口結(jié)構(gòu) 2.3.2 輸入/輸出端口負(fù)載能力 2.3.3 P1口輸出功能應(yīng)用實(shí)例 2.3.4 P3口輸入功能應(yīng)用實(shí)例,29,2.3.1 輸入/輸出端口結(jié)構(gòu),8051單片機(jī)有4個(gè)8位并行I/O端口，稱為P0、P1、P2和P3口，每個(gè)端口都各有8條I/O口線，每條I/O口線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。 在無(wú)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這四個(gè)I/O口都可以作為通用I/O口使用。 在有片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，P2

15、口送出高8位地址，P0口分時(shí)送出低8位地址和8位數(shù)據(jù)。,30,1. P0口,P0口某一位的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，它由一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器、一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)MUX、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路(T1和T2)和一個(gè)與門(mén)及一個(gè)非門(mén)組成。,31,(1) P0口用作通用I/O口,MUX與鎖存器的Q端接通，與門(mén)輸出為0，T1截止，輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)就工作在需外接上拉電阻的漏極開(kāi)路方式。 P0口用作輸出口 CPU在執(zhí)行輸出指令時(shí)，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)在“寫(xiě)鎖存器”信號(hào)的作用下，由D端進(jìn)入鎖存器，取反后出現(xiàn)在Q端，再經(jīng)過(guò)T2反向，則P0.X引腳上的數(shù)據(jù)就是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。由于T2為漏極開(kāi)路輸出，故此時(shí)必須外接上拉電阻。 P0

16、口用作輸入口 數(shù)據(jù)可以讀自端口的鎖存器，也可以讀自端口的引腳，這要看輸入操作執(zhí)行的是“讀鎖存器”指令還是“讀引腳”指令。 方式1：讀引腳。CPU在執(zhí)行“MOV”類輸入指令時(shí)(如：MOV A , P0)，內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號(hào)是“讀引腳”。P0.X引腳上的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)緩沖器2讀入到內(nèi)部總線。注意，在讀引腳時(shí)，必須先向電路中的鎖存器寫(xiě)入1，使T2截止，P0.X引腳處于懸浮狀態(tài)，可作為高阻抗輸入。 方式2：讀鎖存器。CPU在執(zhí)行“讀-改-寫(xiě)”類輸入指令時(shí)(如：ANL P0, A )，內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號(hào)是“讀鎖存器”，鎖存器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)緩沖器1送到內(nèi)部總線，然后與A的內(nèi)容進(jìn)行邏輯“與”，結(jié)果送回P0的端口鎖存

17、器并出現(xiàn)在引腳。除了MOV類指令外，其他的讀口操作指令都屬于這種情況。,32,(2) P0口用作地址/數(shù)據(jù)總線,MUX將地址/數(shù)據(jù)線與T2接通，同時(shí)與門(mén)輸出有效。 若地址/數(shù)據(jù)線為1，則T1導(dǎo)通，T2截止，P0口輸出為1；反之T1截止，T2導(dǎo)通，P0口輸出為0。 當(dāng)數(shù)據(jù)從P0口輸入時(shí)，讀引腳使三態(tài)緩沖器2打開(kāi)，端口上的數(shù)據(jù)經(jīng)緩沖器2送到內(nèi)部總線。,33,（3）P0口小結(jié), P0口既可作地址/數(shù)據(jù)總線使用，也可作通用I/O口使用。當(dāng)P0口作地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，就不能再作通用I/O口使用了。 P0口作輸出口使用時(shí)，輸出級(jí)屬漏極開(kāi)路，必須外接上拉電阻，才有高電平輸出。 P0口作輸入口讀引腳時(shí)，應(yīng)先

18、向鎖存器寫(xiě)1，使T2截止，不影響輸入電平。,34,2. P1口,P1口是唯一的單功能口，僅能作為通用I/O口使用。由于在其輸出端接有上拉電阻，故可以直接輸出而無(wú)需外接上拉電阻。 同P0口一樣，當(dāng)作輸入口時(shí)，必須先向鎖存器寫(xiě)“1”，使場(chǎng)效應(yīng)管T截止。,35,3. P2口,圖中的控制信號(hào)C決定轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)MUX的位置：當(dāng)C=0時(shí)，MUX撥向下方，P0口為通用I/O口；當(dāng)控制信號(hào)C=1時(shí)，MUX撥向上方，P0口作為地址總線使用。 在實(shí)際應(yīng)用中，P2口通常作為高8位地址總線使用。,36,4. P3口,P3口用作通用I/O口時(shí)，第二輸出功能信號(hào)W=1，P3口的每一位都可定義為輸入或輸出，其工作原理同P1口類

19、似。 在真正的應(yīng)用電路中，P3口的第二功能顯得更為重要 。,37,P3口的第二功能,38,2.3.2 輸入/輸出端口負(fù)載能力,P0口的輸出級(jí)與P1P3口的輸出級(jí)在結(jié)構(gòu)上不同，其輸出級(jí)無(wú)上拉電阻，因此它們的負(fù)載能力和接口要求也不相同。 P0口的每一位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。在作為通用I/O口使用時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)電路是開(kāi)漏的，所以，驅(qū)動(dòng)集電極開(kāi)路(OC門(mén))電路或漏級(jí)開(kāi)路電路需外接上拉電阻。當(dāng)作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)(T1可以提供上拉電平)，口線不是開(kāi)漏的，無(wú)需外接上拉電阻。 P1P3口的每一位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。它們的輸出驅(qū)動(dòng)電路有上拉電阻，所以可以方便地由集電極開(kāi)路(OC門(mén))電路或漏級(jí)開(kāi)路電

20、路所驅(qū)動(dòng)，而無(wú)需外接上拉電阻。 對(duì)于80C51單片機(jī)(CHMOS)，端口只能提供幾毫安的輸出電流，故當(dāng)作輸出口去驅(qū)動(dòng)一個(gè)普通晶體管的基極時(shí)，應(yīng)在端口與晶體管基極間串聯(lián)一個(gè)電阻，以限制高電平輸出時(shí)的電流。,39,2.3.3 P1口輸出功能應(yīng)用實(shí)例,【例1】 P1口做輸出口，控制八只發(fā)光二極管循環(huán)點(diǎn)亮(P1口輸出低電平時(shí)發(fā)光二極管被點(diǎn)亮)。 解： 由于發(fā)光二極管低電平點(diǎn)亮，所以，需要哪個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，只需在相應(yīng)的端口輸出邏輯0即可。由于每個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮后要持續(xù)一段時(shí)間才熄滅，再使下個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，因此需要編寫(xiě)延時(shí)子程序，供主程序反復(fù)調(diào)用。 本例中，延時(shí)子程序采用指令循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。,40,【例2

21、】利用P1.0輸出高低電平，控制繼電器的開(kāi)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部裝置(如燈L1和L2)的控制。 解：將單片機(jī)的P1.0接繼電器控制端JIN，繼電器的JZ通過(guò)K1接地，常開(kāi)觸點(diǎn)JK接L1，常閉觸點(diǎn)JB接L2。編制程序，使P1.0電平變化，高電平時(shí)繼電器吸合，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，L1點(diǎn)亮，L2熄滅；低電平時(shí)繼電器不工作，常閉觸點(diǎn)閉合，L2點(diǎn)亮，L1熄滅。,41,參考程序：,42,2.3.4 P3口輸入功能應(yīng)用實(shí)例,【例3】 P3口的P3.0連接一個(gè)開(kāi)關(guān)，作為輸入端；P1口的P1.0P1.7連接八只發(fā)光二極管，作為輸出端。要求用P3.0來(lái)控制P1輸出的循環(huán)燈，即當(dāng)P3.0輸出高電平時(shí)，控制P1口的發(fā)光二極管左循

22、環(huán)點(diǎn)亮；當(dāng)P3.0輸出低電平時(shí)，控制P1口的發(fā)光二極管右循環(huán)點(diǎn)亮(P1口輸出低電平時(shí)發(fā)光二極管被點(diǎn)亮)。 解：在主程序中要對(duì)P3.0的狀態(tài)進(jìn)行判斷。 如果P3.0為高電平，則使用循環(huán)左移指令。 如果P3.0為低電平，則使用循環(huán)右移指令。 延時(shí)子程序同例1。,43,參考程序：,44,2.4 時(shí)鐘電路,2.4.1 CPU時(shí)序 2.4.2 時(shí)鐘電路,45,2.4.1 CPU時(shí)序,CPU時(shí)序就是CPU在執(zhí)行指令時(shí)所需控制信號(hào)的時(shí)間順序。 單片機(jī)的時(shí)序定時(shí)單位從小到大依次為：時(shí)鐘周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期和指令周期。 MCS-51單片機(jī)共有111條指令，按照指令字節(jié)數(shù)和機(jī)器周期數(shù)可分為六類，即單字節(jié)單周期

23、指令、單字節(jié)雙周期指令、單字節(jié)四周期指令、雙字節(jié)單周期指令、雙字節(jié)雙周期指令和三字節(jié)雙周期指令。,46,典型指令的取指、執(zhí)行時(shí)序,時(shí)鐘周期為單片機(jī)提供定時(shí)信號(hào)的振蕩源的周期或外部輸入時(shí)鐘信號(hào)的周期，也稱為振蕩周期 。 狀態(tài)周期(或狀態(tài)S)是振蕩周期的兩倍，它分為P1節(jié)拍和P2節(jié)拍。 一條指令的執(zhí)行過(guò)程分作幾個(gè)基本操作，完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱作機(jī)器周期。 執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間稱為指令周期。 一個(gè)機(jī)器周期包括6個(gè)狀態(tài)，12個(gè)振蕩周期,47,2.4.2 時(shí)鐘電路,8051單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常由兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部振蕩方式，二是外部時(shí)鐘方式。 (a) 內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 (b) 外部方式時(shí)鐘電

24、路,48,2.4.2 時(shí)鐘電路,1. 內(nèi)部振蕩方式 在8051單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益的反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2。 內(nèi)部振蕩方式是在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個(gè)電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩電路。 電容C1和C2通常取30pF，對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用。晶振頻率范圍是1.2MHz12MHz。 2. 外部時(shí)鐘方式 外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)。 8051：外部時(shí)鐘由XTAL2輸入，直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，XTAL1接地； 80C51：外部時(shí)鐘由XTAL1輸入，XTAL2懸空。 外部時(shí)鐘信號(hào)為高電平持續(xù)時(shí)間要大于2

25、0ns，且頻率低于12MHz的方波。,49,2.5 復(fù) 位 電 路,2.5.1 復(fù)位功能 2.5.2 復(fù)位電路,50,2.5.1 復(fù)位功能,復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。 復(fù)位功能是把PC初始化為0000H，使CPU從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序；復(fù)位操作同時(shí)還對(duì)其他一些寄存器有影響，但內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)是不變的。 除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。,51,部分特殊功能寄存器的復(fù)位狀態(tài),說(shuō)明：表中符號(hào)狀為隨機(jī)態(tài)。,52,2.5.2 復(fù)位電路,單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。 常

26、見(jiàn)的復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式 。 上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 按鍵手動(dòng)復(fù)位是通過(guò)復(fù)位端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的，它兼?zhèn)渖想姀?fù)位功能。 (a) 上電自動(dòng)復(fù)位 (b) 按鍵手動(dòng)復(fù)位,53,2.6 常用單片機(jī)功能簡(jiǎn)介,2.6.1 Atmel公司的AT89系列單片機(jī) 2.6.2 Motorola公司M68HC08系列單片機(jī) 2.6.3 其他系列單片機(jī),54,2.6.1 Atmel公司的AT89系列單片機(jī),AT89系列單片機(jī)不但具有一般MCS-51單片機(jī)的所有特性，而且其Flash程序存儲(chǔ)器可以用電擦除方式瞬間擦除、改寫(xiě), 寫(xiě)入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加

27、密。 Atmel公司的89系列單片機(jī)主要有AT89C51、AT89C2051和AT89C1051等型號(hào)。 AT89C2051和AT89C1051算是AT89C51的精簡(jiǎn)版。 AT89C51最為實(shí)用，它不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)含有4KB Flash型程序存儲(chǔ)器，性價(jià)比遠(yuǎn)高于8751。 AT89C2051去掉了P0口和P2口，內(nèi)部的Flash程序存儲(chǔ)器也只有2K，封裝形式也由40腳改為20腳。 AT89C1051在AT89C2051的基礎(chǔ)上，再次精簡(jiǎn)掉了串口等功能，程序存儲(chǔ)器減小到1KB。,55,2.6.2 Motorola公司M68HC08系列單片機(jī),M68HC08系列單片機(jī)

28、，具有速度快、功能強(qiáng)、價(jià)格低、功耗低、指令系統(tǒng)豐富等特點(diǎn)，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器采用成熟的Flash存儲(chǔ)器技術(shù)。 編程速度快、可靠性高 。 單一電源電壓供電片內(nèi)集成電荷泵，可由單一工作電壓在片內(nèi)產(chǎn)生編程電壓。 支持在線編程 允許單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)行的程序去改寫(xiě)Flash存儲(chǔ)器內(nèi)容，這樣可代替外部電可擦除存儲(chǔ)器芯片，減少外圍部件，增加嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方便性。 高頻噪聲低，抗干擾能力強(qiáng) 。,56,2.6.3 其他系列單片機(jī),Atmel公司的AVR單片機(jī)，是增強(qiáng)型RISC(精簡(jiǎn)指令集)、內(nèi)載Flash的單片機(jī)。由于采用增強(qiáng)的RISC結(jié)構(gòu)，使其具有高速處理能力，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令。AVR單片機(jī)工作電壓為2.76.0V，可以實(shí)現(xiàn)耗電最優(yōu)化。 MicroChip公司的主要產(chǎn)品是PIC16C系列和PIC17C系列8位單片機(jī)，CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，分別僅有33、35、58條指令，采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快，工作電壓低，低功耗，有較大的輸入/輸出直接驅(qū)動(dòng)能力，價(jià)格低，能一次性編程，體積小，適用于用量大、檔次低、價(jià)格敏感的產(chǎn)品。,57,本章小結(jié),Intel公司MCS-51系列單片機(jī)是我國(guó)目前應(yīng)用最為廣泛的單片機(jī)。8051/80C51是整個(gè)MCS-51系列單片機(jī)的核心，該系列其他型號(hào)的單片機(jī)都是在這一內(nèi)核的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括中央處理器、程序存儲(chǔ)器