80C51单片机原理.docx

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80C51单片机原理

80C51单片机原理

表2-1P3口各引脚与第二功能表

PSW的各位定义见表

80C51P0～P3接口功能简见

大多数口线都有双重功能，介绍如下：

1、P0口具有双重功能：

（1）作为通用I/O，外接I/O设备。

（2）作为地址/数据总线。

在有片外扩展存储器的系统中，低8位地址和数据由P0口分时传送。

2、P1口是唯一的单功能口：

作为输入/输出口，P1口的每一位都可作为输入/输出口。

3、P2口具有双重功能：

（1）作为输入/输出口。

（2）作为高8位地址总线。

在有片外扩展存储器的系统中，高8位地址由P2口传送。

4、P3口具有双重功能：

（1）作第一功能使用时，其功能为输入/输出口。

（2）作第二功能使用时，每一位功能定义如表2.1所示。

80C51单片机的4个I/O口都是8位双向口，这些口在结构和特性上是基本相同的，但又各具特点，以下将分别介绍之。

图2-9P0口某位的结构

图2-10P1口某位的结构

图2-11P2口某位的结构

图2-12P3口某位的结构

P0～P3口使用时应注意事项

1、如果80C51单片机内部程序存贮器ROM够用，不需要扩展外部存贮器和I/O接口，80C51的四个口均可作I/O口使用。

2、四个口在作输入口使用时，均应先对其写“1”，以避免误读。

3、P0口作I/O口使用时应外接10K的上拉电阻，其它口则可不必。

4、P2可某几根线作地址使用时，剩下的线不能作I/O口线使用。

5、P3口的某些口线作第二功能时，剩下的口线可以单独作I/O口线使用。

时钟电路

80C51单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作时间基准。

80C51单片机的时钟信号通常有两种电路形式：

内部振荡方式和外部振荡方式。

1、内部振荡方式

在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器（简称晶振）如图所示

XTAL1

XTAL2

GND

80C51

C1

C2

电容器C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用。

电容值一般为5～30PF（常用30PF）。

晶振的振荡频率范围在1.2MHZ～12MHZ（一般取12MHZ或6MHZ）。

由于单片机内部有一个高增益运算放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。

外部振荡方式

是把已有的时钟信号引入单片机。

这种方式适宜用于使单片机的时钟与外部信号保持一致。

外部振荡方式如图2-15所示。

对HMOS的单片机（8051）外部时钟信号由XTAL2引入，对于CHMOS的单片机（80C51），外部时钟由XTAL1引入。

外部时钟信号为高电平持续时间要大于20ns，且频率低于12MHz的方波。

时序

80C51的时序就是80C51在执行指令时所需控制信号的时间顺序。

80C51单片机的时序定时单位从小到大依次为：

时钟周期、状态周期、机器周期和指令周期。

1、时钟周期

把晶振周期定义为节拍（用P表示）。

晶振脉冲经过二分频后，就是单片机的时钟周期（即一个时钟周期是晶振周期的2倍），时钟周期也称为状态（用S表示）。

这样，一个状态就包含两个节拍，具前半周期对应的拍节叫节拍1（P1），后半周期对应的节拍叫节拍2（P2）。

2、状态周期

状态周期（或状态S）是晶振周期的两倍，它分为P1节拍和P2节拍。

3、机器周期

80C51采用定时控制方式,因此它有固定的机器周期。

规定一个机器周期的宽度为6个状态，并依次表示为S1～S6。

由于一个状态又包括两个节拍，因此，一个机器周期总共有12个节拍，分别记作S1P1、S1P2、…、S6P2。

由于一个机器周期共有12个晶振周期,因此机器周期就是晶振脉冲的十二分频。

当晶振脉冲频率为12MHz时，一个机器周期为1μs；当晶振脉冲频率为6MHz时，一个机器周期为2μs。

4、指令周期

指令周期是最大的时序定时单位,执行一条指令所需要的时间称为指令周期。

它一般由若干个机器周期组成。

不同的指令，所需要的机器周期数也不相同。

通常，包含一个机器周期的指令称为单周期指令，包含两个机器周期的指令称为双周期指令。

指令的运算速度与指令所包含的机器周期有关，机器周期数越少的指令执行速度越快。

80C51单片机通常可以分为单周期指令、双周期指令和四周期指令等三种。

四周期指令只有乘法和除法指令两条，其余均为单周期和双周期指令。

图80C51的典型时序

80C51单片机的时序小结

晶振周期：

晶振的振荡周期，又称时钟周期，为最小的时序单位。

状态周期：

振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供给片内CPU的时钟周期。

因此，一个状态周期包含2个晶振周期。

机器周期（MC）：

1个机器周期由6个状态周期及12个晶振周期组成。

是计算机执行一种基本操作的时间单位。

指令周期：

执行一条指令所需的时间。

一个指令周期由1～4个机器周期组成，依据指令不同而不同。

4种时序单位中，晶振周期和机器周期是单片机内计算其他时间值（例如，波特率、定时器的定时时间等）的基本时序单位。

晶振周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us状态周期=2/fosc=2/12MHZ=0.167us

机器周期=12/fosc=12/12MHZ=1us指令周期=（1～4）机器周期=1～4us。

80C51复位电路

80C51单片机复位的目的是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。

80C51单片机复位的条件是：

必须使RST端（9脚）加上持续两个机器周期（即24个晶振周期）的高电平。

例如，若时钟频率为12MHz，每机器周期为1 μs，则只需2μs以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。

单片机常见的复位电路如图2-17（a）、（b）所示。

图2-17（a）为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。

在接电瞬间，RST端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RST的电位逐渐下降。

只要保证RST为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。

图2-17（b）为按键复位电路。

该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图2-17（b）中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。

电路中通常选择：

C=10mf,R=10KW

。

（a）上电自动复位

（b）按键手动复位

80C51单片机复位后的状态

80C51单片机的复位功能是把PC初始化为0000H，使CPU从0000H单元开始执行程序；复位操作同时使SFR寄存器进入初始化，但内部RAM的数据是不变的。

几个主要特殊功能寄存器复位状态归纳如表2-6。

对个别特殊功能寄存器作如下说明：

PC=0000H:

程序计数器为零表明单片机复位后程序从0000H地址单元开始执行。

A=00H:

表明累加器已被清零。

PSW=00H:

表明选寄存器0组为工作寄存器组。

SP=07H:

表明堆栈指针指向片内RAM07H单元，根据堆栈操作的先加后压法则，第一个被压入的数据被写入08H单元中,一般需重新设置SP值。

P0～P3=FFH:

P0～P3口用作输入口时，必须先写入“1”。

单片机在复位后，已使P0～P3口每一端线为“1”，为这些端线用作输入口做好了准备。