作
③作输出口时无需外加上拉电阻 ④作为通用的I/O时，和P1相同
17
4．P3口的结构
引脚
读锁存器 第二输出功能
单片机原理及应用
① P3可以作为通用的I/O，也可
VCC R*
内部总线
转义引 脚 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1
功能说明 串行数据接收端 串行数据发送端 外部中断0请求 外部中断1请求 计数器0外部输入 计数器1外部输入
51单片机各种周期的相互关系
5
举例
单片机原理及应用
51单片机外接晶振为12MHz时四个周期的具 体值
振荡周期＝1/12μs 时钟周期＝1/6μs 机器周期＝1μs 指令周期＝1～4μs
6
指令的执行过程
单片机原理及应用
由分频器产生不同的操作节拍
7
指令节拍
单片机原理及应用
1个机器周期有6个状态，分两次操作，每 次三个状态。
18
P3.7 一； RD
51单片机的片外总线结构
单片机原理及应用
（1）地址总线（AB）：地址总线宽度为16位， 由 P0 口经地址锁存器提供低 8 位地址（ A0 ～ A7 ）； P2 口直接提供高 8 位地址（ A8 ～ A15 ）。 地址信号是由CPU发出的，故地址总线是单方 向的。 （ 2 ）数据总线（ DB ）：数据总线宽度为 8 位， 用于传送数据和指令，由P0口提供。
内部振荡方式
+5V
单片机原理及应用
外部振荡方式
C1 CYS C2
XTAL1
MCS-51
外 部 时 钟 源 TTL
MCS-51 XTAL2
XTAL2
XTAL1 VSS
3
周期概念
单片机原理及应用
1．振荡周期：为单片机提供时钟信号的振 荡源的周期。 2．时钟周期：振荡源信号经二分频后形成 的时钟脉冲信号，为振荡周期的2倍。 3．机器周期：完成一个基本操作所需的时 间，通常为12个振荡周期。 4．指令周期：指CPU执行一条指令所需要 的时间，一个指令周期通常含有1～4个机 器周期。
16
3．P2口的结构
1为地址输出； 0为I/O D触发器 地址 控制 Vcc P2R1 R* D0 P2W P2R2 图3、P2口内部结构 D C Q Q P20
单片机原理及应用
① P2可以作为通用的I/O，也可
以作为高八位地址输出。
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
单片机工作原理
1.
单片机原理及应用
2.
3. 4.
单片机的指令执行过程 单片机的复位信号与复位电路 51单片机的工作时序 单片机的并行IO口
1
51单片机的CPU时序
单片机原理及应用
基本概念 1 单片机的时钟电路 2 振荡周期、时钟周期、机器周期 和指令周期 3 单片机指令的取指和执行时序
2
时钟电路
12
复位状态
特殊功能寄存器
ACC PC PSW
单片机原理及应用
初始状态
00H 0000H 00H
特殊功能寄存器
TMOD TCON TH0
初始状态
00H 00H 00H
SP
DPL DPH P0～P3
07H
00H 00H FFH
TL0
TH1 TL1 SBUF
00H
00H 00H 不定
IP
IE
×××00000B
4
波形比较说明
指令周期 机器周期
单片机原理及应用
机器周期 S5 S6 S1 S2 S3
S1
XTAL2 (OSC)
S2
S3
S4
S4
S5
S6
P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2
振荡周期 时钟周期
外部晶振 决定
1 输出地址：以PC数据为地址选中ROM单元 2 读取指令：从ROM读取1个字节到指令寄存 器。 3 分析执行指令：识别指令字节数并产生操作 控制信号。
8
指令执行时序 P20
单片机原理及应用
9
访问片外RAM时序
单片机原理及应用
10
复位电路及复位状态
单片机原理及应用
1．复位电路
单片机复位电路包括片内、片外两部分。 外部复位电路就是为内部复位电路提供 两个机器周期以上的高电平而设计的。 8051单片机通常采用上电自动复位和按 键手动复位两种方式。单片机运行出错 或进入死循环时，可按复位键重新运行。
14
1．P0口的结构
读锁存器
P0R1
BUF2
单片机原理及应用
Vcc AD0
控制
Vcc
地址/数据
内部总线
P00
D0
D
Q
1 0
写锁存器
P0W
锁存器
C
1 0
Qபைடு நூலகம்
多路开关
读引脚
P0R2
BUF1
15
2．P1口的结构
Vcc P1R1
单片机原理及应用
1.P1口只做I/O口所以没有MUX 2.P1口用上拉电阻代替了FET，这样 的电路的输出不是三态的，所以P1 口是准双向口
P3.0 P3.1 P3.2 P3.3
以作为第二功能输出。
锁存 写锁存器 CL 器
D
Q Q
与非门
② P3口作为输出端口时，第二 输出功能应为高电平；
T2
P3.4 P3.5
读引脚 第二输入功能
③ P3口作为输入端口（包括第
P3.6
RD
外部数据存储器 二功能）时，锁存器都需置 写 WR
外部数据存储器 读
0××00000B
SCON
PCON
00H
0×××0000B
13
§1.5 并行I/O端口结构
单片机原理及应用
8051单片机有4个双向并行的8位I/O口 P0～P3。 P0口为三态双向口，可驱动8个TTL电路， P1、P2、P3口为准双向口（作为输入时， 需要先向口锁存器写入1，故称为准双 向口），负载能力为4个TTL电路
写数据
D0 D C Q
20K
R* P10
P1W P1R2
Q
3.P1口做输出口时无需外加上拉电 阻 4.当输入外部端口信号时，端口寄 存器必须写上“1” 关闭 T Vcc
读端口
图2、P1口内部结构
8051
P10 P11
R1 D1 K1
MOV P0, #0FH MOV A,P0
Qn+1=D
图2.1、P1口应用
11
复位电路
高电平两个机器 周期就可实现复 位
RST 8031 8051 8751 +5V C1 22μF
单片机原理及应用
+5V
C1 22μF
大于2.4v即为 高电平
RST 8031 8051 8751
R1 1KΩ
R2 200Ω
R1 1KΩ
（a）上电复位电路
（b）按键复位电路
上电复位和按键复位电路
（3）控制总线（CB）：控制总线随时掌握各种 部件的状态，并根据需要向有关部件发出命令， 主要有PSEN、WR、 RD信号。