第9章.MCS-51單片機結構及原理9.1

單片機基礎知識(回顧)9.2

MCS-51單片機的組成與結構9.3MCS-51單片機的存儲器9.4MCS-51單片機的I/O口9.5MCS-51單片機的時鐘電路與時序9.6MCS-51單片機的復位電路

9.1有關單片機(回顧)微型計算機的分類按系統規模分類：單片機個人計算機(臺式機Desktop)筆記本電腦(Laptop)掌上電腦單片機的概念：單片機即單片微型計算機，它是將微處理器(CPU)、一定容量的程序存儲器(ROM)和數據存儲器(RAM)、輸入/輸出接口(I/O)、時鐘及其它一些計算機外圍電路，通過總線連接在一起并集成在一個芯片上，構成的微型計算機系統。單片機也稱為微控制器(MiCrocontrollerUnit,MCU)、嵌入式控制器(EmbeddedMiCrocontrollerUnit,EMCU)。單片機的分類：單片機分為通用型和專用型兩種，通用型單片機把可開發的內部資源全部提供給用戶，內部資源豐富、性能全面、適應性強。專用型單片機針對某些產品的特定用途而制作，是MCU發展的一個趨勢。單片機的特點：(1)集成度高，功能強。單片機在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、I/O接口等資源，在芯片上還包含了中斷系統、串行通信接口、定時器/計數器等功能部件。芯片功能強、體積小、集成度高。(2)具有很高的性價比。單片機盡可能地把應用所需的各種資源集成在一塊芯片內，性能高，但是價格卻相對較低廉。(3)抗干擾能力強。單片機是面向工業檢測、控制環境設計的，因此，抗噪聲干擾能力較強。程序固化在ROM類型的存儲器中不易被破壞；許多資源集成在一個芯片，可靠性高。單片機的發展：第1階段(1971~1976)：單片機萌芽階段。第2階段(1976~1980)：初級單片機階段。第3階段(1980~1983)：高性能單片機階段。第4階段(1983~1990)：8位單片機鞏固發展及16位單片機推出階段。第5階段(1990~)：單片機在集成度、功能、速度、可靠性、應用領域等方面高速發展。發展方向(1)內部結構（硬件結構包括指令結構）(2)功耗和電源電壓方面(3)工藝的進步及抗干擾能力的提高(4)存儲能力和Internet連接1、8051類單片機（屬MCS-51系列）2、Motorola單片機3、Microchip單片機4、華邦單片機5、Philips單片機6、Epson單片機7、NS單片機8、AT89、ATMega系列9、其它單片機單片機的系列產品本章學習要求1、掌握MCS-51單片機的內部結構特點。3、掌握MCS-51單片機的基本工作原理。2、了解單片機并行I/O口的結構特點。4、掌握單片機存儲器的擴展方法。9.2MCS-51單片機的組成與結構9.2.1

MCS-51的基本組成MCS-51單片機(以8051為例，Intel產品)1個8位CPU；1個片內振蕩器及時鐘電路；128字節RAM（數據存儲器）；4K字節ROM（程序存儲器）；2個16位定時器/計數器；32條可編程的I/O線（四個8位并行I/O端口）；1個全雙工串行口；5個中斷源；MCS-51單片機的邏輯結構9.2.2

MCS-51單片機的引腳與功能邏輯符號8051引腳分配P0P1P2P3引腳分配P0P1P2P3(1)P0口（32腳～39腳）有兩種使用方法：作為與外部傳送數據的8位數據總線（D0～D7）。作為擴展外部存儲器時的低8位地址總線（A0～A7）。(2)P1口（1腳～8腳）作為普通I/O口使用，無須外接上拉電阻(80C52的P1.0和P1.1還具有第二功能，見表)引腳分配P0P1P2P3(3)P2口（21腳～28腳）有兩種使用方法：作為普通I/O口使用，無須外接上拉電阻。作為擴展外部存儲器時的高8位地址總線(A8～A15)。(4)P3口（10腳～17腳）作為普通I/O口使用，無須外接上拉電阻；各引腳具有第二功能，見下表。P1口與P3口的第二功能(5)VDD（40腳）：+5V電源。(6)VSS（20腳）：GND(7)XTAL1（19腳）

XTAL2（18腳）：接外部石英晶振的引腳，也可引入外部時鐘。(8)RESET（9腳）：復位信號引腳。必須在此引腳上出現兩個機器周期的高電平，才能保證單片機可靠的復位。復位后，單片機內部各寄存器的狀態如下表所示。引腳分配P0P1P2P3復位后單片機各寄存器的內容(9)ALE/PROG（30腳）：地址鎖存允許信號。有以下兩個作用：當外接存儲器（RAM/ROM）時，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低8位。一般ALE接鎖存器的EN端。當沒有外部存儲器時，ALE端可輸出脈沖信號，此頻率為石英振蕩頻率的1/6。因此，它可用作對外部芯片提供輸出的時鐘，或用于定時的目的。(10)PSEN（29腳）：外部程序存儲器的讀選通信號引腳分配P0P1P2P3(11)

/VPP（腳31）：訪問程序存儲器控制信號。當信號接低電平時，對ROM的讀操作（執行程序）限定在外部程序存儲器。當接高電平時，對ROM的讀操作（執行程序）從內部開始。在使用內部帶程序存儲器的單片機時，應接高電平。引腳分配P0P1P2P3MCS-51單片機的邏輯結構9.2.3

MCS-51單片機的內部結構總線數據存儲器程序存儲器特殊功能寄存器

I/O口

I/O口運算器控制器一、中央處理器(CPU)CPU由運算器和控制器組成，它是單片機的核心，完成運算和控制操作。1、運算器組成：算術邏輯運算器ALU、布爾處理器、算術累加器ACC、寄存器B、暫存器TMP1和TMP2、程序狀態字PSW寄存器、布爾累加器Cy及十進制調整電路等。功能：進行移位、算術運算和邏輯運算；MCS-51運算器還包含有一個布爾（位）處理器，用來處理位操作。(1)、累加器ACC(8位)暫存操作數及保存運算結果。ACC是MCS-51單片機中最繁忙的寄存器。(2)、寄存器B(8位)用于乘法、除法運算，對于其它指令可作為一個寄存器使用。(3)、程序狀態字PSW寄存器(8位)存放累加器ACC在運算過程中標志位（P，OV，AC，Cy）的狀態；指出CPU所使用的當前工作寄存器組。CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6PSW.5PSWCY(PSW.7)進位/借位標志位若ACC在運算過程中發生了進位或借位，則CY=1；否則=0。它也是布爾處理器的位累加器，可用于布爾操作。AC(PSW.6)半進位/借位標志位若ACC在運算過程中，D3位向D4位發生了進位或借位，則CY=1，否則=0。F0(PSW.5)用戶標志位CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6PSW.5PSWRS1(PSW.4)、RS0(PSW.3)工作寄存器組選擇位若RS1，RS0=00則選擇了工作寄存器組0區，R0～R7分別代表00H～07H單元。若RS1，RS0=01則選擇了工作寄存器組1區，R0～R7分別代表08H～0FH單元。若RS1，RS0=10則選擇了工作寄存器組2區，R0～R7分別代表10H～17H單元。若RS1，RS0=11則選擇了工作寄存器組3區，R0～R7分別代表18H～1FH單元。CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6PSW.5PSWOV(PSW.2)溢出標志位OV=1時特指累加器在進行帶符號數(-128—+127)運算時出錯（超出范圍）；OV=0時未出錯。PSW.1未定義P(PSW.0)奇偶標志位P=1表示累加器中“1”的個數為奇數P=0表示累加器中“1”的個數為偶數CPU隨時監視著ACC中的“1”的個數,并反映在PSW中。(4)、布爾處理器Cy實現各種位邏輯運算和傳送；MCS-51專門提供了一個位尋址空間。(5)、TMP1和TMP28位暫存寄存器存放參與運算的操作數。2、控制器組成：程序計數器(PC)、指令寄存器、指令譯碼器，數據指針(DPTR)、堆棧指針(SP)、定時與控制部件、復位電路等。功能：產生計算機所需的時序，控制程序自動執行。(1)、程序計數器PC(16位)程序計數器PC用來存放即將要執行的指令地址，共16位，低8位經P0口輸出，高8位經P2口輸出。CPU每取一次機器碼，PC內容自動加一。CPU執行完一條指令，PC內容自動增加該指令的長度。CPU復位后，PC內容為0000H，它標志著程序從頭開始執行。PC的內容變化決定程序的流向。(2)、指令寄存器(8位)指令寄存器中存放將要執行的指令代碼，通過指令譯碼器，將指令代碼轉化為電信號(控制信號ALE等)。(3)、數據指針DPTR(16位)用于訪問外部RAM或外部I/O口，提供十六位地址；也用于程序存儲器的查表和程序散轉指令，作為基地址寄存器，提供十六位基地址。(4)、堆棧指針寄存器SP(8位)用于管理堆棧，指出棧頂位置。

MCS-51單片機復位后，(SP)=07H。CPU程序存儲器指令寄存器外RAM,EPROM,外I/O指令譯碼器控制單片機各部分的運行,產生ALE，PSEN,RD/WR單片機取指令、分析指令和執行指令的過程：取指令：CPU根據程序計數器PC的內容所指的單元地址，從程序存儲器中的某個單元取一個字節的指令代碼(機器碼)，并將它送入指令寄存器中，同時，PC的內容自動加1，指出存儲下一個字節指令代碼的單元地址。分析指令：即解釋指令或指令譯碼。分析指令時，CPU對指令寄存器中的指令代碼譯碼分析，指出要求CPU做什么，并按一定的時序產生相應的操作命令、控制信號、讀取所需的操作數。執行指令：對操作數進行相應的運算操作，并將運算結果存放到指定的單元(或存儲器、I/O口)，同時，在運算過程中自動設置有關標志位的狀態。二、存儲器1、內部數據存儲器單片機的內部數據存儲器由RAM地址寄存器、地址譯碼器以及128個單元的RAM構成，用于存放可讀寫的數據。2、內部程序存儲器MCS-51系列單片機(8031除外)的內部程序存儲器由程序地址寄存器、地址譯碼器以及4K(4096)個單元的ROM構成，用于存放程序的機器代碼和常數。3、特殊功能寄存器(SpecialFunctionRegister，SFR)MCS-51系列單片機有21個可以尋址的特殊功能寄存器，包括單片機內的I/O口、串行口、定時/計數器、中斷系統等相關的數據寄存器（或緩沖器）以及控制寄存器和狀態寄存器，用于存放相應功能部件的控制命令、狀態和數據。三、并行口（ParallelPort）有4個并行的I/O口：P0、P1、P2、P3，每根口線都可獨立地用作輸入或輸出。四、串行口（SerialPort）有1個全雙工的串行口，用于串行通信。串行口由發送緩沖器SBUF、接收緩沖器RBUF、移位寄存器和串行口控制邏輯等部分組成。五、定時/計數器（Timer/Counter）有2個16位的定時/計數器T0和T1，T0由TH0和TL0構成，T1由TH1和TL1構成，定時/計數器方式寄存器TMOD選擇定時/計數器的工作模式和方式，定時/計數器控制寄存器TCON控制T0和T1的啟動和停止，同時反映T0和T1的溢出狀態。六、中斷系統（InterruptSystem）有5個中斷源，分別為2個外部中斷、2個定時/計數器溢出產生的中斷、1個串行口接收/發送產生的中斷，提供2個中斷優先級。9.3MCS-51單片機的存儲器MCS-51單片機的的程序存儲器和數據存儲器分開設置，地址空間相互獨立。MCS-51存儲器地址空間可分為以下5類：程序存儲器，最大空間64K；片內數據存儲器，128個單元；特殊功能寄存器，共21個；位尋址空間，211位；外部數據寄存器，最大空間64K。這些存儲資源與單片機的應用關系密切。9.3.1程序存儲器程序存儲器用來存放程序和常數，最大尋址空間64K個單元。MCS-51系列產品按程序存儲器配置類型分為3類：8051芯片含有4k個單元的ROM8751芯片含有4k個單元的EPROM8031中無程序存儲器，需要擴展程序存儲器在實際應用中，用戶既可使用芯片內部的程序存儲器，也可以使用芯片外部的程序存儲器，但最大空間為64k。程序存儲器的地址空間構成與引腳的接法有關。(1)芯片內部含有程序存儲器的單片機(8051/8751)程序存儲器結構程序存儲器連接電路當=1（接高電平）時，8051/8751的程序存儲器結構：當=0（接低電平）時，8051/8751的程序存儲器結構：程序存儲器結構程序存儲器連接電路(2)芯片內部不含有程序存儲器的單片機(8031)必須接地，8031的程序存儲器結構：程序存儲器結構程序存儲器連接電路8031不論哪一種MCS-51單片機，如果接地，其內部的程序存儲器都將被CPU忽略。在單片機的程序存儲器中，有5個特殊的單元地址被定義為中斷入口地址，分別為：外部中斷入口地址0003H，外部中斷入口地址0013H，定時/計數器T0入口地址000BH，定時/計數器T1入口地址001BH，串行口中斷入口地址0023H。中斷入口地址映射9.3.2片內數據存儲器MCS-51單片機的片內數據存儲器按照功能可劃分為3個區域：00~1FH：32個單元為工作寄存器區20~2FH：16個單元為位尋址區30~7FH：80個單元為數據緩沖區共128個單元。片內RAM分區示意圖(一)工作寄存器區(RegisterBank)(00~1FH32個單元)工作寄存器組分區工作寄存器區也稱為通用寄存器區。工作寄存器區包含4個工作寄存器組，每個工作寄存器組由8個工作寄存器R0~R7組成：

BANK0（00~07H）

BANK1（08~0FH）

BANK2（10~17H）

BANK3（18~1FH）CPU在每個時刻只能使用4個工作寄存器組中的一個作為當前寄存器組，由程序狀態字PSW中的第3位(RS0)和第4位(RS1)指定。通過對這2位的編程，可設定CPU的當前工作寄存器組。剩余的工作寄存器組所對應的存儲單元可作為一般的數據緩沖區使用。CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6PSW.5PSW若RS1，RS0=00則選擇了工作寄存器組0區，R0～R7分別代表00H～07H單元。若RS1，RS0=01則選擇了工作寄存器組1區，R0～R7分別代表08H～0FH單元。若RS1，RS0=10則選擇了工作寄存器組2區，R0～R7分別代表10H～17H單元。若RS1，RS0=11則選擇了工作寄存器組3區，R0～R7分別代表18H～1FH單元。(二)位尋址區(BitAddressableArea)(20~2FH16個單元)位尋址區中的16個單元不僅有1個單元地址(可按單元訪問)，單元中的每一位也有一個自己的位地址，CPU可以對其中的每一位按位訪問。D7D6D5D3D2D0D427H單元地址24HD1位地址26H20H21H22H23H24H25H例：位尋址區中的位地址范圍為00~7FH(168=128位)。CPU可以對每一位直接操作。單元地址

D7D6D5D4D3D2D1D02C67666564636261602B5F5E5D5C5B5A59582A5756555453525150294F4E4D4C4B4A4948284746454443424140273F3E3D3C3B3A3938263736353433323130252F2E2D2C2B2A2928242726252423222120231F1E1D1C1B1A1918221716151413121110210F0E0D0C0B0A09082D6F6E6D6C6B6A69682007060504030201002E77767574737271702F7F7E7D7C7B7A7978片內數據存儲器中20~2FH的位地址映射通常可以將各種程序狀態標志、位控制變量存儲在位尋址區內。在片內RAM中只有20～2FH單元的位能夠進行位操作，我們經常表示為20H.0，它與位地址00H是等價的。位尋址區16個單元也可以按單元訪問，因此當位尋址區16個單元的128位未完全使用時，其剩余單元也可作為RAM單元使用。(三)數據緩沖區(DataBufferArea)(30~7FH80個單元)1、數據緩沖區的作用：作為數據緩沖、數據暫存、堆棧區使用；它們只能按單元訪問。2、單片機中的堆棧堆棧是為了保護CPU執行程序的現場，在存儲器中開辟一個“先進后出”（后進先出）的區域。堆棧的操作包括出棧與入棧。堆棧由堆棧指針SP管理，它始終指向棧頂位置，一般情況下，將堆棧設在30H單元之后。單片機數據入棧時，堆棧是向上生長的。因此程序設計時，最好將SP設在片內RAM的末端，如MOVSP,60H，以避免堆棧向上生成時覆蓋所存儲的數據。9.3.3特殊功能寄存器(SFR)MCS-51芯片內部有21個可尋址的SFR(具有獨立地址)，它們離散的分布在80H～FFH地址范圍內，并與片內RAM統一編址。MCS-51芯片內部還有1個不可尋址的SFR—程序計數器PC。可尋址的SFR中部分SFR(單元地址能夠被8整除)還具有位尋址功能。單片機的特殊功能寄存器（SFR）及其單元地址SFR符號SFR名稱功能SFR對應單元ACC累加器E0HBB寄存器F0HPSW程序狀態字寄存器D0HDPTR數據指針83H/82HSP堆棧指針81HP0P0口80HP1P1口90HP2P2口A0HP3P3口B0HIP中斷優先級B8HIE中斷允許控制A8HSFR符號SFR名稱功能SFR對應單元TMODTimer工作方式89HTCONTimer控制寄存器88HTH0T0計數寄存器(H)8CHTL0T0計數寄存器(L)8AHTH1T1計數寄存器(H)8DHTL1T0計數寄存器(L)8BHSCON串行口控制寄存器98HSBUF串行口緩沖器99HPCON電源控制寄存器87H

與CPU有關的：ACC、B、PSW、SP、DPTR(DPH、DPL)。與并行I/O口有關的：P0、P1、P2、P3。與串行口有關的：SCON、SBUF、PCON。與定時/計數器有關的：TCON、TMOD、TH0、TL0、TH1、TL1。與中斷系統有關的：IP、IE。凡是SFR的地址能被8整除的SFR(單元地址的末位是0或8)都具有位尋址功能，MCS-51單片機共有11個SFR具有位尋址功能，這些寄存器（單元）的每一位都有一個位地址。位地址空間：80~FFH。特殊功能寄存器（SFR）的位地址空間的特點：SFR對應的單元地址為該SFR最低位的位地址。SFR的位尋址區地址是不連續的。SFR位尋址空間地址映射SFR

D7D6D5D4D3D2D1D0ACCE7E6E5E4E3E2E1E0BF7F6F5F4F3F2F1F0單元地址PSWD7D6D5D4D3D2D1D0IPBFBEBDBCBBBAB9B8B8P3B7B6B5B4B3B2B1B0B0IEAFAEADACABAAA9A8A8P2A7A6A5A4A3A2A1A0A0SCON9F9E9D9C9B9A999898P19796959493929190TCON8F8E8D8C8B8A8988P08786858483828180908880D0E0F0CyACF0RS1RS0OV—P———PSPT1PX1PT0PX0P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0EA——ESET1EX1ET0EX0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRITF1TR1TF0TR0IE1IT1IT0IE0MCS-51單片機中SFR的使用：(1)、對于SFR以單元形式訪問時，只能采用直接尋址方式。如：MOVSBUF,AMOV99H,A二者是等價的。(2)、對于80～FFH區間未定義的單元，用戶不能使用。同樣，對于未定義位地址所對應的位操作也是無效的。(3)、編程時，最好不要采用SFR作為中間寄存器暫存中間結果。因為復位時，多數SFR會被清0。9.3.4

MCS-51單片機的位尋址空間MCS-51單片機的位尋址空間由兩部分組成，位地址范圍為00～FFH。MCS-51位尋址空間片內數據存儲器20-2FH單元的128位，占用位地址范圍：00～7FH地址能被8整除的SFR具有位尋址功能，占用位地址范圍：80～FFH9.3.5外部數據存儲器MCS-51系列單片機的外部數據存儲器是一個獨立的物理空間，外部數據存儲器和外部I/O口共同占用這個空間，最大可以擴展到64k，地址范圍為：0000H~FFFFH。外部數據存儲器一般由靜態RAM構成，簡稱外部RAM。外部RAM和外部I/O口與單片機的連接外部RAM和外部I/O口地址空間9.4MCS-51單片機的并行I/O口單片機I/O口的作用單片機I/O口的結構與工作原理單片機I/O口的使用一、單片機I/O口的作用單片機芯片上的輸入輸出口有4個：P0，P1，P2和P3。I/O口的作用與單片機是否擴展有關。(1)、8051/8751不進行存儲器和I/O口擴展時：P0：I/O口；P1：I/O口；P2：I/O口；P3：I/O口；也可作為第二功能使用。當P3口某些引腳作為第二功能使用時，不可再作為I/O口線使用。如P3.0和P3.1作為RXD和TXD時，不可再作為I/O口線使用。(2)、8031及8051/8751進行存儲器和I/O口擴展時：P0：低八位地址總線/數據總線；P2：高八位地址總線；P1：I/O口；P3：I/O口或第二功能使用。當P3口某些引腳作為第二功能使用時，不可再作為I/O口線使用。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳地址/數據控制VCCT1T2P0口引腳2143P0口的某位P0.n(n=0~7)結構圖P0口的某位由一個輸出鎖存器、兩個三態輸入緩沖器(1和2)、輸出驅動電路(T1和T2)、多路轉換開關MUX以及控制電路(3和4)組成。從邏輯結構圖可以看出，P0口既可以作為I/O用，也可以作為地址/數據線用。二、單片機I/O口的結構與工作原理1、P0口的結構與工作原理當P0口作為普通I/O口使用時輸出時：CPU發出控制電平“0”封鎖“與”門，將輸出上拉場效應管T1截止，同時使多路開關MUX把鎖存器與輸出驅動場效應管T2柵極接通，故內部總線與P0口同相，總線上的信號輸出。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳地址/數據控制VCCT1T2P0口引腳2143由于輸出驅動級是漏極開路電路，若驅動其他NMOS或外部設備時，需要外接上拉電阻。P0的輸出級可驅動8個TTL負載。輸入時：(分讀引腳或讀鎖存器)讀引腳：由傳送指令(MOV)實現。下面一個緩沖器用于讀端口引腳數據，當執行一條由端口輸入的指令時，讀脈沖把該三態緩沖器打開，這樣端口引腳上的數據經過緩沖器讀入到內部總線。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳地址/數據控制VCCT1T2P0口引腳2143讀鎖存器：有些指令如：ANLP0，A稱為“讀-改-寫指令”，需要讀鎖存器。上面一個緩沖器用于讀端口鎖存器數據到內部總線。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳地址/數據控制VCCT1T2P0口引腳2143當P0口作為地址/數據總線使用時在系統擴展時，P0口常作為地址/數據總線使用，分為：P0引腳輸出地址/數據信息。P0引腳輸入數據。P0引腳輸出地址/數據信息。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳地址/數據控制VCCT1T2P0口引腳2143CPU發出控制電平“1”，打開“與”門，又使多路開關MUX把CPU的地址/數據總線與T2柵極反相接通，輸出地址或數據。P0引腳輸入數據。輸入信號是從引腳通過輸入緩沖器進入內部總線。此時，CPU自動使MUX向下，并向P0口寫“1”使“讀引腳”控制信號有效，下面的緩沖器打開，外部數據讀入內部總線。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳地址/數據控制VCCT1T2P0口引腳21432、P1口的結構與特點DQCLKQP1.n讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳VCCRTP1口引腳由一個輸出鎖存器、兩個三態輸入緩沖器和輸出驅動電路組成。3、P2口的結構與工作原理DQCLKQMUXP2.n讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳地址控制VCCRTP2口引腳213P2口的某位由一個輸出鎖存器、兩個三態輸入緩沖器(1和2)、反相器(3)、輸出驅動電路(FET場效應管T)和多路轉換開關MUX組成。P2口可作為普通I/O口和地址總線使用。當P2口作為普通I/O口使用時DQCLKQMUXP2.n讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳地址控制VCCRTP2口引腳213CPU發出控制電平“0”，使多路開關MUX倒向鎖存器輸出Q端，構成一個準雙向口。其結構和功能與P1相同。成為普通I/O口。當P2口作為地址總線使用時DQCLKQMUXP2.n讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳地址控制VCCRTP2口引腳213在系統擴展片外存儲器且容量超過256B時，CPU發出控制電平“1”，使多路開關MUX倒向內部地址線。此時，P2輸出高8位地址信息。4、P3口的結構與工作原理P3口的某位由一個輸出鎖存器、三個三態輸入緩沖器(1、2、4)、與非門(3)及輸出驅動電路(FET場效應管T)組成。P3口除可作為普通I/O口外，其還具有第二功能。DQCLKQP3.n讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳VCCRTP3口引腳第二功能輸入第二功能輸出W2134當P3口作為普通I/O口使用時，W=1,其結構功能與P1口類似。當P3口用作第二功能使用時：P3.0：RXD串行口輸入P3.1：TXD串行口輸出P3.2：INT0外部中斷0輸入P3.3：INT1外部中斷1輸入P3.4：T0定時器0外部輸入P3.5：T1定時器1外部輸入P3.6：WR外部寫控制P3.7：RD外部讀控制當P3口用作第二功能輸出時：(輸出RD/WR/TXD)DQCLKQP3.n讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳VCCRTP3口引腳第二功能輸入第二功能輸出(RD/WR/TXD)W2134111第二功能輸出時，內部自動設置D=1當P3口用作第二功能輸入時：(輸入RxD/T0/INT0等)DQCLKQP3.n讀鎖存器=0內部總線寫鎖存器讀引腳=0VCCRTP3口引腳第二功能輸入RxD/T0/INT0/T1/INT1第二功能輸出此端自動=1W2134111第二功能輸入時，信號經緩沖器4直接進入內部總線。10截止9.5MCS-51單片機的時鐘電路與時序9.5.1

MCS-51單片機的時鐘電路時鐘電路用來產生CPU工作所需的時鐘控制信號。時鐘的頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量直接影響單片機系統的穩定性。時鐘電路的設計形式：內部方式和外部方式。1、內部方式內部方式XTAL2XTAL18051C1C2OSC借助于單片機芯片上提供的反相放大器電路，在XTAL1和XTAL2兩引腳之間外接晶體振蕩器和微調電容構成自激振蕩器，提供時鐘信號。2、外部方式直接使用外部振蕩脈沖信號。XTAL1XTAL2外部振蕩源外部方式8051VCCR常用于多CPU系統，以保持各個CPU同步工作9.5.2

MCS-51單片機的時序在計算機中，一條指令可分解為若干個基本的微操作，這些微操作所對應的脈沖信號在時間上有嚴格的先后次序，稱為計算機的時序。MCS-51包括4個定時單位，它們分別是：振蕩周期（節拍）、時鐘周期（狀態周期）、機器周期和指令周期。單片機兩種常用晶體振蕩器(晶振)的4個周期信號的對比1、震蕩周期振蕩周期也叫節拍，用P表示。振蕩周期是指為單片機提供定時信號的振蕩源的周期。是時序中最小的時間單位。例如：若某單片機時鐘頻率為2MHz，則它的振蕩周期應為0.5μs。2、時鐘周期時鐘周期又叫做狀態周期，用S表示。是振蕩周期的二倍，其前半周期對應的節拍叫P1拍，后半周期對應的節拍叫P2。P1節拍通常完成算術、邏輯運算；P2節拍通常完成傳送指令。3、機器周期機器周期是實現特定功能所需的時間周期，通常由若干時鐘周期構成。MCS-51的一個機器周期是固定不變的，寬度均由6個狀態周期（12個振蕩周期）組成，并依次表示為S1～S6，分別記作S1P1、S1P2……S6P1、S6P2。4、指令周期指令周期是最大的時序定時單位，指令周期是指執行一條指令需要的時間。MCS-51的指令周期可以包含有1～4個機器周期。MCS-51單片機的機器周期(TM)狀態P1相P2相TMTMP1相P2相MCS-51單片機每個機器周期內地址鎖存信號（ALE）產生兩次有效信號，分別出現在S1P2、S2P1期間與S4P2、S5P1期間。典型指令的時序：MCS-51系列單片機共有111條指令，按照指令代碼的長度，這些指令可以分為單字節指令、雙字節指令和3字節指令；按照指令的執行時間，可以分為單周期