第2章MCS-51单片机的内部结构

1、第第 2 2 章章MCS-51MCS-51单片机的单片机的硬件结构硬件结构2.1 MCS-51 2.1 MCS-51 单片机的硬件结构单片机的硬件结构CPUCPU运算部件运算部件控制部件控制部件B BRAMRAMP0P0口口P2P2口口ROMROM(EPROM)(EPROM)串行口串行口 C/TC/T中断中断系统系统SFRSFRP1P1口口8 8P3P3口口8 88 88 8XTALXTAL1 1XTALXTAL2 2PSEN ALEPSEN ALE EA RESET EA RESETVccVccVssVssu按功能可分成按功能可分成8个部件，通过片内单一总线连接起来个部件，通过片内单一总线连

2、接起来1.1.微处理器微处理器2.2.数据存储器数据存储器3.3.程序存储器程序存储器4.I/O4.I/O口口5.5.串行口串行口6.6.定时定时/ /计数器计数器7.7.中断系统中断系统8.8.特殊功能特殊功能寄存器寄存器u控制方式：控制方式：SFR对各功能部件集中控制对各功能部件集中控制各功能部件：各功能部件： 1.CPU1.CPU（微处理器）（微处理器）2.2.数据存储器（数据存储器（RAMRAM） 片内为片内为128128个字节个字节(52(52系列为系列为256256字节字节) )3.3.程序存储器（程序存储器（ROM/EPROMROM/EPROM） 8031:8031:无此部件；无

3、此部件； 8051:8051:4K4K字节字节ROMROM； 8751:8751:4K4K字节字节EPROM EPROM ； 89C51/89C52/89C55:89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 4K/8K/20K 字节闪存字节闪存。4. P14. P1口、口、P2P2口、口、P3P3口、口、P0P0口：口：为为4 4个并行个并行8 8位位I/OI/O口。口。 5. 5. 串行口串行口 1 1个全双工的异步串行口个全双工的异步串行口6. 6. 定时器定时器/ /计数器计数器7. 7. 中断系统中断系统 8. 8. 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR） 共有共有2

4、121个，是一个具有特殊功能的个，是一个具有特殊功能的RAMRAM区。区。 2.2 MCS-51的引脚的引脚 40只引脚只引脚双列直双列直插封装（插封装（DIP）4444只引脚方形封装方式（只引脚方形封装方式（4 4只未用）只未用）引脚逻辑图引脚逻辑图 80518051单片机为单片机为4040条引脚双列直插式封装条引脚双列直插式封装 引脚可分为三个部分引脚可分为三个部分X1 X2 EA PSEN ALE RST VCC GND 8051 P0 P1 P2 P3 P00P07 P10P17 P20P27 P30P37 控控制制引引脚脚并行并行I/O口引脚口引脚电源及时钟引脚电源及时钟引脚 （1

5、1）电源及时钟引脚）电源及时钟引脚: Vcc: Vcc、VssVss；XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL2。 （2 2）控制引脚：）控制引脚： PSENPSEN* *、EAEA* * 、ALEALE、RESET RESET （3 3）I/OI/O口引脚：口引脚：P0P0、P1P1、P2P2、P3P3，4 4个个8 8位位I/OI/O口口2.2.1 2.2.1 电源及时钟引脚电源及时钟引脚 1 1电源引脚电源引脚 （1 1）VccVcc（4040脚）脚）：+5V+5V电源；电源； （2 2）VssVss（2020脚）脚）：接地。：接地。 2 2时钟引脚时钟引脚 （1 1）XTAL1XTAL

6、1（1919脚）脚）：采用外接晶体振荡器时，此引：采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。脚应接地。（2 2）XTAL2XTAL2（1818脚）脚）：接外部晶体的另一端。：接外部晶体的另一端。2.2.2 2.2.2 控制引脚控制引脚 (1) RST/VPD(9(1) RST/VPD(9脚脚) )：复位与备用电源：复位与备用电源(2) ALE/PROG(2) ALE/PROG* *（3030脚）：脚）： 第一功能第一功能ALEALE ：地址锁存允许：地址锁存允许 第二功能第二功能PROGPROG* *：编程脉冲输入端。编程脉冲输入端。(3) PSEN(3) PSEN* * （2929脚）：脚）：读外

7、部程序存储器的选通信号。读外部程序存储器的选通信号。可以驱动可以驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(4) EA(4) EA* */VPP (31/VPP (31脚脚) )： EAEA* *为内外程序存储器选择控制为内外程序存储器选择控制 EAEA* *=1=1，访问片内程序存储器，访问片内程序存储器， EAEA* *=0=0，单片机则只访问外部程序存储器。单片机则只访问外部程序存储器。 第二功能第二功能V VPPPP，用于，用于施加编程电压施加编程电压。2.2.3 I/O2.2.3 I/O口引脚口引脚(1) (1) P0P0口口：双向双向8 8位三态位三态I/OI/O口，地址总

8、线（低口，地址总线（低8 8位）及位）及数据总线分时复用口，可驱动数据总线分时复用口，可驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(2) (2) P1P1口口：8 8位位准双向准双向I/OI/O口，可驱动口，可驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(3) (3) P2P2口口：8 8位位准双向准双向I/OI/O口，与地址总线（高口，与地址总线（高8 8位）复位）复用，可驱动用，可驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(4) (4) P3P3口口：8 8位位准双向准双向I/OI/O口，双功能复用口，可驱动口，双功能复用口，可驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负

9、载。负载。注意注意: :准双向口与双向三态口的差别准双向口与双向三态口的差别。当当3 3个准双向个准双向I/OI/O口作输入口使用时，要向该口先写口作输入口使用时，要向该口先写“1”1”，另外准双向，另外准双向I/OI/O口无高阻的口无高阻的“浮空浮空”状态。状态。引脚引脚转义引转义引脚脚功能说明功能说明P3.0RXD串行数据接收端串行数据接收端P3.1TXD串行数据发送端串行数据发送端P3.2INT0外部中断外部中断0请求请求P3.3INT1外部中断外部中断1请求请求P3.4T0计数器计数器0外部输入外部输入P3.5T1计数器计数器1外部输入外部输入P3.6WR外部数据存储器外部数据存储器写

10、写P3.7RD外部数据存储器外部数据存储器读读2.3 MCS-512.3 MCS-51的的CPUCPU 由由运算器运算器和和控制器控制器所构成所构成2.3.1 2.3.1 运算器运算器 对操作数进行对操作数进行算术、逻辑运算和位操作算术、逻辑运算和位操作。1 1算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALUALU2 2累加器累加器A A 使用最频繁的寄存器，使用最频繁的寄存器，可写为可写为AccAcc。 A A的作用：的作用：（1 1）是）是ALUALU单元的输入之一，又是运算结果存放单元。单元的输入之一，又是运算结果存放单元。（2 2）数据传送大多都通过累加器）数据传送大多都通过累加器A A。（3

11、3）A A的进位的进位标志标志CyCy同时又是同时又是位处理机的位累加器。位处理机的位累加器。3 3程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW （1 1）CyCy（PSW.7PSW.7）进位标志位进位标志位（2 2）Ac(PSW.6)Ac(PSW.6)辅助进位标志位辅助进位标志位（3 3）F0F0（PSW.5PSW.5）标志位标志位 由用户使用的一个状态标志位。由用户使用的一个状态标志位。（4 4）RS1RS1、RS0RS0（PSW.4PSW.4、PSW.3PSW.3）：4 4组工作寄存器组工作寄存器区选择控制位区选择控制位1 1和位和位0 0。工作寄存器区的选择工作寄存器区的选择 1818

12、1FH1FH3 3区区1 11 1101017H17H2 2区区1 01 008080FH0FH1 1区区0 10 1000007H07H0 0区区0 00 0R R0 0R R7 7地址地址寄存器组寄存器组RSRS1 1 RS RS0 0（5 5）OVOV（PSW.2PSW.2）溢出标志位）溢出标志位 指示运算是否产生溢出。各种算术运算指示运算是否产生溢出。各种算术运算指令对该位的影响情况较复杂，将在第指令对该位的影响情况较复杂，将在第3 3章章介绍。介绍。 （6 6）PSW.1PSW.1位位: : 保留位，未用保留位，未用 （7 7）P(PSW.0)P(PSW.0)奇偶标志位奇偶标志位 P

13、=1P=1，A A中中“1”1”的个数为奇数的个数为奇数P=0P=0，A A中中“1”1”的个数为偶数的个数为偶数2.3.2 2.3.2 控制器控制器 单片机的指挥控制部件单片机的指挥控制部件任务：任务：识别指令，根据指令的性质控制单片机各功能识别指令，根据指令的性质控制单片机各功能部件，保证单片机自动协调的工作。部件，保证单片机自动协调的工作。工作流程：工作流程： 首先，从程序存储器中读出指令，送指令寄存器首先，从程序存储器中读出指令，送指令寄存器保存。保存。 然后，送指令译码器进行译码，结果送定时控制然后，送指令译码器进行译码，结果送定时控制逻辑电路。逻辑电路。 最后，由定时控制逻辑产生各

14、种定时信号和控制最后，由定时控制逻辑产生各种定时信号和控制信号，送到单片机各个部件进行相应操作。信号，送到单片机各个部件进行相应操作。2.3.2 2.3.2 控制器控制器 1 1程序计数器程序计数器PCPC（Program CounterProgram Counter） 存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。 基本工作过程：基本工作过程： 读指令时，读指令时，PCPC将其中的数作为所取指令的地址，输出给程将其中的数作为所取指令的地址，输出给程序存储器，然后程序存储器按此地址输出指令字节，同时序存储器，然后程序存储器按此地址输出指令字节，同时PC

15、PC本本身自动加身自动加1 1，指向下一条指令在程序存储器中的地址，指向下一条指令在程序存储器中的地址 基本工作方式：基本工作方式： （1 1）程序计数器）程序计数器自动加自动加1 1 （2 2）执行）执行有条件或无条件转移有条件或无条件转移指令时，程序计数器将被置入指令时，程序计数器将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。新的数值，从而使程序的流向发生变化。 （3 3）执行）执行子程序调用或中断调用子程序调用或中断调用时完成下列操作：时完成下列操作： PC PC的当前值保护的当前值保护 将子程序入口地址或中断向量的地址送入将子程序入口地址或中断向量的地址送入PCPC。 2 2指令寄存器指

16、令寄存器IRIR、指令译码器及控制逻辑电路、指令译码器及控制逻辑电路2.4 MCS-512.4 MCS-51存储器的结构存储器的结构 哈佛结构（哈佛结构（HarvardHarvard）: :哈佛结构是哈佛结构是 一种并一种并行体系结构将程序和数据存储在不同的存储行体系结构将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个空间中，即程序存储器和数据存储器是两个独立的存储器，每个存储器独立编址、独立独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。访问。 存储器空间可划分为存储器空间可划分为5类：类： 1.程序存储器空间程序存储器空间 8031无内部程序存储器。无内部程序存储器。 2.内

17、部数据存储器空间内部数据存储器空间 3.特殊功能寄存器特殊功能寄存器 4.位地址空间位地址空间 211个可寻址位。个可寻址位。 5.外部数据存储器空间外部数据存储器空间 片外可扩展片外可扩展64K字节字节RAM。 内部数据存储器内部数据存储器（a）外部数据存储器外部数据存储器（b）MCS-51单片机存储器空间分配单片机存储器空间分配特特殊殊功功能能寄寄存存器器00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特殊功能寄存器中位寻址特殊功能寄存器中位寻址外部外部ROM内部内部ROM(EA=1)外部外部ROM(EA=0)0000H00

18、00H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外外 部部RAM(I/O口口地址地址)0000HF F F FH程序存储器程序存储器（c）工作寄工作寄存器区存器区位寻址区位寻址区通用通用RAM区区返回2.4.1 2.4.1 程序存储器程序存储器EAEAEA l 存放应用程序和表格之类的固定常数。存放应用程序和表格之类的固定常数。l 分为片内和片外两部分，由分为片内和片外两部分，由EAEA* *引脚上所接电平确定引脚上所接电平确定 程序存储器中的程序存储器中的0000H0000H地址是系统程序的启动地址地址是系统程序的启动地址 一些单元具有特殊用途一些单元具有特殊用途 1 1）0000H-0002

19、H0000H-0002H2)52)5个中断源地址区个中断源地址区 表表2-1 52-1 5种中断源的中断入口地址种中断源的中断入口地址外中断外中断0 0003H0 0003H定时器定时器T0 000BHT0 000BH外中断外中断1 0013H 1 0013H 定时器定时器T1 001BH T1 001BH 串行口串行口 0023H0023H2.4.2 2.4.2 内部数据存储器内部数据存储器 共128128个字节，个字节， 00H 00H1FH1FH：3232个单元，个单元，是是4 4组通用工作寄存器区组通用工作寄存器区 20H20H2FH2FH：1616个单元，个单元，可进行可进行1281

20、28位的位寻址位的位寻址 30H30H7FH7FH：用户用户RAMRAM区，区，只能进行字节寻址，用只能进行字节寻址，用作数据缓冲区以及堆栈作数据缓冲区以及堆栈区。区。2.4.3 2.4.3 特殊功能寄特殊功能寄存器（存器（SFRSFR） CPUCPU对各种功对各种功能部件的控制采能部件的控制采用特殊功能寄存用特殊功能寄存器集中控制方式，器集中控制方式，共共2121个个。 有的有的SFRSFR可进可进行行位寻址位寻址，其，其字字节地址的末位是节地址的末位是0H0H或或8H8H。表表2-2 SFR的名称及其分布的名称及其分布SFRSFR中的某些寄存器中的某些寄存器 1 1堆栈指针堆栈指针SPSP

21、 指示出堆栈顶部在内部指示出堆栈顶部在内部RAMRAM块中的位置块中的位置 复位后复位后 ，SPSP中的内容为中的内容为07H07H。（1 1）保护断点）保护断点（2 2）现场保护）现场保护堆栈堆栈向上生长向上生长 2. 2. 数据指针数据指针DPTRDPTR 16 16位特殊功能寄存器，位特殊功能寄存器，高位字节寄存器用高位字节寄存器用DPHDPH表表示，低位字节寄存器用示，低位字节寄存器用DPLDPL表示。表示。 3. I/O3. I/O端口端口P0P0P3P3 P0P0P3P3分别为分别为I/OI/O端口端口P0P0P3P3的锁存器。的锁存器。 4.4.寄存器寄存器B B 为执行乘法和除

22、法操作设置的。为执行乘法和除法操作设置的。 在不执行乘、除的情况下，可当作一个普通寄存器在不执行乘、除的情况下，可当作一个普通寄存器来使用。来使用。5.5.串行数据缓冲器串行数据缓冲器SBUFSBUF 存放欲发送或已接收的数据，一个字节地址，物理存放欲发送或已接收的数据，一个字节地址，物理上是由两个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器，上是由两个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器，另一个是接收缓冲器。另一个是接收缓冲器。6.6.定时器定时器/ /计数器计数器 两个两个1616位位定时器定时器/ /计数器计数器T1T1和和T0T0，各由两个独立，各由两个独立的的8 8位寄存器组成：位寄存器组成：

23、TH1TH1、TL1TL1、TH0TH0、TL0TL0，只能字，只能字节寻址，但不能把节寻址，但不能把T1T1或或T0T0当作一个当作一个1616位寄存器来寻位寄存器来寻址访问。址访问。2.4.4 2.4.4 位地址空间位地址空间 211211个（个（128128个个+83+83个）寻址位个）寻址位。位地址范。位地址范围为：围为：00H00HFFHFFH。 内部内部RAMRAM的可寻址位的可寻址位128128个个( (字节地址字节地址20H20H2FH)2FH)见见表表2-32-3（P24P24）。 特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR为为8383个个可寻址位，见可寻址位，见表表2-42-

24、4（P24P24）。表表2-3 内部的可寻址位及位地址内部的可寻址位及位地址表表2-4 SFR中的位地址分布中的位地址分布2.4.5 2.4.5 外部数据存储器外部数据存储器最多可最多可外扩外扩64K64K字节字节的的RAMRAM或或I/OI/O。几点注意：几点注意：(1) (1) 地址的重叠性地址的重叠性 程序存储器与数据存储器全部程序存储器与数据存储器全部64K64K字节地址空间重叠字节地址空间重叠(2)(2) 程序存储器与数据存储器在使用上是严格区分的程序存储器与数据存储器在使用上是严格区分的(3) (3) 位地址空间共有两个区域位地址空间共有两个区域 (4) (4) 片外与片内数据存储

25、器由指令来区分片外与片内数据存储器由指令来区分(5) (5) 片外数据存储区中，片外数据存储区中，RAMRAM与与I/OI/O端口统一编址。端口统一编址。所有外围所有外围I/OI/O端口的地址均占用端口的地址均占用RAMRAM地址单元，使地址单元，使用与访问外部数据存储器相同的传送指令。用与访问外部数据存储器相同的传送指令。内部数据存储器内部数据存储器（a）外部数据存储器外部数据存储器（b）MCS-51单片机存储器空间分配单片机存储器空间分配特特殊殊功功能能寄寄存存器器00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特殊功能寄存

26、器中位寻址特殊功能寄存器中位寻址外部外部ROM内部内部ROM(EA=1)外部外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HF F F FH外外 部部RAM(I/O口口地址地址)0000HF F F FH程序存储器程序存储器（c）工作寄工作寄存器区存器区位寻址区位寻址区通用通用RAM区区返回多路开关多路开关1)功能功能：用于控制选通I/O方式还是地址/数据输出方式2)方式控制方式控制：由内部控制信号产生输入锁存器输入锁存器两个输入缓冲器两个输入缓冲器(BUF1和BUF2)推拉式推拉式I/O驱动器驱动器2.5 2.5 并行并行I/OI/O端口端口共有共有4 4个个8 8位

27、双向位双向I/OI/O口，共口，共3232口线。口线。每位均有自己的锁存器每位均有自己的锁存器、输出驱动器输出驱动器和输入缓冲器。和输入缓冲器。2.5.1 P02.5.1 P0口位图内部结构口位图内部结构BUF2BUF15 5、P0R2P0R2为为读引脚读引脚信号，执行信号，执行“MOV A,P0”MOV A,P0”时该信号有时该信号有效效6 6、读引脚（端口）时，输出、读引脚（端口）时，输出锁存器应为锁存器应为“1”1”说明：说明：1 1、当控制信号为、当控制信号为0 0时，时，P0P0口做双口做双向向I/OI/O口，为漏极开路（三态）口，为漏极开路（三态）2 2、控制信号为、控制信号为1

28、1时，时，P0P0口为地址口为地址/ /数据复用总线（用于口扩展）数据复用总线（用于口扩展）3 3、P0WP0W为端口输出写信号，用于为端口输出写信号，用于锁存输出状态锁存输出状态4 4、P0R1P0R1为为读锁存器读锁存器信号，执行信号，执行“ANL P0,#0FH”ANL P0,#0FH”时该信号有时该信号有效效Q QQ QD DC CVccVcc控制控制AD0AD0P0R1P0R1 P0R2P0R2D0D0P0WP0W图图1 1、P0P0口内部结构口内部结构读锁存器读锁存器读引脚读引脚锁存器锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器地址地址/ /数据数据P00P00多路开关多路开关102.5

29、.2 P12.5.2 P1口内部结构口内部结构Vcc P10 Q Q D C P1R1 P1R2 D0 P1W R* 图2、P1口内部结构 P1P1口内部结构如图口内部结构如图2 2所示所示 输出部分有内部上拉电阻输出部分有内部上拉电阻R R* *约为约为20K20K。 其他部分与其他部分与P0P0端口使用相类似（读引脚时先写入端口使用相类似（读引脚时先写入1 1）。）。写数据读端口 P10 Vcc P11 8051 K1 D1 R1 图2.1、P1口应用 2.5.3 P22.5.3 P2口内部结构口内部结构2 2、当控制信号为、当控制信号为1 1时时FP2P2口输出地址信息，口输出地址信息，

30、F此时单片机完成外部的此时单片机完成外部的取指操作或对外部数据取指操作或对外部数据存储器存储器1616位地址的读写位地址的读写操作。操作。3 3、当、当P2P2口作为普通口作为普通I/OI/O口口使用时使用时F用法和用法和P1P1口类似。口类似。说明：说明：1 1、P2P2可以作为通用的可以作为通用的I/OI/O，也可以作，也可以作为为高高8 8位地址位地址输出。输出。Q Q D C Vcc 控制 地址 P2R1 P2R2 D0 P2W P20 图3、P2口内部结构 R* 2.5.4 P32.5.4 P3口内部结构口内部结构说明：说明：1、做普通端口使用时，第二、做普通端口使用时，第二功能应为

31、功能应为“1”。Q Q D C Vcc 变异输出 P3R1 P3R2 D0 P3W P30 图3、P3口内部结构 R* 变异输入 2、使用第二功能时，输出端、使用第二功能时，输出端口锁存器应为口锁存器应为“1”。3、变异功能（）、变异功能（） P3.0 TXD P3.4 T0 P3.1 RXD P3.5 T1 P3.2 INT0 P3.6 WR P3.3 INT1 P3.7 RD1输出输出I/O口口1读I/O口1 12.5.5 P02.5.5 P0P3P3端口功能总结端口功能总结使用中应注意的问题：使用中应注意的问题： P0P0P3P3口都是并行口都是并行I/OI/O口，但口，但P0P0口和口

32、和P2P2口口还可用来构建数还可用来构建数据总线和地址总线，所以据总线和地址总线，所以电路中有一个电路中有一个MUXMUX，进行转换。，进行转换。 而而P1P1口和口和P3P3口口无构建系统的数据总线和地址总线的功能，无构建系统的数据总线和地址总线的功能，因此，因此，无需转接开关无需转接开关MUXMUX。 只有只有P0P0口口是一个真正的是一个真正的双向口双向口，P1P1P3P3口口都是都是准双向口准双向口。 原因原因: :P0P0口作数据总线使用时，为保证数据正确传送，需解口作数据总线使用时，为保证数据正确传送，需解决芯片内外的隔离问题，决芯片内外的隔离问题，即只有在数据传送时芯片内外才即只

33、有在数据传送时芯片内外才接通；否则应处于隔离状态。为此，接通；否则应处于隔离状态。为此，P0P0口的输出缓冲器应口的输出缓冲器应为三态门。为三态门。 P3P3口具有第二功能。因此在口具有第二功能。因此在P3P3口电路增加了第二功能控制口电路增加了第二功能控制逻辑。这是逻辑。这是P3P3口与其它各口的不同之处口与其它各口的不同之处。2.6 2.6 时钟电路与时序时钟电路与时序 时钟电路用于产生单片机工作所必需的时时钟电路用于产生单片机工作所必需的时钟控制信号。钟控制信号。2.6.1 2.6.1 时钟电路时钟电路 时钟频率直接影响单片机的时钟频率直接影响单片机的速度速度，电路的，电路的质量直接影响

34、系统的质量直接影响系统的稳定性稳定性。常用的时钟电路。常用的时钟电路有两种方式：有两种方式：内部时钟内部时钟方式和方式和外部时钟外部时钟方式。方式。一、内部时钟方式一、内部时钟方式 内部有一个用于构成振荡器的内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器高增益反相放大器，其输入端：其输入端：XTAL1XTAL1，输出端：，输出端：XTAL2XTAL2。 C1和和C2典型值通典型值通常选择为常选择为30pF左右。左右。 晶体的振荡频率晶体的振荡频率在在1.2MHz12MHz之间。之间。 某些高速单片机某些高速单片机芯片的时钟频率已芯片的时钟频率已达达40MHz。二、外部时钟方式二、外部时钟方式 常用

35、于多片常用于多片MCS-51MCS-51单片机同时工作。单片机同时工作。 2.6.2 2.6.2 机器周期、指令周期与指令时序机器周期、指令周期与指令时序一、时钟周期一、时钟周期单片机的单片机的基本时间单位基本时间单位。若时钟的晶体的振荡频率为若时钟的晶体的振荡频率为foscfosc，则时钟周期，则时钟周期Tosc=1/foscTosc=1/fosc。如。如fosc=6MHzfosc=6MHz，ToscTosc=166.7ns=166.7ns。二、机器周期二、机器周期CPUCPU完成一个基本操作所需要的时间完成一个基本操作所需要的时间。执行一条指令分为几个机器周期。每个机器周期执行一条指令分为

36、几个机器周期。每个机器周期完成一个基本操作。完成一个基本操作。MCS-51MCS-51单片机单片机每每1212个时钟周期个时钟周期为一个机器周期，为一个机器周期，一个机器周期又分为一个机器周期又分为6 6个状态个状态：S1S1S6S6。每每个状态又分为两拍个状态又分为两拍：P1P1和和P2P2。因此，。因此，一个机器一个机器周期中的周期中的1212个时钟周期表示为：个时钟周期表示为：S1P1S1P1、S1P2S1P2、S2P1S2P1、S2P2S2P2、S6P2S6P2。 三、指令周期三、指令周期执行一条指令时，可分为执行一条指令时，可分为取指令阶段取指令阶段和和指令执行阶段指令执行阶段 。

37、取指令阶段取指令阶段，PCPC中地址送到程序存储器，并从中取出需要执行中地址送到程序存储器，并从中取出需要执行指令的操作码和操作数。指令的操作码和操作数。 指令执行阶段指令执行阶段，对指令操作码进行译码，以产生一系列控制信，对指令操作码进行译码，以产生一系列控制信号完成指令的执行。号完成指令的执行。 ALEALE信号是为地址锁存而定义的信号是为地址锁存而定义的，以时钟脉冲，以时钟脉冲1/61/6的频率出现，的频率出现，在一个机器周期中，在一个机器周期中，ALEALE信号两次有效（注意，在执行访问外部数信号两次有效（注意，在执行访问外部数据存储器的指令据存储器的指令MOVXMOVX时，将会丢失一

38、个时，将会丢失一个ALEALE脉冲）脉冲）8051X2X2X1X1VssVssTTLTTL外接时钟源外接时钟源VccVcc时钟电路时钟电路 需外接晶振的频率需外接晶振的频率1.212MHZ，C1和和C2取取3010PFX1X1X2X2C2C2 C1C1X X 8051振荡电路振荡电路S1S2S3S4S5S6S1S2P1 P2 P1 P2 P1 P2P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2fosc一个状态周期一个状态周期一个机器周期一个机器周期T=12T=12* *(1/fosc)(1/fosc)X2 CPU的时序（时钟周期、的时序（时钟周期、 状态周期、机器周期）状态周期、机器周期）若外接晶振为若外接晶振为12MHz时，则单片机的四个周时，则单片机的四个周期的具体值为：期的具体值为： 时钟周期时钟周期1/12MHz1/12s0.0833s 状态周期状态周期1/6s0.167s 机器周期机器周期1s 指令周期指令周期14s可用于计算指令、程序的执行时间，以及定可用于计算指令、程序的执行时间，以及定时器的定时时间时器的定