硬件结构最版

第二章硬件结构——2本章内容提要2.1MCS–51单片机内部总体结构2.2MCS-51的微处理器2.3MCS-51存储器的结构2.4MCS-51单片机的引脚第2章MCS–51单片机的硬件结构2.1MCS-51单片机的内部总体结构2.1.1MCS-51单片机的基本组成图2-1

MCS-51单片机的基本组成

（内部单总线）图2-2MCS-51单片机内部详细结构MCS-51单片机的引脚及片外总线结构单片机的引脚

8051单片机芯片采用40引脚，双列直插封装（DIP）方式，引脚和逻辑符号图2-3MCS-51单片机的引脚MCS-51单片机的引脚及片外总线结构图2-4MCS-51单片机的外部总线片内各功能部件通过片内单一总线①连接而成（见图2-1），基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统微机结构。CPU对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR，SpecialFunctionRegister）的集中控制方式。各主要部分的作用

中央处理器（CPU）数据存储器（内部RAM）程序存储器（内部ROM）定时/计数器并行I/O口串行口时钟电路OSC:用于产生单片机中最基本的时间单位。中断系统（1）CPU（微处理器）

8位的CPU，与通用CPU基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，还有面向控制的位处理功能。（2）数据存储器（RAM）片内为128B（52子系列为256B），片外最多可扩64KB。片内128B的RAM以高速RAM的形式集成，可加快单片机运行的速度和降低功耗（3）程序存储器片内集成有4KB的程序存储器，如片内容量不够，片外可外扩至64KB。（4）中断系统具有5个中断源，2级中断优先权。中断处理系统灵活、方便，使单片机处理问题的灵活性和工作的效率大大提高。（5）定时器/计数器2个16位定时器/计数器（52子系列有3个），4种工作方式。器用于定时和对外部事件进行计数。

（6）串行口1个全双工的异步串行口，4种工作方式。可进行串行通信，扩展并行I/O口，还可与多个单片机构成多机系统。（7）P1口、P2口、P3口、P0口4个8位并行I/O口。每个口既可作为输入，也可作为输出。单片机在与外部存储器及I/O端口设备交换信息时，必须由P0～P3口完成。（8）特殊功能寄存器（SFR）26个，对片内各功能部件管理、控制和监视。是各个功能部件的控制寄存器和状态寄存器，映射在片内RAM区80H～FFH内2.2AT89S51的CPU由图2-1可见，CPU由控制器和运算器构成。2.2.1运算器对操作数进行算术、逻辑和位操作运算。主要包括算术逻辑运算单元ALU、累加器A、位处理器、程序状态字寄存器PSW及两个暂存器等。1．算术逻辑运算单元ALU可对8位变量逻辑运算（与、或、异或、循环、求补和清零），还可算术运算（加、减、乘、除）ALU还有位操作功能，对位变量进行位处理，如置“1”、清“0”、求补、测试转移及逻辑“与”、“或”等。122．累加器A使用最频繁的寄存器，可写为Acc。“A”与“Acc”

书写上的差别，将在第3章介绍。作用如下：（1）ALU单元的输入数据源之一，又是ALU运算结果存放单元。（2）数据传送大多都通过累加器A，相当于数据的中转站。为解决“瓶颈堵塞”问题，MCS-51增加了一部分可以不经过累加器的传送指令。A的进位标志Cy是特殊的，因为它同时又是位处理机的位累加器133．程序状态字寄存器PSWPSW（ProgramStatusWord）位于片内特殊功能寄存器区，字节地址为D0H。包含了程序运行状态的信息，其中4位保存当前指令执行后的状态，供程序查询和判断。格式如图2-3所示。

14PSW中各个位的功能：（1）Cy（PSW.7）进位标志位可写为C。在算术和逻辑运算时，若有进位/借位，Cy＝1；否则，Cy＝0。在位处理器中，它是位累加器。（2）Ac（PSW.6）辅助进位标志位在BCD码运算时，用作十进位调整。即当D3位向D4位产生进位或借位时，Ac＝1；否则，Ac＝0。（3）F0（PSW.5）用户设定标志位由用户使用的一个状态标志位，可用指令来使它置1或清0，控制程序的流向。用户应充分利用。（4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）4组工作寄存器区选择选择片内RAM区中的4组工作寄存器区中的某一组为当前工作寄存区见表2-2。（5）OV（PSW.2）溢出标志位 当执行算术指令时，用来指示运算结果是否产生溢出。如果结果产生溢出，OV=1；否则，OV=0。15（6）PSW.1位保留位（7）P（PSW.0）奇偶标志位

指令执行完，累加器A中“1”的个数是奇数还是偶数。16P=1，表示A中“1”的个数为奇数。P=0，表示A中“1”的个数为偶数。此标志位对串行通信有重要的意义，常用奇偶检验的方法来检验数据串行传输的可靠性。

172.2.2控制器

控制器包括：程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等。功能是控制指令的读入、译码和执行，接受来自程序存储器ROM存储单元的指令，并对其进行译码，通过定时和控制电路，按时序规定发出指令功能所需要的各种（内部和外部）控制信息，使各部分协调工作，完成指令功能所需的操作。

程序计数器特点：

PC里存放的是要执行的下一条指令的地址，其中内容变化轨迹决定程序流程▼它是自动增1计数器，即完成了一条指令的执行后，其内容自动加1.▼本身没有地址，因而不可寻址访问。但是可以通过分支/跳转/调用/中断/复位等操作的本质就是:改变PC值，自动将其内容更改成所要转移的目的地址。▼总指向下一条指令所在首地址(当前PC值)▼单片机复位时，PC中内容为0000H，从程序存储器0000H单元取指令，开始执行程序。即在系统的ROM中一定要存在0000这个单元，并且在0000单元中一定要存放一条指令。▼

PC的计数宽度决定了程序存储器的地址范围。PC为16位，故可对64KB（=216B）寻址。②单片机的工作过程——CPU周而复始执行指令的过程

一条指令的执行过程包括取指和执指两个阶段。指令执行前，首先要一条指令的地址送到程序计数器PC中，然后开始执行指令。具体过程如下：例如：执行指令

MOVA，#05H

机器码为：第一单元74H（指令码）；第二单元05H（数据码）

2．4MCS-51的存储器结构

一般微机只有一个逻辑空间，可以随意安排ROM或RAM。访问存储器时，同一地址对应唯一的存储空间，可以是ROM或RAM，并用同类访问指令。

MCS－51单片机的存储器将程序存储器和数据存储器分开编址，在物理和逻辑上是各自独立的，即哈佛（Harvard）结构，两种存储器有自己的寻址方式和寻址空间。这种结构对于单片机“面向控制”的实际应用极为方便、有利。

80C51系列单片机的存储器在物理结构上有4个存储空间：·片内程序存储器；·片外程序存储器；·片内数据存储器；·片外数据存储器。但在逻辑上，即从用户使用的角度上，80C51系列有三个存储空间：·片内外统一编址的64KB的程序存储器地址空间（用16位地址）；·片内数据存储器地址空间，寻址范围为00～FFH；·64KB片外数据存储器地址空间。或2.4.1程序存储器1.程序存储器的结构和地址分配程序存储器用16位地址指针PC和DPTR，寻址范围为64kB。可选择片内程序存储器或片外程序存储器。片外程序存储器必须通过并行扩展总线扩展，同时应将片外程序存储器选择引脚EA接地；选择片内程序存储器时，EA接高电平。2.在程序存储器中，以下单元具有特殊功能，这些地址不得随意被其它程序指令占用。0000H：复位后，程序将自动从0000H开始执行。因复位时PC中内容为0000H通常这5个中断入口地址处都放一条跳转指令跳向对应的中断服务子程序，而不是直接存放中断服务子程序。程序存储器用于存放编好的程序或表格常数程序存储器通常称为只读存储器ROM，用来存放预先编写好的程序。其寻址空间最大为64KB。但对不同型号的单片机，其片上所带的ROM空间是不一样的，（1）分为片内和片外两部分，访问片内的还是片外的程序存储器，由

引脚电平确定。

=1时，CPU从片内0000H开始取指令，当PC值没有超出0FFFH时，只访问片内Flash存储器，当PC值超出0FFFH自动转向读片外程序存储器空间1000H～FFFFH内的程序。

=0时，只能执行片外程序存储器（0000H～FFFFH）中的程序。不理会片内4KBFlash存储器。如8031，内部无ROM，故程序存储器必须外接，并将接地；对于内部有ROM的8051单片机，正常运行时，该引脚则需接高电平，使CPU先从内部ROM中读取程序，当PC值超过内部ROM容量时，才会转向外部ROM读取程序。242．4MCS-51的存储器结构和地址空间虽然程序存储器和数据存储器共用地址总线，但由于选通信号不同，即前者是用PSEN选通，后者是用WR和RD信号选通，故不会出现混乱。另外，对于程序存储器保存的常数、表格等数据，单片机可借助数据指针寄存器或程序计数器访问该单元读取数据。2.4.2数据存储器：用于存放程序执行的中间结果和过程数据片内数据存储器有RAM和SFR之分，这几个部分的访问指令不同。从这一点看，数据存储器的使用比程序存储器略微复杂点。采用C51语言编程则要简单许多。RAM共128个单元，字节地址为00H～7FH。但现在有些单片机扩展了高128B（80～FFH）的内部RAM，与特殊功能寄存器SFR的地址重叠，但单片机能依靠指令自动区分。00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM区普通RAM区位寻址区工作寄存器区51子系列数据存储器配置

1．片内数据存储器的结构及操作片内数据存储器采用8位地址指针，寻址范围为256B，分为两部分:00H～7FH为可直接寻址和间接寻址空间；80H～FFH直接寻址的空间为SFR空间，不能作数据存储器用。对于AT89C52/S52还有一块只能间接寻址的地址为80H～FFH的数据存储器。

2．低128字节RAM·通用工作寄存器区

·位寻址区

·用户RAM区

3．高128字节用户RAM区仅AT89S52有

4．片外数据存储器的结构及操作片外数据存储器和外围扩展电路统一编址，可寻址范围为64KB。片外数据存储器寻址空间的数据传送使用专门的MOVX指令。片外数据存储器只能和累加器A交换数据，通过地址指针DPTR或工作寄存器Ri间接寻址。00H～1FH

的32个单元是4组通用工作寄存器区，每区包含8B，为R7～R0。可通过指令改变RS1、RS0两位来选择。在主程序和子程序间调用和返回时，通过对RS0和RS1的设置，方便地切换工作寄存器组。20H～2FH的16个单元的128位可位寻址，也可字节寻址。30H～7FH的单元只能字节寻址，用作存数据以及作为堆栈区共80个单元。PSW.4(RS1)

PSW.3(RS0)

当前使用的工作寄存器组R0~R7

000组(00H~07H)011组(08H~0FH)102组(10H~17H)113组(18H~1FH)2.4.3特殊功能寄存器（SFR）80C51单片机中，在片内RAM的80H～FFH空间建立了集中的特殊功能寄存器SFR空间，通过该空间的SFR实现对80C51系列单片机内部资源的运行管理操作、位地址空间的操作等。这种集中的、归一化操作管理寄存器的模式是单片机内部资源操作管理的重要方式。 采用SFR操作管理方式后，单片机内各种单元电路都可按照可编程集成器件的运行管理方式，通过对SFR的读写来实现操作管理。访问这些专用寄存器仅允许使用直接寻址的方式。与AT89C51相比，新增5个SFR：DP1L、DP1H、AUXR、AUXR1和WDTRST。29低128字节RAM区高128字节SFR区3180C51系列的SFR80C51系列的SFR在数量与功能上大同小异，

它们离散地分布在片内数据存储器的高128字节地址80H～FFH中，但他们是不能作为数据存储器使用的，所以对这些特殊功能寄存器是不能随意写入数字的，特别是功能部件中的控制寄存器，不同的数字将使它们具有不同的工作方式。特殊功能寄存器并未占满80H～FFH整个地址空间，对空闲地址的操作是无意义的。若访问到空闲地址，则读出的是随机数。AT89S51/S52的SFR地址分布及寻址1．访问这些专用寄存器仅允许使用直接寻址的方式。2．对于AT89S52单片机，其片内RAM的80H～FFH地址上有2个物理空间（见图2-6），一个是SFR的物理空间，一个是扩展的高128字节的数据存储器物理空间，他们所用的地址单元相同，通过不同的寻址方式区分这2个空间。3．这26/32个专用寄存器都可以字节寻址，其中有11/12个专用寄存器还具有位寻址能力，它们的字节地址正好能被8整除。（参考书中表）4．SFR的位寻址与字节寻址

80C51中可位寻址SFR的直接地址为×OH或×8H，相邻的8个地址号依次作为相应的8个位地址号。

例如：P1口的口地址是90H（字节地址），而位地址90H是P1.0，位地址91H是P1.1等等依次类推。

1.程序状态字寄存器PSW

D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HCACF0RS1RS0OV-P（1）Cy（PSW.7）进位标志位可写为C。在算术和逻辑运算时，若有进位/借位，Cy＝1；否则，Cy＝0。在位处理器中，它是位累加器。（2）Ac（PSW.6）辅助（半）进位标志位在BCD码运算时，用作十进位调整。即当D3位向D4位产生进位或借位时，Ac＝1；否则，Ac＝0。（3）F0（PSW.5）用户设定标志位由用户使用的一个状态标志位，可用指令来使它置1或清0，控制程序的流向。用户应充分利用。（4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）当前工作寄存器组的选择位选择片内RAM区中的4组工作寄存器区中的某一组为当前工作寄存区见表2-2。34常用SFR的功能及应用（5）OV（PSW.2）溢出标志位 该位表示在有符号数进行加、减运算时，是否发生了溢出。如果结果产生溢出，OV=1；否则，OV=0。（6）PSW.1位保留位（7）P（PSW.0）奇偶标志位

指令执行完，累加器A中“1”的个数是奇数还是偶数。P=1，表示A中“1”的个数为奇数。P=0，表示A中“1”的个数为偶数。此标志位对串行通信有重要的意义，常用奇偶检验的方法来检验数据串行传输的可靠性。35

2.A—累加器，自带有全零标志Z，A=0则Z=1；A≠0则Z=0。该标志常用于程序分支转移的判断条件。B—寄存器，常用于乘除法运算。

3.DPTR0和DPTR1——数据指针寄存器由于单片机可外接64KB的数据存储器和I/O接口电路，故设置16位的数据指针DPTR（DataPointer）。可对64KB的外部数据存储器和I/O进行寻址。它既可以作为一个16位的寄存器来使用，也可作为两个8位的的寄存器DPH和DPL使用。DPTR在访问外部数据存储器时既可用来存放16位地址，也可作地址指针使用。也可作为访问程序存储器时的基址寄存器，此时是寻址程序存储器中的表格、常数等单元，而不是寻址指令。MOVDPTR,#data16MOVX@DPTR，A。4.SP堆栈指针（StackPointer）

堆栈是在片内RAM的128B中开辟栈区，主要功能是暂时存放数据和地址，通常用来保护断点和现场。堆栈指针SP始终存放着堆栈栈顶的地址。每存入或取出一个字节数据，SP就自动加1或减1,指向新的栈顶。按先进后出的原则存取数据，开机复位后，栈底地址为07H。注意：堆栈栈顶超出内部RAM单元时，会引起程序运行出错。对51子系列不要超出7FH，对52子系列不要超出FFH。这常常是单片机初学者和使用高级语言编程者易犯的错误之一。《单片微机原理及应用》教学课件21DQCK/Q读引脚=0读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制=1引脚P0.X34控制=1时，此脚作地址/数据复用口：（1）输出地址/数据

=0

时1011=0导通截止=0Vcc用作地址/数据总线

2.5单片机的引脚（P0口）P0.0—P0.7:双向I/O

（内置场效应管上拉）

寻址外部程序存储器时分时作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。《单片微机原理及应用》教学课件21DQCK/Q读引脚=0读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制=1引脚P0.X34控制=1时，此脚作地址/数据复用口：（2）输出地址/数据

=1

时1100=1截止导通=1Vcc用作地址/数据复用口输出时，不必外接上拉电阻！直接通过推挽结构输出用作地址/数据总线

由于P0口作为地址/数据复用方式访问外部存储器时，CPU自动向P0口写入FFH，使下方场效应管截止，上方场效应管由于控制信号为0也截止，从而保证数据信息的高阻抗（上下都截止）输入，从外部存储器输入的数据信息直接由P0.x引脚通过输入缓冲器BUF2进入内部总线。（1）具有高阻抗输入的I/O口应具有高电平、低电平和高阻抗3种状态的端口。因此，P0口作为地址/数据总线使用时是一个真正的双向端口，简称双向口。21DQCK/Q读引脚=1读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制引脚P0.X3400100截止截止=0Vcc控制=0（自动）时，此脚作地址/数据复用口：（3）输入数据时，输入指令将使引脚与内部总线直通21DQCK/Q读引脚=1读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制引脚P0.X34控制=0时，此脚作输出口时，为漏极开路，当输出数据=1时，须外接上拉电阻才能有高电平输出。00100截止截止=0Vcc用作通用I/O口

21DQCK/Q读引脚=1读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制引脚P0.X34控制=0时，此脚作输入口（事先必须对它写“1”）00100截止截止=0Vcc用作通用I/O口

（2）当P0口用作通用I/O口时，由于需要在片外接上拉电阻，端口不存在高阻抗（悬浮）状态，因此是一个准双向口（本身输出高电平不是真正的外部信号，当然对输入信号的逻辑无影响

，但实际参数呢）。为保证引脚信号的正确读入，应首先向锁存器写1（MOVP0,#FFH）。单片机复位后，锁存器自动被置1；当P0口由原来输出转变为输入时，应先置锁存器为1，（避免上次输出0使引脚钳位为低的作用）方可执行输入操作。双向与准双向，根本原则是双向包含了高阻这个状态，而不在于是否需要先写１或者不写，P1~P3口因为有内部上拉电阻，因此无论如何不是双向；P０口内部无上拉电阻，在处于数据／地址功能时，自动完成３态的转换，是双向，处于一般I/O口时，当作为输入使用时,就将开关断开,这样就只剩下上拉(或者下拉)电阻,因而阻抗比较高，可以由其它设备驱动该IO口。准双向口在做为输入使用时,实际上还是一种输出状态.只是该输出状态的内阻比较大而已.而真正的双向IO口，有方向控制寄存器,作为输入使用时输出部分被断开.双向口与准双向口的区别为双向口有高阻态,输入为真正的外部信号,准双向口内部有上拉,故高电平为内部给出不是真正的外部信号!软件做处理时都要先向口写“1”！/view/74f33207eff9aef8941e06c0.html由其内部结构决定，当作输出口时，必须外接上拉电阻。P1口的特点由于内部上拉电阻，无高阻抗输入状态，故为准双向口。

同样，P1口“读引脚”输入时，必须先向锁存器写入1。（1）P2口用作地址总线

在控制信号作用下，MUX与“地址”接通。当“地址”为0时，场效应管导通，P2口引脚输出为0；当“地址”线为1时，场效应管截止，P2口引脚输出1。（2）P2口用作通用I/O口

在内部控制信号作用下，MUX与锁存器的Q端接通。

CPU输出1时，Q=1，场效应管截止，P2.x引脚输出1；CPU输出0时，Q=0，场效应管导通，P2.x引脚输出0。P2口（内置了上拉电阻）《单片微机原理及应用》教学课件21DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线第二功能输出（WR，RD，TxD）引脚P3.X3内部上拉电阻Vcc4第二功能输出时，内部自动D=1111反相器单片机的引脚（P3口）P3.0—P3.7:双功能口（内置了上拉电阻）

它具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能时它就是普通的通用准双向I/O口。实际应用中，由于复位后P3口锁存器自动置1，满足第二功能所需的条件，所以不需任何设置工作，就可以进入第二功能操作。《单片微机原理及应用》教学课件21DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线此端自动＝1引脚P3.X3内部上拉电阻Vcc

第二功能输入（RxD，T0，T1，INT0，INT1）4第二功能输入时，信号经缓冲器4直接进入内总线1110截止《单片微机原理及应用》教学课件P3口第二功能表引脚第二功能

P3.0RxD:

串行口接收数据输入端P3.1TxD:

串行口发送数据输出端P3.2INT0:

外部中断申请输入端0P3.3INT1:

外部中断申请输入端1P3.4T0:

外部计数脉冲输入端0P3.5T1:

外部计数脉冲输入端1P3.6WR:

写外设控制信号输出端P3.7RD:

读外设控制信号输出端2.5.5P1～P3口驱动LED发光二极管下面讨论P1～P3口与LED发光二极管的驱动连接问题。P0口与P1、P2、P3口相比，P0口的驱动能力较大，每位可驱动8个LSTTL输入，而P1、P2、P3口的每一位的驱动能力，只有P0口的一半。当P0口某位为高电平时，可提供400A的电流；当P0口某位为低电平（0.45V）时，可提供3.2mA的灌电流。如低电平允许提高，灌电流可相应加大。所以，任何一个口要想获得较大的驱动能力，只能用低电平输出。53例如，使用单片机的并行口P1～P3直接驱动发光二极管，由于P1～P3内部有30kΩ左右的上拉电阻。如高电平输出，则强行从P1、P2和P3口输出的电流Id会造成单片机端口的损坏如端口引脚为低电平，能使电流Id

从单片机外部流入内部，则将大大增加流过的电流值所以，当P1～P3口驱动LED发光二极管时，应该采用低电平驱动。（a）不恰当的连接：高电平驱动（b）恰当的连接：低电平驱动4个I／0端口的主要异同点

1.主要相同点1）锁存器加引脚的典型结构2）I/O的复用结构

I/O端口的总线复用

I/O端口的功能复用（即将某一端口输出信号用以不同的目的。比如在显示器键盘控制器8279中,将显示数码管扫描线同时作为键盘扫描线。）3）在对双向口作输入操作时，一定要先向锁存器写“1”，然后才能正确读入引脚状态。

2.主要不同点1）P1～P3为准双向口结构2）驱动能力不同3）功能不同MCS-51单片机的引脚及片外总线结构单片机的引脚

8051单片机芯片采用40引脚，双列直插封装（DIP）方式，引脚和逻辑符号图2-3MCS-51单片机的引脚MCS-51单片机的引脚及片外总线结构图2-4MCS-51单片机的外部总线《单片微机原理及应用》教学课件认识单片机的引脚MCS-51单片机40脚Vcc,GND

2XTAL1,XTAL2

2RESET

1EA/Vpp

1ALE/PROG

1PSEN

1P0.0—P0.7

8

P1.0—P1.7

8P2.0—P2.7

8

P3.0—P3.7

8《单片微机原理及应用》教学课件单片机的引脚定义从一片集成电路的角度去认识单片机《单片微机原理及应用》教学课件单片机的引脚（电源端）Vcc,GND:

正电源端与接地端（+5V/3.3V/2.7V)不同的单片机可以允许不同的工作电压，不同的单片机表现出的功耗也不同。单片机内部设有定时电路，只须外接振荡元件即可工作。外接振荡元件一般选用晶体振荡器，或廉价的RC振荡器，也可用外部时钟源作振荡元件。甚至将振荡元件集成在单片机芯片内部。②单片机的工作过程——CPU周而复始执行指令的过程

一条指令的执行过程包括取指和执指两个阶段。指令执行前，首先要一条指令的地址送到程序计数器PC中，然后开始执行指令。具体过程如下：例如：执行指令

MOVA，#05H

机器码为：第一单元74H（指令码）；第二单元05H（数据码）

1.单片机的工作原理：取一条指令、译码、进行微操作，再取一条指令、译码、进行微操作，这样自动地、—步一步地由微操作按次序完成相应指令规定的功能。单片机的时钟信号用来为单片机芯片内部的各种微操作提供时间基准，机器启动后，指令的执行顺序如下图2.10所示：

时钟的基本概念取指分析执行2.概念⑴时序：各指令的微操作在时间上有严格的次序，这种微操作的时间次序称作时序。

⑵

时钟电路：用于产生单片机工作所需要时钟信号的电路成为时钟电路。单片机的时钟电路单片机时钟电路通常有两种形式：1．内部振荡方式：MCS-51单片机片内有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。把放大器与作为反馈元件的晶体振荡器或陶瓷谐振器连接，就构成了内部自激振荡器并产生振荡时钟脉冲（如图1.25所示）。《单片微机原理及应用》教学课件单片机的引脚（晶振端）XTAL1（18）,XTAL2（19）:片内振荡电路输入/输出端利用内部时钟电路时，XTAL1与XTAL2之间接一晶体振荡器，XTAL1为内部放大电路输入端，XTAL2为输出端。5～30pfx2通常外接一个晶振两个电容在XTAL1、XTAL2跨接定时元件和两个电容就构成了自激振荡器。C1、C2取5~30PF，起微调和稳定作用。晶振频率：fosc=1.2~12MHZ 常用频率为6、12、11.0592MHz。《单片微机原理及应用》教学课件XTAL1XTAL2外部时钟外部振荡器的信号接至XTAL2，即内部时钟发生器的输入端，而内部反相放大器的输入端XTAL1接地，片内振荡电路不起作用。由于XTAL2端的逻辑电平不是TTL的，故建议外接一个上拉电阻。

常用于多块8051同时工作，以便同步，要求信号频率低于12MHz。而对于CHMOS型单片机XTAL1为驱动端，XTAL2悬空。2．外部振荡方式：外部振荡方式就是把外部已有的时钟信号引入单片机内。

XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部时钟源图

内部振荡方式图

外部振荡方式返回本节3.振荡脉冲并不直接使用，由XTAL2端送往内部时钟电路： 经过2分频，向CPU提供2相时钟信号P1和P2； 再经3分频，产生ALE时序； 经过12分频，成为机器周期信号《单片微机原理及应用》教学课件CPU总是按照一定的时钟节拍与时序工作：振荡周期/时钟周期：Tc=晶振频率fosc（或外加频率）的倒数状态周期：Ts=2个时钟周期(Tc)（很少用到此概念）机器周期：Tm=6个状态周期(Ts)=12个振荡周期(Tc)

对应计算机执行一个基本操作所需的时间，如读操作或写操作，或单片机访问一次存储器的时间。指令周期:

Ti:执行一条指令所需的机器周期(Tm)数牢牢记住：

振荡周期=晶振频率fosc的倒数；

1个机器周期=12个振荡周期；

1个指令周期=1、2、4个机器周期时序的共同点：每一次ALE信号有效，CPU均从ROM中读取指令码（包括操作码和操作数），但不一定有效，读了之后再丢弃（假读）。有效时，PC+1→PC不变（程序计数器PC不加1）；无效时不变。其余时间用于执行指令操作功能，但在时序中没有完全反映出。如双字节单机器周期，分别在S1、S4读操作码和操作数，执行指令就一定在S2、S3、S5、S6中完成。《单片微机原理及应用》教学课件单片机的引脚（复位端）Vcc,GND:电源端（+5V/3.3V/2.7V)XTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入、输出端RESET:复位端（正脉冲有效，宽度8mS）复位使单片机进入某种确定的初始状态：

▼

PC值归零（0000H）；▼各个SFR被赋予初始值

P0～P3=0FFH，Acc=0，B=0，TH0=0，TL0=0，TH1=0，TL0=0，SP=7，PSW=0……▼退出处于节电工作方式的停顿状态、退出一切程序进程、退出程序的死循环，从头开始（重启）。MCS-51单片机的复位信号，高电平有效。RST/VPD引脚至少保持2个机器周期（或10ms）的高电平，才能复位。直至RST端变为低电平时，单片机开始正常工作！1）上电自动复位接通电源瞬间电容充电产生正脉冲2）手动电平复位（上电+按键，按键不是瞬时的）：按键按下时，复位端出现两个电阻分压的电平使单片机复位。（微分电路）复位按键按下后：RST端通过小电阻与电源VCC接通，电容器迅速放电、使RST引脚为高电平按键松开后：电源重新通过1K电阻对电容器充电，同上，RST引脚又逐渐降为低电平，直至复位结