江苏开放大学 JIANGSU OPEN UNIVERSITY 单片机技术及应用 (讲义) 100 02 http:ww.jsou.ecu.cn 顾筠 编 2018年11月
单片机技术及应用 （讲义） 顾筠 编 2018 年 11 月
前言与目录 单片机面向控制，在各种机电、电子产品或机电技术中得到广泛应用。单片机词 程触合了数字电子技术、控制技术、软件编程等知识与技能。 本误程固绕MCS-51系列单片机进行学习，课程主要包括有关单片机的基本概念 和基本知识，单片机的组成结构，寻址方式、指令系统和程序设计方法，单片机内部 LO接口单元及应用，外围设备与接口等。 通过木课程的学习，要求： 1.理解单片机相关的基础知识。单片机最小系统： 2.学握MCS-51的寻址方式和指令系统： 3.掌掘单片机程序设计方法： 4.理解单片机接口应用方法：并行口、中断系统、定时计数器、串行口 5.了解常用外设的接口方法和程序设计方法：AD和D/A接口、LED显示： 本讲义依据单片机的功能应用划分成单元，共有10个单元的学习内容， 第1单元单片机基础概述 第2单元单片机组成结构 第3单元单片机的存储器 第4单元单片机指令系统 第5单元单片机程序设计 第6单元并行接口 第7单元中断系统 第8单元定时器/计数器 第9单元串行接口 第10单元外围设备与接口 每个单元都设置有习题，供同学们思考练习，以巩固学习内容
单片机技术及应用 （讲义） 顾筠 编 2017 年 1 月 前言与目录 单片机面向控制，在各种机电、电子产品或机电技术中得到广泛应用。单片机课 程融合了数字电子技术、控制技术、软件编程等知识与技能。 本课程围绕 MCS-51 系列单片机进行学习，课程主要包括有关单片机的基本概念 和基本知识，单片机的组成结构，寻址方式、指令系统和程序设计方法，单片机内部 I/O 接口单元及应用，外围设备与接口等。 通过本课程的学习，要求： 1．理解单片机相关的基础知识，单片机最小系统； 2．掌握 MCS-51 的寻址方式和指令系统； 3．掌握单片机程序设计方法； 4．理解单片机接口应用方法：并行口、中断系统、定时计数器、串行口； 5．了解常用外设的接口方法和程序设计方法：A/D 和 D/A 接口、LED 显示。 本讲义依据单片机的功能应用划分成单元，共有 10 个单元的学习内容。 第 1 单元 单片机基础概述 第 2 单元 单片机组成结构 第 3 单元 单片机的存储器 第 4 单元 单片机指令系统 第 5 单元 单片机程序设计 第 6 单元 并行接口 第 7 单元 中断系统 第 8 单元 定时器/计数器 第 9 单元 串行接口 第 10 单元 外围设备与接口 每个单元都设置有习题，供同学们思考练习，以巩固学习内容
草作机技米及应用 第2单元MCS-51单片机的组成结构 【导言】 本学习单元主要讲述MC$-51系列单片机的硬件组成结构。主要学习单片机资源结构中 的CPU,单片机的脚、单片机最小系统等。 【学习目标】 掌握：8051单片机的基本结构。 单片机最小应用系统 理解： 单片机的组成结构。 【学习重点和难点】 1,重点：单片机最小系统组成。 2.难点：单片机引脚特性： 【学习内容】 2.1MCS-51单片机基本结枸 2.2中尖处型器CPU 2.3单片机的引脚及其功能 2.4MCS-S1单片机最小应用系统
单片机技术及应用 1 第 2 单元 MCS-51 单片机的组成结构 【导言】 本学习单元主要讲述 MCS-51 系列单片机的硬件组成结构。主要学习单片机资源结构中 的 CPU，单片机的引脚、单片机最小系统等。 【学习目标】 掌 握：8051 单片机的基本结构。 单片机最小应用系统。 理 解：单片机的组成结构。 【学习重点和难点】 1．重点：单片机最小系统组成。 2．难点：单片机引脚特性。 【学习内容】 2．1 MCS-51 单片机基本结构 2．2 中央处理器 CPU 2．3 单片机的引脚及其功能 2．4 MCS-51 单片机最小应用系统
第2单元单岸机姐成抽相 本单元主要讲述MCS-51系列单片机的硬件结构，主受内容包括：MCS-51系列单片机 的概况、单片机内部结构框图、外部引群说明。以及单片机的丛本工作原理。 2.1MCS-51系列单片机基本结构 MCS-51系列单片机是一种8位单片微型计算机，它是美国NTEL公司1980年推出的 产凸。它比MCS8系列单片机结构更先进，片内功能、指令系统也有所嘴强。它很快成为 第二代单片机的主流机型。 MCS-51系列单片机的芯片有很多种，其代表性芯片有051芯片，此外常用的芯片还有 8052芯片、803引芯片、8032芯片、8751芯片等， 2.1.1MCS-51系列单片机的基本组成及主要性能 MCS-51系列单片机的芯片种类很多，但它门的基本组成和主要性能基本上是相的， 现以8051芯片为例说明其基本组成和主受性德。 1,8051单片机的基木组成 8051单片机芯片内主要包含：中央处理器CPU、片内界序存储器ROM、片内数据存储 器RAM、并行、毕行接口、定时器计数器，以及内部中新控制系统等，8051单片机的结构 如图2-1所示， 时钟电溶 ROM RAM 定时计数器 中央处理器 U 并行接口 行接口 中斯系统 图2-18051单片机的结构图 2.8051单片机的主要性能 8D51单片机的主要性能如下： (1)一片8位CPU: (2)片内带拟荡器电路，扳菏频率se的范围：1.2MH2-12MH2,可输出时钟：
第 2 单元 单片机组成结构 2 本单元主要讲述 MCS-51 系列单片机的硬件结构，主要内容包括：MCS-51 系列单片机 的概况、单片机内部结构框图、外部引脚说明，以及单片机的基本工作原理。 2．1 MCS-51 系列单片机基本结构 MCS-51 系列单片机是一种８位单片微型计算机，它是美国 INTEL 公司 1980 年推出的 产品，它比 MCS-48 系列单片机结构更先进，片内功能、指令系统也有所增强。它很快成为 第二代单片机的主流机型。 MCS-51 系列单片机的芯片有很多种，其代表性芯片有 8051 芯片，此外常用的芯片还有 8052 芯片、8031 芯片、8032 芯片、8751 芯片等。 2．1．1 MCS-51 系列单片机的基本组成及主要性能 MCS-51 系列单片机的芯片种类很多，但它们的基本组成和主要性能基本上是相同的， 现以 8051 芯片为例说明其基本组成和主要性能。 1．8051 单片机的基本组成 8051 单片机芯片内主要包含：中央处理器 CPU、片内程序存储器 ROM、片内数据存储 器 RAM、并行、串行接口、定时器/计数器，以及内部中断控制系统等。8051 单片机的结构 如图 2-1 所示。 图 2-1 8051 单片机的结构图 2．8051 单片机的主要性能 8051 单片机的主要性能如下： （1）一片 8 位 CPU； （2）片内带振荡器电路，振荡频率 fosc 的范围：1.2MHz～12MHz，可输出时钟； 并行接口 串行接口 时钟电路 ROM RAM 定时/计数器 中央处理器 CPU 中断系统
单岸机故术及应用 (3)128字节的片内数据存储器和4K字节的片内程序存储器： (4)4个8位并行1O接口和1个全双工串行10接口： (5)2个16位定时器i计数器： (6)五个中断源，两个中断ī优先级： (7)程序存储器的寻址范国为64KB字节： (8)片外数据存储器的寻址范田为64KB字节： (9)单+5V供电。标准40脚双列直插式封装。 在MC5-51系列单片机中，共他还有如8031,8032、8052、8751等常用芯片，它们与 8051芯片相比，其性能特点是：①031、8032两芯片，它们片内没有程序存储器，需外扩 存结器。②8032、8052两芯片与8051芯片相比较，不可之处在子片内数据存结器由128个 字节增至到256个字节，定时器计数器由2个增加到3个，中断源由5个增加到6个，另外 8052芯片片内存储器增至8KB.③8751艺片是EPROM型单片机，增设了4个字节的可编 程程序存储器， 2,1,2MCS-51系列单片机的内部结构框图 MCS-51系列8051单片机的内部结构框图如图2-2所示。由图2-2可以看到，每一片 8D51单片机内大致含有：中央处理器、片内存储器、并行1O接口、中断系统、定时器计数 器、韦行接口等功能部件： 1,中央处理器 中央处理器一般包括运算器和控制器二个部分，它是单片机的核心部件。 (1)运算器 运算器由算术更辑运算单元ALU,累加器ACC,暂存器TMP,程序状态寄存器SW, 寄存器B等部分组成，它们是单片机进行运算的主要部件，其功能主要是实现各种算术、逻 组运算，位变量处理和数据传送操作等。 〔2)控制器 控制器是发布操作命令的机构，是单片机的指挥中心，由指令寄存器、定时与控制电路、 时钟发生器、堆栈指针SP和数据指针DPTR等组成，主要作用是利用根荡器XTALI,XTAL2 等组成内部振荡电路构成时钟电路产生时钟，并按一定的时同顺序发出一系列控制信号，使 单片机各部件能按一定的时间节拍（即时序），协调一致地工作，从而使指令得以执行。 2.片内存储器 单片机片内存储器，按其用途可分为：片内程序存储卷ROM和片内数陆存储器RAM 两大类。8051片内具有4K字节的程序存储器ROM和128个字节的数据存储器RAM。程序 存储器ROM用米存放程序，它们可提供64K字节的寻址能力。数据存储器RAM用米存放 读写数据运算的中问和最终结果。 3
单片机技术及应用 3 （3）128 字节的片内数据存储器和 4K 字节的片内程序存储器； （4）4 个 8 位并行 I/O 接口和 1 个全双工串行 I/O 接口； （5）2 个 16 位定时器/计数器； （6）五个中断源，两个中断优先级； （7）程序存储器的寻址范围为 64KB 字节； （8）片外数据存储器的寻址范围为 64KB 字节； （9）单+5V 供电，标准 40 脚双列直插式封装。 在 MCS-51 系列单片机中，其他还有如 8031、8032、8052、8751 等常用芯片。它们与 8051 芯片相比，其性能特点是：①8031、8032 两芯片，它们片内没有程序存储器，需外扩 存储器。②8032、8052 两芯片与 8051 芯片相比较，不同之处在于片内数据存储器由 128 个 字节增至到 256 个字节，定时器/计数器由 2 个增加到 3 个，中断源由 5 个增加到 6 个，另外 8052 芯片片内存储器增至 8KB。③8751 芯片是 EPROM 型单片机，增设了 4 个字节的可编 程程序存储器。 2．1．2 MCS-51 系列单片机的内部结构框图 MCS-51 系列 8051 单片机的内部结构框图如图 2-2 所示。由图 2-2 可以看到，每一片 8051 单片机内大致含有：中央处理器、片内存储器、并行 I/O 接口、中断系统、定时器/计数 器、串行接口等功能部件。 1．中央处理器 中央处理器一般包括运算器和控制器二个部分，它是单片机的核心部件。 （1）运算器 运算器由算术逻辑运算单元 ALU，累加器 ACC，暂存器 TMP，程序状态寄存器 PSW， 寄存器 B 等部分组成。它们是单片机进行运算的主要部件，其功能主要是实现各种算术、逻 辑运算，位变量处理和数据传送操作等。 （2）控制器 控制器是发布操作命令的机构，是单片机的指挥中心，由指令寄存器、定时与控制电路、 时钟发生器、堆栈指针 SP 和数据指针 DPTR 等组成，主要作用是利用振荡器 XTAL1、XTAL2 等组成内部振荡电路构成时钟电路产生时钟，并按一定的时间顺序发出一系列控制信号，使 单片机各部件能按一定的时间节拍（即时序），协调一致地工作，从而使指令得以执行。 2．片内存储器 单片机片内存储器，按其用途可分为：片内程序存储器 ROM 和片内数据存储器 RAM 两大类。8051 片内具有 4K 字节的程序存储器 ROM 和 128 个字节的数据存储器 RAM。程序 存储器 ROM 用来存放程序，它们可提供 64Ｋ字节的寻址能力。数据存储器 RAM 用来存放 读写数据运算的中间和最终结果
常2草元草并机想成灿构 Pe.o-Po.7 P2.0-P2.7 r P%坠动器 P器 RAM地：寄存器 RAM 存署 P硫存器 ROM 地寄 B客存器 梁冲署 智存器1 智存器2 中断系统 PC l ALU 串行口 PSEN 定时计是 L 定到 SP EA 与 存 拉制 TDΨRT RST P碳行# P健存 振寄器 3.并 P重动器 P坐动器 单片 共32根9路仰0WT,P可-pIT、m0-p中、Pg0-p7表示这些接D的 功能主要是树成重罪形汗地址总线以长接制输入、箱出楼仔构成以上功能还必须增加 锁存器和驱动电路 4。中断系统 中断技术是计算机〔单片机)所特有的一种资源共字技术。CPU可以根据工作任务的轻 重，暂时停止正在进行的某一件工作而去处理另一件更重要的工作，这种工作方式称为中断 方式，构成的系统称为中新系统。 5,定时器/计数器 定时器/引数器是单片机进行实时控制所需的功能部件，主要用来定时检测和进行自动控 制，可以实现对外部事件进行计数或设成定时器
第 2 单元 单片机组成结构 4 图 2-2 8051 单片机的内部结构框图 3．并行 I/O 接口 单片机的并行 I/O 接口，即并行输入/输出接口。8051 芯片内有 4 个 8 位 I/O 并行接口， 共 32 根 I/O 线，分别以 P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7、P3.0～P3.7 表示。这些接口的 功能主要是构成数据总线和地址总线以及控制输入、输出接口。但构成以上功能还必须增加 锁存器和驱动电路。 4．中断系统 中断技术是计算机（单片机）所特有的一种资源共享技术。CPU 可以根据工作任务的轻 重，暂时停止正在进行的某一件工作而去处理另一件更重要的工作，这种工作方式称为中断 方式，构成的系统称为中断系统。 5．定时器/计数器 定时器/计数器是单片机进行实时控制所需的功能部件，主要用来定时检测和进行自动控 制，可以实现对外部事件进行计数或设成定时器。 EA B 寄存器 ALU PC 加 1 缓冲器 16位地址寄存器 PC DPRT 暂存器 1 暂存器 2 PSW SP 中断系统 串行口 定时/计数 A P0 驱动器 P0 锁存器 P2 驱动器 P2 锁存器 RAM 地址寄存器 ROM RAM P2。0~P2。7 P0。0~P0。7 P1 驱动器 P3 驱动器 P1 锁存器 P3 锁存器 P1。0~P1。7 P3。0~P3。7 AL PSEN 振荡器 定时 与 控制 指 令 寄 存 器 RST VSS VCC XTAL2 XTAL1
草岸机技水及应用 6,申行10接回 单片机的半行1O接口，主要用来实现单片机与其他设备之间的卡行数据传送. 2.2MCS一51单片机的中央处理器 中央处理器是单片机的核心，也称为微处理器，简称CU.它主要由算术逻纸运算部件 ALU、累加举ACC、寄存器B、程序状态字寄存器sW,数酱指针DPTR、堆找指针SP、 布尔处理器以及时钟发生器等组成： 2,2,1算术逻辑运算部件ALU 算术遂辑运算邻件是运算器的核心元件，它是单片机进行计算的场所，在控制器所发内 部信号的控制下进行各种算术操作和逻辑操作。 1,算术运算 算术逻辑运算部件不仅能进行加（带进位加）、减（带借位减）、蜡量（加1）、诚量 (减1)运算，还可以在寄存器B配合下，完成乘法与除法操作，以及D加法的十进制 调整。 2,逻辑运算 算术逻辑运算部件可以进行与、或、取反、异或、位置“0”、置“1”等逻辑操作。 3,其他功能 算术逆辑运算部件可以进行数据传送，程序转移，还可以进行多种内容交换操作，并作 比较操作，以及有很强的位操作功能。 2,2.2累加器A和寄存器B 1.累加器ACC 紫加器ACC,简称紧如器A,是巾央处理器中敏常见的专用寄存器，算术逻辑单元ALU 中运算所需的操作数很多来自黑加器A,且结果也常送回黑加器A中。指令系统中常用A作 为累加塔的助记符号。 2.寄存器B 寄存器B是一个8位寄存器，主要用于乘法与除法运算。当做乘法运算时，寄存器B是 乘数，并将乘法运算后的乘积数的高8位存于B巾：当做除法运算时，寄存塔B是除数，并 将除法运算后的除数存于B中。寄存器B也可作一般数据寄存器使用 2.2.3程序状态字寄存器PSW
单片机技术及应用 5 6．串行 I/O 接口 单片机的串行 I/O 接口，主要用来实现单片机与其他设备之间的串行数据传送。 2．2 MCS－51 单片机的中央处理器 中央处理器是单片机的核心，也称为微处理器，简称 CPU。它主要由算术逻辑运算部件 ALU、累加器 ACC、寄存器 B、程序状态字寄存器 PSW、数据指针 DPTR、堆栈指针 SP、 布尔处理器以及时钟发生器等组成。 2．2．1 算术逻辑运算部件 ALU 算术逻辑运算部件是运算器的核心元件，它是单片机进行计算的场所，在控制器所发内 部信号的控制下进行各种算术操作和逻辑操作。 1．算术运算 算术逻辑运算部件不仅能进行加（带进位加）、减（带借位减）、增量（加１）、减量 （减 1）运算，还可以在寄存器 B 配合下，完成乘法与除法操作，以及 BCD 加法的十进制 调整。 2．逻辑运算 算术逻辑运算部件可以进行与、或、取反、异或、位置“０”、置“１”等逻辑操作。 3．其他功能 算术逻辑运算部件可以进行数据传送，程序转移，还可以进行多种内容交换操作，并作 比较操作，以及有很强的位操作功能。 2．2．2 累加器 A 和寄存器 B 1．累加器 ACC 累加器 ACC，简称累加器 A，是中央处理器中最常见的专用寄存器，算术逻辑单元 ALU 中运算所需的操作数很多来自累加器 A，且结果也常送回累加器 A 中。指令系统中常用 A 作 为累加器的助记符号。 2．寄存器 B 寄存器 B 是一个 8 位寄存器，主要用于乘法与除法运算。当做乘法运算时，寄存器 B 是 乘数，并将乘法运算后的乘积数的高 8 位存于 B 中；当做除法运算时，寄存器 B 是除数，并 将除法运算后的除数存于 B 中。寄存器 B 也可作一般数据寄存器使用。 2．2．3 程序状态字寄存器 PSW
第2单元单岸机姐成轴相 程序状态字寄存塔PSW是一个8位寄存器，它包含了很多程序状态信息，PSW格式如 表2-1所示 表2lPsW格式 位序号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 DI DO 位特号 CY AC FO RSI RSO OV = 表中各位的含义分别表示为： ①P为奇得标志位 ②OV为溢出标志位，以指示运算结果是否溢出。 ③RS0、RS1为工作寄存器组遗泽位. ④F0为用户定义的一个状态标志位. ®AC为轴助进位标志位，如果加、减运算中有餐4位向高4位进位或借位位，则AC一 1,杏则AC=0. @CY为进位标志位，D7有进位，则C-1,否则C=0. 2.2.4数据指针DPTR、堆找指针SP和布尔处理器 L,数据指针DPTR 数据指针DPTR是一个16位寄存器，它是MCS-1系列单片机中仅有的一·个16位膏存 器，编程时，DPTR可按16位寄存器使用，也可分开以两个8位寄存器使用，构成DPH高 位字节、DPL低位字节。 2.堆找指针SP 堆栈指针SP是一个8位专用将存器，它指示出堆栈项部在内部RAM块中的位置，且可 以指向片内128字节RAM的任有单元：系统复位后，SP初始化地址为07H。 3.布尔处理器 布尔处理器，即位处型器。在MCS-51系列单片机的数据存结器内部RAM中，有128 个可直接寻址的位，共位地址为00H至FH。专用寄存器中，共有93个可寻址位。 2,2.5时钟发生器 在单片机内，时钟发生器主要用米产生时钟，以控制单片机的工作节奏。产生时钟的方 法一般可分为内部方式和外部方式两种， 1,内部方式 内部方式是指利用内部的振荡器，在XTAL1、XTA12引脚上外接反馈元件石英品振和 电容组成自激振荡器，接法如图2-3所示。一般品振在12MHz一12MHz之间任选，电容取
第 2 单元 单片机组成结构 6 程序状态字寄存器 PSW 是一个 8 位寄存器，它包含了很多程序状态信息，PSW 格式如 表 2-1 所示。 表 2-1 PSW 格式 位序号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位符号 CY AC F0 RS1 RS0 OV … P 表中各位的含义分别表示为： ①P 为奇偶标志位 ②OV 为溢出标志位，以指示运算结果是否溢出。 ③RS0、RS1 为工作寄存器组选择位。 ④F0 为用户定义的一个状态标志位。 ⑤AC 为辅助进位标志位，如果加、减运算中有低 4 位向高 4 位进位或借位位，则 AC＝ 1，否则 AC＝0。 ⑥CY 为进位标志位，D7 有进位，则 C＝1，否则 C＝0。 2．2．4 数据指针 DPTR、堆栈指针 SP 和布尔处理器 1．数据指针 DPTR 数据指针 DPTR 是一个 16 位寄存器，它是 MCS-51 系列单片机中仅有的一个 16 位寄存 器。编程时，DPTR 可按 16 位寄存器使用，也可分开以两个 8 位寄存器使用，构成 DPH 高 位字节、DPL 低位字节。 2．堆栈指针 SP 堆栈指针 SP 是一个 8 位专用寄存器，它指示出堆栈顶部在内部 RAM 块中的位置，且可 以指向片内 128 字节 RAM 的任何单元。系统复位后，SP 初始化地址为 07H。 3．布尔处理器 布尔处理器，即位处理器。在 MCS-51 系列单片机的数据存储器内部 RAM 中，有 128 个可直接寻址的位，其位地址为 00H 至 7FH。专用寄存器中，共有 93 个可寻址位。 2．2．5 时钟发生器 在单片机内，时钟发生器主要用来产生时钟，以控制单片机的工作节奏。产生时钟的方 法一般可分为内部方式和外部方式两种。 1．内部方式 内部方式是指利用内部的振荡器，在 XTAL1、XTAL2 引脚上外接反馈元件石英晶振和 电容组成自激振荡器，接法如图 2-3 所示。一般晶振在 1.2MHz～12MHz 之间任选，电容取
草作机技米及应用 值30F,并通过对电容的微调作用米对根荡频宰进行微，以满足指商频率的精度要求。 2.外部方式 外部方式是利用外部球冲信号作为振荡器的拔荡脉冲，并由XTAL2接入振荡电路，从 而构成时钟电路，接法如图2-4所示。一般情况下对外部提供给根窝器的信号没有特殊要求， 通常采用颊率为12MHz的方被伯号。 XTALI 林冲 XTAL2 信号 8051 TI. 8051 XTAL2 XTALI Vs 图2-3内部按荡力式 图2-4外留时钟源方式 2.2.6MCS-51系列单片机的时序 时序是CPU在执行指令过程中，控制器所发生的各控刷信号在时间上的相互关系。主要 以指令周期和指令时序米表示。 1.指令周期、机器周期、时钟周期 CU的工作是不断地提取指令和执行指令，把这种取出指令至执行指令结束的过程所需 的时问称为指令湖期，它是以机器期为单位的。一个机卷周期由6个状态组成，分别用$1、 $2S6表示，每一个状态分成两个振荡周期，称为时相，即时钟周期，用P1、P2表示。所 以，一个机器周期有12个时钟周期组成，分别表示为S1P1、S1P2S16、S2P1S6P6。若 品振为12M业，则一个机器周期所时问为1s: 一般情况下，算术逻辑操作发生在时相P1期间，而内部寄存器到寄存器之问的数据传 送则发生在时相2期问， 2,指令时序 MCS一51系列的指令常丰富，共有一百多条，全部指令按其长度可分为单字节指令、 双字节指令和三字节指令。执行这些指令所需的指令周期数日是各不相同的。一般有单周期 指令、双周期指令、三周期指令和四周期指令等。MCS一51系列指令周朔大都分为单周期 和双周期指令。现给出执行单周期附令的指令时序如图2-5所示，共中图2-5)为单字节指 令，图2-5b)为双字节指令。图中的ALE信号是为地址锁存面定义的，该信号据有效一次， 对应的单片机进行一次读取指令或株作数。在一个机器网期中，ALE信号出现两次有效，有 7
单片机技术及应用 7 值 30pF，并通过对电容的微调作用来对振荡频率进行微调，以满足振荡频率的精度要求。 2．外部方式 外部方式是利用外部脉冲信号作为振荡器的振荡脉冲，并由 XTAL2 接入振荡电路，从 而构成时钟电路，接法如图 2-4 所示。一般情况下对外部提供给振荡器的信号没有特殊要求， 通常采用频率为 12MHz 的方波信号。 图 2-3 内部振荡方式 图 2-4 外部时钟源方式 2．2．6 MCS-51 系列单片机的时序 时序是 CPU 在执行指令过程中，控制器所发生的各控制信号在时间上的相互关系。主要 以指令周期和指令时序来表示。 1．指令周期、机器周期、时钟周期 CPU 的工作是不断地提取指令和执行指令，把这种取出指令至执行指令结束的过程所需 的时间称为指令周期，它是以机器周期为单位的。一个机器周期由 6 个状态组成，分别用 S1、 S2…S6 表示，每一个状态分成两个振荡周期，称为时相，即时钟周期，用 P1、P2 表示。所 以，一个机器周期有 12 个时钟周期组成，分别表示为 S1P1、S1P2…S1P6、S2P1…S6P6。若 晶振为 12MHz，则一个机器周期所需时间为 1µs。 一般情况下，算术逻辑操作发生在时相 P1 期间，而内部寄存器到寄存器之间的数据传 送则发生在时相 P2 期间。 2．指令时序 MCS－51 系列的指令非常丰富，共有一百多条，全部指令按其长度可分为单字节指令、 双字节指令和三字节指令。执行这些指令所需的指令周期数目是各不相同的，一般有单周期 指令、双周期指令、三周期指令和四周期指令等。MCS－51 系列指令周期大部分为 单周期 和双周期指令。现给出执行单周期指令的指令时序如图 2-5 所示，其中图 2-5(a)为单字节指 令，图 2-5 (b)为双字节指令。图中的 ALE 信号是为地址锁存而定义的，该信号每有效一次， 对应的单片机进行一次读取指令或操作数。在一个机器周期中，ALE 信号出现两次有效，有 Vcc 8051 XTAL1 XTAL2 C1 晶振 C2 8051 XTAL1 XTAL2 Vss TTL 脉冲 信号