51单片机学习总结 - 图文

时钟电路与时序

为了保证单片机同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。

单片机时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。晶体的振荡频率为1.2MHZ~12MHZ。晶体振荡频率越高，系统时钟频率也越高，单片机运行速度也越快。但快速的运行速度对存储器的运行速度要求高，同时对PCB板的工艺要求也高（线间寄生电容要小）。因此，MCS-51通常使用振荡频率为6MHZ的石英晶体，而12MHZ主要用于高速串行通信。

在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入唯一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。需注意的是，外接的脉冲信号应当是高低电平持续时间大于20ns的方波，且脉冲频率应低于12MHZ。

MCS-51的时序定时单位共有4个，从小到大依次是：拍节、状态、机器周期和指令周期。 拍节（P）定义为振荡脉冲的周期，而经二分频后得到的单片机时钟信号的周期称为状态（S）。即一个状态（S）包含两个拍节（P）。 MCS-51采用定时控制方式，因而有固定的机器周期。规定一个机器周期的宽度为6个状态，共12个拍节，即机器周期就是振荡脉冲的十二分频。 指令周期是指执行一条指令所需要的时间。MCS-51的指令周期根据指令的不同，可包含1~4个机器周期。

MCS-51指令时序

MCS-51共有111条指令，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机器周期数目不同，有以下几种情况：单字节指令单机器周期和单字节指令双机器周期，双字节指令单机器周期和双字节指令双机器周期。三字节的指令都是双机器周期的，单字节中的乘除指令为四机器周期。

图中的ALE信号时为地址锁存而定义的，以振荡脉冲的六分之一频率出现，每有效一次对应单片机进行的一次读指令操作。

外部ROM读时序

外部RAM读写时序

MCS-51单片机的工作方式

MCS-51单片机共有复位、程序执行、单步执行、掉电保护、低功耗以及EPROM编程和校验等六种工作方式。 1. 复位方式

复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序；当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键以重新启动。

除PC之外，复位操作还对以下一些专用寄存器有影响：

复位操作还对单片机的个别引脚信号有影响，例如使ALE?1_________PSEN?1。

RST引脚为复位信号（高电平有效）的输入端，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期以上。

复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式，按键方式又可分为电平方式和脉冲方式两种。

上述电路图的电阻电容参数适用于6MHZ晶振——保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。

2. 程序执行方式

该方式是单片机的基本工作方式。 3. 单步执行方式

即通过外来脉冲控制程序的执行，来一个脉冲（按键一次）就执行一条指令。

单步执行是借助单片机的外部中断功能来实现的。MCS-51的中断机制有这样的特点：从中断服务程序返回主程序后，至少要执行一条指令，然后再响应新的中断。 4. 掉电保护方式

MCS-51设置有掉电保护措施，可对RAM与寄存器中的程序和数据进行掉电保护处理。其具体作法是，先把有用信息转存，然后再启用备用电源维持供电。

所谓信息转存是指当电源故障时，立即将系统的有用信息转存至内部RAM中保护起来，即通常所说的“掉电中断”。

系统需具有备用电源与VCC电源的自动切换电路，如上上图所示，才能保护转存的信息不被破坏。由于备用电源容量有限，为减少消耗，掉电后时钟电路和CPU皆停止工作，只维持内部RAM和专用寄存器工作。当电源VCC恢复时，STR/VPD端的备用电压还应维持一段