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CPE/EE 421
Microcomputers
WEEK #10
Interpreting the Timing Diagram
如何读懂时序图
The 68000 Read Cycle A H U A H
2
4 U A
H
An alternative form of the timing diagram
General form of the timing diagram
Alan Cl ements 3 U A
H
Actual behavior of a D flip - f lop
Timing Diagram of a Simple Flip - F lop Idealized form of the timing diagram Data hold time
Data setup time Max time f or output to become v alid af ter clock
8
Address Timing
地址时序
?We are interested in when the 68000 generates a new address for use in the current memory access
我们感兴趣的是当6800芯片能够生成一个新的地址供当前的内存访问
?The next slide shows the relationship between the new address and the state of the 68000 ’s clock
下面展示的是新的地址跟6800芯片时钟的
关系
Alan Cl ements
1: S0在没有初始化的时候，地址总线总是包涵新的地址。
2： S1这个状态说明一个新的地址可以供内存访问
Address Timing U A H
地址时序
?Let’s look at the sequence of events that govern the timing of the address bus
让我们看看事件发生的顺序,管理时间的地址总线
?The “old” address is removed in state S0
旧的地址已经从S0中移除
?The address bus is floated for a short time, and the CPU puts out a new address in state S1
地址要先存在一小段时间后，CPU才能把心的地址状态写入S1中12
Alan Cl ements
地址跟地址选通
We are interested in the relationship between the time at which the address is valid and the time at which the address strobe, AS*, is asserted
我们感兴趣的事在地址总线能够访问时，地址选通是否有效。
When AS* is active-low it indicates that the address is valid
：当地址要改变前，要把AS变成高电We now look at the timing of the clock, the address, and the address strobe
从上面的时序图可以看出到，时钟脉冲，地址信号，片选脉冲；3者的关系。
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The Data Strobes 数据选通?The 68000 has two data strobes LDS* and UDS*. These select the lower byte or the upper byte of a word during a memory access
6800芯片有两个数据选通信号LDS（低）
和UDS（高）.内存通过选择LDS和
UDS来访问数据。
?To keep things simple, we will use a single data strobe, DS* 为了让事情看起来简单，我们只要选通DS就可以了。（DS的高8
位是UDS低8位是LDS）
?The timing of DS* in a read cycle is the same as the address strobe, AS*
DS的读数据跟AS读地址的时序是一样的。
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Alan Cl ements
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Analyzing the Timing Diagram
分析时序图
?We are going to redraw the timing diagram to remove clutter
让我们从头到脚分析这个时序图让头脑不那么乱
?We aren’t interested in the signal paths themselves, only in the relationship between the signals 我们不能单单从一条信号线来分析了，我们得从整体上来分析。U A H
Alan Cl ements
据选通)和数据在读周期
Alan Cl ements
Alan Cl ements
在地址开始有效的时候，内存就可以访问数据了。 在地址可访问，内存可以接收数据的时间是t acc 秒。
Calculating the Access Time
计算访问时间
?We need to calculate the memory’s access time 我们必须计算内存的访问时间
?By knowing the access time, we can use the appropriate memory component 通过了解访问时间，我们可以适当使用内存
?Equally, if we select a given memory component, we can calculate whether its access time is adequate for a particular system同样,如果我们选择一个特定内存组件,我们可以计算出它的访问时间是否足够用来在一个特定的系统
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Alan Cl ements
Alan Cl ements
在t DICL 后，数据必须有效。
80C51单片机指令的取指、执行时序 使用ALE 信号作为低8 位地址的锁存控制信号。ALE 接到外部锁存器时，高电平期间，51 的p0 输出地址，低电平时锁存器将地址锁存，在ALE 低电平时，(PSEN 为低)p0 口可以传输数据(指令)，这样就可以地址/数据复用了。 以PSEN 信号作为扩展程序存储器的读选通信号，在读外部ROM 是PSEN 是低电平有效，以实现对ROM 的读操作。 以EA 信号作为内外程序存储器的选择控制信号，当其为低电平时,对ROM 的读操作限定在外部的程序存储器,当其为高电平时, 对ROM 的读操作是从内部存储器开始的,并可延至外部程序存储器. 由RD 和WR 信号作为扩展数据存储器和I/O 口的读选通、写选通信号。EA 信号是表示是当前指令是读内，还是外存储器的控制信号。如：当选用无片内存储器的单片机，或者不打算用片内存储器时，EA 必须接低电平，此外，片外程序存储器的起始地址应该安排在片内存储器之后。 RD 和WR 信号就相对好理解，就是当读数据时(不分内外、RAM、ROM)它就有效。WR 也是这样的。 80C51 单片机指令的取指、执行时序 现按4 类指令介绍CPU 时序。因为CPU 工作的过程就是取指令与执行指令的过程，所以CPU 必须先取出指令，然后才能执行指令。 1.双字节单周期指令 由于双字节单周期指令必须在一个周期内取机器码二次，所以必须在一个机器周期内安排二次读操作码的操作，分别发生在S1P2 与S4P2。在S1P2 读入机器码74 并送入指令寄存器IR，在S4P2 读入数据03 送入累加器A，即读2 取2。在指令的执行过程中，P0 口要分时传送地址与数据，因此当操作码的地
单片机IO口结构及上拉电阻 MCS-51有4组8位I/O口：P0、P1、P2和P3口，P1、P2和P3为准双向口，P0口则为双向三态输入输出口，下面我们分别介绍这几个口线。 一、P0口和P2口 图1和图2为P0口和P2口其中一位的电路图。由图可见，电路中包含一个数据输出锁存器（D触发器）和两个三态数据输入缓冲器，另外还有一个数据输出的驱动（T1和T2）和控制电路。这两组口线用来作为CPU与外部数据存储器、外部程序存储器和I/O扩展口，而不能象P1、P3直接用作输出口。它们一起可以作为外部地址总线，P0口身兼两职，既可作为地址总线，也可作为数据总线。 图1 单片机P0口内部一位结构图 图2 单片机P2口内部一位结构图 P2口作为外部数据存储器或程序存储器的地址总线的高8位输出口AB8-AB15，P0口由ALE选通作为地址总线的低8位输出口AB0-AB7。外部的程序存储器由PSEN信号选通，数据存储器则由WR和RD读写信号选通，因为2^16=64k，所以MCS-51最大可外接64kB的程序存储器和数据存储器。
二、P1口 图3为P1口其中一位的电路图，P1口为8位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口，当作为输入口时，1写入锁存器，Q(非)=0，T2截止，内上拉电阻将电位拉至"1"，此时该口输出为1，当0写入锁存器，Q(非)=1,T2导通，输出则为0。 图3 单片机P2口内部一位结构图 作为输入口时，锁存器置1，Q(非)=0，T2截止，此时该位既可以把外部电路拉成低电平，也可由内部上拉电阻拉成高电平，正因为这个原因，所以P1口常称为准双向口。 需要说明的是，作为输入口使用时，有两种情况: 1.首先是读锁存器的内容，进行处理后再写到锁存器中，这种操作即读—修改—写操作，象JBC(逻辑判断)、CPL(取反)、INC(递增)、DEC(递减)、ANL(与逻辑)和ORL(逻辑或)指令均属于这类操作。 2.读P1口线状态时，打开三态门G2,将外部状态读入CPU。 三、P3口 P3口的电路如图4所示，P3口为准双向口，为适应引脚的第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑，在真正的应用电路中，第二功能显得更为重要。由于第二功能信号有输入输出两种情况，我们分别加以说明。
第一章单片机的内部结构 一．单片机的时序 1．时序的由来 单片机执行指令的过程就是顺序地从ROM（程序存储器）中取出指令一条一条的顺序执行，然后进行一系列的微操作控制，来完成各种指定的动作。它在协调内部的各种动作时必须要有一定的顺序，换句话说就是这一系列微操作控制信号在时间上要有一个严格的先后次序，这种次序就是单片机的时序。 2．时序的周期 计算机每访问一次存储器的时间，我们把它称为一个机器周期。它是一个时间基准。就象我们日常生活中使用的秒一样。计算机中一个机器周期包括12个振荡周期。振荡周期就是振荡源的周期，也就是我们使用的晶振的时间周期。一个12M的晶振它的时间周期是T=1/f，也就是1/12微秒。那么使用12M晶振的单片机它的一个机器周期就应该等于12*1/12微秒，也就是1uS 。 在89C51单片机中有些指令只要一个机器周期,而有些指令则需要两个或三个机器周期,另外还有两条指令需要4个机器周期。如何衡量指令执行时间的长短我们就要用到一个新的概念：指令周期—即执行一条指令所需的机器周期.INTEL公司规定了每一条指令执行的机器周期。 振荡周期：指振荡源的周期，若为内部产生方式时，为石英晶体的振荡周期。 时钟周期：(称S周期)为振荡周期的两倍，时钟周期＝振荡周期P1十振荡周期P2。 机器周期：一个机器周期含6个时钟周期(S周期)。 指令周期：完成一条指令占用的全部时间。805l的指令周期含1—4个机器周期，其中多数为单周期指令，还有2周期和4周期指令。 若fosc＝6MHz，则805l的： 振荡周期＝1／6us；时钟周期＝1／3us； 机器周期＝2us；指令周期＝2—8us。 二．单片机的时钟电路 单片机是在一定的时序控制下工作的,时钟是时序的基础。单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路,为了保证同步工作方式的实现,电路就要在唯一的时钟信号控制下按时序进行工作。 1 内部时钟电路 在MCS-51单片机的内部有一个高增益的反相放大器，其输入端为引脚XTAL1（19脚），输出端为XTAL2（18脚），我们只要在外部接上两个电容和一个晶振，就能构成一个稳定的自激振荡器，看上面的图，晶振的大小与单片机的振荡频率有关，我们到串行接口时再详细讲解。电容的大小影响着振荡器振荡的稳定性和起振的快速性，通常选择10-30P的瓷片电容或校正电容；另外在设计电路时晶振和电容应尽可能的靠近芯片，以减少PCB板的分布电容保证振荡器工作的稳定性，提高系统的抗干扰能力。 2 外部时钟电路 除了内部时钟方式外，单片机还可以采用引入外部时钟的振荡方式，当我们的系统由多片单片机组成时，为了保证各单片机之间时钟信号的同步，就应当引入唯一的公用的外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲，此时应将XTAL2悬空不用，外部脉冲信号由XTAL1引入。如下图所示。
四川工程职业技术学院 单片机应用技术课程电子教案 Copyright ? https://www.doczj.com/doc/615509424.html, 第讲 5 8051及P89V51RD2单片机的时钟、 时序和复位
本讲主要内容 5-1. 标准80C51的时钟电路、时间单位与时序 5-2. P89V51RD2单片机的时钟电路、时间单位与时序5-3. P89V51RD2单片机的复位与复位电路
时钟电路 ——用于产生供单片机各部分同步工作的时钟信号 方法1：用石英晶体振荡器 方法2：从外部输入时钟信号 （80C51） 80C51振荡器 C1 C2 CYS 80C51 悬空 外部时钟信号 XTAL1 XTAL2 XTAL2 XTAL1
单片机内部的时间单位 S1 S2S3S4S5S6 机器周期T CY 分频器 振荡器 晶振周期 时钟周期（S 状态） 80C51 P1 P2 ALE 信号
单片机内部的时间单位 ?振荡频率f osc = 石英晶体频率或外部输入时钟频率 振荡周期= 振荡频率的倒数 ?机器周期 机器周期是单片机应用中衡量时间长短的最主要的单位 在多数51系列单片机中： 1机器周期= 12×1/ fosc ?指令周期——执行一条指令所需要的时间 单位：机器周期 51单片机中：单周期指令、双周期指令、四周期指令
单片机内部的时间单位 课堂练习： 如果某单片机的振荡频率f =12MHz，则： osc 振荡周期=S=mS=uS； 机器周期=uS； 已知乘法指令“MUL AB”是一条4周期指令，则执行这条指令需要uS； 加法指令“ADD A，#01H”是单周期指令，那么1S内该单片机可以进 行次加法运算。
MCS-51单片机的指令时序 时序是用定时单位来描述的，MCS-51的时序单位有四个，它们分别是节拍、状态、机器周期和指令周期，接下来我们分别加以说明。 ·节拍与状态： 我们把振荡脉冲的周期定义为节拍（为方便描述，用P表示），振荡脉冲经过二分频后即得到整个单片机工作系统的时钟信号，把时钟信号的周期定义为状态（用S表示），这样一个状态就有两个节拍，前半周期相应的节拍我们定义为1(P1)，后半周期对应的节拍定义为2(P2)。 ·机器周期： MCS-51有固定的机器周期，规定一个机器周期有6个状态，分别表示为S1-S6，而一个状态包含两个节拍，那么一个机器周期就有12个节拍，我们可以记着S1P1、S1P2……S6P1、S6P2，一个机器周期共包含12个振荡脉冲，即机器周期就是振荡脉冲的12分频，显然，如果使用6MHz的时钟频率，一个机器周期就是2us，而如使用12MHz的时钟频率，一个机器周期就是1us。 ·指令周期： 执行一条指令所需要的时间称为指令周期，MCS-51的指令有单字节、双字节和三字节的，所以它们的指令周期不尽相同，也就是说它们所需的机器周期不相同，可能包括一到四个不等的机器周期（这些内容，我们将在下面的章节中加以说明）。 ·MCS-51的指令时序： MCS-51指令系统中，按它们的长度可分为单字节指令、双字节指令和三字节指令。执行这些指令需要的时间是不同的，也就是它们所需的机器周期是不同的，有下面几种形式： ·单字节指令单机器周期 ·单字节指令双机器周期 ·双字节指令单机器周期
·三字节指令双机器周期 ·单字节指令四机器周期(如单字节的乘除法指令) 下图是MCS-51系列单片机的指令时序图： 上图是单周期和双周期取指及执行时序，图中的ALE脉冲是为了锁存地址的选通信号，显然， 每出现一次该信号单片机即进行一次读指令操作。从时序图中可看出，该信号是时钟频率6分 频后得到，在一个机器周期中，ALE信号两次有效，第一次在S1P2和S2P1期间，第二次在 S4P2和S5P1期间。 接下来我们分别对几个典型的指令时序加以说明。 ·单字节单周期指令： 单字节单周期指令只进行一次读指令操作，当第二个ALE信号有效时，PC并不加1，那么读出的还是原指令，属于一次无效的读操作。 ·双字节单周期指令： 这类指令两次的ALE信号都是有效的，只是第一个ALE信号有效时读的是操作码，第二个ALE信号有效时读的是操作数。
串行通信（Serial Communication） 方式0。串行口为同步移位寄存器的输入\输出方式，主要用于扩展并行输入或输出口。对51单片机，数据由RXD（P3.0）引脚输入或输出，同步移位脉冲由TXD（P3.1）引脚输出。发送和接收均为8位数据，低位在先，高位在后，波特率固定为f osc/12. 方式1。方式1是10位数据的异步通信口，其中，1位起始位，8位数据位，1位停止位。TXD（P3.1）为数据发送引脚，RXD（P3.0）为数据接收引脚。其传输波特率是可变的，对于51单片机，波特率由定时器1的溢出率决定。方式1的使用很普遍，需要完全掌握。 方式2，3。方式2,3为11位数据的异步通信口。TXD（P3.1）为数据发送引脚，RXD （P3.0）为数据接收引脚。这两种方式下起始位1位，数据9位（含一位附加的第9位，发送时为SCON的TB8，接收时为RB8），停止位1位，一帧数据为11位。方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32。方式3的波特率由定时器T1的溢出率决定。 方式2和方式3的差别仅在于波特率的选取方式不同，在两种方式下，接受到的停止位与SBUF、RB8及RI都无关。 串行口基本结构 SBUF相当于一个8位的寄存器。 SBUF共用一个地址99H，但是在物理上是两个独立的寄存器，由指令操作决定访问哪一个寄存器。接收器具有双缓冲结构，即在从接收寄存器中读出前一个已收到的字节之前，便能接收第二个字节。若果第二个字节已接收完毕，第一个字节还没有读出，则将丢失第一个字节。
串行口方式1的时序（Time Sequence） 串行口方式1传送一帧数据（A frame of data）的格式如下： 一帧数据供10位，1位起始位（0），8位数据位，最低位在前，最高位在后，1位停止位（1），帧与帧之间有空闲，也可以无空闲。 方式1数据输出时序图如下： 方式1数据输出时序图 当数据被写入SBUF寄存器后，单片机自动开始从起始位发送数据，发送到停止位的开始时，由内部硬件将TI置1，向CPU申请中断，接下来可在中断服务程序中作相应处理，也可以选择不进入中断。 方式1数据输入时序图 用软件置REN为1时，接收器以所选择波特率的16倍速率采样RXD引脚电平，检测到RXD引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一帧信息的其余位。接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始位移至输
单片机的内外部结构分析（三） 一、延时程序分析 上一次课中，我们已经知道，程序中的符号R7、R6是代表了一个个的RAM单元，是用来放一些数据的，下面我们再来看一下其它符号的含义。 1.MOV：这是一条指令，意思是传递数据。说到传递，我们都很清楚，传东西要从一个人 的手上传到另一个人的手上，也就是说要有一个接受者，一个传递者和一样东西。从指 令MOV R7，#250中来分析，R7是一个接受者，250是被传递的数，传递者在这条指令 中被省略了（注意：并不是每一条传递指令都会省的，事实上大部份数据传递指令都会 有传递者）。它的意义也很明显：将数据250送到R7中去，因此执行完这条指令后， R7单元中的值就应当是250。在250前面有个#号，这又是什么意思呢？这个#就是用来说明250就是一个被传递的东西本身，而不是传递者。 那么MOV R6，#250是什么意思，应当不用分析了吧。 2.DJNZ：这是另一条指令，我们来看一下这条指令后面跟着的两个东西，一个是R6，一个 是D2，R6我们当然已知是什么了，查一下D2是什么。D2在本行的前面，我们已学过，这称之为标号。标号的用途是什么呢？就是给本行起一个名字。DJNZ 指令的执行过程是这样的，它将其后面的第一个参数中的值减1，然后看一下，这个值是否等于0，如果等于0，就往下执行，如果不等于0，就转移，转到什么地方去呢？可能大家已猜到了，转到第二个参数所指定的地方去（请大家用自已的话讲一下这 条语句是怎样执行的）。本条指令的最终执行结果就是，在原地转圈250次。 3.执行完了DJNZ R6，D2之后（也就是R6的值等于0之后），就会去执行下面一行，也 就是DJNZ R7，D1，请大家自行分析一下这句话执行的结果。（转去执行MOV R6，#250，同时R7中的值减1），最终DJNZ R6，D2这句话将被执行250*250=62500次，执行这么多次同一条指令干吗？就是为了延时。 4.一个问题：如果在R6中放入0，会有什么样的结果。
短学期实验报告 （单片机系统设计） 题目： 专业： 指导教师： 学生姓名： 学号： 完成时间： 成绩：
基于单片机的交流电压表设计 目录 1系统的设计要求 (2) 2系统的硬件要求 (2) 2.1真有效值转换电路的分析 (2) 2.2放大电路的设计 (3) 2.3A/D转换电路的设计 (3) 2.4单片机电路的分析 (4) 2.5显示电路 (4) 3 软件设计 (5) 3.1 软件的总流程图 (5) 3.2 初始化定义与定时器初始化流程图 (5) 3.3 A/D转换流程图 (6) 3.4 数据处理流程图 (6) 3.5 数据显示流程图 (7) 4 调试 (7) 4.1 调试准备 (7) 4.2 关键点调试 (7) 4.3 测试结果 (8) 4.4 误差分析 (8) 5结束语 (8) 5.1 总结 (9) 5.2 展望 (9) 附录1 总原理图 (10) 附录2 程序 (10) 附录3 实物图 (14)
基于单片机的交流电压表设计 ****学院 ****专业 姓名 指导老师：******* 1 设计要求 （1）运用单片机实现真有效值的检测和显示。 （2）数据采集使用中断方式，显示内容为有效值与峰值交替进行。 2 硬件设计 本系统是完成一个真有效值的测量和显示，利用AD737将交流电转换成交流电压的有效值，用ADC0804实现模数转换，再通过单片机用数码管来显示。系统原理框图如图2-1所示。系统框图由真有效值转换电路、放大电路、A/D 转换电路、单片机电路、数码管显示电路五部分。 图2-1 原理框图 2.1 真有效值转换电路 真有效值转换电路主要是利用AD737芯片来实现真有效值直流变换的，即将输入的交流信号转换成直流信号的有效值，其原理图如图2-2所示。 图2-2 真有效值转换电路 由于AD737最大输入电压为200mV, 所以需要接两个二极管来限制输入电压，起到限幅的作用。如图中D1、D2，由IN4148构成，电容C6是耦合电容，电阻R1是限流电阻。 2.2 放大电路设计 放大电路主要是利用运放uA741来进行放大，电路原理图如图2-3所示。 A/D 转换 单片机 电路 显示 电路 转换 电路 交流 信号 放大 电路
单片机指令周期怎么计算 指令周期：指令周期执行某一条指令所消耗的时间，它等于机器周期的整数倍。传统的80C51单片机的指令周期大多数是单周期指令，也就是指令周期=机器周期，少部分是双周期指令。现在（截至2012）新的单片机已经能做到不分频了，并且尽量单指令周期，就是指令周期=机器周期=时钟周期。 来看这张8051单片机外部数据，这里ALE和$PSEN$的变化频率已经小于一个机器周期，如果使用C语言模拟这个信号是没有办法做到的一一对应的，所以只能尽量和上面的时序相同，周期延长。 指令周期是不确定的，因为她和该条指令所包含的机器周期有关。一个指令周期=1个（或2个或3个或4个）机器周期，像乘法或除法就含有4个机器周期，单指令就只含有1个机器周期。 对于大多说的51单片机来说，1个机器周期=12个时钟周期（或振荡周期） 也有部分单片机时钟周期和振荡周期不相等，例如，1个时钟周期=2个振荡周期。 该定义指的是执行一条指令所需要的时间，通常一个指令周期会由若干个机器周期组成。指令不同，所需的机器周期数也不同。 对于一些简单的的单字节指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即译码执行，不再需要其它的机器周期。对于一些比较复杂的指令，例如转移指令、乘法指令，则需要两个或者两个以上的机器周期。通常含一个机器周期的指令称为单周期指令，包含两个机器周期的指令称为双周期指令。 PIC单片机指令周期计算PIC单片机的每四个时钟周期为一个内部指令周期 例如：8MHz的晶振，则内部指令周期为1/（8/4）= 0.5 uS 实例一：35us，8MHz的晶振，8位定时器，分频比1/2 ，初值E4 实例二：156.25us ，32768Hz的晶振，8位定时器，分频比1/32 ，初值FC 计算方法一：35 = =（256-初值）*分频*4/晶振+ 14/分频=（256-初值）+14/2
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2 4 U A H An alternative form of the timing diagram General form of the timing diagram Alan Cl ements 3 U A H Actual behavior of a D flip - f lop Timing Diagram of a Simple Flip - F lop Idealized form of the timing diagram Data hold time Data setup time Max time f or output to become v alid af ter clock
8 Address Timing 地址时序 ?We are interested in when the 68000 generates a new address for use in the current memory access 我们感兴趣的是当6800芯片能够生成一个新的地址供当前的内存访问 ?The next slide shows the relationship between the new address and the state of the 68000 ’s clock 下面展示的是新的地址跟6800芯片时钟的 关系 Alan Cl ements
单片机时序分析 前面我们介绍了延时程序，但这还不完善，因为，我们只知道DJNZ R6，D2这句话会被执行62500次，但是执行这么多次需要多长时间呢？是否满足我们的要求呢？我们还不知道，所以下面要来解决这个问题。 先提一个问题：我们学校里什么是最重要的。（铃声）校长可以出差，老师可以休息，但学校一日无铃声必定大乱。整个学校就是在铃声的统一指挥下，步调一致，统一协调地工作着。这个铃是按一定的时间安排来响的，我们可以称之为时序??时间的顺序。一个由人组成的单位尚且要有一定的时序，计算机当然更要有严格的时序。事实上，计算机更象一个大钟，什么时候分针动，什么时候秒针动，什么时候时针动，都有严格的规定，一点也不能乱。计算机要完成的事更复杂，所以它的时序也更复杂。 我们已知，计算机工作时，是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行，我们规定：计算机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期。这是一个时间基准，好象我们人用秒作为我们的时间基准一样，为什么不干脆用秒，多好，很习惯，学下去我们就会知道用秒反而不习惯。 一个机器周期包括12个时钟周期。下面让我们算一下一个机器周期是多长时间吧。设一个单片机工作于12M晶振，它的时钟周期是1/12（微秒）。它的一个机器周期是12*（1/12）也就是1微秒。（请计算一个工作于6M晶振的单片机，它的机器周期是多少）。 MCS-51单片机的所有指令中，有一些完成得比较快，只要一个机器周期就行了，有一些完成得比较慢，得要2个机器周期，还有两条指令要4个机器周期才行。这也不难再解，不是吗？我让你扫地的执行要完成总得比要你完成擦黑板的指令时间要长。为了恒量指令执行时间的长短，又引入一个新的概念：指令周期。所谓指令周期就是指执行一条指令的时间。INTEL对每一条指令都给出了它的指令周期数，这些数据，大部份不需要我们去记忆，但是有一些指令是需要记住的，如DJNZ指令是双周期指令。 下面让我们来计算刚才的延时。首先必须要知道晶振的频率，我们设所用晶振为12M，则一个机器周期就是1微秒。而DJNZ指令是双周期指令，所以执行一次要2个微秒。一共
计算机工作时，是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍地进行的。这个脉冲是由单片机控制器中的时序电路发出的。 单片机的时序就是CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序，为了保证各部件间的同步工作，单片机内部电路应在唯一的时钟信号下严格地控时序进行工作，在学习51单片机的时序之前，我们先来了解下时序相关的一些概念。 既然计算机是在统一的时钟脉冲控制下工作的，那么，它的时钟脉冲是怎么来的呢？要给我们的计算机CPU提供时序，就需要相关的硬件电路，即振荡器和时钟电路。 我们学习的8051单片机内部有一个高增益反相放大器，这个反相放大器的作用就是用于构成振荡器用的，但要形成时钟，外部还需要加一些附加电路。 8051单片机的时钟产生有以下两种方法： 1. 内部时钟方式：利用单片机内部的振荡器，然后在引脚XTAL1（18脚）和XTAL2（19脚）两端接晶振，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路，外接晶振时，晶振两端的电容一般选择为30PF左右；这两个电容对频率有微调的作用，晶振的频率范围可在1.2MHz-12MHz之间选择。为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。 2. 外部时钟方式：此方式是利用外部振荡脉冲接入XTAL1或XTAL2。HMOS和CHMOS单片机外时钟信号接入方式不同，HMOS型单片机（例如8051）外时钟信号由XTAL2端脚注入后直接送至内部时钟电路，输入端XTAL1应接地。由于XTAL2端的逻辑电平不是TTL的，故建议外接一个上接电阻。对于CHMOS型的单片机（例如80C51），因内部时钟发生器的信号取自反相器的输入端，故采用外部时钟源时，接线方式为外时钟信号接到XTAL1而XTAL2悬空。如下图
时序图，LCD1602 前面总算走完了对A VR MEGA16这块单片机的一些基本的应用方式了，这时候大家对A VR的一些内部资源比如定时器，ADC，最主要的IO口的使用方式应该有了一个虽比较粗浅但是却比较形象的认识了。这节我们来看使用单片机的另外一大主题，就是用单片机来实现芯片控制。 在前面的数码管显示一文中，就已经涉及到了用单片机来控制芯片为我们工作，CEPARK A VR开发板，为了达到增强驱动能力和节省IO口的作用，运用了移位寄存器74HC595来驱动两个四位八段数码管，是一个十分有创意的设计。但是前面的内容重心还是集中于对A VR的IO口的控制，所以，我们从这节开始要正式逐渐深入的接触各种芯片了。 先做个引子。单片机是一种微控制器，本身内部集成了数种资源比如CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。他的主要任务是利用各种资源实现电平控制，可以以此控制与它相连的下级系统，广泛用于工业自动控制领域。 我们就从这句话出发，首先单片机用来做控制用的，而且是利用的是本身的内部资源。但是，它的功能再强大，资源再丰富也总有一个上限，总有枯竭的一天。所以我们常常利用单片机外接芯片来弥补或者增强单片机的功能来完成我们所需功能的电路。比如程序存储器不足，可以外接外部存储器，比如单片机内部中断级不足，可以外接中断控制器等等。大家可以从这个角度来理解芯片控制的意义罢。 今天我们用A VR单片机来实现对LCD1602液晶显示芯片的控制。 首先从这个名字讲起，LCD：英文全称为Liquid Crystal Display，即为液态晶体显示，也就是我们常说的液晶显示了。（平时老说LCDLCD，可能大家也都不怎么注意过这个全称吧，呵呵，当增加词汇量了）1602则是表示这个液晶一共能显示2行数据，每一行显示16个字符。这个就是LCD1602的全部来由。液晶显示的使用有多广泛我就不多说了，LCD1602好像10元左右就可以拿到了的，不算贵。我们来看看现在市面都有哪些样子的1602，下面从网上搜罗了几个（我手上的这个是蓝色背光白色字体的）： 其实显而易，见也就是背光和字体的颜色不一样罢，不过老实说，蓝色背光的1602看上去显得确实比较亮，也许是人眼视觉的关系。 接下来进入LCD1602使用的重点：操作时序。操作时序永远使用是任何一片IC芯片的最主要的内容。一个芯片的所有使用细节都会在它的官方器件手册上包含。所以使用一个器件事情，要充分做好的第一件事就是要把它的器件手册
如何看懂时序图 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
时序图，LCD1602 前面总算走完了对AVR MEGA16这块单片机的一些基本的应用方式了，这时候大家对AVR的一些内部资源比如定时器，ADC，最主要的IO口的使用方式应该有了一个虽比较粗浅但是却比较形象的认识了。这节我们来看使用单片机的另外一大主题，就是用单片机来实现芯片控制。 在前面的数码管显示一文中，就已经涉及到了用单片机来控制芯片为我们工作，CEPARK AVR开发板，为了达到增强驱动能力和节省IO口的作用，运用了移位寄存器74HC595来驱动两个四位八段数码管，是一个十分有创意的设计。但是前面的内容重心还是集中于对AVR的IO口的控制，所以，我们从这节开始要正式逐渐深入的接触各种芯片了。 先做个引子。单片机是一种微控制器，本身内部集成了数种资源比如CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。他的主要任务是利用各种资源实现电平控制，可以以此控制与它相连的下级系统，广泛用于工业自动控制领域。 我们就从这句话出发，首先单片机是用来做控制用的，而且利用的是本身的内部资源。但是，它的功能再强大，资源再丰富也总有一个上限，总有枯竭的一天。所以我们常常利用单片机外接芯片来弥补或者增强单片机的功能来完成我们所需功能的电路。比如程序存储器不足，可以外接外部存储器，比如单片机内部中断级不足，可以外接中断控制器等等。大家可以从这个角度来理解芯片控制的意义罢。 今天我们用AVR单片机来实现对LCD1602液晶显示芯片的控制。 首先从这个名字讲起，LCD：英文全称为Liquid Crystal Display，即为液态晶体显示，也就是我们常说的液晶显示了。（平时老说LCDLCD，可能大家也都不怎么注意过这个全称吧，呵呵，当增加词汇量了）1602则是表示这个液晶一共能显示2行数据，每一行显示16个字符。这个就是LCD1602的全部来由。液晶显示的使用有多广泛我就不多说了，LCD1602好像10元左右就可以拿到了的，不算贵。我们来看看现在市面都有哪些样子的1602，下面从网上搜罗了几个（我手上的这个是蓝色背光白色字体的）： 其实显而易，见也就是背光和字体的颜色不一样罢，不过老实说，蓝色背光的1602看上去显得确实比较亮，也许是人眼视觉的关系。 接下来进入LCD1602使用的重点：操作时序。操作时序永远是使用任何一片IC芯片的最主要的内容。一个芯片的所有使用细节都会在它的官方器件手册上包含。所以使用一个器件之前，要充分做好的第一件事就是要把它的器件手册上有用的内容提取，掌握。介于中国目前的芯片设计能力有限，所以大部分的器件都是外国几个IC巨头比如TI、AT、MAXIM这些公司生产的，器件资料自然也是英文的多，所以，英文的基础要在阅读这些数据手册时得到提高哦。即便有中文翻译版本，还是建议看英文原版，看不懂时不妨再参考中文版，这样比较利于提高。 我们首先来看1602的引脚定义,1602的引脚是很整齐的SIP单列直插封装，所以器件手册只给出了引脚的功能数据表： 我们只需要关注以下几个管脚： 3脚：VL，液晶显示偏压信号，用于调整LCD1602的显示对比度，一般会外接电位器用以调整偏压信号，注意此脚电压为0时可以得到最强的对比度。
80C51单片机指令的取指、执行时序 来源：21ic作者： 关键字：80C51单片机指令时序 使用ALE信号作为低8位地址的锁存控制信号。ALE接到外部锁存器时，高电平期间，51的p0输出地址，低电平时锁存器将地址锁存，在ALE低电平时，(PSEN为低)p0口可以传输数据(指令)，这样就可以地址/数据复用了。 以PSEN信号作为扩展程序存储器的读选通信号，在读外部ROM是PSEN是低电平有效，以实现对ROM 的读操作。 以EA信号作为内外程序存储器的选择控制信号，当其为低电平时,对ROM的读操作限定在外部的程序存储器,当其为高电平时, 对ROM的读操作是从内部存储器开始的,并可延至外部程序存储器. 由RD和WR信号作为扩展数据存储器和I/O口的读选通、写选通信号。 EA信号是表示是当前指令是读内，还是外存储器的控制信号。如：当选用无片内存储器的单片机，或者不打算用片内存储器时，EA必须接低电平，此外，片外程序存储器的起始地址应该安排在片内存储器之后。 RD和WR信号就相对好理解，就是当读数据时(不分内外、RAM、ROM)它就有效。WR也是这样的。 80C51单片机指令的取指、执行时序 现按4类指令介绍CPU时序。因为CPU工作的过程就是取指令与执行指令的过程，所以CPU必须先取出指令，然后才能执行指令。 1.双字节单周期指令 由于双字节单周期指令必须在一个周期内取机器码二次，所以必须在一个机器周期内安排二次读操作码的操作，分别发生在S1P2与S4P2。在S1P2读入机器码74并送入指令寄存器IR，在S4P2读入数据03送入累加器A，即读2取2。在指令的执行过程中，P0口要分时传送地址与数据，因此当操作码的地址从P0口输出后，必须发地址锁存信号ALE给74LS373锁存器，将地址锁存在74LS373内，腾出P0口读入机器码74。在取数据03时同样要发ALE信号。因此，在一个机器周期内地址锁存信号二次有效，见80C51时序图2-13。
首先来说一下操作时序时间，操作时序时间是启动该读写功能必需得保持电平的时间长度，不过对单片机操作没什么影响，因为单片机的指令周期大约为1us（例如晶振为12M时,机器周期为12X1/12M=1us），而1602时序里都是ns级，所以只对高速类控制芯片如FPGA/CPLD等有影响。 时序图读写方法： 从上到下，从左到右，高电平在上，低电平在下，高阻态在中间。双线表示可能高也可能低，视数据而定。交叉线表示状态的高低变化点，可以是高变低，也可以是低变高，也可以不变。 大家看这个图: 图上第一条竖线画面在了RS和R/W上,也就是说第一个时序从这里开始,即先将RS设为高或低(高表示数据读或写,低表示指令读或写)而R/W的高低带表是读还是写,上一张图是读时序图,所时是低的. 第二步就是给数据,在数据总线上给出数据,这与第一步相隔时间没有要求,实际上先后也没有要求的. 第三步是将使用信号E置高,这里有三个时序要求,第一个是tsp2,这个是这个看表,可以看到叫做”写操作的数据建立时间”,时间最小是40ns,意思就是说第二步的操作,数据信号在总线上生效之后至少要等40ns,才可以给第三步是使能信号 E. 第三步的要求不仅如此,还有一个tsp1,同理,这里是讲,R/W信号至少要生效30ns的时间后才能给使能信号. 另外,使能信号上升时间tR要小于25ns. 限制条件很多,但是如果你用的是51单片机的话,你就不用想这个问题,因为它一条指令就得用1us的时间. 第四步,使能信号要保持Tpw=150ns以上,51单片机不用考虑,其他高速的MCU什么的就要做延时了.
第五步,使用信号下降,下降时间Tf还是小于25ns. 第六步,数据总线上的数据要保持Thd2的时间才能变化,RS,R/W则要保持Thd1的时间,然后就可以了. 读时序与写时序是相同的,只是R/W中间是高电平而己.
什么是单片机的时序 来源：21ic作者： 关键字：单片机时序 时序的由来 我们已经知道单片机执行指令的过程就是顺序地从ROM程序存储器中取出指令一条一条的顺序执行然后进行一系列的微操作控制来完成各种指定的动作它在协调内部的各种动作时必须要有一定的顺序换句话说就是这一系列微操作控制信号在时间上要有一个严格的先后次序这种次序就是单片机的时序这就好比我们学校上课时用的电铃为了保证课堂秩序学校就必须在铃声的统一协调下安排各个课程和活动那么单片机的时序是如何规定的呢接着往下看。 扩展阅读：单片机时序分析 时序的周期 计算机每访问一次存储器的时间我们把它称为一个机器周期它是一个时间基准就象我们日常生活中使用的秒一样计算机中一个机器周期包括 12个振荡周期什么是振荡周期一个振荡周期是多少时间振荡周期就是振荡源的周期也就是我们使用的晶振的时间周期一个12M的晶振它的时间周期是多少呢电子技术过的朋友应该不难算出T=1/f也就是1/12微秒那么使用12M晶振的单片机它的一个机器周期就应该等于12*1/12微秒也就是1S 内部时钟电路： 在MCS-51单片机的内部有一个高增益的反相放大器其输入端为引脚 XTAL119脚输出端为XTAL218脚我们只要在外部接上两个电容和一个晶振就能构成一个稳定的自激振荡器它的内部电路的工作原理就不介绍了这里主要讲一下电容和晶振的选择看上面的图晶振的大小与单片机的振荡频率有关我们到串行接口时再详细讲解电容的大小影响着振荡器振荡的稳定性和起振的快速性通常选择10-30P的瓷片电容或校正电容另外在设计电路时晶振和电容应尽可能的靠近芯片以减少pcb板的分布电容保证振荡器工作的稳定性提高系统的抗干扰能力外部时钟电路 除了内部时钟方式外单片机还可以采用引入外部时钟的振荡方式什么时候需要采用外部时钟方式呢当我们的系统由多片单片机组成时为了保证各单片机之间
思考题： 【3-1】汇编语言与C语言哪种语言的可读性和可移植性强？在对速度和时序敏感的场合应该使用什么语言?对于复杂的单片机系统一般采用C与汇编混合编程的形式这句话对吗？ 【3-2】二进制机器语言与C和汇编语言两者之间是什么关系？用C或汇编编制的程序在ROM中是以编译后的二进制代码的形式存放这句话对吗？ 【3-3】80C51系列单片机指令的格式包含哪几个部分？各部分之间的间隔符是什么？四个部分中哪个部分是必须存在的，哪几个部分是可有可无的？标号的格式和代表的意义是？ 【3-4】80C51系列单片机有哪几种寻址方式? 【3-5】80C51单片机中立即数是存放在ROM中还是RAM中？ 【3-6】判断下列说法是否正确。 （1）立即数寻址方式是被操作的数据本身就在指令中，而不是它的地址在指令中。（）（2）指令周期是执行一条指令的时间。（） （3）指令中直接给出的操作数称为直接寻址。（） （4）内部寄存器Rn（n=0~7）可作为间接寻址寄存器。（） 【3-7】80C51单片机可以进行直接寻址的区域是？ 【3-8】80C51单片机可以进行寄存器寻址的范围是？ 【3-9】80C51单片机可以进行寄存器间接寻址的寄存器是？寻址的范围是？ 【3-10】在寄存器间接寻址方式中，其“间接”体现在指令中寄存器的内容不是操作数，而是操作数的（）。 【3-11】80C51单片机变址寻址方式中可以作基址的寄存器是？可以作变址的寄存器是？@A+PC，@A+DPTR所找到的操作数是在ROM中对吗？ 【3-12】80C51单片机相对寻址改变的是PC的当前值，即改变的CPU执行指令的顺序这句话对否？【3-13】若访问特殊功能寄存器，只可以采用那种寻址方式? 【3-14】若访问外部RAM单元，只可以使用哪种寻址方式? 【3-15】若访问内部RAM单元，可使用哪些寻址方式? 【3-16】若访问内外程序存储器，可使用哪些寻址方式? 【3-17】80C51单片机可以进行位寻址的字节单元范围除11个可位寻址的特殊功能寄存器外还包括哪个区域？分别找出位地址是00H、08H、22H、7FH、D0H、E0H对应的字节地址？ 【3-18】已知（30H）=40H，（40H）=10H，（10H）=32H，（P1）=0EFH，试写出执行以下程序段后有关单元的内容。 MOV R0，#30H MOV A，@R0 MOV R1，A MOV B，@Ri MOV @R1，P1 MOV P2，P1 MOV 10H，#20H MOV 30H，10H 【3-19】为什么对基本型的51子系列单片机（片内RAM为128B），其寄存器间接寻址方式（例如MOV A，@R0）中，规定R0或R1的内容不能超过7FH？ 【3-20】外部RAM数据传送指令有几条?试比较下面每一组中两条指令的区别？ （1）MOVX A，@R1 MOVX A，@DPTR （2）MOVX A，@DPTR MOVX @DPTR，A （3）MOV @R0，A MOVX @R0，A
单片机时序图 MCS51单片机的指令时序 接下来我们分别对几个典型的指令时序加以说明。 ·单字节单周期指令： 单字节单周期指令只进行一次读指令操作，当第二个ALE信号有效时，PC并不加1，那么读出的还是原指令，属于一次无效的读操作。 ·双字节单周期指令： 这类指令两次的ALE信号都是有效的，只是第一个ALE信号有效时读的是操作码，第二个ALE信号有效时读的是操作数。 ·单字节双周期指令： 两个机器周期需进行四读指令操作，但只有一次读操作是有效的，后三次的读操作均为无效操作。 单字节双周期指令有一种特殊的情况，象MOVX这类指令，执行这类指令时，先在ROM 中读取指令，然后对外部数据存储器进行读或写操作，头一个机器周期的第一次读指令的操作码为有效，而第二次读指令操作则为无效的。在第二个指令周期时，则访问外部数据存储器，这时，ALE信号对其操作无影响，即不会再有读指令操作动作。 上页的时序图中，我们只描述了指令的读取状态，而没有画出指令执行时序，因为每条指令都包含了具体的操作数，而操作数类型种类繁多，这里不便列出，有兴趣的读者可参阅有关书籍 时序是用定时单位来描述的，MCS-51的时序单位有四个，它们分别是节拍、状态、机 器周期和指令周期，接下来我们分别加以说明。 ·节拍与状态： 我们把振荡脉冲的周期定义为节拍（为方便描述，用P表示），振荡脉冲经过二分频后即 得到整个单片机工作系统的时钟信号，把时钟信号的周期定义为状态（用S表示），这样 一个状态就有两个节拍，前半周期相应的节拍我们定义为1(P1)，后半周期对应的节拍定 义为2(P2)。 ·机器周期： MCS-51有固定的机器周期，规定一个机器周期有6个状态，分别表示为S1-S6，而一个 状态包含两个节拍，那么一个机器周期就有12个节拍，我们可以记着S1P1、 S1P2……S6P1、S6P2，一个机器周期共包含12个振荡脉冲，即机器周期就是振荡脉冲 的12分频，显然，如果使用6MHz的时钟频率，一个机器周期就是2us，而如使用12MHz 的时钟频率，一个机器周期就是1us。 ·指令周期： 执行一条指令所需要的时间称为指令周期，MCS-51的指令有单字节、双字节和三字节的，所以它们的指令周期不尽相同，也就是说它们所需的机器周期不相同，可能包括一 到四个不等的机器周期（这些内容，我们将在下面的章节中加以说明）。
什么是单片机的时序 时序的由来我们已经知道单片机执行指令的过程就是顺序地从ROM程序存储器中取出指令一条一条的顺序执行，然后进行一系列的微操作控制来完成各种指定的动作它在协调内部的各种动作时必须要有一定的顺序换句话说就是这一系列微操作控制信号在时间上要有一个严格的先后次序这种次序就是单片机的时序这就好比我们学校上课时用的电铃为了保证课堂秩序学校就必须在铃声的统一协调下安排各个课程和活动那么单片机的时序是如何规定的呢接着往下看。 时序的周期计算机每访问一次存储器的时间我们把它称为一个机器周期，它是一个时间基准，就象我们日常生活中使用的秒一样，计算机中一个机器周期包括12个振荡周期，什么是振荡周期：一个振荡周期是多少时间振荡周期就是振荡源的周期，也就是我们使用的晶振的时间周期一个12M的晶振，它的时间周期是多少呢？电子技术过的朋友应该不难算出T=1/f，也就是1/12微秒那么使用12M晶振的单片机它的一个机器周期就应该等于12*1/12微秒也就是1S。 内部时钟电路在MCS-51单片机的内部有一个高增益的反相放大器，其输入端为引脚XTAL119脚，输出端为XTAL218脚，我们只要在外部接上两个电容和一个晶振就能构成一个稳定的自激振荡器。它的内部电路的工作原理就不介绍了，这里主要讲一下电容和晶振的选择，看上面的图晶振的大小与单片机的振荡频率有关，我们到串行接口时再详细讲解电容的大小影响着振荡器振荡的稳定性和起振的快速性，通常选择10-30P的瓷片电容或校正电容。另外在设计电路时晶振和电容应尽可能的靠近芯片以减少pcb板的分布电容，保证振荡器工作的稳定性提高系统的抗干扰能力。 外部时钟电路除了内部时钟方式外单片机还可以采用引入外部时钟的振荡方式什么时候需要采用外部时钟方式呢当我们的系统由多片单片机组成时为了保证各单片机之间时钟信号的同步就应当引入唯一的公用的外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲此时应将XTAL2悬空不用外部脉冲信号由XTAL1引入如上右图所示这是大虾们的作品在此就不介绍了