单片机原理与接口技术第二章课件

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1、2 151系列单片机简介2 251系列单片机的结构原理2 351系列单片机的外部引脚及片外总线2 451系列单片机的工作方式2 551系列单片机的时序 章节 1 第一节MCS 51系列单片机简介 MCS 51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位单片机 它包含51和52两个子系列 对于51子系列 主要有8031 8051 8751三种机型 它们的指令系统与芯片引脚完全兼容 仅片内程序存储器有所不同 8031芯片不带ROM 8051芯片带4KROM 8751芯片带4KEPROM 51子系列的主要特点为 8位CPU 片内带振荡器 频率范围1 2 12MHZ 片内带128字节的数

2、据存储器 片内带4K的程序存储器 程序存储器的寻址空间为64K字节 片外数据存储器的寻址空间为64K字节 128个用户位寻址空间 2 21个字节特殊功能寄存器 4个8位的并行I O接口 P0 P1 P2 P3 2个16位定时器 计数器 2个优先级别的5个中断源 1个全双工的串行I O接口 可多机通信 111条指令 含乘法指令和除法指令 片内采用单总线结构 有较强的位处理能力 采用单一 5V电源 对于52子系列 有8032 8052 8752三种机型 52子系列与51子系列相比大部分相同 不同之处在于 片内数据存储器增至256字节 8032芯片不带ROM 8052芯片带8KROM 8752芯片带

3、8KEPROM 有3个16位定时器 计数器 6个中断源 本书以51子系列的8051介绍MCS 51单片机的基本原理 3 第一节MCS 51系列单片机简介 第二节8051单片机的结构 一 8051单片机的内部结构 4 5 MCS 51系列单片机内部结构框图 MCS 51系列单片机的中央处理器 CPU 1 运算部件 运算部件以算术逻辑运算单元ALU为核心 包含累加器ACC 简称A B寄存器 暂存器 标志寄存器PSW等许多部件 它能实现算术运算 逻辑运算 位运算 数据传输等处理 标志寄存器PSW是一个8位的寄存器 它用于保存指令执行结果的状态 以供程序查询和判别 C PSW 7 进位标志位 AC P

4、SW 6 辅助进位标志位 F0 PSW 5 用户标志位 RS1 RS0 PSW 4 PSW 3 寄存器组选择位 第三节单片机的中央处理器 OV PSW 2 溢出标志位 P PSW 0 奇偶标志位 偶 若累加器A中1的个数为奇数 则P置位 若累加器A中1的个数为偶数 则P清零 第三节单片机的中央处理器 67H 01100111B58H 01011000B01100111B 01011000B10111111 0BFH则执行后累加器A中的值为0BFH 由相加过程得C 0 AC 0 OV 1 P 1 例2 1 试分析下面指令执行后 累加器A 标志位C AC OV P的值 MOVA 67HADDA 5

5、8H 加法运算过程如下 第三节单片机的中央处理器 9 2 控制部件 控制部件是单片机的控制中心 它包括定时和控制电路 指令寄存器 指令译码器 程序计数器PC 堆栈指针SP 数据指针DPTR以及信息传送控制部件等 第三节单片机的中央处理器 程序下载到哪里 以 HEX为后缀的执行代码文件可通过下载线下载到单片机中 执行代码通过下载线下载到了单片机的片内ROM中 MCS 51系列单片机的存储器结构 第四节单片机的存储器结构 MCS 51系列单片机的存储器结构 MCS 51单片机存储器结构与一般微机的存储器结构不同 分为程序存储器ROM和数据存储器RAM 程序存储器存放程序 固定常数和数据表格 数据存

6、储器用作工作区及存放数据 一 程序存储器 程序存储器的编址与访问 MCS 51单片机的程序存储器 从物理结构上分为片内和片外程序存储器 而对于片内程序存储器 在MCS 51系列中 不同的芯片各不相同 8031和8032内部没有ROM 8051内部有4KBROM 8751内部有4KBEPROM 8052内部有8KBROM 8752内部有8KBEPROM 第四节单片机的存储器结构 对于内部有ROM的芯片 根据情况外部可以扩展ROM 但内部ROM和外部ROM共用64K存储空间 其中 片内程序存储器地址空间和片外程序存储器的低地址空间重叠 51子系列重叠区域为0000H 0FFFH 52子系列重叠区域

7、为0000H 1FFFH 对于内部没有ROM的8031和8032 工作时只能扩展外部ROM 最多可扩展64K 地址范围为0000H FFFFH 第四节单片机的存储器结构 13 第四节单片机的存储器结构 程序存储器的7个特殊地址 要求熟记 第四节单片机的存储器结构 二 数据存储器 从物理结构上分为片内数据存储器和片外数据存储器 一 片内数据存储器 对于51子系列 片内数据存储器RAM有128字节 编址为00H 7FH 对于52子系列 片内数据存储器有256字节 编址为00H FFH 除了RAM块外 还有特殊功能寄存器 SFR 块 编址为80H FFH 与52系列RAM后128字节编址重叠的 后者

8、也有128字节 编址为80H FFH 后者与前者的的 访问时通过不同的指令相区分 片内数据存储器按功能分成以下几个部分 工作寄存器组区 位寻址区 一般RAM区 其中还包含堆栈区 第四节单片机的存储器结构 工作寄存器组区 00H 1FH单元为工作寄存器组区 共32个字节 工作寄存器也称为通用寄存器 用于临时寄存8位信息 工作寄存器共有4组 称为0组 1组 2组和3组 每组8个 分别依次用R0 R7表示 第四节单片机的存储器结构 工作寄存器组区 00H 1FH单元为工作寄存器组区 共32个字节 工作寄存器也称为通用寄存器 用于临时寄存8位信息 工作寄存器共有4组 称为0组 1组 2组和3组 每组8

9、个 分别依次用R0 R7表示 2 位寻址区 20H 2FH为位寻址区 共16字节 128位 这128位每位都可以按位方式使用 每一位都有一个位地址 位地址范围为00H 7FH 第四节单片机的存储器结构 位寻址区 20H 2FH 思考 都是地址 如何区分是位地址还是字节地址呢 第四节单片机的存储器结构 3 一般RAM区 30H 7FH是一般RAM区 也称为用户RAM区 共80字节 对于52子系列 一般RAM区从30H FFH单元 另外 对于前两区中未用的单元也可作为用户RAM单元使用 4 堆栈区与堆栈指针 堆栈是按先入后出 后入先出的原则进行管理的一段存储区域 MCS 51单片机中 堆栈是用片内

10、数据存储器的一段区域 在具体使用时应避开工作寄存器 位寻址区 一般设在2FH以后的单元 如工作寄存器和位寻址区未用 也可开辟为堆栈 第四节单片机的存储器结构 堆栈指针SP 堆栈有入栈和出栈两种操作 入栈时先改变堆栈指针SP 再送入数据 出栈时先送出数据 再改变堆栈指针SP 根据入栈方向堆栈一般分两种 向上生长型和向下生长型 可以按字节或字方式操作 第四节单片机的存储器结构 向上生长型堆栈 第四节单片机的存储器结构 向下生长型堆栈 51单片机是向上生长型 按字节方式操作 第四节单片机的存储器结构 ACC累加器ABB寄存器PSW程序状态字SP堆栈指针DPH数据指针高8位DPL数据指针低8位P0 P

11、3并行端口IP中断优先级IE中断允许 TMOD定时器 计数器方式TCON定时器 计数器控制TH0TC0计数初值高8位TL0TC0计数初值低8位TH1TC1计数初值高8位TL1TC1计数初值低8位SCON串行控制SBUF串行数据缓冲器PCON电源控制 5 特殊功能寄存器 第四节单片机的存储器结构 5 特殊功能寄存器 第四节单片机的存储器结构 5 特殊功能寄存器 第四节单片机的存储器结构 在表中 字节地址能被8整除的既能按字节方式处理 也能够按位方式处理 5 特殊功能寄存器 二 片外数据存储器 扩展的外部数据存储器最多64KB 地址范围为0000H 0FFFFH 通过DPTR作指针间接方式访问 对

12、于低端的256字节 可用两位十六进制地址编址 地址范围为00H 0FFH 可通过R0和R1间接方式访问 提问 第一 64K的程序存储器和64K的片外数据存储器地址空间都为0000H 0FFFFH 地址空间是重叠的 它们如何区分呢 第二 片内数据存储器和片外数据存储器的低256字节的地址空间是重叠的 它们如何区分呢 第四节单片机的存储器结构 MCS 51系列单片机有4个8位的并行I O接口 P0 P1 P2和P3口 它们是特殊功能寄存器中的4个 这4个口 既可以作输入 也可以作输出 既可按8位处理 也可按位方式使用 输出时具有锁存能力 输入时具有缓冲功能 一 P0口 P0口是一个三态双向口 可作

13、为地址 数据分时复用口 也可作为通用的I O接口 它包括一个输出锁存器 两个三态缓冲器 输出驱动电路和输出控制电路组成 它的一位结构如图 第五节单片机的输入 输出接口 1地址数据 0普通IO口 3 第五节单片机的输入 输出接口 输出 输入 当P0口作通用I O接口时 应注意以下两点 1 在输出数据时 由于V2截止 输出级是漏极开路电路 要使 1 信号正常输出 必须外接上拉电阻 2 P0口作为通用I O口输入使用时 在输入数据前 应先向P0口写 1 另外 P0口的输出级具有驱动8个LSTTL负载的能力 输出电流不大于800 A 第五节单片机的输入 输出接口 二 P1口 P1口是准双向口 它只能作

14、通用I O接口使用 P1口的结构与P0口不同 它的输出只由一个场效应管V1与内部上拉电阻组成 如图 第五节单片机的输入 输出接口 三 P2口 P2口也是准双向口 它有两种用途 通用I O接口和高8位地址线 它的1位的结构如图 1 0 第五节单片机的输入 输出接口 1地址 0普通IO口 四 P3口 P3口1位的结构图 它的输出驱动由与非门3 V1组成 输入比P0 P1 P2口多了一个缓冲器4 第五节单片机的输入 输出接口 P3口除了作为准双向通用I O口使用外 它的每一根线还具有第二种功能 第五节单片机的输入 输出接口 第六节8051外部引脚 二 外部引脚 35 36 单片机最简系统 先从应用入

15、手 介绍管脚 最简系统 是使用最少的外围元器件让单片机能够工作的电路 VCC 电源 5V GND Ground地 RST Rest复位 输入两个机器周期高电平 复位 XTAL1 XTAL2 外接晶振引脚 提供时钟脉冲 EA Vpp ExternalAccessEnable EA 1 先访问内部ROM 4K EA 0 只访问外部ROM 第六节8051外部引脚 37 第六节8051外部引脚 38 AT89S51单片机在XTAL1和XTAL2之间连接一个晶振 并加上两个20 40pF的电容C1 C2组成时钟电路 如图所示 单片机上电后 用示波器可在XTAL1管脚观察到频率与晶振频率相同的方波信号 时

16、钟信号端XTAL1XTAL2 第六节8051外部引脚 外接晶体引脚 a 内部时钟方式 b HMOS工艺外接时钟 c CHMOS工艺外接时钟 第六节8051外部引脚 40 2 时钟信号端XTAL1 XTAL2 第六节8051外部引脚 41 当向RST端输入一个短暂的高电平单片机就会复位 复位后单片机从头开始执行程序 复位端RST 第六节8051外部引脚 42 第六节8051外部引脚 43 单片机的触角 I O口 P0口 39脚 32脚 P0 0 P0 7统称为P0口 双向输入输出口 可作为普通I O 普通I O口时 注意添加上拉电阻 作输入时 注意写入1 在访问片外存储器时 它分时输出低8位地址和双向数据 有地址线 数据线之称 简写为AD0 AD7 第六节8051外部引脚 44 P0口的使用 第六节8051外部引脚 45 I O口的操作 单片机上电复位时 P0口默认作为输出口 如果需要作输入口使用 需要先用程序向每个I O口写入1 第六节8051外部引脚 46 单片机的触角 I O口 P1口 1脚 8脚 P1 0 P1 7统称为P1口 准双向普通I O口使用 普通I O口时 P1口内置有