单片机及接口技术2.1

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1、第二章 51系列单片机应用基础,2.1.1 单片机的典型结构,2.1.2 单片机引脚,2.1.3 程序存储器ROM,2.1.4 数据存储器RAM,单 片 机 基 本 结 构 与 工 作 原 理,2.1.5 输入输出端口,2.1 单片机基本结构与工作原理,2.1.1 单片机典型结构,ROM (程序存储器),RAM (数据存储器) (包括特殊功能寄存器SFR Special Function Reg.),CPU外围单元,外 围 扩 展 单 元,定时器/计数器,中断系统,串行口,基本功能单元,CPU,总线控制逻辑,时钟、复位电路,CPU系统,单片机最小系统：CPU系统，CPU外围单元、基本功能单元哈

2、佛（Harvard）结构：ROM和RAM分开 冯. 诺伊曼结构：ROM和RAM共用同一个空间，如8086微机,单 片 机 典 型 结 构,返回,2.1.2 单 片 机 引 脚 及 功 能,14,15,16,17,18,19,20,40,39,38,37,36,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,RXD/P3.0,TXD/P3.1,INT0(平)/P3.2,INT1(平)/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,WR(平)/P3.6,RD(平)/P3.7,80C31 80C51 87C51,35,34,33,32,31,30,29,28,27,26,25,24,23,2

3、2,21,RST/VPD,XTAL2,XTAL1,Vss(地),Vcc(+5V电源),EA(平)/Vpp,ALE/PROG(平),PSEN(平),晶振,单 片 机 引 脚,P1口,P3口,P0口,P2口,2）4个端口 a. P0.0-0.7/AD0-7端口：若单片机不带片外存储器，则作为通用I/O口使用，用于传送CPU的输入/输出数据； 若单片机带片外存储器，则作为片外存储器的低八位地址线和数据线口。 对于8751单片机，该口可作为EPROM编程数据的输入口。,1）电源线Vcc：+5V主电源线； Vss：接地线,单 片 机 引 脚,b. P1.0-1.7端口：作为通用I/O口使用。 对于875

4、1单片机，用于输入EPROM的低八位地址。 c. P2.0-2.7/A8-15端口：若单片机不带片外存储器，则作为通用I/O口使用； 若单片机带片外存储器，则作为片外存储器的高八位地址。 对于8751单片机，该口用于输入EPROM的高八位地址。 d. P3.0-3.7端口：作为通用I/O口使用,单 片 机 引 脚,单 片 机 引 脚,3）控制引脚 a. RST/VPD：RST为复位线，VPD备用电源，即复位电源作为Vcc的备用电源。 b. 振荡电路输入线（时钟）XTAL2（接高电平端），XTAL1（接低电平端） c. PSEN(平)：片外ROM选通线 d. ALE/PROG(平)：ALE（Ad

5、dress Latch Enable）为P0口所外接的地址锁存器74373的地址锁存允许信号， e. EA(平)/VPP：EA（平）（Enable Access）为允许访问片外ROM存储器。EA（平）为低电平表示只访问片外ROM，不访问片内ROM。VPP输入可擦写ROM（EPROM）的编程电源，如8751单片机。,单 片 机 引 脚,返回,2.1.3 程序存储器ROM（Read Only Memory）,1）ROM的类型,单 片 机 程 序 存 储 器,a. MaskROM：掩膜ROM，厂家在单片机掩膜工艺阶段将程序代码和数据掩膜到程序存储器中，（用于批量生产） b. 可编程序存储器（PROM

6、 Programmable Read Only Memory）（只能编写一次）,由于FlashROM环境适应性差，所以，开发调试时常用FlashROM型单片机，实际应用中常采用PROM型单片机,单 片 机 程 序 存 储 器,c. EPROM：可擦写可编程序存储器（Erasable Programmable Read Only Memory），紫外线照射擦除，专门的写入装置写入。 d. E2PROM: 新型EPROM，与RAM类似 e. FlashROM：用户可多次写入。快速闪存储器（FlashMemory）,课1,2）ROM容量及访问,思考：若采用片内ROM，又采用片外ROM，则片外ROM的

7、编址范围？,单 片 机 程 序 存 储 器,a.8031无片内ROM，8051有4KB片内ROM，编址：0000H-1000H b.片内外ROM最多共64KB （因为16根地址线，216=64K） c.通过EA（平）信号来控制访问片内、片外ROM。EA(平)为低电平，只访问片外ROM，不访问片内ROM d. 若使用片内ROM，因片内ROM为4KB，片外ROM可扩展60KB，统一编地址。 e. PSEN(平)选通片外ROM,返回,2.1.4 数据存储器RAM,片内RAM共256 Byte，编址范围00H-FFH 片外RAM最多64KB （因为16根地址线），编址范围0000H-FFFFH,思考：

8、 1）片内RAM和片外RAM均通过地址访问，各自的地址范围？单片机如何区分两者的访问？ 2）片外ROM和片外RAM各自的地址范围？单片机如何区分两者的访问？,单 片 机 数 据 存 储 器,2.1.4.1 片内RAM的结构,1）128 Byte基本数据区编址范围00H-7FH,工作寄 存器区,00H,08H,10H,18H,20H,30H,7FH,位寻址区,便签区,单 片 机 数 据 存 储 器,低128Byte为基本数据区 高128Byte为特殊功能寄存器区,基本数据区,02H可以表示为20H.2 位地址在位寻址指令中使用。,例如：,a. 工作寄存器区（00H-1FH） 32个单元共4组，每

9、组8个单元，这8个单元称为R0-R7,b. 位寻址区（20H-2FH） 16个单元共有16*8=128个位，每位都分配了一个地址，即00H-7FH，或者用单元号.位号表示,单 片 机 数 据 存 储 器,位地址,单元地址,c. 便签区（30H-7FH） 80个单元用于存放用户数据或作堆栈区使用,单 片 机 数 据 存 储 器,2) 21个特殊功能寄存器（Special Function Register SFR）,a. 通用寄存器,ACC：加法器 (Accumulator)，即A寄存器 B寄存器,PSW：程序状态字 Program Status Word,进位标志Cy（Carry） 辅助进位位

10、AC（Auxiliary Carry）表示A3向A4的进位 用户标志位F0（Flag zero）,b. 通用控制寄存器,单 片 机 数 据 存 储 器,寄存器选择位RS0、RS1：决定工作寄存器组R0-R7物理地址在四组片内RAM工作区寄存器中的哪一组，例如RS1RS0=00，则R0-R7的物理地址为片内RAM的00H-07H 溢出标志位OV （OverFlow） 奇偶标志位P（Parity）：表示A寄存器中1的个数是否奇数，若为奇数，则P=1,单 片 机 数 据 存 储 器,DPTR：数据指针 Data Pointer，分DPL和DPH（低8位和高8位） PCON：电源控制寄存器 Power

11、 Control PC：程序计数器 Program Counter，为16位专用寄存器，存放下一条要读取的指令地址,单 片 机 数 据 存 储 器,8051指定片内RAM的08H-7FH中的一部分为堆栈，复位后为07H，即第一个堆栈单元由08H开始。因此，编程时需要将堆栈指针设置为2FH以上，即避免工作寄存器区、位寻址区，而从便签区30H开始,单 片 机 数 据 存 储 器,SP：堆栈指针寄存器 Stack Point,SP,压入一个字节到堆栈后,RAM,SP,RAM,c. 输入输出寄存器P0 - P3，即4个端口的寄存器,d. 串行口寄存器,SCON：串行口控制寄存器 Serial Cont

12、rol SBUF：串行口数据缓冲器 Serial Buffer,单 片 机 数 据 存 储 器,e. 中断寄存器,IP：中断优先权寄存器 IE：中断允许寄存器,TMOD：定时器方式寄存器 T0：定时/计数寄存器（包括TH0、TL0） T1：同T0（包括TH1、TL1）,3）其他存储区域,单 片 机 数 据 存 储 器,f. 定时/计数寄存器,返回,注意：大多数特殊功能寄存器可以位寻址，可以直接对位进行操作。可进行位寻址的SFR见教材P36 表2-5；特殊功能寄存器的名称相当于该存储单元的地址。,课2,2.1.5 输入/输出端口结构,单 片 机 输 入 输 出 端 口,读引脚,场效应管T,D Q

13、CLK,写锁 存器,内部总线,Vcc,P1.n引脚,P1端口锁存器,BUF1,读锁存器 （读端口）,内部上拉电阻,BUF2,1) P1口(用作输入输出端口),点A,a. P1口作输出用，若输出1，BUF2输出1，锁存器Q(平)端输出0，T不导通，A点电位为1。若输出0，BUF2输出0，Q(平)端输出1，T导通，A点电位为0 b. P1口作输入用，需先使T不通，即要先输出1。输入数据从BUF1读入。因此，从P1口输入数据，须预先送1，为置P1.n为输入线。,单 片 机 输 入 输 出 端 口,单 片 机 输 入 输 出 端 口,2) P3口(用作输入输出端口或特殊功能输入输出),场效应管T,D

14、QCLK,写锁 存器,内部 总线,Vcc,P3.n引脚,P3口锁存器,BUF1,读锁存器 （读端口）,读引脚,内部上拉电阻,BUF2,点A,替代输出功能,替代输入功能,I/O输出时，替代输出功能自动置1 替代输入输出时，需预先输出1,a. P3口用作输出端口。替代输出功能置1。若输出1，锁存器Q端输出1，T2不导通，A点电位为1。若输出0，Q端输出0，T2导通，A点电位为0,b. P3口用作输入端口。须预先送1。,单 片 机 输 入 输 出 端 口,c. P3口用作替代输出输入。须预先送1。,单 片 机 输 入 输 出 端 口,3) P2口（输入/输出端口、高8位地址输出）,D QCLK,写锁

15、 存器,内部 总线,MUX (多路开关),地址,控制,Vcc,P0.n引脚,P0端口锁存器,BUF1,读锁存器 （读端口）,读引脚,内部上拉 电阻,BUF2,T,点A,a. P2口作输入输出端口时，与P1口相同（输入时需预送1） b. P2口作地址输出时，不用做通用I/O口，PC或DPTR的高8位作为输出地址。,单 片 机 输 入 输 出 端 口,单 片 机 输 入 输 出 端 口,4) P0口 （输入/输出端口、低8位地址输出，或数据输入输出）,T2,D QCLK,写锁 存器,内部总线,MUX (多路开关),地址/数据,控制,&,Vcc,P0.n引脚,P0端口锁存器,BUF1,读锁存器 （读端口）,读引脚,场效应管T1,外部 上拉电阻,1,0,Vc,BUF2,点A,单 片 机 输 入 输 出 端 口,a. 地址/数据输出：控制信号为1。 若地址/数据线信号为1，则T2不导通，T1导通，引脚输出1；若地址/数据信号为0，则T2导通，T1不导通，引脚输出0,b. 通用输入输出端口：控制信号为0，T1不导通。若输出信号为1，则T2不导通，为漏极开路输出（即外部电路需用上拉电阻）；若输出信号为0，则T2导通，引脚输出0。输出与P1口相同。,