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1、单片机系统设计第第1讲讲、51单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理第第2讲、单片机的讲、单片机的C语言设计语言设计第第3讲、讲、51单片机的片内系统单片机的片内系统第第4讲、单片机的系统扩展讲、单片机的系统扩展课程及要求1、课程的地位课程模块功能模块使用内部寄存器逻辑结构硬件结构微机原理CPU内部CPU内部CPU内部CPU内部CPU内部接口技术接口芯片连接接口芯片接口芯片单片机BothBothBothBothBothEDA对象方法典型例初级板块绘原理图仿真设计PCBProtel基本编程芯片以上加编程仿真调试MCU/CPLD/FPGA/DSP高级定制芯片编程（硬件）仿真调试专用工作站课程
2、及要求2、基本要求：明确基本结构读懂程序懂简单接口会编写简单程序会进行简单设计、一般要求：能够根据网上的芯片资料进行接口设计能够根据用户提出的要求设计并开发简单仪器设备能根据新单片机的说明书进行设计课程及要求、学习方法理论联系实际设计实际项目动手制作项目、课程安排见首页。 微型计算机系统基本知识微型计算机系统基本知识 1-1 概述1-2 微型计算机基础 第一章第一章 微型计算机系统基本知识微型计算机系统基本知识1-1 1-1 概述概述一、电子计算机一、电子计算机 以存储程序的方式、自动地进行算术和逻辑运算 的数字电子装置称电子计算机1、历史 19461946年年2 2月月1515日日，世界上第
3、一台数字式电子计算机 是在美国费城宾宾夕夕法法尼尼亚亚大大学学莫尔学院研制成功并运行，名为(ENIAC)(ENIAC)。19551955年年1010月月切断电源。 从公元10世纪中国古代的算盘到现代计算机的问世经历了一个漫长的阶段。2、发展ENIAC：5千次/秒，18000个电子管电子管式晶体管式中小规模集成电路194619581965大、超大规模集成电路（微机时代）四代。1971Intel4004：6万次/秒，2300只/3423、基本结构基本结构引例：（1）硬件：基本组成：运算器、控制器、存储器、运算器、控制器、存储器、 输入输入/ /输出设备及接口输出设备及接口。冯诺依曼结构中心思想是存
4、储程序原则：存储程序原则：指指令令和和数数据据一一起起以以二二进进制制的的形形式式存存放放在在存储器中。存储器中。由计算机之父美籍匈牙利数学家冯诺依曼1945年3月提出，标志着电子计算机时代的真正开始。结构如图1-1所示：（2）软件是计算机上运行的程序，是计算机系统中的逻辑部件而不是物理部件，是人人的的思思维维结结果果，它总是要通过某种物理介质来存储和表示的。其分类如下：二、微机二、微机1、微处理器、微型计算机、微型计算机系统(1) (1) 中央处理器中央处理器CentralProcessingUnit-CPU-CPU负责取指，执指，实现操作的核心部件，包括运算器运算器和控制器控制器两大组成部
5、分。如果中央处理器的电路集成在一片或少数几片大规模集成电路芯片上，就成为微处理器（微处理器（MPU）。(2) (2) 微型计算机、微型计算机系统微型计算机、微型计算机系统以微处理器为核心，加配存储部件和输入输出部件而成为微型计算机。以微型计算机为基础，加上外围设备、电源、系统软件等就构成微型计算机系统微型计算机系统微机系统的组成可小结如下：2 2、微型计算机的分类、微型计算机的分类*独立使用式微机：PC机*嵌入式微机：(1)单片机：CPU、存储器、I/O接口等集成在一块硅片上(2)单板机：CPU、存储器、I/O接口等装配在一块电路板(3)多板机：CPU、存储器、I/O接口等分做在多块电路板上3
6、 3、微型计算机的发展、微型计算机的发展1971年，美国Intel公司研制出了Intel4004微处理器芯片，以它为核心的MCS-4计算机，由该公司年轻工程师马西安霍夫研制，标志了世界上第一台微机的诞生，至今，已经历了五代经历了五代：第一代：19711973，4位和低档8位机，典型代表Intel4004，Intel8008。第二代：19741978，中档8位机，典型代表Intel8080，MC6800，ZILOGZ80APPLE6502等。第三代：19781981，16位机，1981年，IBM公司推出了以Intel8088为CPU的PC个人电脑。第四代：19811992，32位微机，如Inte
7、l80386，MotorolaMC68020第五代：1993至今，64位微机，奔腾微处理器芯片三、单片机概述三、单片机概述单片微型计算机：单片微型计算机：Single-Chip Microcomputer Single-Chip Microcomputer One-Chip Microcomputer One-Chip Microcomputer在一片芯片上集成CPU、存储器、I/O接口等组成一台完整的微型计算机。单片机作为工业控制和数据处理的计算机，也被称为“微控制器”、 “微处理器”（Micro-controller, Micro-processor）。 主要有：4位、8位、16位、32位
8、等1 1、单片机发展情况：、单片机发展情况：从1974年12月，仙仙童童（Fairchild）公公司司首先推出8位单片机F8，采用：双片形式F8（8位CPU64RAM2个并行I/O口）3851（1K ROM定时器/计数器2个并行I/O）。至今经历四代：第一代：197478，典型代表如Intel公司的MCS-48型8位单片机，采用8位CPU、2个I/O口、8位定时器/计数器、64RAM/1KROM、简单中断，寻址小于4K，且无串行口。第二代：197883，高档8位单片机，如MCS-51，MC6801，Zilog公司的Z8等。增 加 功 能 ： 串 行 I/O、 多 级 中 断 、 16定 时 /
9、计 数器、片内RAM/ROM增大，寻址64K，片内带A/D转换器接口。第 三 代 ： 198390年 代 初 ， 16位 单 片 机 出 现 ， 如 MCS-96系列的8096、8098芯片。增加性能：16位CPU，RAM/ROM增大，中断能力增强、A/D、HSIO等第四代：90年代至今，高档16位产品和32位产品的出 现 ， 如 80196， MC8300等 ， 性 能 、 速 度 大 大 提高。2 2、MCS-51MCS-51单片机单片机是Intel公司的8位系列单片机，包括51和52两个子系列。两者的区别在于52子系列片内ROM、RAM的容量翻倍，定时计数器增加到3个。单片机的供货状态：
10、片内无ROM型：单片机片内无ROM，价格便宜，使用时必须另外配置程序存储器EPROM，实际上已成为8751。如8031、8032、80C31片内ROM型：单片机片内带有掩膜ROM，用户无法更改其程序。如8051、8052，用于大规模专用产品。片内EPROM型：单片机片内带有EPROM，用户通过高压脉冲可写入程序，如8751、87523 3、单片机特点和应用（略）、单片机特点和应用（略）1-2 1-2 微型计算机基础微型计算机基础 返回一、微机的三总线结构一、微机的三总线结构 总线：微机系统中各部件和模块之间用于传送信息的一组公用导线。一般包括，数据总线、地址总线和控制总线。地址：内存由许多存储
11、单元组成，每个存储单元（字节）有一个用于区分的编号，称为地址，一般用十六进制数表示。微机的总线结构1、数据总线（DB）：传送数据，双向，CPU的位数和外部数据总线的位数一致。而数据可能是指令代码、状态量或控制量，也可能是真正的数据。2 2、地址总线（、地址总线（ABAB）：传送CPU发出的地址信息，单向，宽度（线数目）决定了CPU的可寻址范围。例如：2根地址线，可寻址22=4个字节单元；16根地址线，可寻址216=64K字节单元；3 3、控制总线（控制总线（CBCB）：传送使微机协调工作的定时、控制信号，双向，但对于每一条具体的控制线，都有固定的功能。控制线数目受芯片引脚数量的限制。8位微机的
12、DB总是8位，AB总是16位，而CB的数目则随机型不同而不同。二、微处理器的基本结构二、微处理器的基本结构 微处理器（CPUCPU）是微型计算机的核心，内部采用单总线结构，由运算器和控制器两大部分组成。微处理器典型结构如下图所示。 1 1、运算器、运算器（1）算术逻辑单元ALU(arithmeticlogicunit)是运算器的主要组成部分，是一个纯粹的运纯粹的运算部件，没有寄存功能算部件，没有寄存功能。（2）累加器A(Accumulator)是CPU中使用最最忙忙的的关关键键寄寄存存器器。ALU进行运算时一个操作数必需来自累加器，同时也是运算结果的寄存场所。（3）标志寄存器F（Flag）存放
13、微机执行一条指令后所处状态的信息。不同的计算机，标志有所不同。常用的标志有：C、AC、OV、P等。（4）暂存寄存器TR(tempregister)用来存放参加ALU运算的另一个操作数，该操作数必须先暂存在TR中，以免数据发生冲突。（5）地址和数据缓冲器（ABuffer、DBuffer）协调CPU与存储器、I/O接口电路之间在运行速度、工作周期等方面必然存在的差异。（6）寄存器阵列（RA）(registerarray)包括通用寄存器和专用寄存器两种。通用寄存器组：作为CPU内部的小容量高速存储器，用来存放一些中间数据，以减少CPU对存储器的频繁访问专用寄存器组：PC、SP、F、AB、DB等。2、
14、控制器、控制器 完成指令译码，并发出各个操作的控制信号，主要包括如下部件：（1）程序计数器PC(programcounter) 存放要读取的指令所在地址的专用寄存器。具有计数（加1）和接受转移地址的二种功能。（2）指令寄存器IR(instructionregister) 存放CPU从ROM中取出的正要被执行的指令，使整个分析执行的过程，一直在该指令的控制下，而指令的操作码送ID，指令中的操作数，一般为参加运算的地址，被送到地址缓冲寄存器。（3）指令译码器ID(instructiondecoded) 接收IR送来的操作码并译码，生成与指令相应的特定操作的启动启动信息。（4）定时控制逻辑PLA(p
15、rogrammablelogicarray) 又称可编程逻辑阵列。ID送出的电平信号与外部时钟脉冲在该电路中组合，形成各种内部CON信号和外部控制信号。 它完成指令的执行有两种实现方式：（a）微程序控制：微存储元中保持微码，每一个微码对应于一个最基本的微操作，又称微指令。指令译码以后，通过执行由这些微码确定的若干个微操作，即可完成某条指令的执行。（b）逻辑硬布线控制：指令译码后，控制器通过不同的逻辑门的组合，发出不同序列的控制时序信号，直接去执行一条指令中的各个操作。3 3、CPUCPU执行指令的过程执行指令的过程一条指令的执行过程包括取取指指和和执执指指两个阶段。指令执行前，首先要一条指令的
16、地址送到程序计数器PC中，然后开始执行指令。具体过程如下：例如：执行指令MOVA，#05H机器码为：第一单元74H（指令码）；第二单元05H（数据码）三、三、存储器及其读写原理存储器及其读写原理1 1、有关常用术语、有关常用术语（1）位 （ bit） 、 字 节 （ Byte） 、 字 （ Word） 、 双 字（DW）。1B=8bit；1KB=1024B；1MB=1024KB；1GB=1024MB（2）字长：计算机每个字所包含的二进制数码的位数。通常国际上以微处理器芯片外部数据总线的位数来确定计算机的字长。（3）内存：存放当前运算所需的程序和数据，容量较小、存取速度快，设在微机内部。多数为M
17、OS电路组成的半导体存储器，如RAM、ROM、EPROM、EEPROM。（4）外存：存放大量暂时不直接参与运算的程序和数据，可成批转入内存。在微机中，一般为磁盘、光盘等。2 2、存储器结构存储器结构 计算机有两种存储结构：哈佛结构：程序存储器和数据存储器分开。普林斯顿结构：程序存储器和数据存储器合并。单片机为哈佛结构 RAM存储器由三部分：存储体、地址译码器和存储体、地址译码器和控制电路控制电路。ROM结构类似，区别在于只能作读选通。注意：（1）对于8位地址，可表示256个单元；（2）每个单元可存放8位二进制数；（3）注意单元内容与地址的区别；3 3、存储器读写原理、存储器读写原理存储器工作过
18、程如下：CPU地址地址译码器选中单元由CPU发出的“读”或“写”命令。例如：读操作读操作：读02H单元内容1）02H由AB地址译码找到02号单元；2）CPU发出“读”信号；3）（02H）=A3H（读出的数据）D-BUS。4）A3H指定寄存器写操作写操作：数据#F7H03H单元中；1）03H由AB地址译码找到03号单元；2）CPU将F7H送到D-BUS上3）CPU发出“写”信号；4）#F7H（03H）四、输入四、输入/输出设备及其接口输出设备及其接口I/OI/O设备设备：简称外设，功能是为微机提供具体的输入输出手段。标准的I/O设备系指键盘和显示器。I/OI/O接口接口： 由于各种外设的工作速度
19、、驱动方式工作速度、驱动方式差别很大，无法与无法与CPU直接匹配直接匹配，而需要一个接口电路来充当它们与CPU间的桥梁，起转换、协调作用。Whatis“singlechipMicrocomputer”1computer1946.6匈牙利冯.诺依曼提出的电子计算机概念 程序控制程序控制 存储程序存储程序冯.诺依曼提出的电子计算机结构运算器运算器（ALU）控制器控制器（Controller)存储设备存储设备(Memory)输入设备输入设备(Input)输出设备输出设备(Output)Whatis“singlechipMicrocomputer”2单片机的历史单片机的历史探索阶段（70年代中期）：I
20、ntel/Motorola/Zilog代表：Mcs48singlechipMicrocomputer完善阶段（70年代后期）：Mcs51系列：Bus、外围SFR集中管理、位地址、突出控制功能的指令Microcontrollers（80年代）：ADC/DAC/WDT/PWM/高速IO微控制器的全面发展阶段（90年代）：EmbeddedSystemssoftwareWhatis“singlechipMicrocomputer”3单片机的结构单片机的结构掌握结构的要求层次：各结构模块的功能各结构模块的使用、内部寄存器内部逻辑结构、内部硬件结构OscillatorCPUSFRRAMCTCInterru
21、ptSIOPIOROMWDTADCDACPWMDTMFVoiceLCDWhatis“singlechipMicrocomputer”4单片机的分类单片机的分类位数：1bit、4bit、8bit、16bit、32bit问题：微机的位数由什么决定？总线形式：内部总线是否共用（half）专用通用：如电话、键盘、洗衣机51/PIC/OP8/MC68HC厂家:Atmel、Philips、Motorola、Microchip、NS、Zilog、Winbond、Emc51（P2）：8031(无ROM)8051(掩膜ROM)8751(EPROM)52增加一个定时计数器、一个中断源、128ByteRAM、4KB
22、yteROM89C51、89C52、89C2051、1051、2054(flashROM)单片机的用途单片机的用途用途广泛：测量、控制、军用、工业、民用、玩具多个领域特点：智能/交互/廉价/开发方便与PLC、DSP、FPGA、Computer比较二、单片机的开发开发过程1应用问题的提出：炉温自动控制要求T-t水平保温升温降温2初步分析水平保温不用CPU多段控制选用单片机3总体设计(初步框图)预置值输入、保存、采样运算、显示、控制4分各部分进行设计和实验具体软硬件5总体制作调试6文件资料整理二、单片机的开发2、开发工具资料软件仿真1)机器语言、汇编语言和高级语言2)源程序、目标程序和程序汇编硬件
23、仿真（仿真器）编程器第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理1.1、存储器ROM、RAM、SFR/片内、片外1.2、定时计数器功能、内部结构、SFR、使用1.3、中断系统功能、内部结构、SFR、使用1.4、输入输出端口P0-P3用途、并口内部结构及使用、串口SFR及使用1.5、时钟、复位与其它引脚时钟周期、工作周期、引脚接线、功能、复位状态2.4存储器结构和地址空间存储器结构和地址空间单片微机的存储器有两种基本结构：一种是在通用微型单片微机的存储器有两种基本结构：一种是在通用微型计算机中广泛采用的将程序和数据合用一个存储器空间的结构，计算机中广泛采用的将程序和数据合
24、用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿（称为普林斯顿（Princeton）结构；另一种是将程序存储器和结构；另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为哈佛（数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为哈佛（Haryard）结构。结构。Intel的的MCS51和和80C51系列单片微机采用哈佛系列单片微机采用哈佛结构。结构。图图29为为80C51单片微机存储器映象图。单片微机存储器映象图。在物理上设有在物理上设有4个存储器空间个存储器空间程序存储器：程序存储器： 片内程序存储器；片内程序存储器； 片外程序存储器。片外程序存储器。数据存储器：数据存储器： 片内数据存储器；片内数据存储
25、器； 片外数据存储器。片外数据存储器。图图2980C51单片微机存储器映象图单片微机存储器映象图第第1 1章章 5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理1.1、存储器、存储器程序存储器内部数据存储器片外数据存储器片外60K1000-FFFF专用寄存器0080-00FF64K(0000-FFFF)片内4K0000-0FFF片外4K0000-0FFF片内RAM0000-007F51单片机的存储器各存储器的作用RAM：保存数据SFR：工作、接口、定时器映射ROM：保存程序51系统存储结构FFH80H专用寄存器区（SFR）7FH30H用户RAM区（堆栈，数据缓冲）2FH20H可位寻址区(位
26、地址00FH)1FH18H第0工作寄存器区17H10H第0工作寄存器区0FH08H第0工作寄存器区07H00H第0工作寄存器区FFH80H用户RAM区位寻址区存储结构字节地址D7D6 D5 D4 D3D2 D1 D0D0H(PSW)B0H(P3)A0H(P2)90H(P1)979695949392919080H(P0)87868584838281802FH7F7E 7D 7C 7B7A 7978.21H0F0E 0D 0C 0B0A 090820H0706050403020100符号地址功能介绍BF0HB寄存器ACCE0H累加器PSWD0H程序状态字IPB8H中断优先级控制寄存器P3F0HP3
27、口锁存器IEA8H中断允许控制寄存器P2A0HP2口锁存器SBUF99H串行口锁存器SCON98H串行口控制寄存器P190HP1口锁存器TH18DH定时器/计数器1（高8位）符号地址功能介绍TL18BH定时器/计数器1（低8位）TH08CH定时器/计数器0（高8位）TL08AH定时器/计数器0（低8位）TMOD89A定时器/计数器方式控制寄存器TCON88H定时器/计数器控制寄存器DPH83H数据地址指针（高8位）DPL82H数据地址指针（低8位）SP81H堆栈指针P080HP0口锁存器PCON87H电源控制寄存器1.ACC：累加器，通常用A表示。不能从名字上理解，它是一个寄存器，而不是一个做
28、加法的东西，为什么给它这么一个名字呢？或许是因为在运算器做运算时其中一个数一定是在ACC中的缘故吧。它的名字特殊，身份也特殊，稍后我们将学到指令，可以发现，所有的运算类指令都离不开它。2、B：一个寄存器。在做乘、除法时放乘数或除数，不做乘除法时，随你怎么用。3、DPTR（DPH、DPL）：数据指针，可以用它来访问外部数据存储器中的任一单元，如果不用，也可以作为通用寄存器来用，由我们自已决定如何使用。4、PSW：程序状态字。这是一个很重要的东西，里面放了CPU工作时的很多状态，借此，我们可以了解CPU的当前状态，并作出相应的处理。它的各位功能如下:D7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS
29、1RS0OVP（1）CY：进位标志。8051中的运算器是一种8位的运算器，我们知道，8位运算器只能表示到0-255，如果做加法的话，两数相加可能会超过255，这样最高位就会丢失，造成运算的错误，怎么办？最高位就进到这里来。这样就没事了。例：78H+97H（01111000+10010111）（2）AC：半进位标志。例：57H+3AH（01010111+00111010）（3）F0：用户标志位，由我们（编程人员）决定什么时候用，什么时候不用。（4）RS1、RS0：工作寄存器组选择位。这个我们已知了。（5）OV：溢出标志位。（6）P：奇偶校验位：它用来表示ALU运算结果中二进制数位“1”的个数的奇
30、偶性。若为奇数，则P=1，否则为0。例：某运算结果是78H（01111000），显然1的个数为偶数，所以P=0。5、P0、P1、P2、P3：这个我们已经知道，是四个并行输入/输出口的寄存器。它里面的内容对应着管脚的输出。6、PC:程序计数器.7、SP：堆栈指针。“先进后出，后进先出”第第1 1章章 5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.5、引脚等、引脚等二、时钟、复位时钟周期、机器周期、复位状态第第1 1章章 5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.5、引脚等、引脚等二、时钟、复位时钟周期、机器周期、复位状态第第1 1章章 5151单片机的硬件与工作原理单
31、片机的硬件与工作原理 1.5、引脚等、引脚等二、时钟、复位时钟周期、机器周期、复位状态第第1 1章章 5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.5、引脚等、引脚等二、时钟、复位时钟周期、机器周期、复位状态一、以ALU为中心的运算器二、以定时控制逻辑为中心的控制器三、可编程的输入输出口线四、存储器空间程序存储器与数据存储器严格分开，专用寄存器与数据存储器统一编址是单片机与一般微机芯片不同的两个特点还有定时计数器、中断系统、串行口、模拟比较器、看门狗电路等第第1 1章章 5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理1.1、存储器、存储器问题：1、8031/51/52单片机有
32、哪些存储器，容量多少？各自的作用。2、如何访问不同种类的存储器？3、RAM中分为哪几个区间？4、工作寄存器R0-R7如何与RAM地址对应？5、位地址与字节地址的区分，RAM中的位地址对应。6、SFR中与CPU有关的有哪些？7、PSW中的C/AC/OV/P，以及Z与运算的关系。2.5.1P0口口P0口口是是一一个个多多功功能能的的8位位口口，可可以以字字节节访访问问也也可可位位访访问问，其字节访问地址为其字节访问地址为80H，位访问地址为位访问地址为80H87H。位结构位结构P0口位结构原理图如下口位结构原理图如下图图所示。所示。图图211P0口位结构原理图口位结构原理图P0口口中中一一个个多多
33、路路开开关关：多多路路开开关关的的输输入入有有两两个个，地地址址数数据据输输出出；输输出出锁锁存存器器的的输输出出/Q。多多路路开开关关的的输输出出用用于于控控制制输输出出FETQ0的的导导通通和和截截止止。多多路路开开关关的的切切换换由由内内部部控控制制信信号号控制。控制。P0口口的的输输出出上上拉拉电电路路导导通通和和截截止止受受内内部部控控制制信信号号和和地地址址数据信号共同（相数据信号共同（相“与与”）来控制。）来控制。当内部信号置当内部信号置1时，多路开关接通地址数据输出端。时，多路开关接通地址数据输出端。当当地地址址数数据据输输出出线线置置1时时，控控制制上上拉拉电电路路的的“与与
34、”门门输输出出为为1，上上拉拉FET导导通通，同同时时地地址址数数据据输输出出通通过过反反相相器器输输出出0，控控制下拉制下拉FET截止，这样截止，这样A点电位上拉，地址数据输出线为点电位上拉，地址数据输出线为1。当当地地址址数数据据输输出出线线置置0时时，“与与”门门输输出出为为0，上上拉拉FET截截止止，同同时时地地址址数数据据输输出出通通过过反反相相器器输输出出1，控控制制下下拉拉FET导导通通，这样这样A点电位下拉，地址数据输出线为点电位下拉，地址数据输出线为0。此此时时的的输输出出状状态态随随地地址址数数据据线线而而变变。因因此此，P0口口可可以以作作为为地地址址/数数据据复复用用总
35、总线线使使用用。这这时时上上下下两两个个FET处处于于反反相相，构构成成了了推推拉拉式式的的输输出出电电路路，其其负负载载能能力力大大大大增增加加。此此时时的的P0口口相相当当一一个双向口。个双向口。当当内内部部信信号号置置0时时，多多路路开开关关接接通通输输出出锁锁存存器器的的/ /Q Q端端这时明显地可以看出两点：这时明显地可以看出两点：由由于于内内部部控控制制信信号号为为0，与与门门关关闭闭，上上拉拉FET截截止止，形形成成P0口口的输出电路为漏极开路输出。的输出电路为漏极开路输出。输输出出锁锁存存器器的的Q端端引引至至下下拉拉FET栅栅极极，因因此此P0口口的的输输出出状状态态由下拉电
36、路决定。由下拉电路决定。在在P0口口作作输输出出口口用用时时，若若P0i输输出出1，输输出出锁锁存存器器的的Q端端为为0，下下拉拉FET截截止止，这这时时P0i为为漏漏极极开开路路输输出出；若若P0i输输出出0，输出锁存器的输出锁存器的Q端为端为1，下拉，下拉FET导通，导通，P0i输出低电平。输出低电平。在在P0口口作作输输入入口口用用时时，为为了了使使P0i能能正正确确读读入入数数据据，必必须须先先使使P0.i置置1。这这样样，下下拉拉FET也也截截止止，P0i处处于于悬悬浮浮状状态态。A点点的的电电平平由由外外设设的的电电平平而而定定，通通过过输输入入缓缓冲冲器器读读入入CPU。这这时时
37、P0口相当于一个高阻抗的输入口。口相当于一个高阻抗的输入口。P0口的功能口的功能作作IO口使用口使用相相当当于于一一个个真真正正的的双双向向口口：输输出出锁锁存存、输输入入缓缓冲冲，但但输输入入时时需需先先将将口口置置1；每每根根口口线线可可以以独独立立定定义义为为输输入入或或输输出出。它它具具有有双双向向口口的一切特点。的一切特点。与与其其它它口口的的区区别别是是，输输出出时时为为漏漏极极开开路路输输出出，与与NMOS的的电电路路接接口口时时必必须须要要用用电电阻阻上上拉拉，才才能能有有高高电电平平输输出出；输输入入时时为为悬悬浮浮状状态，为一个高阻抗的输入口。态，为一个高阻抗的输入口。作地
38、址数据复用总线用作地址数据复用总线用此此时时P0口口为为一一个个准准双双向向口口。但但是是有有上上拉拉电电阻阻，作作数数据据输输入入时时，口口也也不不是是悬悬浮浮状状态态。作作地地址址数数据据复复用用总总线线用用。作作数数据据总总线线用用时时，输输入入输输出出8位位数数据据D0D7；作作地地址址总总线线用用时时，输输出出低低8位位地地址址A0A7。当当P0口口作作地地址址数数据据复复用用总总线线用用之之后，就再也不能作后，就再也不能作IO口使用了。口使用了。P1口是一个口是一个8位口，可以字节访问也可按位访问，其字节访问位口，可以字节访问也可按位访问，其字节访问地址为地址为90H，位访问地址为
39、位访问地址为90H97H。位结构和工作原理位结构和工作原理P1口的位结构如下图所示。口的位结构如下图所示。包包含含输输出出锁锁存存器器、输输入入缓缓冲冲器器BUF1（读读引引脚脚）、BUF2（读读锁锁存存器）以及由器）以及由FET晶体管晶体管Q0与上拉电阻组成的输出输入驱动器。与上拉电阻组成的输出输入驱动器。P1口的工作过程分析如下：口的工作过程分析如下：P1.i位位作作输输出出口口用用时时：CPU输输出出0时时，D0，Q0，Ql，晶晶体体管管Q0导导通通，A点点被被下下拉拉为为低低电电平平，即即输输出出0；CPU输输出出1时时，Dl，Q1，Q0，晶晶体体管管Q0截截止止，A点点被被上上拉拉为
40、为高高电电平平，即即输出输出l。2.5.2P1口口图图212P1口位结构原理图口位结构原理图P1i位位作作输输入入口口用用时时：先先向向P1i位位输输出出高高电电平平，使使A点点提提升升为为高高电电平平，此此操操作作称称为为设设置置P1i为为输输入入线线。若若外外设设输输入入为为1时时A点点为为高高电电平平，由由BUFI读读入入总总线线后后B点点也也为为高高电电平平；若若外外设设输入为输入为0时时A点为低电平，由点为低电平，由BUF1读入总线后读入总线后B点也为低电平点也为低电平。、P1口的特点口的特点输出锁存器，输出时没有条件；输出锁存器，输出时没有条件；输输入入缓缓冲冲，输输入入时时有有条
41、条件件，即即需需要要先先将将该该口口设设为为输输入入状状态态，先输出先输出1；工工作作过过程程中中无无高高阻阻悬悬浮浮状状态态，也也就就是是该该口口不不是是输输入入态态就就是是输出态。输出态。具具有有这这种种特特性性的的口口不不属属于于“真真正正”的的双双向向口口，而而被被称称为为“准准”双向口。双向口。P1口的操作口的操作字节操作和位操作字节操作和位操作CPU对对于于P1口口不不仅仅可可以以作作为为一一个个8位位口口（字字节节）来来操操作作，也也可以按位来操作。可以按位来操作。有关字节操作的指令有：有关字节操作的指令有：输出：输出： MOV P1，A；P1AMOV P1，data；P1dat
42、aMOVP1，direct；P1direct输入：输入： MOVA，P1 ；AP1MOV direct，Pl；directPl有关位操作的指令有：有关位操作的指令有：置位、清除：置位、清除：SETBP1.i；P1.i1CLR Pli；P1i0输入、输出：输入、输出：MOVP1i，C；P1iCYMOVC，P1i；CYP1.i判跳：判跳：JBP1i，rel；P1.i=1，跳转跳转JBC P1i，rel；P1.i1，跳转且跳转且；清；清P1.i0逻辑运算：逻辑运算：ANL C，P1i ；CY（P1.iCY）ORLC，P1i；CY（P1.iCY）P1i中的中的i0，7。P1口口不不仅仅可可以以以以8位
43、位一一组组进进行行输输入入、输输出出操操作作，还还可可以以逐逐位分别定义各口线为输入线或输出线。例如：位分别定义各口线为输入线或输出线。例如：ORLP1，00000010B使使P1l位口线输出位口线输出l，而使其余各位不变。而使其余各位不变。ANLP1，11111101B使使P11位线输出位线输出0，而使其余各位不变。，而使其余各位不变。读引脚操作和读锁存器操作读引脚操作和读锁存器操作从从P1口口的的位位结结构构图图中中可可以以看看出出，有有两两种种读读口口的的操操作作：一一种种是读引脚操作，一种是读锁存器操作。是读引脚操作，一种是读锁存器操作。在在响响应应CPU输输出出的的读读引引脚脚信信号
44、号时时，端端口口本本身身引引脚脚的的电电平平值值通通过过缓缓冲冲器器BUF1进进入入内内部部总总线线。这这种种类类型型的的指指令令，执执行行之之前前必必须须先先将将端端口口锁锁存存器器置置1，使使A点点处处于于高高电电平平，否否则则会会损损坏坏引引脚，而且也使信号无法读出。脚，而且也使信号无法读出。这种类型的指令有：这种类型的指令有：MOVA，P1；AP1MOV direct，P1；directP1在在执执行行读读锁锁存存器器的的指指令令时时，CPU首首先先完完成成将将锁锁存存器器的的值值通通过过缓缓冲冲器器BUF2读读入入内内部部，进进行行修修改改，然然后后重重新新写写到到锁锁存存器器中中去
45、去，这就是这就是“读一修改一写读一修改一写”指令。指令。这这种种类类型型的的指指令令包包含含所所有有的的口口的的逻逻辑辑操操作作（ANL、ORL、XRL）和位操作和位操作(JBC、CPL、MOV、SETB、CLR等）指令。等）指令。P1口的多功能线口的多功能线在在80C52中中，P10和和P11口口线线是是多多功功能能的的，即即除除作作一一般双向般双向I/O口线之外，这两根口线还具有下列功能：口线之外，这两根口线还具有下列功能：P10T2的外部输入端的外部输入端T2；P11T2的外部控制端的外部控制端T2EX。P2口口是是一一个个多多功功能能的的8位位口口，可可以以字字节节访访问问也也可可位位
46、访访问问，其其字节访问地址为字节访问地址为A0H，位访问地址为位访问地址为A0HA7H。P2口位结构和工作原理口位结构和工作原理P2口位结构原理图如下所示。口位结构原理图如下所示。多多路路开开关关的的输输入入有有两两个个：一一个个是是口口输输出出锁锁存存器器的的输输出出端端Q；一一个个是是地地址址寄寄存存器器（PC或或DPTR）的的高高位位输输出出端端。多多路路开开关关的的输输出出经经反反相相器器反反相相后后去去控控制制输输出出FET的的Q0。多多路路开开关关的的切切换换由内部控制信号控制。由内部控制信号控制。输出锁存器的输出端是输出锁存器的输出端是Q而不是而不是Q，多路开关之后需接反相器。多
47、路开关之后需接反相器。2.5.3P2口口图图213P2口位结构原理图口位结构原理图P2口的工作状态是口的工作状态是I/O口状态。口状态。在内部控制信号的作用下，多路开关的输入投向输出锁存在内部控制信号的作用下，多路开关的输入投向输出锁存器的输出器的输出Q（C点）侧，这样多路开关将接通输出锁存器。点）侧，这样多路开关将接通输出锁存器。若若经经由由内内部部总总线线输输出出0，输输出出锁锁存存器器的的Q端端为为0，信信号号经经多多路路开开关关和和反反相相器器后后输输出出1，Q0导导通通，A点点为为0，输输出出低低电电平平；若若经经由由内内部部总总线线输输出出1，输输出出锁锁存存器器的的Q端端为为1，
48、反反相相器器后后输输出出0，Q0截止，截止，A点为点为1，输出高电平。，输出高电平。P2口的工作状态是输出高口的工作状态是输出高8位地址。位地址。在内部控制信号的作用下，多路开关的输入投向地址输出（在内部控制信号的作用下，多路开关的输入投向地址输出（B点）侧，这样多路开关将接通地址寄存器输出。点）侧，这样多路开关将接通地址寄存器输出。A点的电平将点的电平将随地址输出的随地址输出的0、1而而0、1地变化。地变化。P2口的功能口的功能从从上上述述工工作作过过程程的的分分析析中中可可以以看看出出P2口口是是一一个个双双功功能能的的口：口：作作IO口使用时，口使用时，P2口为一准双向口。口为一准双向口
49、。作作地地址址输输出出时时，P2口口可可以以输输出出程程序序存存储储器器或或片片外外数数据据存存储储器器的的高高8位位地地址址，与与P0输输出出的的低低地地址址一一起起构构成成16位位地地址址线线，从从而而可可分分别别寻寻址址64KB的的程程序序存存储储器器或或片片外外数数据据存存储储器器。地地址址线线是是8位一起自动输出的。位一起自动输出的。P2口使用中注意的问题口使用中注意的问题由由于于P2口口的的输输出出锁锁存存功功能能，在在取取指指周周期期内内或或外外部部数数据据存存储储器器读读、写写选选通通期期间间，输输出出的的高高8位位地地址址是是锁锁存存的的，故故无无需需外外加加地址锁存器。地址
50、锁存器。在在系系统统中中如如果果外外接接有有程程序序存存储储器器，由由于于访访问问片片外外程程序序存存储储器器的的连连续续不不断断的的取取指指操操作作，P2口口需需要要不不断断送送出出高高位位地地址址，这这时时P2口的全部口线均不宜再作口的全部口线均不宜再作I/O口使用。口使用。在在无无外外接接程程序序存存储储器器而而有有片片外外数数据据存存储储器器的的系系统统中中，P2口口使使用可分为两种情况：用可分为两种情况：若若片片外外数数据据存存储储器器的的容容量量256B：可可使使用用“MOVXA，Ri”及及“MOVXRi，A”类类指指令令访访问问片片外外数数据据存存储储器器，这这时时P2口口不不输
51、输出出地址，地址，P2口仍可作为口仍可作为I/O口使用；口使用；若若片片外外数数据据存存储储器器的的容容量量256B：这这时时使使用用“MOVXA，DPTR”及及“MOVXDPTR，A”类类指指令令访访问问片片外外数数据据存存储储器器，P2口口需需输输出出高高8位位地地址址。在在片片外外数数据据存存储储器器读读、写写选选通通期期间间，P2口口引引脚脚上上锁锁存存高高8位位地地址址信信息息，但但是是在在选选通通结结束束后后，P2口口内内原原来来锁锁存的内容又重新出现在引脚上。存的内容又重新出现在引脚上。使使用用“MOVXA，Ri”及及“MOVXRi，A”类类访访问问指指令令时时，高高位位地地址址
52、通通过过程程序序设设定定，只只利利用用P1、P3甚甚至至P2口口中中的的某某几几根根口口线送高位地址，从而保留线送高位地址，从而保留P2口的全部或部分口线作口的全部或部分口线作I/O口用。口用。2.5.4P3口口P3口是一个多功能的口是一个多功能的8位口，可以字节访问也可位访问，其位口，可以字节访问也可位访问，其字节访问地址为字节访问地址为B0H，位访问地址为位访问地址为B0HB7H。位结构与工作原理位结构与工作原理P3口的位结构原理如下所示。口的位结构原理如下所示。与与非非门门有有两两个个输输入入端端：一一个个为为口口输输出出锁锁存存器器的的Q端端，另另一一个个为为替替代代功功能能的的控控制
53、制输输出出。与与非非门门的的输输出出端端控控制制输输出出FET管管Q0。有有两两个个输输入入缓缓冲冲器器，替替代代输输入入功功能能取取自自第第一一个个缓缓冲冲器器的的输输出端；出端；I/O口的通用输入信号取自第二个缓冲器的输出端。口的通用输入信号取自第二个缓冲器的输出端。图图214P3口位结构原理图口位结构原理图输出工作过程：输出工作过程：当当替替代代输输出出功功能能B点点置置1时时，输输出出锁锁存存器器的的输输出出可可以以顺顺利利通通到到引引脚脚P3i。其其工工作作状状况况与与P1口口相相类类似似。这这时时P3口口的的工工作作状状态态为为I/O口口，显显然然此此时时该该口口具具有有准准双向口
54、的性质。双向口的性质。当当输输出出锁锁存存器器的的输输出出置置1时时，替替代代输输出出功功能能可可以以顺顺利通到引脚利通到引脚P3i。若若替替代代输输出出为为0时时，因因与与非非门门的的C点点已已置置l，现现B点点为为0，故故与与非非门门的的输输出出为为l，使使Q0导导通通，从从而而使使A点点也也为为0。若若替替代代输输出出为为1时时，与与非非门门的的输输出出为为0，Q0截截止止，从从而而使使A点点也也为为高高电电平平。这这时时P3口口的的工工作作状状态态处处于替代输出功能状态。于替代输出功能状态。P3口的功能口的功能P3口是一个多功能口。口是一个多功能口。可作可作I/O口使用，为准双向口。口
55、使用，为准双向口。既既可可以以字字节节操操作作，也也可可以以位位操操作作；既既可可以以8位位口口操操作作，也也可可以以逐逐位位定定义义口口线线为为输输入入线线或或输输出出线线；既既可可以以读读引引脚脚，也也可可以以读读锁存器，实现锁存器，实现“读一修改一输出读一修改一输出”操作。操作。可以作为替代功能的输入、输出。可以作为替代功能的输入、输出。替代输入功能：替代输入功能：P30RXD，串行输入口。串行输入口。P32INT0，外部中断外部中断0的请求。的请求。P33INT1，外部中断外部中断1的请求。的请求。P34T0，T0外部计数脉冲输入。外部计数脉冲输入。P35T1，T1外部计数脉冲输入。外
56、部计数脉冲输入。替代输出功能：替代输出功能：P3lTXD，串行输出口。串行输出口。P3 6WR外外 部部 数数 据据 存存 储储 器器 写写 选选 通通 ， 输输 出出 ， 低低 电电 平平 有有 效效 。 P37RD外部数据存储器读选通，输出，低电平有效。外部数据存储器读选通，输出，低电平有效。第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.4、输入输出端口、输入输出端口并口使用图例并口使用图例例、要求由P1.0P1.3设置按键输入信号,并在P1.4P1.7上用LED显示最先按下的按键。设计硬件电路。片外：按键和开关(硬件/软件）片内：1、可靠接法2、读引脚第第1
57、1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.4、输入输出端口、输入输出端口并口使用图例并口使用图例注意1、LED特点2、单片机驱动能力3、段码的译码过程第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.4、输入输出端口、输入输出端口并口使用图例并口使用图例第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.4、输入输出端口、输入输出端口并口使用图例并口使用图例第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.4、输入输出端口、输入输出端口三、串口及使用三、串口及使用一)、串行口概述同步、异步作用：发送、
58、接收二)、51串行口的结构引脚：RXD、TXD寄存器（P26）控制寄存器SCON：有位地址；读写SBUF发送：在TI=0时，由写SBUF指令引起发送（时钟）和数据接收：在RI=0，REN=1时，检测RXD下跳沿，并排干扰再启动第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.4、输入输出端口、输入输出端口三)、串行口的工作方式1、方式0：移位寄存器输入输出方式输出：8位数据从RXD串行输出，同步信号从TXD输出输入：8位数据从RXD串行输入，同步信号从TXD输入第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.4、输入输出端口、输入输出端口三)、
59、串行口的工作方式2、方式1：适点对点通讯除8数据位外，加起始位0和停止位1，波特率可变硬件：数据从TXD串行输出，从RXD输入硬件示意图：单片机1机2TXDRXDRXDTXD第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.4、输入输出端口、输入输出端口三)、串行口的工作方式3、方式2、3：适合多机通讯有9数据位,外加起始位0和停止位1，波特率可变硬件：数据从TXD串行输出，从RXD输入。一主机，多从机。主机TXDRXDTXDRXDTXDRXDTXDRXD从机1从机2从机n第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.4、输入输出端口、输入输
60、出端口三)、串行口的多机通讯：(方式2、3）发送的第9数据位TB8及SM2可由软件控制主机：发地址时：TB8=1，发数据时：TB8=0；从机收：P26：SM2=1且RB8=0不响应，余可引起中断响应从机（中断程序接收信号）平时待信号，SM2=1，仅执行主程和得到地址地址对后，令SM2=0即可收所有信号。第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.4、输入输出端口、输入输出端口三、串口及使用三、串口及使用四)、串行口的波特率（bps)方式0：fosc/12方式1：2smod*定时器T1的溢出率/32方式2：fosc*2smod/64方式3：2smod*定时器T1的溢
61、出率/32根据波特率计算T1初值x=256-(2smod*fosc)/384/BR波特率例x=256-(20*6M)/384/1200=243x=256-(20*6M)/384/1200x=256-(20*12M)/384/1200第第1 1章章 5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.5、引脚等、引脚等一、引脚：P0-P332电源：2晶振：2RST：1EA：1ALE：1PSEN：1第第1 1章章 5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.5、引脚等、引脚等其它引脚连接：P0-P332电源：2晶振：2RST：1EA：1ALE：1PSEN：1第第1 1章章 51
62、51单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.5、引脚等、引脚等第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理1.1、存储器ROM、RAM、SFR/片内、片外1.2、定时计数器功能、内部结构、SFR、使用1.3、中断系统功能、内部结构、SFR、使用1.4、输入输出端口P0-P3用途、并口内部结构及使用、串口SFR及使用1.5、时钟、复位与其它引脚时钟周期、工作周期、引脚接线、功能、复位状态第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理习题：P33思考：3、4、5、8EX：6、9、11(方式2)、12、13、14、16、10、17、19、20第
63、第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.2、定时计数器、定时计数器一、一、计数器：数器：功能、加计数器和减计数器一个4位的加（减）计数器，要求计数值为10，初值设为多少一个8位的加（减）计数器，要求计数值为120，初值设为多少10位的加（减）计数器，要求计数值为120，初值设为多少二、定时器二、定时器定时器=时钟+计数器一个定时器由T=1uS的时钟和10位加计数器组成，要求定时1mS，计数器初值设为多少，此定时器最长定时时间是多少。一个定时器由T=1uS的时钟和16位加计数器组成，要求定时1mS，计数器初值设为多少，此定时器最长定时时间是多少。第第1 1章章、5
64、151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.2、定时计数器、定时计数器三、三、51定时计数器定时计数器51：两个定时计数器T1T0（52：三个定时计数器）结构：gatec/tm1m0TRTF及引脚T0/1、INT0/1作用SFRTMOD(89h)：gatec/tm1m0gatec/tm1m0TCON(88h)：tf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it0位地址：8f8e8d8c8b8a8988TH1、TL1TH0、TL0第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.2、定时计数器、定时计数器三、三、51定时计数器定时计数器使用1、不同模式下计数初值的
65、计算：P15例2定时100uS12M晶振：100=64H=01100100B原0000000001100100反1111111110011011补1111111110011100MOD01111110011100*(FC1C)MOD1FF9CMOD29C第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.2、定时计数器、定时计数器三、三、51定时计数器定时计数器使用1、不同模式下计数初值的计算：计数10次MOD2/1/0F6FFF6FF166M晶振最大定时时间12M晶振最大定时时间2、SFR的写入：TMOD、TH、TL、TR每计数250次发信号。6M晶振，计时100mS发
66、信号。EX：6M晶振，发出T=1mS的方波/发出T=100mS的方波3、硬件引脚INT的影响。第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.3、中断系统、中断系统一、中断的概念1、中断产生条件（内部、外部）2、中断的响应3、中断的返回二、51单片机中断的内部结构1、中断产生条件内部：相应开关打开外部：条件满足2、中断的响应响应的优先级次序进栈情况入口地址中断标志的清除第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.3、中断系统、中断系统二、51单片机中断的内部结构3、中断的返回清除正在进行中断标志出栈三、SFR：IE、IP（P16）四、中断
67、入口地址：（p17)(程序启动入口地址：0000H)五、使用6M晶振，发出T=1mS的方波6M晶振，发出T=100mS的方波（软时钟的概念）第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.3、中断系统、中断系统填空： 12M晶振，由P1.0口发出T=200uS的方波ORG0000HSTART:AJMPMAINORG000BHCPLMAIN:MOVTMOD,# MOVTL0,#MOVTH0,#MOVIE,#SETB SJMP $第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.4、输入输出端口、输入输出端口1.4、输入输出端口(接口、端口、口线的
68、概念）一、一、P0-P3用途用途：全部可以作为双向口P0：开关控制：作数据和地址（a0-a7)总线/漏极开路IO口P1：有上拉电阻，用作通用IO口P2：有开关，也有上拉电阻，（a8-a15)总线不扩展高位地址作准双向口P3：有上拉电阻1、作通用IO口2、第二功能P3.0RXD串行接收P3.1TXD串行发送P3.2INT0外中断0输入P3.3INT1外中断1输入P3.4T0定时计数器0输入P3.5T1定时计数器1输入P3.6WR写信号P3.7RD读信号第第1 1章章、5151单片机的硬件与工作原理单片机的硬件与工作原理 1.4、输入输出端口、输入输出端口1.4、输入输出端口二、并口内部结构及使用二、并口内部结构及使用1、一个端口的各口线可有的作输入，有的作输出口2、同一口线可随时用作输入输出口3、输出有锁存器锁存，输出指令直接写入锁存器4、输入信号有两个缓冲器，可读引脚或读锁存器5、读锁存器和读引脚用指令区分MOV：读引脚，MOVA，P1/MOVC，P13读/修改/写：读锁存器ANL/ORL/INC/DEC字节CPL位6、读引脚应使FET关闭，先向端口写1，作高阻输入，以免出错
