單片機第二講課件

1、西京學(xué)院工程技術(shù)系電子信息教研室單片機原理與應(yīng)用課程單片機原理與應(yīng)用1第2章 單片機原理及應(yīng)用 2.1 單片機分類及內(nèi)部組成 1.51系列單片機的分類51系列單片機有一下兩種分類方法： （1）按芯片的半導(dǎo)體制造工藝劃分，可以分為HMOS工藝性單片機和CHMOS工藝性單片機兩種。HMOS工藝性單片機包括8051、8751、8052、8032；CHMOS工藝性單片機80C51、83C51、87C51、80C31、80C32和80C52。這兩類器件在功能上是完全兼容的，但采用CHMOS工藝制造的芯片具有低功耗的特點，它所消耗的電流比HMOS器件消耗的電流小的多。另2第2章 單片機原理及應(yīng)用外，CHM

2、OS器件比HMOS器件多了兩種節(jié)電的工作方式（掉電方式和待機方式），常用于構(gòu)成低功耗的應(yīng)用系統(tǒng)。按片內(nèi)不同容量的存儲器配置劃分，可以分為51子系列和52子系列單片機。51子系列單片機最后一位數(shù)字以“1”作為標(biāo)志，片內(nèi)帶有4KB ROM/EPROM、128B RAM、兩個16位定時器/計數(shù)器和5個中斷源等；52子系列單片機最后一位數(shù)字以“2”作為標(biāo)志，片內(nèi)帶有8KB ROM/EPROM、256B RAM、3個16位定時器/計數(shù)器和6個中斷源等。3第2章 單片機原理及應(yīng)用外，CHMOS器件比HMOS器件多了兩種節(jié)電的工作方式（掉電方式和待機方式），常用于構(gòu)成低功耗的應(yīng)用系統(tǒng)。（2）按片內(nèi)不同容量的

3、存儲器配置劃分，可以分為51子系列和52子系列單片機。51子系列單片機最后一位數(shù)字以“1”作為標(biāo)志，片內(nèi)帶有4KB ROM/EPROM、128B RAM、兩個16位定時器/計數(shù)器和5個中斷源等；52子系列單片機最后一位數(shù)字以“2”作為標(biāo)志，片內(nèi)帶有8KB ROM/EPROM、256B RAM、3個16位定時器/計數(shù)器和6個中斷源等。4第2章 單片機原理及應(yīng)用2. 51單片機的兼容性MCS-51系列單片機以優(yōu)異的性價比使它從面世以來就獲得了廣大用戶的認可，Intel公司把這種單片機的內(nèi)核，即8051內(nèi)核，以出售或互換專利的方式授權(quán)給一些公司，如Atmel、Philips等。這些公司在保持與805

4、1單片機兼容的基礎(chǔ)上，改造了8051單片機的許多性能。例如，80C51單片機就是在8051的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的更低功耗的單片機，兩者外形完全相同，其指令系統(tǒng)、引腳信號、總線等也都完全相同,其指令系統(tǒng)、引腳信號、總線等也都完全一致。也就是說，5第2章 單片機原理及應(yīng)用7第2章 單片機原理及應(yīng)用MCS-51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。下面介紹各個組成部分的基本功能。8第2章 單片機原理及應(yīng)用常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器是指前128個單元，簡稱內(nèi)部RAM。（3）內(nèi)部程序存儲器（4K ROM）MCS-51共有4KB 的掩膜ROM，用于存放程序或原始數(shù)據(jù),因此成為程序存儲器，簡稱內(nèi)部ROM。（4）定時/計數(shù)器MC

5、S-51共有兩個16位定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以定時或計數(shù)結(jié)果對計算機進行控制。（5）可編程I/O口MCS-51共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），通過10第2章 單片機原理及應(yīng)用編寫程序可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出，從而實現(xiàn)接收外部信號或輸出控制信號。（6）串行接口MCS-51單片機有一個全雙工的串行口，以實現(xiàn)單片機和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強，既可以作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可以作為同步移位器使用。（7）中斷控制系統(tǒng) 當(dāng)CPU執(zhí)行正常的程序時，如果收到一個中斷請求（如11第2章 單片機原理及應(yīng)用定時時間到，需要鳴笛報警），中斷控制系統(tǒng)馬上

6、會讓CPU停止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行程序存儲器ROM中特定的某段程序，執(zhí)行完成該段程序后再繼續(xù)執(zhí)行先前中斷的程序。MCS-51單片機共有5個中斷源，即兩個外中斷源、兩個定時/計數(shù)中斷源和一個串行中斷源。（8）時鐘電路 時鐘電路產(chǎn)生時鐘信號送給單片機內(nèi)部各電路，以控制這些電路，使它們有節(jié)拍地工作。時鐘信號頻率越高，內(nèi)部電路工作速度越快。12第2章 單片機原理及應(yīng)用14第2章 單片機原理及應(yīng)用2.工作過程下面以上圖搶答器的單片機控制電路為例，介紹單片機應(yīng)用系統(tǒng)的工作過程。當(dāng)按下?lián)尨疰IS后，按鈕接地，發(fā)光二極管VD1亮。同時,單片機輸入低電平，經(jīng)單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸后，馬上輸出控制信號（這里為低

7、電平），該信號經(jīng)過R2送到驅(qū)動三極管的基極，三極管導(dǎo)通，有電流通過蜂鳴器，蜂鳴器發(fā)聲。一旦松開搶答鍵，單片機輸入信號為高電平，經(jīng)過內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸，馬上輸出高電平，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。15第2章 單片機原理及應(yīng)用2.3 單片機I/O口的使用實例4：用單片機控制一個燈閃爍 本實例通用單片機控制一個燈（發(fā)光二極管）閃爍的實例來介紹單片機的工作頻率電路圖如下圖所示。 （1）實現(xiàn)方法 P1.0輸出低電平，使VD1正向偏置，就會點亮發(fā)光二極管LED；P1.0輸出高電平時，LED就熄滅。如果P1.0輸出電平在高低電平之間不停轉(zhuǎn)換，則LED會產(chǎn)生閃爍。也就是說先點亮LED一段時間之后，再熄滅LED等，再

8、延時一段時間后點亮LED等，如此反復(fù)。17第2章 單片機原理及應(yīng)用18第2章 單片機原理及應(yīng)用 （2）程序設(shè)計 19第2章 單片機原理及應(yīng)用 （3）軟件仿真 啟動軟件仿真后，將示波器輸入端A連接在P1.0引腳上，觀察輸出電平的變化。 為了研究單片機工作頻率對閃爍速度的影響，將單片機的晶振改為“2MHz”后啟動仿真，可以看到閃爍頻率變慢。 （4）延時程序分析 為什么單片機時鐘頻率（工作頻率）的改變會引起燈閃爍速度的變化？弄清楚這個問題很重要。 單片機需要一個時鐘信號送給內(nèi)部各電路，才能使它們20第2章 單片機原理及應(yīng)用有節(jié)奏的工作。時鐘信號的21第2章 單片機原理及應(yīng)用2.3 單片機I/O口的使

9、用實例5：將P1口狀態(tài)送入P0、P2和P3口 本實例通過一個將P1口狀態(tài)送入P0、P2和P3口的實例，介紹單片機的輸入/輸出的基本結(jié)構(gòu)和使用方法。本例采用的電路原理圖如圖3.1所示.要求當(dāng)按下按鍵S時，發(fā)光二極管VD0VD3均被點亮；松開按鍵S時，VD0VD3均被熄滅。 （1）實現(xiàn)方法 利用單片機工作速度快的特點，通過編程設(shè)置一個無限循環(huán)，讓單片機不停地把P1口的電平狀態(tài)送到P0、P2和P3口。在按下按鍵S時，P1.7引腳的燈被點亮的瞬間，P0.7引腳、P2.7引腳和P3.7引腳的三個燈也接著被點亮。22第2章 單片機原理及應(yīng)用 （2）程序設(shè)計 24第2章 單片機原理及應(yīng)用 （3）實例演示 實

10、例1表明，單片機的P0口、P1口、P2口和P3口具有輸入/輸出（I/O）功能。雖然P1.7引腳電平在編程時被置為高電平（P1=0 xff），但是當(dāng)按下按鍵S時，該引腳接地，電平也被強制變?yōu)榈碗娖?。此時，低電平“0”通過P1.7引腳被輸入到單片機，可見P1口具有輸入功能。在按下按鍵S時，不僅 P1.7引腳LED點亮，而且P0.7引腳LED也被點亮，這表明P1口的狀態(tài)被送到了P0口，所以P1口還具有輸出功能。同樣的,P0、P2和P3口也有類似的輸入/輸出功能。251、P0口作為普通I/O口輸出時CPU發(fā)出控制電平“0”封鎖“與”門，將輸出上拉場效應(yīng)管T1截止，同時使多路開關(guān)MUX把鎖存器與輸出D

11、QCLK QMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳27驅(qū)動場效應(yīng)管T2柵極接通。故內(nèi)部總線與P0口同相。由于輸出驅(qū)動級是漏極開路電路，若驅(qū)動NMOS或其它拉流負載時，需要外接上拉電阻。P0的輸出級可驅(qū)動8個LSTTL負載。D QCLK QMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳28 輸入時-分讀引腳或讀鎖存器讀引腳：由傳送指令(MOV)實現(xiàn)； 下面一個緩沖器用于讀端口引腳數(shù)據(jù)，當(dāng)執(zhí)行一條由端口輸入的指令時，讀脈沖把該三態(tài)緩沖器打開，這樣端口引腳上的數(shù)據(jù)經(jīng)過緩沖器讀入到內(nèi)部總線。D QCLK QMUXP0.n讀

12、鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳29D QCLK QMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳 輸入時-分讀引腳或讀鎖存器讀鎖存器：有些指令 如：ANL P0，A稱為“讀-改-寫” 指令，需要讀鎖存器。 上面一個緩沖器用于讀端口鎖存器數(shù)據(jù)。30*原因：如果此時該端口的負載恰是一個晶體管基極，且原端口輸出值為1，那么導(dǎo)通了的PN結(jié)會把端口引腳高電平拉低；若此時直接讀端口引腳信號，將會把原輸出的“1”電平誤讀為“0”電平?，F(xiàn)采用讀輸出鎖存器代替讀引腳，圖中，上面的三態(tài)緩沖器就為讀鎖存器Q端信號而設(shè)，讀輸出鎖存器可避免上述可能

13、發(fā)生的錯誤。*D QCLK QMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳31P0口必須接上拉電阻；在讀信號之前數(shù)據(jù)之前，先要向相應(yīng)的鎖存器做寫1操作的I/O口稱為準雙向口；三態(tài)輸入緩沖器的作用：（ANL P0，A）32D QCLK QMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳準雙向口： 從圖中可以看出，在讀入端口數(shù)據(jù)時，由于輸出驅(qū)動FET并接在引腳上，如果T2導(dǎo)通，就會將輸入的高電平拉成低電平，產(chǎn)生誤讀。所以在端口進行輸入操作前，應(yīng)先向端口鎖存器寫“1”，使T2截止，引腳處于懸浮狀態(tài)，變?yōu)楦咦杩馆斎?。這就是所謂的準

14、雙向口。 33D QCLK QMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳準雙向口： 從圖中可以看出，在讀入端口數(shù)據(jù)時，由于輸出驅(qū)動FET并接在引腳上，如果T2導(dǎo)通，就會將輸入的高電平拉成低電平，產(chǎn)生誤讀。所以在端口進行輸入操作前，應(yīng)先向端口鎖存器寫“1”，使T2截止，引腳處于懸浮狀態(tài)，變?yōu)楦咦杩馆斎?。這就是所謂的準雙向口。 34 CPU發(fā)出控制電平“1”，打開“與”門，又使多路開關(guān)MUX把CPU的地址/數(shù)據(jù)總線與T2柵極反相接通，輸出地址或數(shù)據(jù)。由圖上可以看出，上下兩個FET處于反相，構(gòu)成了推拉式的輸出電路，其負載能力大大增強。D QCLK QMUXP0

15、.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳2、P0作為地址/數(shù)據(jù)總線35 P0引腳輸出地址/輸入數(shù)據(jù) 輸入信號是從引腳通過輸入緩沖器進入內(nèi)部總線。 此時，CPU自動使MUX向下，并向P0口寫“1”，“讀引腳”控制信號有效，下面的緩沖器打開，外部數(shù)據(jù)讀入內(nèi)部總線。2、P0作為地址/數(shù)據(jù)總線-真正的雙向口D QCLK QMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳36二、P2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.P2口作為普通I/O口D QCLK QMUXP2.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址控制VCCRTP2口引腳CPU發(fā)出控制電平“0” ，使多路

16、開關(guān)MUX倒向鎖存器輸出Q端，構(gòu)成一個準雙向口。其功能與P1相同。37 2.P2口作為地址總線 在系統(tǒng)擴展片外程序存儲器擴展數(shù)據(jù)存儲器且容量超過256B (用MOVX DPTR指令)時，CPU發(fā)出控制電平“1”，使多路開關(guān)MUX倒內(nèi)部地址線。此時，P2輸出高8位地址。D QCLK QMUXP2.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址控制VCCRTP2口引腳38三、P1口、P3口的內(nèi)部結(jié)構(gòu) P1口的一位的結(jié)構(gòu) 它由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動電路組成-準雙向口。D QCLK QP1.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳VCCRTP1口引腳39P3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)D QCLK QP3.n讀鎖存

17、器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳VCCRTP3口引腳第二輸入功能第二輸出功能作為通用I/O口與P1口類似-準雙向口(W=1)W40P3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)D QCLK QP3.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳VCCRTP3口引腳第二輸入功能第二輸出功能P3第二功能(Q=1)此時引腳部分輸入(Q=1、W=1) ,部分輸出(Q=1、W輸出) 。W41P3第二功能各引腳功能定義：P3.0：RXD串行口輸入P3.1：TXD串行口輸出P3.2：INT0外部中斷0輸入P3.3：INT1外部中斷1輸入P3.4：T0定時器0外部輸入P3.5：T1定時器1外部輸入P3.6：WR外部寫控制P3.7：RD外部讀控制42綜上所述：當(dāng)P

18、0作為I/O口使用時，特別是作為輸出時，輸出級屬于開漏電路，必須外接上拉電阻才會有高電平輸出；如果作為輸入，必須先向相應(yīng)的鎖存器寫“1”，才不會影響輸入電平。當(dāng)CPU內(nèi)部控制信號為“1”時，P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用，這時，P0口就無法再作為I/O口使用了。43P1、P2 和P3 口為準雙向口, 在內(nèi)部差別不大, 但使用功能有所不同。 P1口是用戶專用 8 位準雙向I/O口, 具有通用輸入/輸出功能, 每一位都能獨立地設(shè)定為輸入或輸出。當(dāng)有輸出方式變?yōu)檩斎敕绞綍r, 該位的鎖存器必須寫入“1”, 然后才能進入輸入操作。 P2口是 8 位準雙向I/O口。外接I/O設(shè)備時, 可作為擴展系統(tǒng)的地址總

19、線, 輸出高8位地址, 與P0 口一起組成 16 位地址總線。 對于 8031 而言, P2 口一般只作為地址總線使用, 而不作為I/O線直接與外部設(shè)備相連。 44實例2：使用P3口流水點亮8位LED 本實例通過使用P3口控制其外接8位LED流水點亮，來介紹單片機I/O使用方法。本例采用的電路圖如圖3.2所示。 1.實現(xiàn)方法 通過循環(huán)執(zhí)行以下操作來實現(xiàn)流水點亮8位LED。 （1）先點亮P3.0引腳LED,利用延時程序延時一段時間。 （2）接著點亮P3.1引腳LED,利用延時程序延時一段時間。 依照同樣的方法點亮其他引腳的LED。452 程序設(shè)計 46第2章 單片機原理及應(yīng)用3.5 MCS-51

20、單片機存儲器的基本結(jié)構(gòu) MCS-51單片機有兩種存儲器，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。程序存儲器用來存儲編入的程序；而數(shù)據(jù)存儲器用來存放單片機工作時用到的一些臨時數(shù)據(jù)。 從物理地址空間來看，MCS-51有四個存儲地址空間，即片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲器，以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。3.5.1 程序存儲器 對單片機進行編程時，一般現(xiàn)在計算機中用軟件編寫程序，再通過編程器將編好的程序?qū)懭氤绦虼鎯ζ鳌?MCS-51單片機在一般情況下使用內(nèi)部程序存儲器，當(dāng)內(nèi)47部存儲空間不夠時需要使用外部程序存儲器。程序存儲器受EA端外接電平的控制。 當(dāng)EA=0（接地）時，單片機只能使用外部程序存儲器 當(dāng)EA=1（接+5V電源）時，單片機先使用內(nèi)部程序存 儲器，容量不夠時自動使用外部程序存儲器。 89C51系列單片機內(nèi)部有4KB程序存儲器，存儲單元的地址編號是0000H0FFFH，當(dāng)擴展外接60KB程序存儲器時，外部程序存儲器的地址編碼是1000HFFFFH。 MCS-51單片機上電復(fù)位后程序計數(shù)器PC的內(nèi)容為0000H,因此系統(tǒng)從00