第二章單片機接口技術(shù)ppt.ppt

1、1.教學(xué)內(nèi)容: MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其特性(片內(nèi)結(jié)構(gòu)、引腳功能及片外總線結(jié)構(gòu)、存儲器組織及擴展、I/O結(jié)構(gòu)、中斷、時鐘和復(fù)位電路。 2.教學(xué)重難點 MCS-51單片機的引腳功能、存儲器組織及擴展、I/O結(jié)構(gòu)、中斷 3.課時 8 4.作業(yè) 習(xí)題2 ,3 ,4,7,2.1 MCS-51單片機主要性能特點,MCS-51為8位高檔單片機系列,采用HMOS工藝,提高芯片集成度,性能有很好 改善。 特點： 1）擴大了ROM和RAM的容量 2）具有布爾代數(shù)運算能力 3）具有32個雙向可被獨立尋址的I/O口 4）具有5-6個中斷源，可分為兩個中斷優(yōu)先級 5）具有豐富的指令系統(tǒng) 6）具有全雙工傳輸信號

2、UART的能力 7）片內(nèi)具有時鐘振蕩電路 8）可采用一次性燒寫的內(nèi)含ROM或可重復(fù)燒寫的EPROM,2.2 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu),表1.1,2.2.1 MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),時鐘電路,CPU,SFR和RAM,并行端口,ROM,串行端口,定時器/計數(shù)器,中斷系統(tǒng),系統(tǒng)總線,時鐘源,P0,P1,P2,P3,TXD,RXD,T0,T1,8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,計數(shù)脈沖輸入,2.2.2 MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹,1.CPU(中央處理器)完成單片機的運算和控制能力,ALU、布爾處理器、ACC、寄存器B、暫存器TMP1，TMP2、PSW寄存器、十進制調(diào)整電路,定時控制邏輯、指令寄存器、譯

3、碼器、 信息傳輸控制部件,2.2.2 MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹,2.內(nèi)部存儲器,程序存儲器ROM,數(shù)據(jù)存儲器 RAM,存放程序指令,常數(shù)和數(shù)據(jù)表格(只讀),存放數(shù)據(jù),分為內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲器(隨機) 單片機內(nèi)有256個RAM單元,作為寄存器被用戶使用的只有前128個單元,后128個被專用寄存器占用 內(nèi)部RAM指的是前128單元,2.2.2 MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹,3.定時與中斷系統(tǒng) MCS-51單片機內(nèi)有兩個16位的定時器/計數(shù)器：實現(xiàn)定時和計數(shù)，并將其結(jié)果作為查詢和中斷的控制憑據(jù)； MCS-51單片機內(nèi)有5個中斷源 (2個中斷優(yōu)先級) 2個外部中斷源 2個定時器/計數(shù)器中斷

4、源 1個串行口中斷源,2.2.2 MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹,4.并行I/O口 4個8位的并行I/O口 (P0 P1 P2 P3 )實現(xiàn)數(shù)據(jù)并行輸入輸出 5.串行I/O口 一個全雙工的串行口 實現(xiàn)與外部的串行數(shù)據(jù)傳送 6.時鐘電路 為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列,協(xié)調(diào)和控制單片機的工作. MCS-51單片機內(nèi)部有時鐘電路(但是需外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容) 最高時鐘頻率為12MHZ,2.3 MCS-51單片機的引腳定義及功能,1.單片機的引腳圖,2.3 MCS-51單片機的引腳定義及功能,2. 引腳說明： (1) P0口 (32腳 -39腳)有三種使用方法 1) 作為與外部傳送數(shù)據(jù)的8位數(shù)據(jù)

5、總線(D0D7) 2) 作為擴展外部存儲器時的低8位地址總線(A0-A7) 3) 作為一般I/O口,需外接上拉電阻 ,2.3 MCS-51單片機的引腳定義及功能,(2) P1口 (1腳-8腳)有兩種使用方法 P1口是用戶專用 8 位準(zhǔn)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。80C52的P1.0和P1.1有特殊功能 1引腳 P1.0/T2 定時器/計數(shù)器T2計數(shù)端輸入 2引腳 P1.1/T2 T2的捕捉/重新加載的觸發(fā)輸入,2.3 MCS-51單片機的引腳定義及功能,(3) P2口 (21腳-28腳)有兩種使用方法 1)作為一般I/O口,不需外接上拉電阻 2)

6、作為擴展外部存儲器時的高8位地址總線(A8-A15) (4) P3口 (10腳-17腳)有兩種使用方法 1)作為一般I/O口,不需外接上拉電阻 2)具有特殊功能 見表1-1,2.3 MCS-51單片機的引腳定義及功能,表1.2,2.3 MCS-51單片機的引腳定義及功能,(5) Vcc （40腳） 接+5V電源 (6) Vss 接地 (7) XTAL1(19腳) XTAL2(18腳) 接外部石英晶振的引 腳,也可引入外部時鐘 HMOS型 XTAL1接地 XTAL2接外部時鐘輸入 端 CHMOS型 XTAL1接時鐘輸入端 XTAL2懸空 機器周期=12/石英晶振頻率 (8) RST/VPD (9

7、腳) 復(fù)位信號引腳 該引腳出現(xiàn)2個機器周期的高電平才可靠,2.3 MCS-51單片機的引腳定義及功能,(9) ALE/PROG （30腳） 地址鎖存允許信號 1）外接存儲器時，ALE的輸出用于鎖存地址的低8位，一般接鎖存器的EN端 2）沒有外接存儲器時，ALE端可輸出脈沖信號，頻率為石英振蕩頻率的1/6，可為外部芯片提供輸出的時鐘，或用于定時 3）燒寫EPROM時，作燒寫時鐘的輸入端 （10） （29腳） 外部程序存儲器的讀選通信號 讀外部ROM時，低電平有效，每個機器周期動作兩次，與外部ROM的OE腳相連 讀外部RAM時，無輸出,2.3 MCS-51單片機的引腳定義及功能,（11 ）,(31

8、腳） 訪問程序存儲器的控制信號,接低電平時，對ROM的讀操作限定 在外部程序存儲器,接高電平時，對ROM的讀操作從內(nèi)部開始,8751單片機燒寫內(nèi)部EPROM時，該腳輸入21V的燒寫電壓,2.4 存儲器配置,MCS-51 單片機把程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，具有各自的尋址系統(tǒng)和控制信號。 1. 內(nèi)部程序存儲器(ROM) 存放程序和表格常數(shù) 8051為4KB 8052為8KB 2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM) 存放運算過程中的數(shù)據(jù) 8051/8031為128B 8052/8032為256B 3. 外部程序存儲器(ROM) 存放程序 最大可擴展為64KB (包括內(nèi)部ROM) 4.外部數(shù)據(jù)存儲器(RAM

9、) 存放大量數(shù)據(jù) 最大可擴展為64KB (不包括內(nèi)部RAM),2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器及專用寄存器,1.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 片內(nèi)RAM為 256 字節(jié), 地址范圍為00HFFH, 分為兩大部分: 低 128 字節(jié)（00H7FH）為真正的RAM區(qū); 高 128 字節(jié)（80HFFH）為特殊功能寄存器區(qū)SFR。,間接尋址,可直接尋址 (SFR),00H,80H 7FH,FFH,80H,FFH,可直接(間接)尋址,內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器空間分配,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器及專用寄存器,在低 128 字節(jié)RAM中, 00H1FH共 32 單元是 4 個通用工作寄存器區(qū)。每一區(qū)有 8 個通用寄存器R0R7。,用戶R

10、AM區(qū),00H,07H,20H 1FH,2FH,30H,7FH,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,R0,寄存器0組,寄存器0,1,2,3組,位尋址區(qū),內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu),2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器及專用寄存器,(1)用戶RAM區(qū) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的30H-7FH 可在編程時暫存數(shù)據(jù),不作規(guī)定.(堆棧區(qū)也設(shè)在該區(qū)) 例: MOV 30H , A ;將累加器A中的內(nèi)容送入30H (2)位尋址區(qū) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的20H-2FH 16個單元,128位,每位都有相應(yīng)位地址,位地址為00H-7FH 不作位尋址時,可作為一般RAM單元字節(jié)尋址 位地址和字節(jié)地址都為00H-7FH 注意區(qū)分位與字節(jié)地址

11、,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器及專用寄存器,表1.4,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器及專用寄存器,(3) 寄存器組 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的00H-1FH(32單元) 4個通用工作寄存器組 ,每組有8個寄存器R0R7 存放操作數(shù)和中間結(jié)果 (由PSW中的RS1和RS2位來控制使用哪一組),表1.5,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器及專用寄存器,寄存器與RAM 地址對照表,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器及專用寄存器,2.專用寄存器(特殊功能寄存器)80H-FFH 用來設(shè)置片內(nèi)電路的運行方式,記錄電路的運行狀態(tài),并 表明有關(guān)標(biāo)志 51系列有21個 52系列有26個,只占了空間的一小部分 但是其他空間還是不能進行讀,寫操作

12、. 其中有11個不僅可進行字節(jié)尋址,還能進行位尋址(字節(jié)地址末位為0或8),表1.7,寄存器符號,字節(jié)地址,B,F0H,位地址,F0,F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0,A,E0H,E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0,A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0,PSW,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,CY AC F0 RS1 RS0 OV P,D0H,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器及專用寄存器,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器及專用寄存器,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器及專用寄存器,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器及專用寄存器,

13、(1)B寄存器,常用于乘除法運算 乘法時: B是乘數(shù),結(jié)果高8位存在B中 除法時: B放除數(shù),結(jié)果的余數(shù)放在B中 (2)累加器ACC,可以按位尋址, 可存放運算結(jié)果和操作數(shù) (3)程序狀態(tài)字PSW 存放程序運行的狀態(tài)信息,可按位尋址,其中PSW.1為保留位 位 7 6 5 4 3 2 1 0 PSW CY AC F0 RS1 RS0 OV P,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器及專用寄存器,(4)定時器2寄存器 (5)IP寄存器 (6)IE寄存器 (7)SCON寄存器 (8)SBUF寄存器 (9)定時器0和定時器1寄存器 (10)P0-P3端口寄存器 (11)堆棧指針寄存器 (12)數(shù)據(jù)指針(DPTR

14、)寄存器,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器及專用寄存器,3. 程序計數(shù)器(PC) PC中存儲的是將要執(zhí)行的指令地址,是一個16位計數(shù)器,可尋址范圍是0000H0FFFFH共 64KB PC沒有地址,是不能尋址的, 程序中的每條指令存放在ROM區(qū)的某一單元, 并都有自己的存放地址。 CPU 要執(zhí)行哪條指令時, 就把該條指令所在的單元的地址送上地址總線。 在順序執(zhí)行程序中, 當(dāng)PC的內(nèi)容被送到地址總線后, 會自動加 1, 即(PC) (PC)+1, 又指向CPU 下一條要執(zhí)行的指令地址在轉(zhuǎn)移,調(diào)用和返回的指令中,PC的值會改變 PC是一個特殊的寄存器,不占內(nèi)部RAM單元,在物理上是獨立的.,2.4.1外

15、部數(shù)據(jù)存儲器,外部數(shù)據(jù)存儲器一般由靜態(tài)RAM構(gòu)成，其容量大小由用戶根據(jù)需要而定, 最大可擴展到 64 KB RAM , 地址是 0000H0FFFFH。外部RAM和擴展的I/O接口是統(tǒng)一編址的, 所有的外擴I/O 口都要占用 64 KB中的地址單元。 1) CPU通過MOVX指令訪問外部數(shù)據(jù)存儲器, 用間接尋址方式, R0、 R1和 DPTR都可作間接寄存器,當(dāng)用RO或R1作寄存器間接尋址時，由P2端口提供高8位地址，R0或R1提供低8位地址。 2) 單片機擴展外部數(shù)據(jù)存儲器時,利用P0口加鎖存器作為 低8位地址線,P2口作為高8位地址線(0-64KB)(見圖),2.4 .1外部數(shù)據(jù)存儲器,例

16、1: MOVX A,DPTR ; 讀外部RAM中的數(shù)據(jù) 例2：MOV P2， #20H ；立即數(shù)20H MOV R0， #30H ；立即數(shù)30H,P2,R0,MOVX R0, A ; A,外部數(shù)據(jù)RAM中2030H單元,2.4.2 程序存儲器, 對于8051來說, 程序存儲器（ROM）的內(nèi)部地址為 0000H0FFFH, 共 4 KB; 外部地址為 1000HFFFFH, 共 60 KB。 當(dāng)程序計數(shù)器由內(nèi)部 0FFFH執(zhí)行到外部 1000H 時, 會自動跳轉(zhuǎn)。 對于 8751 來說, 內(nèi)部有 4 KB的EPROM, 將它作為內(nèi)部程序存儲器 8031 內(nèi)部無程序存儲器, 必須外接程序存儲器,=

17、1時,單片機讀內(nèi)部ROM,若超出范圍,CPU自動讀外部ROM,=0時,CPU完全讀取外部ROM,當(dāng)讀取外部ROM時,變?yōu)榈碗娖?當(dāng)讀取內(nèi)部ROM時,保持為高電平,2.5 單片機的復(fù)位電路與時鐘電路,2.5.1 單片機的復(fù)位電路 單片機工作時,上電前要復(fù)位,發(fā)生故障后要復(fù)位 復(fù)位必須要準(zhǔn)確可靠 1. 復(fù)位條件 時鐘電路開始工作后,必須在單片機的RESET端(9腳)至少維持兩個機器周期以上的高電平(PC=0000H, 程序從0000H開始執(zhí)行) 若RESET端持續(xù)為高電平,單片機處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài) 例:若時鐘周期為12MHZ,機器周期為12/12MHZ=1,單片機的RESET端需維持2,以上的時間的

18、高電平就能,進入復(fù)位狀態(tài),2.5 單片機的復(fù)位電路與時鐘電路,2. 復(fù)位后的狀態(tài) 復(fù)位使單片機進入初始化狀態(tài),片內(nèi)低128B的內(nèi)容不變,SFR的值被初始化.見表1.3 注意:1)復(fù)位期間,ALE,和,為高電平 (不取址),2)SP的值在初始化中,要重新設(shè)定,一般置為用戶RAM區(qū) 的地址,3) P0-P3的值為0FFH,將這些端口作為輸入端口做準(zhǔn)備,4)其余各寄存器在使用時要先賦值,2.5 單片機的復(fù)位電路與時鐘電路,3.復(fù)位電路 有兩種: 上電復(fù)位電路和手動復(fù)位電路 上電復(fù)位電路:通過接通電源的一瞬間所產(chǎn)生的一個脈沖來提 供復(fù)位所需的高電平 手動復(fù)位電路：按RESET鍵時，電路接通，復(fù)位端產(chǎn)生

19、一個高電平,2.5.2 單片機的時鐘電路,單片機的各項工作都是在時鐘信號的控制下協(xié)調(diào)進行的 時鐘電路為單片機提供一個時鐘信號,有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式 1)工作于內(nèi)部時鐘方式時,XTAL1和XTAL2之間跨接晶振和兩個微調(diào)電容,與內(nèi)部振蕩電路構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器,XTAL2引腳上輸出一個3V左右的正弦波 2)工作于外部時鐘方式時,注意引腳的接法 振蕩信號進入內(nèi)部時鐘電路后,要對其進行二分頻,并向CPU提供兩個時鐘信號P1和P2,2.5.3 單片機的CPU時序,所謂時序就是CPU總線信號在時間上的順序關(guān)系。 CPU控制器實際上是復(fù)雜的同步時序電路，所有的工作都是在時鐘信號的控制下進行的。每執(zhí)

20、行一條指令，CPU控制器都要發(fā)出一系列特定的控制信號，這些控制信號在時間上的相互關(guān)系就是CPU的時序。 一個單片機系統(tǒng)要想正常工作，除了要做到電平匹配、功率匹配外，還要做到時序匹配.,2.5.3 單片機的CPU時序,1. 振蕩周期: 也稱節(jié)拍P, 是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期。 2.時鐘周期:也稱狀態(tài)周期S,每個狀態(tài)周期為振蕩周期的 2 倍, 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。前半個周期為P1,用于完成算術(shù)和邏輯運算;后半個周期為P2,完成傳送指令 3. 機器周期: 一個機器周期包含 6 個狀態(tài)周期S1S6, 也就是 12 個振蕩周期。 在一個機器周期內(nèi), CPU可以完成一個獨立的操作。 4. 指令周期: 它是指CPU完成一條操作所需的全部時間。 每條指令執(zhí)行時間都是有一個或幾個機器周期組成。MCS - 51 系統(tǒng)中, 有單周期指令、雙周期指令和四周期指令,如下圖,2.6 并行I/O口,MCS-51 共有32條并行雙向I/O口線，分成4個I/O端口：P0 P1 P2 P3 每個端口都由數(shù)據(jù)輸入緩沖器、數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動和鎖存器組成 1. P0口,2.6 并行I/O口,P0口的特點: 1) 可進行位尋址,地址為80H 2) 既可作為地址/數(shù)據(jù)總線使用,又能作通用I/O口 作為地址/數(shù)據(jù)總線時，不需外接上拉電阻，地址和數(shù)據(jù) 信號可準(zhǔn)確從引腳輸出，是真正的雙向口 3) 為雙向I/O口