第二章單片機(jī)接口技術(shù)ppt.ppt

1、1.教學(xué)內(nèi)容: MCS-51單片機(jī)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(chǔ)器組織及擴(kuò)展、I/O結(jié)構(gòu)、中斷、時(shí)鐘和復(fù)位電路。 2.教學(xué)重難點(diǎn) MCS-51單片機(jī)的引腳功能、存儲(chǔ)器組織及擴(kuò)展、I/O結(jié)構(gòu)、中斷 3.課時(shí) 8 4.作業(yè) 習(xí)題2 ,3 ,4,7,2.1 MCS-51單片機(jī)主要性能特點(diǎn),MCS-51為8位高檔單片機(jī)系列,采用HMOS工藝,提高芯片集成度,性能有很好 改善。 特點(diǎn)： 1）擴(kuò)大了ROM和RAM的容量 2）具有布爾代數(shù)運(yùn)算能力 3）具有32個(gè)雙向可被獨(dú)立尋址的I/O口 4）具有5-6個(gè)中斷源，可分為兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 5）具有豐富的指令系統(tǒng) 6）具有全雙工傳輸信號(hào)

2、UART的能力 7）片內(nèi)具有時(shí)鐘振蕩電路 8）可采用一次性燒寫(xiě)的內(nèi)含ROM或可重復(fù)燒寫(xiě)的EPROM,2.2 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu),表1.1,2.2.1 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),時(shí)鐘電路,CPU,SFR和RAM,并行端口,ROM,串行端口,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,中斷系統(tǒng),系統(tǒng)總線,時(shí)鐘源,P0,P1,P2,P3,TXD,RXD,T0,T1,8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,計(jì)數(shù)脈沖輸入,2.2.2 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹,1.CPU(中央處理器)完成單片機(jī)的運(yùn)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(jìn)制調(diào)整電路,定時(shí)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(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹,2.內(nèi)部存儲(chǔ)器,程序存儲(chǔ)器ROM,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)器(隨機(jī)) 單片機(jī)內(nèi)有256個(gè)RAM單元,作為寄存器被用戶使用的只有前128個(gè)單元,后128個(gè)被專(zhuān)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(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹,3.定時(shí)與中斷系統(tǒng) MCS-51單片機(jī)內(nèi)有兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)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(jī)內(nèi)有5個(gè)中斷源 (2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)) 2個(gè)外部中斷源 2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷

4、源 1個(gè)串行口中斷源,2.2.2 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹,4.并行I/O口 4個(gè)8位的并行I/O口 (P0 P1 P2 P3 )實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)并行輸入輸出 5.串行I/O口 一個(gè)全雙工的串行口 實(shí)現(xiàn)與外部的串行數(shù)據(jù)傳送 6.時(shí)鐘電路 為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列,協(xié)調(diào)和控制單片機(jī)的工作. MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有時(shí)鐘電路(但是需外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容) 最高時(shí)鐘頻率為12MHZ,2.3 MCS-51單片機(jī)的引腳定義及功能,1.單片機(jī)的引腳圖,2.3 MCS-51單片機(jī)的引腳定義及功能,2. 引腳說(shuō)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(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)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(jī)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(zhuān)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(dú)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(shí)器/計(jì)數(shù)器T2計(jì)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(jī)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(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)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(jiàn)表1-1,2.3 MCS-51單片機(jī)的引腳定義及功能,表1.2,2.3 MCS-51單片機(jī)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(shí)鐘 HMOS型 XTAL1接地 XTAL2接外部時(shí)鐘輸入 端 CHMOS型 XTAL1接時(shí)鐘輸入端 XTAL2懸空 機(jī)器周期=12/石英晶振頻率 (8) RST/VPD (9

7、腳) 復(fù)位信號(hào)引腳 該引腳出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平才可靠,2.3 MCS-51單片機(jī)的引腳定義及功能,(9) ALE/PROG （30腳） 地址鎖存允許信號(hào) 1）外接存儲(chǔ)器時(shí)，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(méi)有外接存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端可輸出脈沖信號(hào)，頻率為石英振蕩頻率的1/6，可為外部芯片提供輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí) 3）燒寫(xiě)EPROM時(shí)，作燒寫(xiě)時(shí)鐘的輸入端 （10） （29腳） 外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào) 讀外部ROM時(shí)，低電平有效，每個(gè)機(jī)器周期動(dòng)作兩次，與外部ROM的OE腳相連 讀外部RAM時(shí)，無(wú)輸出,2.3 MCS-51單片機(jī)的引腳定義及功能,（11 ）,(31

8、腳） 訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào),接低電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作限定 在外部程序存儲(chǔ)器,接高電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作從內(nèi)部開(kāi)始,8751單片機(jī)燒寫(xiě)內(nèi)部EPROM時(shí)，該腳輸入21V的燒寫(xiě)電壓,2.4 存儲(chǔ)器配置,MCS-51 單片機(jī)把程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)，具有各自的尋址系統(tǒng)和控制信號(hào)。 1. 內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(chǔ)器(RAM) 存放運(yùn)算過(guò)程中的數(shù)據(jù) 8051/8031為128B 8052/8032為256B 3. 外部程序存儲(chǔ)器(ROM) 存放程序 最大可擴(kuò)展為64KB (包括內(nèi)部ROM) 4.外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM

9、) 存放大量數(shù)據(jù) 最大可擴(kuò)展為64KB (不包括內(nèi)部RAM),2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及專(zhuān)用寄存器,1.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)器空間分配,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及專(zhuān)用寄存器,在低 128 字節(jié)RAM中, 00H1FH共 32 單元是 4 個(gè)通用工作寄存器區(qū)。每一區(qū)有 8 個(gè)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(chǔ)器的結(jié)構(gòu),2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及專(zhuān)用寄存器,(1)用戶RAM區(qū) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的30H-7FH 可在編程時(shí)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(chǔ)器的20H-2FH 16個(gè)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(shí),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(chǔ)器及專(zhuān)用寄存器,表1.4,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及專(zhuān)用寄存器,(3) 寄存器組 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的00H-1FH(32單元) 4個(gè)通用工作寄存器組 ,每組有8個(gè)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(lái)控制使用哪一組),表1.5,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及專(zhuān)用寄存器,寄存器與RAM 地址對(duì)照表,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及專(zhuān)用寄存器,2.專(zhuān)用寄存器(特殊功能寄存器)80H-FFH 用來(lái)設(shè)置片內(nèi)電路的運(yùn)行方式,記錄電路的運(yùn)行狀態(tài),并 表明有關(guān)標(biāo)志 51系列有21個(gè) 52系列有26個(gè),只占了空間的一小部分 但是其他空間還是不能進(jìn)行讀,寫(xiě)操作

12、. 其中有11個(gè)不僅可進(jìn)行字節(jié)尋址,還能進(jìn)行位尋址(字節(jié)地址末位為0或8),表1.7,寄存器符號(hào),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(chǔ)器及專(zhuān)用寄存器,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及專(zhuān)用寄存器,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及專(zhuān)用寄存器,2.4.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及專(zhuān)用寄存器,

13、(1)B寄存器,常用于乘除法運(yùn)算 乘法時(shí): B是乘數(shù),結(jié)果高8位存在B中 除法時(shí): 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(yùn)算結(jié)果和操作數(shù) (3)程序狀態(tài)字PSW 存放程序運(yùn)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(chǔ)器及專(zhuān)用寄存器,(4)定時(shí)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(shí)器0和定時(shí)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(chǔ)器及專(zhuān)用寄存器,3. 程序計(jì)數(shù)器(PC) PC中存儲(chǔ)的是將要執(zhí)行的指令地址,是一個(gè)16位計(jì)數(shù)器,可尋址范圍是0000H0FFFFH共 64KB PC沒(méi)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(shí), 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(huì)自動(dòng)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(huì)改變 PC是一個(gè)特殊的寄存器,不占內(nèi)部RAM單元,在物理上是獨(dú)立的.,2.4.1外

15、部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(kuò)展到 64 KB RAM , 地址是 0000H0FFFFH。外部RAM和擴(kuò)展的I/O接口是統(tǒng)一編址的, 所有的外擴(kuò)I/O 口都要占用 64 KB中的地址單元。 1) CPU通過(guò)MOVX指令訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)，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(jī)擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),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(jiàn)圖),2.4 .1外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)器, 對(duì)于8051來(lái)說(shuō), 程序存儲(chǔ)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(jì)數(shù)器由內(nèi)部 0FFFH執(zhí)行到外部 1000H 時(shí), 會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)。 對(duì)于 8751 來(lái)說(shuō), 內(nèi)部有 4 KB的EPROM, 將它作為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 8031 內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器, 必須外接程序存儲(chǔ)器,=

17、1時(shí),單片機(jī)讀內(nèi)部ROM,若超出范圍,CPU自動(dòng)讀外部ROM,=0時(shí),CPU完全讀取外部ROM,當(dāng)讀取外部ROM時(shí),變?yōu)榈碗娖?當(dāng)讀取內(nèi)部ROM時(shí),保持為高電平,2.5 單片機(jī)的復(fù)位電路與時(shí)鐘電路,2.5.1 單片機(jī)的復(fù)位電路 單片機(jī)工作時(shí),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(shí)鐘電路開(kāi)始工作后,必須在單片機(jī)的RESET端(9腳)至少維持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平(PC=0000H, 程序從0000H開(kāi)始執(zhí)行) 若RESET端持續(xù)為高電平,單片機(jī)處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài) 例:若時(shí)鐘周期為12MHZ,機(jī)器周期為12/12MHZ=1,單片機(jī)的RESET端需維持2,以上的時(shí)間的

18、高電平就能,進(jìn)入復(fù)位狀態(tài),2.5 單片機(jī)的復(fù)位電路與時(shí)鐘電路,2. 復(fù)位后的狀態(tài) 復(fù)位使單片機(jī)進(jìn)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(jiàn)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(shí)要先賦值,2.5 單片機(jī)的復(fù)位電路與時(shí)鐘電路,3.復(fù)位電路 有兩種: 上電復(fù)位電路和手動(dòng)復(fù)位電路 上電復(fù)位電路:通過(guò)接通電源的一瞬間所產(chǎn)生的一個(gè)脈沖來(lái)提 供復(fù)位所需的高電平 手動(dòng)復(fù)位電路：按RESET鍵時(shí)，電路接通，復(fù)位端產(chǎn)生

19、一個(gè)高電平,2.5.2 單片機(jī)的時(shí)鐘電路,單片機(jī)的各項(xiàng)工作都是在時(shí)鐘信號(hào)的控制下協(xié)調(diào)進(jìn)行的 時(shí)鐘電路為單片機(jī)提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào),有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式 1)工作于內(nèi)部時(shí)鐘方式時(shí),XTAL1和XTAL2之間跨接晶振和兩個(gè)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(gè)3V左右的正弦波 2)工作于外部時(shí)鐘方式時(shí),注意引腳的接法 振蕩信號(hào)進(jìn)入內(nèi)部時(shí)鐘電路后,要對(duì)其進(jìn)行二分頻,并向CPU提供兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)P1和P2,2.5.3 單片機(jī)的CPU時(shí)序,所謂時(shí)序就是CPU總線信號(hào)在時(shí)間上的順序關(guān)系。 CPU控制器實(shí)際上是復(fù)雜的同步時(shí)序電路，所有的工作都是在時(shí)鐘信號(hào)的控制下進(jìn)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(hào)，這些控制信號(hào)在時(shí)間上的相互關(guān)系就是CPU的時(shí)序。 一個(gè)單片機(jī)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(shí)序匹配.,2.5.3 單片機(jī)的CPU時(shí)序,1. 振蕩周期: 也稱(chēng)節(jié)拍P, 是指為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)的振蕩源的周期。 2.時(shí)鐘周期:也稱(chēng)狀態(tài)周期S,每個(gè)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(gè)周期為P1,用于完成算術(shù)和邏輯運(yùn)算;后半個(gè)周期為P2,完成傳送指令 3. 機(jī)器周期: 一個(gè)機(jī)器周期包含 6 個(gè)狀態(tài)周期S1S6, 也就是 12 個(gè)振蕩周期。 在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi), CPU可以完成一個(gè)獨(dú)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(shí)間。 每條指令執(zhí)行時(shí)間都是有一個(gè)或幾個(gè)機(jī)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(gè)I/O端口：P0 P1 P2 P3 每個(gè)端口都由數(shù)據(jù)輸入緩沖器、數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)和鎖存器組成 1. P0口,2.6 并行I/O口,P0口的特點(diǎn): 1) 可進(jìn)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(shí)，不需外接上拉電阻，地址和數(shù)據(jù) 信號(hào)可準(zhǔn)確從引腳輸出，是真正的雙向口 3) 為雙向I/O口