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文档简介

单片微机原理及应用 教学课件 单片微机原理及应用 单片微机原理及应用 教学课件 有关本课程学习的几点建议 本课程是一门实践性 应用性很强的学科仅仅听懂还不够 重在培养动手能力 硬件 软件同样重要 不可偏废硬件是骨架 软件是皮肉器脏及思想 本课程的前期基础课程是数字电路与微机原理这方面知识掌握得不够好的请自己补上 预习 听课 复习 作业 实验环环都重要用科学的方法学习 单片微机原理及应用 教学课件 绪论 单片微机原理及应用 教学课件 绪论 在工业 农业 军事 保安 金融 仪器仪表 航空航天 医疗 通讯 办公设备 娱乐休闲 健身 体育竞赛 服务领域 大量单片机 嵌入式技术已经无处不在 正迅速改变着人们传统的生产和生活方式 请稍微留心一下我们的周围 看看身边到底发生了什么变化 单片微机原理及应用 教学课件 单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域 单片微机原理及应用 教学课件 从一个简单的测控应用实例说起 动作选择按钮 红外线传感器 89C2051单片机 复位按钮 电源指示灯 单片微机原理及应用 教学课件 从一个简单的测控应用实例说起 任务一 控制一盏灯点亮 任务二 红灯周期性地点亮 熄灭 信号检测 柔性开关 集群灯控 顺序控制 多任务定时切换 自动生产流水线 任务三 红外防盗报警 实时控制 单片微机原理及应用 教学课件 简单测控实例原理图 单片微机原理及应用 教学课件 数字电路中由13片IC组成的数字钟 单片微机原理及应用 教学课件 数字电路中由13片IC组成的数字钟 单片微机原理及应用 教学课件 数字电路中由13片IC组成的数字钟 单片微机原理及应用 教学课件 单片IC 单片机 电子钟 单片机 单片微机原理及应用 教学课件 1G手机大哥大 3G 4G手机 电子技术的几十年飞速发展 单片微机原理及应用 教学课件 虚拟现实 3D打印机 四旋翼飞行器 机器人 将影响人类生活的一些事物 单片微机原理及应用 教学课件 单片机与嵌入式技术重要吗 有用吗 遥远吗 问题的答案是不言而喻的 推荐的开发板 也可自己选择其它开发板 学好这门课需动手实践 补充 微型计算机系统组成 计算机的基本结构 计算机的基本结构 运算器 是计算机处理信息的主要部件 控制器 产生一系列控制命令 控制计算机各部件自动地 协调一致地工作 存储器 是存放程序与数据的部件 输入设备 用来输入程序与数据 常用的输入设备有键盘 鼠标 光电输入机等 输出设备 将计算机的处理结果用数字 图形等形式表示出来 常用的输出设备有显示终端 数码管 打印机 绘图仪等 补充 微型计算机系统组成 计算机的基本结构 计算机的基本结构 中央处理单元CPU 运算器 控制器合称为中央处理单元CPU CentralProcessingUnit 主机 通常把运算器 控制器 存储器这三部分称为计算机主机 外设 输入 输出设备称为计算机的外围设备 简称 外没 单片微机原理及应用 教学课件 第一讲 单片机基础 本讲重点 MCS 51的基本特性 单片机的引脚与I O口结构 存储器 堆栈与特殊功能寄存器 单片微机原理及应用 教学课件 第一章单片机基础 单片机与嵌入式 单片微机 SingleChipMicro computer 微控制器 Micro ControllerUnit MCU 嵌入式微控制器 EmbeddedMicrocontroller 单片机应用领域 测控系统 智能仪表 智能接口 办公自动化 光机电一体化设备 通讯设备 网络设备 汽车电子 消费类电子产品 智能楼宇设备 单片机的多元化发展 外国 NXP Philips Motorola STMicrochipTIRENESASIntelAtmel 国产 宏晶 松瀚 和泰 华邦 单片微机原理及应用 教学课件 组成 CPU 进行运算 控制 RAM 数据存储器 I O口 串口 并口等 ROM 程序存储器 PC机 上述部件以芯片形式安装在主板上 单片机 上述部件被集成到单芯片中 通用PC包括 键盘 显示器 鼠标 硬 软 光驱 音箱 打印机 扫描仪 等外设 单片机则只是一片集成电路 100 48 40 32 28 20 16 8条引脚 单片机与计算机之异同 1 单片微机原理及应用 教学课件 功能 PC机 数据运算 采集 处理 存储 传输 单片机 控制 或受控于 外设 通用计算机擅长于数据运算 采集 处理 存储和传输 单片机的专长则是测控 往往嵌入某个仪器 设备 系统中 使其达到智能化的效果 单片机与计算机之异同 2 单片微机原理及应用 教学课件 应用特点 个人计算机 微机 体积大 功耗大 价格高 用途较固定 属通用计算机 易于学习掌握和使用 但用于控制时必须制作或购买专用的接口卡 并编制专门的应用软件 单片机 体积小 功耗小 价格低 用途灵活 无处不在 属专用计算机 是一种特殊器件 需经过专门学习方能掌握应用 应用中要设计专业的硬件和软件 单片机与计算机之异同 3 单片微机原理及应用 教学课件 MCS 51单片机基本特性 8位的CPU 片内有振荡器和时钟电路 工作频率为1 12MHz Atmel89Cxx为0 24MHz 片内有128 256字节RAM片内有0K 4K 8K字节程序存储器ROM可寻址片外64K字节数据存储器RAM可寻址片外64K字节程序存储器ROM片内21 26个特殊功能寄存器 SFR 4个8位的并行I O口 PIO 1个全双工串行口 SIO UART 2 3个16位定时器 计数器 TIMER COUNTER 可处理5 6个中断源 两级中断优先级内置1个布尔处理器和1个布尔累加器 Cy MCS 51指令集含111条指令 单片微机原理及应用 教学课件 MCS 51系列单片机配置一览表 注意 今后将会经常提到ATMEL的AT89C2051 51 52等MCU 单片微机原理及应用 教学课件 内部结构框图 单片微机原理及应用 教学课件 MCS 51的CPU由运算器和控制器所构成I运算器运算器的功能是进行算术 逻辑运算和位操作 包括算术逻辑运算单元ALU 累加器A 寄存器B 位处理器 程序状态字寄存器PSW以及BCD码修正电路等 1 算术逻辑运算单元ALUALU可对8位变量进行加 减 乘 除 加1 减1 比较 十进制调整等算术运算和与 或 非 异或 移位等逻辑运算 还具有位处理操作功能 可对位进行置 1 清 0 取反 测试转移及逻辑与 或等操作 单片微机原理及应用 教学课件 2 累加器A使用最频繁的寄存器 可写为Acc 累加器A的作用 1 是ALU的输入之一 又是运算结果的存放单元 2 数据传送大多都通过累加器A MCS 51增加了一部分可以不经过累加器的传送指令 即可加快数据的传送速度 又减少A的 瓶颈堵塞 现象 A的进位标志Cy同时又是位处理机的位累加器 3 寄存器B它是运算结果的另一个存放单元 例如在进行8位变量乘以8位变量运算时 运算结果的高8位数据存放在寄存器B中 低8位数据存放在累加器A中 单片微机原理及应用 教学课件 1 Cy PSW 7 进位标志位 用于表示Acc 7有否向更高位进位 2 Ac PSW 6 辅助进位标志位 用于BCD码的十进制调整运算 用于表示Acc 3有否向Acc 4进位 3 F0 PSW 5 用户使用的状态标志位 程序状态字寄存器PSW 4 程序状态字寄存器PSWPSW也称为标志寄存器 存放各有关标志 其结构和定义如图 单片微机原理及应用 教学课件 4 RS1 RS0 PSW 4 PSW 3 4组工作寄存器区选择控制位1和位0 如表2 2 RS1 RS0与4组工作寄存器区的对应关系RS1RS0所选的4组寄存器000区 内部RAM地址00H 07H 011区 内部RAM地址08H 0FH 102区 内部RAM地址10H 17H 113区 内部RAM地址18H 1FH 5 OV PSW 2 溢出标志位指示运算是否溢出 注意各种算术运算指令对该位的影响 6 PSW 1位 保留位 未用 7 P PSW 0 奇偶标志位P 1 A中 1 的个数为奇数P 0 A中 1 的个数为偶数 单片微机原理及应用 教学课件 II控制器1 程序计数器PC ProgramCounter 存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址 基本工作方式有以下几种 1 程序计数器自动加12 执行有条件转移或无条件转移指令时 PC将被置入新的数值 从而使程序的流向发生变化 3 执行子程序调用或中断调用 完成下列操作 PC的现行值保护将子程序入口地址或中断向量的地址送入PC 2 指令寄存器IR 指令译码器及控制逻辑电路指令寄存器IR用来存放指令操作码 IR寄存器的输出送至指令译码器 然后对该指令进行译码 译码结果送至时序控制逻辑电路 时序控制逻辑电路的功能是根据对指令的译码结果 发出一系列的时序控制信号 控制单片机的各组成部件进行相应的工作 执行指令 单片微机原理及应用 教学课件 III CPU时序时序是表达指令执行中各控制信号在时间上的相互关系 时序是用时间单位来说明的 80C51系列单片机的时序单位共有4个 从小到大依次是 振荡周期状态周期机器周期指令周期 单片微机原理及应用 教学课件 III CPU时序1 振荡周期 P 振荡周期也称为晶振周期 用P表示 也称为拍 它就是晶体的振荡周期 或是外部振荡源的脉冲周期 是80C51单片机中最小的时序单位 2 状态周期 S 振荡脉冲经过二分频后 就得到单片机的时钟信号 把时钟信号的周期称为状态周期或时钟周期 用S表示 一个状态周期包含两个拍 分别称做Pl和P2 或者前拍和后拍 状态周期是单片机中最基本的时间单位 在一个状态周期内 CPU仅完成一个最基本的动作 单片微机原理及应用 教学课件 III CPU时序3 机器周期一个机器周期由6个状态周期 S1 S6 也就是12个拍组成 可依次表示为S1P1 S1P2 S2P1 S2P2 S6P1 S6P2 当振荡频率为12MHz时 一个机器周期为l s 当振荡脉冲频率为6MHz时 一个机器周期为2 s 4 指令周期指令周期就是执行一条指令所需要的时间 指令周期是80C51单片机中最大的时序单位 一般由若干个机器周期组成 指令不同 所需要的机器周期数也不同 但一条指令的周期应在1 4个机器周期范围内 单片微机原理及应用 教学课件 单片机的引脚定义 从一片集成电路的角度去认识单片机 单片微机原理及应用 教学课件 a 双列直插DIP封装 b 贴片式封装 深圳宏晶公司出品的STC89系列单片机 51单片机外形封装 单片微机原理及应用 教学课件 MCS 51 40个引脚双排直插DIP封装 大致可分为3类 电源及时钟 控制和I O引脚 40只引脚按功能分为3类 1 电源及时钟引脚 4个 Vcc Vss XTAL1 XTAL2 2 控制引脚 4个 PSEN EA ALE RESET 即RST 3 I O口引脚 32个 P0 P1 P2 P3 为4个8位I O口的外部引脚 单片微机原理及应用 教学课件 1 电源引脚 1 Vcc 40脚 5V电源 5V 3 3V 2 7V 2 Vss 20脚 接地 不同的单片机可以允许不同的工作电压 不同的单片机表现出的功耗也不同 2 时钟引脚 1 XTAL1 19脚 接外部晶体 如果采用外接振荡器时 振荡器的输出应接到此引脚上 2 XTAL2 18脚 接外部晶体的另一端或采用外接振荡器时悬空 1 电源及时钟引脚 单片微机原理及应用 教学课件 XTAL1 XTAL2 片内振荡电路输入 输出端 15 45pfx2 1 12MHz MCS 51 0 24MHz Atmel 89C XTAL1 XTAL2 也可以由XTAL1端接入外部时钟 此时应将XTAL2接地 XTAL2 XTAL1 通常外接一个晶振两个电容 无源晶振 有源晶振 1 电源及时钟引脚 通过单片机的XTALl和XTAL2两端跨接晶体 就构成了稳定的自激振荡器 其发出的脉冲直接送入内部时钟发生器 单片微机原理及应用 教学课件 XTAL1 XTAL2 片内振荡电路输入 输出端 CPU总是按照一定的时钟节拍与时序工作 振荡周期 时钟周期 Tc 晶振频率fosc 或外加频率 的倒数状态周期 Ts 2个时钟周期 Tc 很少用到此概念 机器周期 Tm 6个状态周期 Ts 12个振荡周期 Tc 指令周期 Ti 执行一条指令所需的机器周期 Tm 数 牢牢记住 振荡周期 晶振频率fosc的倒数 1个机器周期 12个振荡周期 1个指令周期 1 2 4个机器周期 1 电源及时钟引脚 单片微机原理及应用 教学课件 复位使单片机进入某种确定的初始状态 PC值归零 0000H 各个SFR被赋予初始值 见P 42 P0 P3 0FFH Acc 0 B 0 TH0 0 TL0 0 TH1 0 TL0 0 SP 7 PSW 0 退出处于节电工作方式的停顿状态 退出一切程序进程 退出程序的死循环 从头开始 RESET 复位端 正脉冲有效 宽度 8mS 2 控制引脚 复位电路 作用单片机 跑飞 时 用户按下复位按键使单片机复位 即重新初始化 跑飞 单片机程序进入死循环 或单片机脱离用户程序控制的一种非正常状态 单片微机原理及应用 教学课件 PC与SFR复位状态表 单片微机原理及应用 教学课件 RESET 复位端 正脉冲有效 宽度 8mS 2 控制引脚 单片微机原理及应用 教学课件 EA Vpp 寻址外部ROM控制端 编程电源输入端 EA 为内外程序存储器选择控制端 EA 1 访问片内程序存储器 但在PC 程序计数器 值超过0FFFH 对于8051 8751 时 即超出片内程序存储器的4K字节地址范围时 将自动转向执行外部程序存储器内的程序 EA 0 单片机则只访问外部程序存储器 不管芯片内有否内ROM 对80C31芯片 片内无ROM 因此EA必须接地 VPP 本引脚的第二功能 用于施加编程电压 例如 21V或 12V 对89C51 加在VPP脚的编程电压为 12V或 5V 2 控制引脚 EA低有效 片内无ROM时必须接地片内有ROM时应当接高电平 单片微机原理及应用 教学课件 ALE PROG 地址锁存允许 编程脉冲输入端 P0口寻址外部低8位地址时接外部锁存器G端 ALE端平时会输出周期正脉冲 f fosc 6 对片内ROM编程时编程脉冲由此端加入 2 控制引脚 单片微机原理及应用 教学课件 PSEN 寻址外部程序存储器时选通外部EPROM的读控制端 OE 低有效 2 控制引脚 单片微机原理及应用 教学课件 MCS 51共有4个8位并行I O端口 P0 P1 P2 P3口 共32个引脚 P3口还具有第二功能 用于特殊信号输入输出和控制信号 属控制总线 3 I O口引脚 32个 P3口的第二功能定义 单片微机原理及应用 教学课件 单片机最小系统 单片机最小系统所谓最小系统 指单片机正常工作的最基本的外围配置主要包括 时钟 晶振 电路复位电路电源等 单片微机原理及应用 教学课件 单片机的I O引脚结构 众多功能各异的I O引脚源于它结构的不同 单片微机原理及应用 教学课件 并行I O端口 MCS 51单片机有4个双向的8位并行I O端口 分别记作P0 P3 端口的每一位均由锁存器 输出驱动器和输入缓冲器组成 各端口除了可以作为字节输入 输出外 还可以按位寻址 便于位控功能的实现 MCS 51利用P1 P3口实现CPU与外设的输入 输出 完成信息的交换 各个端口的功能有所不同 结构也有差别 但工作原理相似 下面分别叙述各个端口的内部结构 P0口的引脚特性 1 P0口作为普通I O口 P0口是一个双功能的8位并行I O端口 字节地址为80H 位地址为80H 87H 端口的各位具有完全相同但又相互独立的电路结构 P0口某一位的电路结构如图所示 2 P0口地址 数据分时复用 推挽式输出电路优点 驱动能力强 单片微机原理及应用 教学课件 1 位电路结构P0口某一位的电路包括 1 一个数据输出锁存器 用于数据位的锁存 2 两个三态的数据输入缓冲器 3 一个多路转接开关MUX 使P0口可作通用I O口 或地址 数据线口 4 数据输出的驱动和控制电路 由两只场效应管 FET 组成 上面的场效应管构成上拉电路 P0口的引脚特性 1 P0口作为普通I O口输入先向引脚写 1 使其为高阻态 再读引脚 区分 读引脚 和 读锁存器 读引脚 信号把下方缓冲器打开 引脚上的状态经缓冲器读入内部总线 读锁存器 信号打开上面的缓冲器把锁存器Q端的状态读入内部总线 CPU发来的 控制 信号为低电平 上拉场效应管截止 MUX打向下边 与D锁存器的Q 端接通 单片微机原理及应用 教学课件 2 工作过程分析 1 P0口作为地址或数据总线使用CPU发出控制信号为高电平 打开上面的与门 使MUX打向上边 使内部地址 数据线与下面的场效应管反相接通 此时由于上下两个FET处于反相 形成推拉式电路结构 大大提高负载能力 2 P0口作通用的I O口使用CPU发来的 控制 信号为低电平 上拉场效应管截止 MUX打向下边 与D锁存器的Q 端接通 a P0作输出口使用来自CPU的 写入 脉冲加在D锁存器的CP端 内部总线上的数据写入D锁存器 并向端口引脚P0 x输出 注意 由于输出电路是漏极开路 因为这时上拉场效应管截止 必须外接上拉电阻才能有高电平输出 这时就不为双向口 单片微机原理及应用 教学课件 b P0作输入口使用区分 读引脚 和 读锁存器 读引脚 信号把下方缓冲器打开 引脚上的状态经缓冲器读入内部总线 读锁存器 信号打开上面的缓冲器把锁存器Q端的状态读入内部总线 3 P0口的特点P0口具有如下特点 P0口为双功能口 地址 数据复用口和通用I O口 1 当P0口用作地址 数据复用口时 为一个真正的双向口 用作外扩存储器 输出低8位地址和输出 输入8位数据 2 当P0口用作通用I O口时 由于需要在片外接上拉电阻 端口不存在高阻抗 悬浮 状态 因此为一个准双向口 一般情况下 如果P0口已作为地址 数据复用口 就不能再作为通用I O口使用 P0口的引脚特性 1 P0口作为普通I O口输出 1需外接上拉电阻 来自CPU的 写入 脉冲加在D锁存器的CP端 内部总线上的数据写入D锁存器 并向端口引脚P0 x输出 注意 由于输出电路是漏极开路 因为这时上拉场效应管截止 必须外接上拉电阻才能有高电平输出 这时就不为双向口 P0口的引脚特性 2 P0口地址 数据分时复用 1 输出地址 数据功能输出 1 不需要上拉电阻 P0口的引脚特性 2 P0口地址 数据分时复用 2 输入数据功能 CPU自动向引脚写 1 P0口的引脚特性 2 P0口地址 数据分时复用真正的双向I O口 单片微机原理及应用 教学课件 单片机的引脚 P0口 P0总结P0口用作通用I O口P0口作为通用的I O口使用 此时P0口为准双向口 且内部无上拉电阻 1 P0口用作输出口时 P0口端口的结构可以正常输出低电平 但必须外接上拉电阻才能按指令的要求有高电平输出 2 P0口用作通用I O口 2 P0口作为输入口使用时 需要先执行写 1 操作 当P0口用作通用I O口时 由于需要在片外接上拉电阻 端口不存在高阻抗 悬浮 状态 因此为一个准双向口 3 P0口地址 数据分时复用时是真正的双向口一般情况下 P0口大多作为地址 数据复用口使用 这时就不能再作为通用I O口使用 注 不是所有P0口在源操作数的指令都表示读入引脚状态 P0口实际存在两种读入方式 读锁存器 和 读引脚 凡遇 读取P0口前一状态以便修改后再送出 的情形 都属于 读锁存器 指令 如 而指令 CPLP1 0 则是 读锁存器 P0总结 单片微机原理及应用 教学课件 知识点 上拉电阻 就是从电源高电平引出的电阻接到输出端 上拉电阻可以将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平 下拉电阻 同理 只不过要拉到GND上 为什么需要连接上拉电阻 由于单片机P0口内部结构设计的原因 导致其作普通I O口时 不能够输出高电平 需要外接电阻和电源用硬件设计拉高 或拉低 口线输出高 低 电平 一般我们选择10k 的上拉电阻值 接5V电源 上拉电阻选取原则 1 从节约功耗及芯片灌电流能力考虑应当足够大 电阻大 电流小 2 从确保足够的驱动电流考虑应当足够小 电阻小 电流大 3 对于高速电路 过大的上拉电阻可能会导致边沿变平缓 综合考虑 上拉电阻常用值在1K到10K之间选取 下拉同理 2 4 2P1口的引脚特性 P1 0 P1 7 准双向I O口 内置了上拉电阻 输出时一切照常 仅在作输入口用时要先对其写 1 P1口是单功能的I O口 字节地址为90H 位地址为90H 97H P1口只能作为通用的I O口使用 P1口为准双向口 但内部有上拉电阻 普通准双向I O口 2 4 2P1口的引脚特性 普通准双向I O口输入先向引脚写 1 再读引脚 单片微机原理及应用 教学课件 简单测控实例原理图 单片微机原理及应用 教学课件 P1 3作输入端口 光路通畅 R亮 2K 光路阻断 R暗 400K R亮250K 单片微机原理及应用 教学课件 JOB3 CLRP1 1 亮绿灯REDO SETBP1 3 P1 3作输入口必先置1CHECK JNBP1 3 CHECK 检测通道是否被阻断 LOOP 有入侵者 报警 AJMPREDO 再跳回去检测 任务三 红外防盗报警 P1 3口用于输入状态检测的语句 R亮250K 红外线光路阻断时 P1 3端 高电平 P1口总结P1口是单功能的I O口 字节地址为90H 位地址为90H 97H P1口只能作为通用的I O口使用 P1口为准双向口 但内部有上拉电阻 1 P1口作为输出口时 外部不需要接上拉电阻 端口结构即能够按照指令的要求输出高低电平 2 P1口作为输入口时 由于其端口不呈现高阻抗输入状态 因此为准双向口 仍必须首先执行向锁存器写 1 操作指令 例如 MOVP1 0FFH 方能正确读入引脚电平状态数据 P2口的引脚特性 1 P2口作为普通I O口 70 P2 0 P2 7 双向I O 内置了上拉电阻 寻址外部程序存储器时输出高8位地址 不接外部程序存储器时可作为8位准双向I O口使用 2 P2口作为地址总线 P2口的引脚特性 1 P2口作为普通I O口输入先向引脚写 1 再读引脚 P2口总结P2口是一个双功能口 字节地址为A0H 位地址为A0H A7H P2口只能作为通用的I O口使用 P2口为准双向口 但内部有上拉电阻 P2口功能有以下两个方面 1 作为高8位地址输出线使用时 P2口可以输出外部存储器的高8位地址 与P0口输出的低8位地址一起构成16位地址 可以寻址64KB的地址空间 2 作为通用I O口使用时 P2口为一个准双向口 功能和使用方法与与P1口一样 一般情况下 P2口大多作为高8位地址总线口使用 这时就不能再作为通用I O口使用 P3口的引脚特性 1 P3口作为普通I O口2 P3口作为第二功能 P3 0 P3 7 双功能口 内置了上拉电阻 它具有特定的第二功能 在不使用它的第二功能时它就是普通的通用准双向I O口 P3口的引脚特性 1 P3口作为普通I O口输入先向引脚写 1 再读引脚 P3口的引脚特性 2 P3口作为第二功能输入 CPU自动向引脚写 1 单片微机原理及应用 教学课件 P3口第二功能表 P 26表2 3 P3口总结P3口的字节地址为B0H 位地址为B0H B7H 由于80C51的引脚数目有限 因此在P3口电路中增加了引脚的第二功能 P3口的每一位都可以分别定义为第二输入功能或第二输出功能 1 P3口作为第一功能的通用I O口 字节或位寻址时 P3口可作为通用IO口使用时使用方法同P1 2 P3口第二功能表 不进行字节或位寻址时 当CPU不对P3口进行字节或位寻址时 P3口不需要任何设置工作 就可以进入第二功能操作 单片微机原理及应用 教学课件 51单片机的8个特殊引脚 Vcc GND 电源端XTAL1 XTAL2 片内振荡电路输入 输出端RESET 复位端正脉冲有效 宽度 8mS EA Vpp 寻址外部ROM控制端 低有效片内有ROM时应当接高电平 ALE PROG 地址锁存允许控制端 PSEN 选通外部ROM的读 OE 控制端 低有效 小结 单片微机原理及应用 教学课件 51单片机的4个8位的I O口 P0 0 P0 7 8位数据口和输出低8位地址复用口 复用时是双向口 不复用时也是准双向口 P1 0 P1 7 通用I O口 准双向口 P2 0 P2 7 输出高8位地址 用于寻址时是输出口 不寻址时是准双向口 P3 0 P3 7 具有特定的第二功能 准双向口 注意 在不外扩ROM RAM时 P0 P3均可作通用I O口使用 而且都是准双向I O口 例如 AT89C51 小结 单片微机原理及应用 教学课件 P3口第二功能表 P 26表2 3 小结 单片微机原理及应用 教学课件 片外三总线结构 单片机的管脚可以构成三总线结构 地址总线数据总线控制总线 单片微机原理及应用 教学课件 地址总线 AB 地址总线主要是在单片机扩展时 用于地址信号的传输 可以通过地址选通访问外部存储器或设备的内容 MCS 51单片机地址总线宽度为16位 因此其能访问的外部存储器的地址范围是0000H FFFFH 即可达64KB 在单片机中 由P0口经地址锁存器提供16位地址总线的低8位地址 A7 A0 由P2口直接提供16位地址总线的高8位地址 A15 A8 单片微机原理及应用 教学课件 数据总线 MCS 51单片机是8位单片机 其数据总线的宽度位8位 由P0口提供 单片微机原理及应用 教学课件 控制总线 单片微机原理及应用 教学课件 单片机的三总线 单片微机原理及应用 教学课件 存储器 堆栈 SFR 单片微机原理及应用 教学课件 数据存储器 RAM RandomAccessMemory 程序存储器 ROM ReadOnlyMemory 闪速存储器 FlashMemoryEPROM UV ErazibleProgrammableROMEEPROM E2PROM ElectricalErasableProgrammableROM静态存储器SRAM StaticRAM 动态存储器DRAM DynamicRAM 按字节寻址 每个字节 8个位 占一个地址按位寻址 有的存储器每一个位就有一个地址 单片机的存储器 几个有关的概念 单片微机原理及应用 教学课件 89C51单片机存储器配置 片内RAM128字节 00H 7FH 片内RAM前32个单元是工作寄存器区 00H 1FH 片内RAM有128个可按位寻址的位 占16个单元 位地址编号为 00H 7FH 分布在20H 2FH单元片内21个特殊功能寄存器 SFR 中 地址号能被8整除的SFR中的各位也可按位寻址 P 33 34 可寻址片外RAM64K字节 0000H FFFFH 可寻址片外ROM64K字节 0000H FFFFH 片内FlashROM4K字节 000H FFFH 单片微机原理及应用 教学课件 存储器配置 片内RAM 片内RAM128字节 00H 7FH 00H 20H 2FH 7FH 1FH 30H 80H FFH 52子系列才有的RAM区 普通RAM区 位寻址区 工作寄存器区 SFR分布在80H FFH其中92个位可位寻址 80H FFH 所有的RAM区 包括位寻址区 工作寄存器区 都可以用于存放数据 故也称为数据缓存寄存器 89C51128字节 特殊功能寄存器 SpecialFunctionRegister SFR 特殊功能寄存器 91 注 带 寄存器仅为52子系列单片机所有 在51子系列单片机中不存在 特殊功能寄存器 字节地址能被8整除的特殊功能寄存器中的位有位地址 能按位 寻址 92 在指令中 位地址与位名称作用相同 特殊功能寄存器 93 特殊功能寄存器 在指令中 特殊功能寄存器位的表达形式例 PSW的第5位PSW 5 0D0H 5 0D5H F0 单片微机原理及应用 教学课件 片内RAM前32个单元是工作寄存器区 00H 1FH 00H 20H 2FH 7FH 1FH 30H 80H FFH 52子系列才有的RAM区 普通RAM区 位寻址区 工作寄存器区 存储器配置 片内RAM 单片微机原理及应用 教学课件 00H 20H 2FH 7FH 1FH 30H 80H FFH 52子系列才有的RAM区 普通RAM区 位寻址区 工作寄存器区 R0 R2 R1 R3 R4 R5 R6 R7 07H 02H 01H 00H 06H 04H 05H 03H 08H 1FH 工作寄存器区3 工作寄存器区2 工作寄存器区1 工作寄存器区0 0FH 10H 17H 18H 片内RAM前32个单元是工作寄存器区 00H 1FH 存储器配置 片内RAM 片内数据存储器的划分 工作寄存器区 单片机CPU每一时刻只能使用一个工作寄存器子区 单片微机原理及应用 教学课件 00H 20H 2FH 7FH 1FH 30H 80H FFH 52子系列才有的RAM区 普通RAM区 位寻址区 工作寄存器区 片内RAM中有128个可按位寻址的位 位地址 00H 7FH分布在 20H 2FH单元 存储器配置 片内RAM 单片微机原理及应用 教学课件 00H 20H 2FH 7FH 1FH 30H 80H FFH 52子系列才有的RAM区 普通RAM区 位寻址区 工作寄存器区 27H 22H 21H 20H 26H 24H 25H 23H 28H 2FH 单元地址 0706050403020100 0F0E0D0C0B0A0908 1716151413121110 1F1E1D1C1B1A1918 2726252423222120 2F2E2D2C2B2A2928 3736353433323130 3F3E3D3C3B3A3938 4746454443424140 7F7E7D7C7B7A7978 位地址 总共128个可按位寻址的位 片内RAM中有128个可按位寻址的位 位地址 00H 7FH分布在 20H 2FH单元 存储器配置 片内RAM 片内数据存储器的划分 位寻址区 101 单片微机原理及应用 教学课件 可寻址片外RAM64K字节 0000H FFFFH 可寻址片外ROM64K字节 0000H FFFFH 片内FlashROM4K字节 000H FFFH FFFFH 0000H 可寻址片外RAM 64K字节 FFFFH 0000H 可寻址片外ROM 64K字节 FFFH 000H 可寻址片内FlashROM 4K字节 89C51 7FH 00H 片内RAM 128字节 FFH 80H 存储器配置 片内RAM 单片微机原理及应用 教学课件 堆栈 在片内RAM中 常常要指定一个专门的区域来存放某些特别的数据 它遵循顺序存取和后进先出 LIFO FILO 的原则 这个RAM区叫堆栈 功用 1 子程序调用和中断服务时CPU自动将当前PC值压栈保存 返回时自动将PC值弹栈 2 保护现场 恢复现场3 数据传输 单片微机原理及应用 教学课件 00H 20H 2FH 7FH 1FH 30H 80H FFH 52子系列才有的RAM区 普通RAM区 位寻址区 工作寄存器区 SP栈顶 下一个进栈的数据将存在此 数据进栈 已经进栈的数据存放在此 初始SP 复位后SP 07H 数据进栈时 首先SP 1指向08H单元 第一个放进堆栈的数据将放进08H单元 然后SP再自动增1 仍指着栈顶 堆栈区由特殊功能寄存器堆栈指针SP管理堆栈区可以安排在RAM区任意位置 一般不安排在工作寄存器区和可按位寻址的RAM区 通常放在RAM区的靠后的位置 单片微机原理及应用 教学课件 从堆栈取出数据时 取出的数据是最近放进去的一个数据 也就是当前栈顶的数据 然后SP再自动减1 仍指着栈顶 00H 20H 2FH 7FH 1FH 30H 80H FFH 52子系列才有的RAM区 普通RAM区 位寻址区 工作寄存器区 SP栈顶 当前要出栈的数据 数据出栈 SP 1指向下一个将要出栈的数据 初始SP 堆栈区由特殊功能寄存器堆栈指针SP管理堆栈区可以安排在RAM区任意位置 一般不安排在工作寄存器区和可按位寻址的RAM区 通常放在RAM区的靠后的位置 单片微机原理及应用 教学课件 从堆栈取出数据时 取出的数据是最近放进去的一个数据 也就是当前栈顶的数据 然后SP再自动减1 仍指着栈顶 00H 20H 2FH 7FH 1FH 30H 80H FFH 52子系列才有的RAM区 普通RAM区 位寻址区 工作寄存器区 SP 1指向新的栈顶 也就是下一个将要出栈的数据 数据出栈 初始SP 堆栈区由特殊功能寄存器堆栈指针SP管理堆栈区可以安排在RAM区任意位置 一般不安排在工作寄存器区和可按位寻址的RAM区 通常放在RAM区的靠后的位置 单片微机原理及应用 教学课件 89C51特殊功能寄存器 SFR 特殊功能寄存器SFR 专用寄存器 专用于控制 选择 管理 存放单片机内部各部分的工作方式 条件 状态 结果的寄存器 不同的SFR管理不同的硬件模块 负责不同的功能 各司其职换言之 要让单片机实现预定的功能 必须有相应的硬件和软件 而软件中最重要的一项工作就是对SFR写命令 要求 单片微机原理及应用 教学课件 程序计数器PC ProgramCounter PC不是一个特殊功能寄存器SFR 但其作用又十分重要和特殊 特点 它是16位的按机器周期自动增1计数器 一切分支 跳转 调用 中断 复位等操作的本质就是 改变PC值 总指向下一条指令所在首地址 当前PC值 特殊功能寄存器 PC 单片微机原理及应用 教学课件 89C51有21个SFR 89C52有26个 已知的P0 P1 P2 P3等四个8位I O口分别由名为P0 P1 P2 P3四个SFR代表 堆栈指针寄存器SP StackPointer 总是指向栈顶 压栈时先 SP 1然后数据进栈 弹栈时数据先出栈然后 SP 1 累加器ACC 一个被众多指令用得最频繁的特殊功能寄存器 如 运算 数据传输 副累加器B 一个经常与ACC配合在一起使用的特殊功能寄存器 如 乘法 除法 此外 它也经常当作普通寄存器使用 特殊功能寄存器 P0 P3 SP A B 单片微机原理及应用 教学课件 程序状态字寄存器PSW CY AC F0 RS0 OV P RS1 PSW 7 PSW 0 CY PSW 7 进位 借位标志位 若ACC在运算过程中发生了进位或借位 则CY 1 否则

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