MCS系列单片机IO口

1、MCS系列单片机IO口主要掌握基本组成（内部资源基本组成（内部资源）引脚引脚存储器的配置存储器的配置I/O口的应用功能口的应用功能（以89C51（AT89C51、P89C51、STC89C51）为代表讲解）2.1 89C51单片机的基本组成单片机的基本组成1. 89C51单片机结构框图8位位CPU256字节字节RAM4KB Flash ROM4个个8位位I/O口口2个定时个定时/计数器计数器5个中断个中断源源1个全双个全双工串行口工串行口片内振荡片内振荡器和时钟器和时钟产生电路产生电路（最高允（最高允许振荡频许振荡频率为率为24MHz）节电工作节电工作方式（空方式（空闲、掉电）闲、掉电）Fla

2、sh ROM89C5189C51busbus3. 89C51 CPU功能介绍由运算器和控制器构成由运算器和控制器构成运算器：进行算术运算、逻辑运算，由运算器：进行算术运算、逻辑运算，由ALU、A、B、PSW、暂存器组成。、暂存器组成。控制器：包括控制器：包括PC、IR、ID、振荡器和时钟电、振荡器和时钟电路路单片机的核心单片机的核心ALU Arithmetic Logic UnitA 最忙碌的寄存器B 多用于乘除运算PSW 用于指示指令执行后的状态信息， 可供程序查询和判别用。PC Program Counter，下一条指令的地址。改变PC的内容可以改变程序运行方向。 IR Instructi

3、on RegisterID Instruction Decoder振荡器及时钟电路：提供片内时钟2.2 89C51单片机的引脚及功能单片机的引脚及功能VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0ALEEAPSENRXD/TXD/INT0/ INT1/ T0/ T1/WR/ RD/123456789101112819204039383736353433323252424222180318051 875189C512.3 89C51单片机的存储器配置单片机的存储器配置1. 存储器结构普林斯顿结构普林斯顿结构一般微机采用的结构

4、ROM、RAM安排在同一个地址空间相同指令访问ROM、RAM哈佛结构哈佛结构89C51采用此结构ROM和RAM占用不同的物理空间采用不同指令访问2. 89C51 存储空间物理结构ROM片内、片外RAM片内、片外逻辑结构（从用户使用的角度看）ROM： MOVC 0000-FFFFH片内RAM ：MOV 0000-00FFH片外RAM： MOVX 0000-FFFFH12345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM276412345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM2764123

5、456789101112819204039383736353433323252424222112345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 12345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 80318751805189C51256B（字节）4K64K64K3. 程序存储器与ROM密切相关的两个引脚 、 PSEN通过16位PC寻址，最大可寻址64kB地址空间EA程序存储器程序存储器内部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K

6、)0000H0001H0002H(PC)0000H是程序执行的起始单元,在这三个单元存放一条无条件转移指令中断5中断4中断3中断2中断10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中断0定时器0中断外部中断1定时器1中断串行口中断8位位0FFFH0FFEHEA=1 EA=0EA=1 EA=0程序存储器资源分布程序存储器资源分布中断入口地址4. 数据存储器如何区分0000-00FFH的地址空间是片内RAM还是片外RAM？片内RAM：低低128B片内片内RAM 0000-007FH 高高128B片内片内RAM 0080-00FFH片内、片外分开编址片内、片外分开编址SFRSFR

7、：特殊功能寄存器区：特殊功能寄存器区0000HFFFFH(64K)内部外部数据存储器数据存储器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM专用寄存器0000H H07H07H0808H H0FH0FH1010H H17H17H1818H H1FH1FH0区区R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R71区区2区区3区区工作寄存器区工作寄存器区可位寻址区可位寻址区20H2FH7F 7807 0030H7FH数据缓冲区数据缓冲区/堆栈区堆栈区内部内部RAMRAM存储器存储器 PSW位地址 CY ACF0RS1RS0OVF1PMSBMSBMost Significa

8、nt Bit Most Significant Bit （最（最高有效位）高有效位）LSB LSB Least Significant Bit Least Significant Bit （最（最低有效位）低有效位）单元地址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F7F77776F6F67675F5F57574F4F47473F3F37372F2F27271F1F17170F0F0707 MSB 位地址 LSB7E7E76766E6E66665E5E56564E4E46463E3E36362E2E26261E1E16160E0E0606

9、7D7D75756D6D65655D5D55554D4D45453D3D35352D2D25251D1D15150D0D05057C7C74746C6C64645C5C54544C4C44443C3C34342C2C24241C1C14140C0C04047B7B73736B6B63635B5B53534B4B43433B3B33332B2B23231B1B13130B0B03037A7A72726A6A62625A5A52524A4A42423A3A32322A2A22221A1A12120A0A020279797171696961615959515149494141393931312929

10、212119191111090901017878707068686060585850504848404038383030282820201818101008080000离散分布有离散分布有2121个个特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR。 1111个可以进行个可以进行位寻址。位寻址。特别提示：对特别提示：对SFRSFR只能使用直接只能使用直接寻址方式，书写时寻址方式，书写时可使用寄存器符号，可使用寄存器符号，也可用寄存器单元也可用寄存器单元地址。地址。5. 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFR）ACCBDPTR： Data Pointer，16位，对位，对64kB片外片外RAM/ROM和

11、外围设备作间接寻址。和外围设备作间接寻址。 例：例：MOV DPTR,#2000H MOVX A，DPTR 则：则： DPH=20H, DPL=00H, DPTR=2000H 结果是：取出片外结果是：取出片外RAM地址为地址为2000H的数据，存的数据，存放于放于A。特殊功能寄存器特殊功能寄存器PSW：Program Status Word：进位：进位carry、辅助进位、辅助进位auxiliary、用户标志、用户标志flag zero、寄存器选择、寄存器选择register select、溢出、溢出overflow、奇偶、奇偶parity。例：例：MOV A,#0FH ADD A,#0F8H

12、 0000 1111+ 1111 1000 1 0000 0111 AC=1， CY=1， OV=CYAC=11=0，P=1，所以：所以：特殊功能寄存器特殊功能寄存器SP ：堆栈指针堆栈指针 (Stack Pointer)， 8位，专门存放堆栈位，专门存放堆栈的栈顶单元的地址。入栈时自动加的栈顶单元的地址。入栈时自动加1，出栈时自动减，出栈时自动减1。复位后，复位后，SP07H0708090A0BPUSH ACC，SP08H0708090A0BPUSH PSW，SP09H0708090A0BPOP PSW，SP08H0708090A0B0708090A0BPOP ACC，SP07H2.4 时钟

13、电路及时钟电路及CPU时序时序1. 基本概念振荡器： 产生内部脉冲信号 若采用外部脉冲信号时钟发生器：根据脉冲信号产生时钟信号振荡周期P：脉冲信号周期时钟周期（状态周期）S ：(机器状态时间)S=P1+P2机器周期： 指令执行的单位=6S=12P指令周期： 指令执行的时间=N * 6S，N=1、2、312XTALXTAL接 输 入接 输 出对HMOS单片机：XTAL2输入，XTAL1接地对CHMOS单片机：XTAL1输入，XTAL2悬空2. CPU取指、执行周期时序ALE有效时，表示可以读取指令。一个机器周期内，ALE有效两次ALE时钟S1S4S6S5S3S2读操作码读操作码(无效)(a) 1

14、字节1周期指令读下一指令S1S4S6S5S3S2读操作码读第二字节(b) 2字节1周期指令读下一指令S1S4S6S5S3S2读操作码读操作码(无效)(c) 1字节2周期指令读下一指令S1S4S6S5S3S2提问：若采用12MHz的晶振频率，计算机器周期？2.5 复位操作复位操作1. 复位的主要功能复位引脚：RST复位影响到的寄存器：除了P0P3=0FFH，SP=07H，SBUF=不定值之外，其他寄存器全部清零。熟悉复位后各寄存器的状态，可以减短初始化程序。初始化操作，初始化操作，PC=0000HPC=0000H2.6 89C51单片机的低功耗单片机的低功耗工作方式工作方式89C51提供两种节电

15、工作方式：空闲工作方式：不向CPU供电，只供中断、串行口、定时器部分。掉电工作方式：所有功能停止工作。方式的设定方式的设定PCON（电源控制寄存器）（电源控制寄存器）80518051：HMOSHMOS（高密度短沟道（高密度短沟道MOSMOS）半导体工艺）半导体工艺89C5189C51：CHMOS=HMOS+CMOSCHMOS=HMOS+CMOS2.7 输入输入/输出端口输出端口1. 输入/输出端口I/O I/O 口的作用？口的作用？ 获取外部输入信号，向外部输出信号获取外部输入信号，向外部输出信号 I/OI/O口太多：引脚数目增多，设备价格上涨；口太多：引脚数目增多，设备价格上涨；I/OI/O

16、口太少：不能满足于复杂控制的需要。口太少：不能满足于复杂控制的需要。（Generally, Ports are scarce and Port usage/allotment is an engineering decision.）To increase the number of ports, use a Parallel port interface chip like 8255 2. 89C51的 I/O口四个准双向并行四个准双向并行I/OI/O端口：端口：P0P0，P1P1，P2P2，P3P3 准双向的含义：准双向的含义： 端口每位都可以定义为输入端口每位都可以定义为输入/ /输出输出

17、, ,但作但作为输入时，必须先向该位的口锁存器写为输入时，必须先向该位的口锁存器写”1 1”。上电复位后，每个端口即可作输入，上电复位后，每个端口即可作输入，也可为输出端口；也可为输出端口；P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0u4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口：口：P0P0，P1P1，P2P2，P3P3；u均可作为双向均可作为双向I/OI/O端口使用。端口使用。 P0 P0：访问片外扩展存储器时，：访问片外扩展存储器时， 复用为低复用为低8 8位地址线和数据线位地址线和数据线 P2P2：高：高8 8位地址线。位地址线。P1P1：双向：双向I

18、/OI/O端口端口 P3P3：第二功能：第二功能123456789101112819204039383736353433323252424222180318051 875189C51111111110000000011111111010101011ALEWR RDP1. 0P1. 1P1. 2P1. 3P1. 4P1. 5P1. 6P1. 7指令指令1 1：MOV P1,#00H指令指令2 2：MOV P1,#0FFH指令指令3 3：MOV P1,#0AAH指令指令4 4：指令指令5 5：+5V1111111111111111ALEWR RDP3. 0P3. 1P3. 2P3. 3P3. 4P

19、3. 5P3. 6P3. 7读端口：读端口： MOV P3, #11111111BMOV A, P3 89C51P3.41 1 1 1 1 1 1 10 14. I/O口的构成 口锁存器(CPU通过内部总线把数据写入口锁存器) 输出驱动器 输入缓冲器锁存器的含义锁存器的含义CTR开关Bus锁存器其它器件OUTCPU对对I/O口的读操作口的读操作一是读口锁存器的状态一是读口锁存器的状态二是二是CPUCPU读口引脚上的外部输入信息读口引脚上的外部输入信息I/O口口 P1口只有通用输入/输出端口的功能； P0，P2，P3除了可以作为通用的I/O口，还可以用于其他用途。共同点：共同点：P0、P1、P2

20、、P3都是准双向口准双向口；执行“读读修改修改写写”类指令时，读的是锁存器而不是引脚，如：ANL P1，AORL P1，#dataXRL P1，ACPL P1. INC P1DEC P1P1口口P1口特点：口特点： 唯一的静态静态I/O口；P3口口P3口特点口特点 （比P1多一个“与非门”和“缓冲器”第二功能）多功能口多功能口P3口第二功能口第二功能（在真正的应用电路中，第二功能显得更重要）P2口口 特点：总线口特点：总线口，输出高8位地址；P2口口系统扩展片外EPROM和RAM时，P2口输出高8位地址， P0口输出低8位地址；若片外扩展存储器容量256B，P2口输出高8位地址。若系统只扩展片

21、外256B的RAM，使用”MOVX Ri“类指令访问片外RAM时，寻址范围是256B，只需低8位地址线就可实现，因此P2口仍可作为通用I/O口。P0口口特点：特点：（1）总线口，分时输出低分时输出低8 8位地址和传送数据位地址和传送数据；（MOVX、MOVC、取指）(2) 负载能力强。端口的负载能力和接口要求端口的负载能力和接口要求 1 1、P0P0口的负载能力和接口要求口的负载能力和接口要求负载能力负载能力: :可驱动8个LS（低功耗、甚高速）型TTL 2 2、P1P3P1P3口的负载能力和接口要求口的负载能力和接口要求负载能力负载能力: :可驱动4个LS型TTL接口要求：接口要求：作为一般

22、I/O口输出时，驱动任何电路都不需要要接上拉电阻（因为内部有上拉电阻）；作为一般I/O口为准双向口。总结：单片机的工作过程总结：单片机的工作过程例例: MOV A,#09H 74H : MOV A,#09H 74H 09H ;09H ;把把09H09H送到累加器送到累加器A A中中执行过程执行过程PC=0000H0001H0000H0002H0 1 1 1 0 1 0 00 0 0 0 1 0 0 1(PC)(PC)0001H0002H0000H(PC)执行过程执行过程 02H08H21H20HSPDPTRPSEN和ALE PC外接高电平 外接上拉电阻相应端口先置0 相应端口先置1 A A存放

23、指令存放指令 B B存放上一条的指令地址存放上一条的指令地址D D存放正在执行的指令地址存放正在执行的指令地址 C C存放下一条的指令地址存放下一条的指令地址 1. 8031单片机内部RAM包括( ) 。 A.程序存储区 B堆栈区 C工作寄存器及特殊功能区 D位寻址区 E. 中断入口地址区2. 8051单片机CPU的主要功能有( )。A.产生控制信号 B存储数据 C.算术、逻辑运算及位操作 D.驱动LED3.单片机能够直接运行的程序是（ ）。 A. 汇编源程序 B. C语言源程序 C. 高级语言程序 D. 机器语言源程序思 考 题思 考 题4. 十进制数126其对应的十六进制可表示为( )。 A8F B8E