电子设计与实践第4章

1、电 子 设 计 与 实 践 课 程DIAN ZI SHE JI YU SHI JIAN KE CHENG2009年4月第4章 单片机技术基础及电路设计内容提要本章主要介绍MCS-51系列单片机的结构、工作原理、基本模块的应用和系统的设计与开发。教学基本要求（1）掌握MCS-51系列单片机的工作原理及应用系统开发。（2）具有单片机应用系统设计开发的初步能力。重点与难点 本章重点： MCS-51系列单片机基本模块的应用。 本章难点： MCS-51系列单片机系统的设计与开发。 第4章主要教学内容一、常用单片机的类型 国际市场上有众多类型的单片机，在国内广泛使用的单片机主要是Intel公司生产的MCS

2、-48、MCS-51和MCS-96系列，目前常用的还有89C51，89C52等，可参看相关资料。 MCS-51系列单片机性能表 型 号芯片内存储器（字节）芯片外存储器寻址范围（字节）I/O口中断源计数器（各位）石英振荡器MHz典型指令周期S封装ROM/EPROMRAMROM/EPROMRAM并行串行80514K12864K64K32UART52162-1214087514K12864K64K32UART52162-12140803112864K64K32UART52162-121408052AH8K25664K64K32UART63162-121408752AH8K25664K64K32UAR

3、T63162-121408032AH25664K64K32UART63162-1214080C514K12864K64K32UART52162-1214087C514K12864K64K32UART52162-1214080C3112864K64K32UART52162-1214080C2528K25664K64K32UART73162-1214087C2528K25664K64K32UART73162-1214083C25225664K64K32UART73162-12140二、MCS-51系列单片机的结构 （一）8051结构框图 二、MCS-51系列单片机的结构（二）8051引脚功能 1、

4、 引脚图 MCS-51系列单片机为40引脚芯片，8051管脚如右图所示。二、MCS-51系列单片机的结构2、引脚说明805l共有4个I/O端口，为P0、P1、P2、P3，4个I/O端口都是双向的，且每个口都具有锁存器。每个口有8条线，共计32条I/O线。各端口的功能叙述如下：（1） P0有三个功能： 外部扩充存储器时，当作数据总线(D0D7)。 外部扩充存储器时，当作地址总线(A0A7)。 不扩充时可做一般I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。二、MCS-51系列单片机的结构 （2） P1 只做I/O口使用，其内部有上拉电阻。 （3）P2 有两个功能： 扩充外部存储

5、器时，当作地址总线（A8A15)使用。 做一般I/O使用，其内部有上拉电阻。（4） P3 有两种功能 除了作为I/O使用外(内部有上拉电阻)，还有一些特殊功能，如下表所示，由特殊寄存器来设置。二、MCS-51系列单片机的结构端口的引脚特殊功能P30RXD（串行输入口）P3lTXD（串行输出口）P32INT0（外部中断）P33 INTI （外部中断）P34T0（TIMER0的外部输入脚)P35T1（TIMERI的外部输入脚）P36WR（外部数据存储器的写入控制信号）P37 RD （外部数据存储器的读取控制信号）端口引脚的特殊功能 二、MCS-51系列单片机的结构 （5）VDD：电源+5V。VSS

6、：GND接地。 （6）RESET 此脚为高电平时（约2个机器周期)，可将 CPU复位。 （7）ALEPROG 地址锁存使能信号端，有三种功能： 8051外接RAMROM：ALE接地址锁存8282(8212)的STB脚，74373的EN脚，当CPU对外部存储器进行存取时，用以锁住地址的低位地址。 8051未外接RAMROM：在系统中未使用外部存储器时，ALE脚也会有16石英晶体的振荡频率，可作为外部时钟。 在烧写EPROM：ALE作为烧写时钟的输入端。二、MCS-51系列单片机的结构（8） PSEN：程序储存使能端。 内部程序存储器读取：不动作。 外部程序存储器读取(ROM)：在每个机器周期会动

7、作两次。 外部数据存储器读取(RAM)：两个PSEN脉冲被跳过不会输出。 外接ROM时，与ROM的OE脚连接。，二、MCS-51系列单片机的结构 （9） EA/VPP 接高电平时：CPU读取内部程序存储器(ROM)，如80518052。 扩充外部ROM：当读取内部程序存储器超0FFFH(8051)、lFFFH(8052)时，自动读取外部ROM。 接低电平时：CPU读取外部程序存储器(ROM)，如80318032。 875l烧写内部EPROM时，利用此脚输入21V的烧写电压。 （10）XTALl XTAL2：接石英晶体振荡器。 机器周期=石英晶体频率/l2 二、MCS-51系列单片机的结构（三）

8、 存储器配置 MCS-51系列单片机有4种存储空间： 内部数据存储器（RAM)：805131为128字节。 内部程序存储器（ROM）：8051为4KB。 外部扩充程序存储器（ROM）：最大可扩充至64KB（含内部ROM）。 外部扩充数据存储器（RAM）：最大可扩充至64KB（不含内部RAM）。二、MCS-51系列单片机的结构 1 程序存储器ROM/EPROM 程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。程序存储器以程序计数器PC作地址指针，通过16位地址总线，可寻址的地址空间为64K字节。（1）MCS-51程序存储器配置图如右图所示。二、MCS-51系列单片机的结构8031 扩展4KB外部ROM电

9、路 二、MCS-51系列单片机的结构2 数据存储器RAM MCS-51系列单片机中803151内部数据存储器有128字节，803252内部数据存储器有256字节，外部扩充RAM最大可至64KB。（1）内部数据存储器分成三部分，如图下所示。较低地址128字节(007FH)的数据存储器。较高128字节(80FFH)的数据存储器。特殊功能寄存器(Special Function Register，简称SFR)。二、MCS-51系列单片机的结构内部数据存储器分布空间 二、MCS-51系列单片机的结构 MCS-5l较低的128字节 128字节的RAM其存取可用直接寻址方式和间接寻址方式。而RAM中后20

10、H2FH可直接用位寻址方式访问其各个位。 4个寄存器组的地址范围 二、MCS-51系列单片机的结构 MCS-5l的高128字节：8031/51中不存在，8032/52在存取时只能用间接寻址的方式存取数据，而无法以直接寻址方式存取。其所在地址80H-FFH与特殊寄存器似乎相同，但实际上是两个不同的存储空间，间接寻址存取RAM，而直接寻址是特殊寄存器。 特殊功能寄存器SFR：MCS-5l系列单片机内的锁存器、定时器、串行口、数据缓冲器以及各种控制寄存器和状态寄存器都是以特殊功能寄存器的形式出现的。它们分散地分布在内部RAM地址空间（80H0FFH）内。这些寄存器的地址只能以直接寻址的方式进行存取。

11、下表列出了8051特殊功能寄存器的名称、映像地址、位地址及功能标记。 二、MCS-51系列单片机的结构名 称标记地址位功能标记附注D7D6D5D4D3D2D1D0P0口锁存器P080HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0可位寻址定时/计数器控制寄存器TCON88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0P1口锁存器P190HP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0串行口控制寄存器SCON98HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIP2口锁存器P2A0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0中断允许寄存器

12、IEA8HEAESET1EX1ET0EX0P3口锁存器P3B0HP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0中断优先级寄存器IPCB8HPSPT1PX1PT0PX0程序状态寄存器PSWD0HCYACP0RS1RS0OVP累加器ACCE0HB寄存器BF0H电源控制寄存器PCON87HSMODGF1GF0PDIDL不可位寻址定时/计数器方式寄存器TMOD89HGATEM1M0GATEM1M0SP81HDPL82HDPH83HTL08AHTL18BHTH08CHTH18DHSBUF99H二、MCS-51系列单片机的结构（2）外部数据存储器 MCS-51系列单片机具有扩展64K字节

13、外部数据存储器和I/O口的能力。外部数据存储器的结构和操作极为简单，其最低位的128个地址单元与片内数据存储器地址重叠，并且与I/O口统一编址。 片外数据存储器只有间接传送指令MOVX一种操作方式。其地址指针可用DPTR或Ri， 执行外部数据存储器时，P0当作寻址外部数据存储器时的低8位地址/数据总线，而P2作为RAM的高8位地址总线。在存取RAM的数据时CPU会按需要产生RD和WR信号。8051扩展8KB外部RAM电路二、MCS-51系列单片机的结构1 时钟电路（四）CPU时序及时钟电路二、MCS-51系列单片机的结构2 时序MCS-51指令时序二、MCS-51系列单片机的结构（五）复位电路

14、 1 各专用寄存器的复位值寄 存 器复 位 状 态寄 存 器复 位 状 态PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0-P3FFHSCON00HIP(XXX00000)SBUF(XXXXXXXX)IE(0XX00000)PCON(0XXX0000)二、MCS-51系列单片机的结构2 各种复位电路 两种实用的上电复位电路 两种上电复位和按钮复位组合电路 三、MCS-51的指令系统 指令格式 汇编语言格式为：标号： 操作码助记符 目的操作数， 源操作数 ；注释 标号是该语句的符号地址，可根

15、据需要而设置。当汇编程序对汇编语言源程序进行汇编时，再以该指令所在的地址值来代替标号。 标号通常用于转移指令所需的转移地址。标号一般由16个字符组成，但第一个字符必须是字母，其余的可以是字母也可以是其他符号或数字。标号和操作码之间用冒号“：”分开。三、MCS-51的指令系统 操作码和操作数（源操作数和目的操作数）是指令的核心部分。操作码使用MCS-51系列单片机所规定的助记符来表示，其功能在于告诉单片机的CPU做何种操作。操作数分为目的操作数和源操作数，采用符号（如寄存器、标号等）或者常量（如立即数、地址值等）表示。操作码和目的操作数之间用空格分隔，而目的操作数和源操作数之间用逗号“，”隔开。在某些指令中可以没有操作数。 注释是对指令功能或作用的说明，但注释不是一个指令的必要组成部分，可有可无。注释的主要