单片机及接口技术(总)

1、单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术华中科技大学出版社华中科技大学出版社2013-21单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术内容内容 第第1章章 单片机概述单片机概述 第第2章章 单片机的硬件结构及原理单片机的硬件结构及原理 第第3章章 指令系统与汇编语言程序设计指令系统与汇编语言程序设计 第第4章章 单片机的定时器单片机的定时器/计数器计数器 第第5章章 单片机的中断系统单片机的中断系统 第第6章章 单片机的串行接口单片机的串行接口 第第7章章 单片机的系统扩展与接口技术单片机的系统扩展与接口技术 第第8章章 单片机高级语言单片机高级语言Keil C51应用程序设计应用程序设计 第第9

2、章章 Proteus虚拟仿真设计虚拟仿真设计2单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术第第1章章 单片机概述单片机概述 1.1 数制及其运算数制及其运算 1.2 BCD码和码和ASCII码码 1.3 单片机的产生与发展单片机的产生与发展 1.4 MCS-51系列单片机介绍系列单片机介绍 1.5 51内核单片机简介内核单片机简介 1.6 单片机应用系统开发概述单片机应用系统开发概述3单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1 数制及其运算数制及其运算 1.1.1计算机中的数制及其相互转换计算机中的数制及其相互转换1.数制的基数和位权 1）基数R(Radix)：它代表计数制中所用到的数码个数，

3、简称基。如：二进制计数中用到0和1两个数码；而八进制计数中用到0- 7共八个数码。一般地说基数为R的计数制（简称R进制）中，包含0、1、R-1个数码，进位规律为“逢R进1”。 2）位权W(Weight)：进位计数制中，某个数位的值是由这一位的数码值乘以处在这一位的固定常数决定的，通常把这一固定常数称之为位权值，简称位权或权。各位的位权是以R为底的幂。如十进制数基数R=10，则个位、十位、百位上的位权分别为100、101、1024单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.1计算机中的数制及其相互转换计算机中的数制及其相互转换 2. 常用数制简介常用数制简介1）二进制数( Binary ):

4、0和1，后缀用“B”表示，进位规律为“逢2进1”。2）八进制数(Octal): 0和7八个数码，因为字母“O”与数字“0”易混淆，所以后缀用“Q”表示，进位规律为“逢8进1”。3）十进制数( Decimal ):0和9十个数码，后缀用“D”表示，后缀“D”在使用时可以省略，此时数字默认为进为十进制数，规律为“逢10进1”。4）十六进制数：0和9十个数码和A、B、C、D、E、F六个字母，其中A到F六个字母分别代表十进制数中的10到15，后缀用“H”表示，进位规律为“逢15进1”。5单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.1计算机中的数制及其相互转换计算机中的数制及其相互转换 3. 各种进

5、制数转换为十进制数各种进制数转换为十进制数原则为：按位权展开相加例题1.1 将数FFFFH，735.4Q及10111100101B分别转换为十进制数 FFFFH = 15163+15162+15161+15160 =65535 735.4Q = 783+382+5+481 =709.5 10111100101B =27+25+24+23+22+2-1+2-3 =1886256单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.1计算机中的数制及其相互转换计算机中的数制及其相互转换 4.十进制数转换为二，八，十六进制数十进制数转换为二，八，十六进制数转换原则为:整数部分除基取余，小数部分乘基取整例题

6、1.2 将数25473转换为十六进制数，保留两位小数254.73 = FE.BAH7单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.2 二进制数的运算二进制数的运算 1.二进制数的二进制数的算术运算算术运算1）二进制数的加法运算(逢二进一)规则: 0+0=0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1=10例题例题1.3 求求10101100B+110110B。解解：8单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.2 二进制数的运算二进制数的运算 1.二进制数的二进制数的算术运算算术运算2）二进制数的减法运算（借一当二）规则: 0-0=0；1-1=0；1-0=1；0-1=1（有借位）例题例题1.4

7、 求求11000111B-110110B。解解：9单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.2 二进制数的运算二进制数的运算 1.二进制数的二进制数的算术运算算术运算3）二进制数的乘法运算规则: 00=0；01=0； 10=0；11=1例题例题1.5求求11001101B1101B。解解：10单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.2 二进制数的运算二进制数的运算 1.二进制数的二进制数的算术运算算术运算4）二进制数的除法运算规则: 00=0；01=0； 10=0；11=1例题例题1.6 求求11101101B1001B。解解：11单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.

8、2 二进制数的运算二进制数的运算 2. 二进制数二进制数的逻辑运算的逻辑运算1）二进制数的“与”运算规则: 00=0；01=0；10=0；11=1例题例题1.7 若若A=11010011B，B=10101010B，求，求AB。解解：12单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.2 二进制数的运算二进制数的运算 2. 二进制数二进制数的逻辑运算的逻辑运算2）二进制数的“或”运算规则: 00=0；01=1；10=1；11=1例题例题1.8 若若A=10111101B，B=11010001B，求，求AB。解解：13单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.2 二进制数的运算二进制数的运算

9、 2. 二进制数二进制数的逻辑运算的逻辑运算3）二进制数的“非”运算规则:例题例题1.9 若若X=11100001B，求，求 。解解：14单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.2 二进制数的运算二进制数的运算 2. 二进制数二进制数的逻辑运算的逻辑运算4）二进制数的“异或”运算规则:0 0 = 0；0 1 = 1；1 0 = 1；1 1 = 0例题例题1. 10 若若A=100011110B，B=11010001B，求，求A B。解解：15单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.3 符号数的表示符号数的表示 1.机器数与真值机器数与真值 把一个二进制数连同符号位在内作为一个数

10、，称为机器数，如10110101B， 而一般书写形式的数，即原来二进制数的数值称为该机器数的真值，如一110101B。 计算机中机器数的表示方法有三种，即原码、反码和补码。 2.数的码制数的码制 原码:正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示，数值部分用真值的绝对值来表示的二进制机器数称为数的原码，用X原表示，正数的原码与其真值相同。 反码:一个正数的反码，等于该数的原码；一个负数的反码，等于该负数的原码符号位不变（即为1），数值位按位求反 补码:16单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术小结小结在计算机中，机器数有三种表示方法：在计算机中，机器数有三种表示方法： 即原码、反码和补码。即原

11、码、反码和补码。采取补码运算，可以将减法转换成加法运算。采取补码运算，可以将减法转换成加法运算。 对于正数：对于正数： XX原原 =X=X反反 =X=X补补 对于负数：对于负数： X反反 =X原原数值位取反，符号位不变。数值位取反，符号位不变。 X补补 =X反反 + 1单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.2 BCD码和码和ASCII码码 1.2.1 BCD码（码（Binary Coded Decimal） BCD码称为二十进制数或简称BCD码 (Binary Coded Decimal ) ，用标识符BCD表示。 特点：保留了十进制的权，每一位十进制数字则用二进制码表示编码方法: :

12、BCD码是十进制数，逢十进一，只是数符09用4位二进制码 0000 1001 表示而已例题例题1.14 写出写出129.36的的BCD码。码。解：根据表解：根据表1.1可直接写出相应的可直接写出相应的BCD码：码：129.36 = (000100101001.00110110)BCD18单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术19单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.2 BCD码和码和ASCII码码 1.2.2 ASCII码码 ASCII码:美国国家信息交换标准字符码。 作用：用二进制编码表示各种字母和符号编码方法: :采用7位二进制编码例题例题1.14 写出写出129.36的的BCD码

13、。码。解：根据表解：根据表1.1可直接写出相应的可直接写出相应的BCD码：码：129.36 = (000100101001.00110110)BCD20单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术b7b6b5 b4b3b2b1 0000010100111001011101110000NULDLESP0P、p0001SOHDC1！1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010

14、LFSUB*：JZjz1011VTESC+；Kk1100FFFS,Nn1111SIUS/?OoDEL单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.3 单片机的产生与发展单片机的产生与发展 1.3.1单片机的发展历史单片机的发展历史 第1阶段(19711976)：单片机发展的初级阶段 第2阶段(19761980)：低性能单片机阶段 第3阶段（19801983）：高性能单片机阶段 第4阶段(198380年代末）：16位单片机阶段 第5阶段(90年代）22单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.3 单片机的产生与发展单片机的产生与发展 1.3.2单片机的特点单片机的特点 1.体积小、重量轻、价格便

15、宜、耗电少。 2.根据工控环境要求设计，且许多功能部件集成在芯片内部，其信号通道受外界影响小，故可靠性高，抗干扰性能优于采用一般的CPU。 3.控制功能强，运行速度快。其结构组成与指令系统都着重满足工控要求，有极丰富的条件分支转移指令，有很强的位处理功能和I/O口逻辑操作功能。 4.片内存储器的容量不可能很大；引脚也较少，I/O引脚常不够用，且兼第二功能乃至第三功能，但存储器和I/O接口都易于扩展23单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.3 单片机的产生与发展单片机的产生与发展 1.3.3单片机的应用单片机的应用 1.在智能仪器仪表中的应用 2.在机电一体化中的应用 3.在实时过程控制中

16、的应用 4.在人类生活中的应用 1.3.4单片机世界的未来单片机世界的未来 大容量高性能化、 小容量低价格化 外围电路内嵌化等几个方面发展。24单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.4 MCS-51系列单片机介绍系列单片机介绍系系列列片内存储器（字节）片内存储器（字节）定时器定时器/计数器计数器并行并行I/O串行串行I/O中断中断源源制造制造工艺工艺无ROM片内ROM片内EPROM片内RAMMCS-51子系子系列列803180514KB87514K128216位48位15HMOS80C3180C514KB87C514K128216位48位15CHMOSMCS-52子系子系列列803280

17、528K87528K256316位48位16HMOS80C232802528K87C2528K256316位位48位位17CHMOS25单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.5 51内核单片机简介内核单片机简介 1.5.1 ATMEL 89系列单片机系列单片机 美国ATMEL公司生产的与MCS-51系列单片机兼容的产品 特点是在片内含有Flash存储器。 ATMEL公司生产的51内核单片机主要有5类：单周期8051内核单片机、Flash ISP在系统编程单片机、USB接口单片机、智能卡接口单片机及MP3专用单片机 1.5.2 NXP 单片机单片机 NXP（恩智浦）2006年末从飞利浦公司

18、独立出来的半导体公司。 NXP的8位单片机主要包括：80C51系列单片机、LPC700系列单片机、LPC900系列单片机、LPC9001系列单片机和LPC98X系列单片机。26单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.5 51内核单片机简介内核单片机简介 1.5.3 新唐新唐(Nuvoton)系列单片机系列单片机 新唐科技股份有限公司前身是中国台湾的华邦电子 类型：12T型单片机，4T型单片机 1.5.4 其他系列单片机其他系列单片机 美国德州仪器 TI、ADI公司、飞思卡尔Freescale、摩托罗拉Motorola、Microchip、SST 公司等，日本的NEC、日立Hitachi、瑞

19、萨Renesas等27单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.6 单片机应用系统开发概述单片机应用系统开发概述28单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术第第2章章 单片机的硬件结构及原理单片机的硬件结构及原理292.1 51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构 2.2 51系列单片机的引脚功能系列单片机的引脚功能 2.3 中央处理器中央处理器 2.4 储器结构储器结构 输输 入入/输出端口输出端口2.5 单片机的并行输入单片机的并行输入/输出接口输出接口2.6 单片机的时钟与时序单片机的时钟与时序2.7 单片机的复位单片机的复位 2.8 51系列单片机的最小系统系列单片机的最小系统

20、单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术301、按、按功能功能分分基本基本型：末位数字为型：末位数字为1： 如如 80C31、80C51、87C51 、89C51增强增强型：末位数字为型：末位数字为2， 如如 80C32、80C52、87C52、89C522、按、按生产工艺生产工艺分分HMOS工艺：特点为高速度高密度，型号中工艺：特点为高速度高密度，型号中不带不带C，如，如 8031、8051、8751， 8032、8052、8752CHMOS工艺：特点为高速度高密度且低功工艺：特点为高速度高密度且低功耗，型号中带耗，型号中带C，如，如 80C31、80C51、87C51 80C32、80C5

21、2、87C5251系列单片机分类系列单片机分类2.1 512.1 51系列单片机的内部结构系列单片机的内部结构单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术31分类分类芯片型芯片型号号存储器类型及数量存储器类型及数量I/O口口定时器定时器中断源中断源ROMRAM并行口并行口串行口串行口基本型基本型80C31无无128B4个个1个个2个个5个个80C514KB掩膜掩膜ROM128B4个个1个个2个个5个个87C514KB EPROM128B4个个1个个2个个5个个89C514KB Flash ROM128B4个个1个个2个个5个个增强型增强型80C32无无256B4个个1个个3个个6个个80C528K

22、B掩膜掩膜ROM256B4个个1个个3个个6个个87C528KB EPROM256B4个个1个个3个个6个个89C528KB Flash ROM256B4个个1个个3个个6个个80C5180C51系列单片机典型产品资源配置表系列单片机典型产品资源配置表单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术80C5180C51单片机内部结构单片机内部结构 1 1个个8 8位微处理器位微处理器CPUCPU 256B 256B 数据存储器（数据存储器（RAMRAM） 4KB 4KB 程序存储器程序存储器 (ROM)(ROM) 4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O接口接口P0P0P3P3 1 1个全双工串行个全

23、双工串行I/OI/O接口接口 2 2个个1616位定时位定时/ /计数器计数器 5 5个中断源，其中包括个中断源，其中包括2 2个优先级嵌套中断个优先级嵌套中断 以上各部分电路通过内部总线相连接以上各部分电路通过内部总线相连接 。单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术时钟CPU并行I/O口定时计数器程序存储器数据存储器串行I/O口中断系统P0 P1 P2 P3内内 部部 总总 线线总线控制RSTRSTXTAL1XTAL1XTAL2XTAL2EAEA ALEALE PSENPSEN80C5180C51单片机内部结构图单片机内部结构图单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2.2 512.2 5

24、1系列单片机的引脚功能系列单片机的引脚功能下图为下图为DIPDIP封装的封装的80C5180C51单片机引脚图，受到引脚数目的单片机引脚图，受到引脚数目的限制，分引脚具有第二功能。限制，分引脚具有第二功能。51系列系列单片机封装单片机封装1.1.双列直插式双列直插式（DIPDIP）封装）封装80518051单片机采用单片机采用4040引脚的引脚的DIPDIP封装。封装。 2. 2.方形方形封装封装 80C5180C51单片机除采用单片机除采用DIPDIP封装外，还采用封装外，还采用4444引脚的引脚的方形封装形式（其中方形封装形式（其中4 4个引脚不用）。个引脚不用）。单片机原理及接口技术单片

25、机原理及接口技术80C5112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPDRXD/ P3.0TXD/ P3.1INT0/ P3.2INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 VssVccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P

26、2.1P2.0P0口口P2口口P1口口P3口口80C51 DIP80C51 DIP引脚图引脚图单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术4040个引脚的功能分配：电源引脚 2 2根时钟引脚 2 2根 控制引脚 4 4根 I/O引脚 4 48 83232根 80C5180C51引脚功能分配图引脚功能分配图80C5180C51VCCVCCVSSVSSRST/VRST/VPDPDXTAL1XTAL1XTAL2XTAL2EA/VEA/VPPPPPSENPSENALE/ALE/ PROGPROGP3P3口口P2P2口口P1P1口口P0P0口口单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术电源引脚电源引脚 1 1

27、VCC(40VCC(40脚脚) )：电源接入引脚，接：电源接入引脚，接+5V+5V电源电源 2 2VSS(20VSS(20脚脚) )：接地引脚：接地引脚 时钟引脚时钟引脚 1.XTAL1(191.XTAL1(19脚脚) )：接外部晶振和微调电容的一端：接外部晶振和微调电容的一端2.XTAL2(182.XTAL2(18脚脚) )：接外部晶振和微调电容的另一端：接外部晶振和微调电容的另一端控制引脚控制引脚1.RST/V1.RST/VPDPD(9(9脚脚) )：复位信号：复位信号/ /备用电源输入引脚备用电源输入引脚2.ALE/PROG(302.ALE/PROG(30脚脚) )：地址锁存允许信号输出

28、：地址锁存允许信号输出/ /编程脉冲输入引脚编程脉冲输入引脚3.EA/V3.EA/VPPPP(31(31脚脚) )：内外：内外ROMROM选择选择/ /编程电压输入引脚编程电压输入引脚4.PSEN(294.PSEN(29脚脚) )：片外：片外ROMROM读选通信号输出引脚读选通信号输出引脚 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术I/OI/O引脚引脚 1 1P0.0P0.0P0.7(39P0.7(393232脚脚) )：P0P0口的口的8 8位双向位双向I/OI/O口引脚口引脚2 2P1.0P1.0P1.7(1P1.7(18 8脚脚) )： P1P1口的口的8 8位准双向位准双向I/OI/O口

29、引脚口引脚3 3P2.0P2.0P2.7(21P2.7(212828脚脚) )：P2P2口的口的8 8位准双向位准双向I/OI/O口引脚口引脚4 4P3.0P3.0P3.7(10P3.7(101717脚脚) )：P3P3口的口的8 8位准双向位准双向I/OI/O口引脚口引脚单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术运算器CPU算术/逻辑部件ALUALU(Arithmetic Logic Unit)累加器ACCACC (Accumulator)程序状态字寄存器PSW (Program Status Word)PSW (Program Status Word)暂存器1、2寄存器B B控制器堆栈指针S

30、PSP程序计数器PCPC指令寄存器IRIR、指令译码器IDID2.32.3 中央处理器中央处理器数据指针DPTRDPTR定时控制电路单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 累加器累加器ACCACC 累加器累加器ACCACC简称累加器简称累加器A A，8 8位寄存器，是位寄存器，是CPUCPU中工作最繁忙中工作最繁忙的寄存器，专门存放操作数或运算结果。的寄存器，专门存放操作数或运算结果。 寄存器寄存器B B8 8位寄存器，用于配合累加器位寄存器，用于配合累加器A A完成乘除运算。完成乘除运算。 程序状态寄存器程序状态寄存器PSWPSW8 8位寄存器，用于存放指令执行后的状态，作为程序的查位寄存

31、器，用于存放指令执行后的状态，作为程序的查询或判别的条件。询或判别的条件。运算器运算器单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术位序位序PSW.7PSW.7PSW.6PSW.6PSW.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位标志位标志CYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVP P 在进行加法（或减法）运算时，若最高位在进行加法（或减法）运算时，若最高位 A7A7有进位（或借位），则有进位（或借位），则CYCY1 1 AC AC。在进行加法（或减法）运算时，若低。在进行加法（或减法）运算时，若低4 4位（即位

32、（即A3A3）向高）向高4 4位位( (即即A4)A4)有进位（或借位），则有进位（或借位），则ACAC1 1 F0F0：用户标志位。用户可根据自己的需要通过软件设置：用户标志位。用户可根据自己的需要通过软件设置F0F0位，位，作为用户程序的流向标志。作为用户程序的流向标志。 RS1RS1和和 RS0RS0： 工作寄存器组选择位。工作寄存器组选择位。 当有溢出，当有溢出，OV=1OV=1。P P。当累加器。当累加器A A中中1 1的个数为奇数，则的个数为奇数，则P=1P=1；否则；否则P=0P=0。PSWPSW各标志位定义各标志位定义单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术控制器控制器完成指挥

33、控制工作，协调单片机各部分正常工作。完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。 程序计数器程序计数器PCPC（Program CounterProgram Counter）1616位计数器，用来存放将要执行的下一条指令的位计数器，用来存放将要执行的下一条指令的1616位地址。位地址。当当CPUCPU顺序执行指令时，首先根据顺序执行指令时，首先根据PCPC所指地址，取出指令，所指地址，取出指令，然后然后PCPC的内容自动加的内容自动加1 1，指向下一条指令的地址。，指向下一条指令的地址。在执行转移、子程序调用指令及中断响应时例外，在执行转移、子程序调用指令及中断响应时例外，PCPC的内容的内容

34、不再加不再加1 1，而是被自动置入新的地址。，而是被自动置入新的地址。单片机上电或复位时，单片机上电或复位时，PCPC0000H0000H，CPUCPU就从就从ROMROM区区0000H0000H处处开始执行程序。开始执行程序。单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 数据指针数据指针DPTRDPTR (Data Pointor) (Data Pointor) DPTR DPTR为为1616位的地址指针，对位的地址指针，对64K64K的外部数据存储器和的外部数据存储器和I/OI/O口进行口进行寻址。还可以分为寻址。还可以分为2 2个独立的个独立的8 8位寄存器位寄存器DPHDPH和和DPLDP

35、L使用，使用，DPHDPH是是DPTRDPTR的高的高8 8位，位，DPLDPL是是DPTRDPTR的低的低8 8位。位。 堆栈指针堆栈指针SPSP (Stack Pointor) (Stack Pointor)SPSP为为8 8位寄存器，它总是指向堆栈顶部。位寄存器，它总是指向堆栈顶部。80C5180C51单片机的堆栈常设在内部单片机的堆栈常设在内部RAMRAM的的30H30H7FH7FH地址空间，用于响地址空间，用于响应中断或调用子程序时保护断点地址，也可通过栈操作指令应中断或调用子程序时保护断点地址，也可通过栈操作指令( (指指令令PUSHPUSH和和POP)POP)用于保护现场和恢复现

36、场。用于保护现场和恢复现场。堆栈操作遵循堆栈操作遵循“先进后出先进后出”的原则。入栈操作时，的原则。入栈操作时，SPSP先加先加1 1，数，数据再压入据再压入SPSP指向的单元；出栈操作时，先将指向的单元；出栈操作时，先将SPSP指向的单元的数据指向的单元的数据弹出，然后弹出，然后SPSP再减再减1 1。当系统复位后，。当系统复位后，SPSP指向指向07H07H单元，可根据应单元，可根据应用系统的需要来设置用系统的需要来设置SPSP。单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2.42.4 存储器结构存储器结构在物理结构上，在物理结构上， 80C5180C51的存储器分为的存储器分为4 4个存储空

37、间：个存储空间： 1. 1. 片内数据存储器：片内数据存储器：256B256B，地址范围：，地址范围：00H00HFFHFFH 2. 2. 片内程序存储器：片内程序存储器： 4KB4KB，地址范围：，地址范围：0000H0000H0FFFH0FFFH 3. 3. 片外数据存储器：可扩展片外数据存储器：可扩展64KB64KB，地址范围：，地址范围：0000H0000HFFFFHFFFFH 4. 4. 片外程序存储器：可扩展片外程序存储器：可扩展64KB64KB，地址范围：，地址范围：0000H0000HFFFFHFFFFH单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术EA=1EA=14KB4KBROM

38、ROMFFH80H7FH00H SFRSFR RAMRAM片内片内80C51存储器结构64KB64KBROMROMEA=0EA=00000H0FFFH1000HFFFFH 64KB64KB RAMRAM (I/O) (I/O)0000HFFFFH片外片外单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术程序存储器程序存储器ROM程序存储器程序存储器ROMROM用来存放程序、常数或表格等。用来存放程序、常数或表格等。如前所述，在如前所述，在80C5180C51内部有内部有4KB ROM4KB ROM，片外最多可扩展至，片外最多可扩展至64KB 64KB ROMROM，片内外，片内外ROMROM统一编址。统

39、一编址。80C5180C51利用利用EAEA引脚，区分片内、片外引脚，区分片内、片外ROMROM公共低公共低4KB4KB地址区：地址区： 如果如果EAEA端保持高电平，端保持高电平，80C5180C51执行片内执行片内4KB ROM4KB ROM地址地址(0000H(0000H0FFFH) 0FFFH) 中的程序。当寻址范围超过中的程序。当寻址范围超过4KB4KB（1000H1000HFFFFHFFFFH）时，）时，则从片外存储器取指令。则从片外存储器取指令。当当EAEA端保持低电平时，端保持低电平时，80C5180C51的所有取指令操作均在片外的所有取指令操作均在片外ROMROM中进行。中进

40、行。单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术ROM中特殊单元中特殊单元0000H0000H：单片机复位后的程序入口地址：单片机复位后的程序入口地址 0003H0003H：外部中断：外部中断0 0入口地址入口地址000BH000BH：定时器：定时器0 0溢出中断入口地址溢出中断入口地址0013H0013H：外部中断：外部中断1 1入口地址入口地址001BH001BH：定时器：定时器1 1溢出中断入口地址溢出中断入口地址0023H0023H：串行口中断入口地址：串行口中断入口地址 使用时，通常在这些入口地址处存放一条绝对跳转使用时，通常在这些入口地址处存放一条绝对跳转指令，使程序跳转到用户安排的中

41、断程序起始地址，或指令，使程序跳转到用户安排的中断程序起始地址，或者从者从0000H0000H起始地址跳转到用户设计的初始程序上。起始地址跳转到用户设计的初始程序上。单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术v一般中断程序结构举例：一般中断程序结构举例： ORG 0000HORG 0000H LJMP MAINLJMP MAIN ORG 0003HORG 0003H LJMP INT0LJMP INT0ORG 0050HORG 0050H MAIN: MAIN: SJMP $ SJMP $ INT0:INT0: . . RETI RETI主程序主程序中断服务子程序中断服务子程序单片机原理及接口技

42、术单片机原理及接口技术数据数据存储器存储器RAM1. 片外RAM64KB，地址范围0000HFFFFH2. 片内RAM256B，地址范围00HFFH，其中：低低128B(00H128B(00H7FH)7FH)为为真正的真正的RAMRAM区区高高128B(80H128B(80HFFH)FFH)为为特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR)(SFR)区区单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术v片内片内RAMRAM低低128B128B通用RAM区 (80B) 位地址区 (16B)寄存器3组寄存器2组寄存器1组寄存器0组寄存器区寄存器区4组组(32B)由由PSWPSW中的中的2 2位位RS1RS1、RS

43、0RS0来决定选来决定选哪一组为当前工作寄存器：哪一组为当前工作寄存器： RS1RS1、RS0=00 RS0=00 选选0 0组组 RS1RS1、RS0=01 RS0=01 选选1 1组组 RS1RS1、RS0=10 RS0=10 选选2 2组组 RS1RS1、RS0=11 RS0=11 选选3 3组组在位地址区，每一个在位地址区，每一个BITBIT都有一个都有一个地址，共地址，共16168=1288=128位位7FH7FH. . . . . . . . . .00H00H30H30H2FH2FH20H20H1FH1FH. . . .单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术通用RAM区 (80

44、B) 位地址区 (16B)7FH7FH寄存器3组寄存器2组寄存器1组寄存器0组位地址区位地址区20H20H21H21H22H22H23H23H24H24H25H25H26H26H27H27H28H28H29H29H2AH2AH2BH2BH2CH2CH2DH2DH2EH2EH2FH2FH00H00H01H01H02H02H03H03H04H04H05H05H06H06H07H07H08H08H0FH0FH10H10H7FH7FH78H78H70H70H68H68H60H60H58H58H50H50H48H48H40H40H38H38H30H30H28H28H20H20H77H77H6FH6FH6

45、7H67H1FH1FH5FH5FH57H57H4FH4FH47H47H3FH3FH37H37H2FH2FH27H27H1FH1FH17H17H.D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0. . . . . . . . . .00H00H30H30H2FH2FH20H20H1FH1FH. . . .位地址位地址字节地址字节地址v片内片内RAMRAM低低128B128B单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术通用RAM区 (80B) 位地址区 (16B)00H00H30H30H2FH2FH20H20H1FH1FH7FH7FH寄存器3组寄存器2组寄存

46、器1组寄存器0组通用通用RAM区区. . . . . . . . . . . . .共共8080个字节，作为一般的数据缓冲个字节，作为一般的数据缓冲区并可设置堆栈区区并可设置堆栈区v片内片内RAMRAM低低128B128B单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术v片内片内RAM高高128B特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（21个）个）简称简称SFR (Special Functional Register) SFR (Special Functional Register) ，见表，见表2-42-42121个个SFRSFR中，有中，有1111个还具有位寻址能力，它们的字节地址个还具有位寻址能力，

47、它们的字节地址正好能被正好能被8 8整除（即十六进制的地址码尾数为整除（即十六进制的地址码尾数为0 0或或8 8），位），位地址的分布，见表地址的分布，见表2-52-5单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2.5 2.5 单片机的并行输入单片机的并行输入/ /输出接口输出接口v 80C5180C51单片机有单片机有4 4个并行个并行I/OI/O口，即口，即P0P0P3P3。v 每个口都各有每个口都各有8 8条条I/OI/O口线，每条口线，每条I/OI/O口线都能独立地用作口线都能独立地用作输入或输出。输入或输出。v在无片外扩展储存器的系统中，这在无片外扩展储存器的系统中，这4 4个个I/OI

48、/O口都可以作为通口都可以作为通用用I/OI/O口使用。口使用。v 在具有片外扩展存储器的系统中，在具有片外扩展存储器的系统中，P2P2口作为高口作为高8 8位地址线，位地址线，P0P0口分时作为低口分时作为低8 8位地址线和双向数据总线，位地址线和双向数据总线，P3P3口用作第二口用作第二功能，只有功能，只有P1P1口作为口作为I/OI/O使用。使用。单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1 1、结构、结构下图为下图为P0P0口的某位口的某位P0.X(X=0P0.X(X=07)7)结构图，它由一个结构图，它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输

49、出驱动电路及控制电路组成。及控制电路组成。一、一、P0口口D QCLK Q读锁存器读锁存器写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址地址/ /数据数据控制控制VCCT1T2P0.XP0.X引脚引脚P0P0口位结构图口位结构图单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术(1) P0口用作通用口用作通用I/O口口 MUX与锁存器的与锁存器的Q端接通，与门输出为端接通，与门输出为0，T1截止，输出驱动截止，输出驱动级就工作在需外接上拉电阻的漏极开路方式。级就工作在需外接上拉电阻的漏极开路方式。 P0口用作输出口口用作输出口 CPU在执行输出指令时，内部数据总线的数据在在执行输出指令时，内部数据总线的数据在“写锁存

50、器写锁存器”信号的作用下，由信号的作用下，由D端进入锁存器，取反后出现在端进入锁存器，取反后出现在Q端，再经过端，再经过T2反向，则反向，则P0.X引脚上的数据就是内部总线的数据。由于引脚上的数据就是内部总线的数据。由于T2为为漏极开路输出，故此时必须外接上拉电阻。漏极开路输出，故此时必须外接上拉电阻。 P0口用作输入口口用作输入口 数据可以读自端口的锁存器，也可以读自端口的引脚，这要看数据可以读自端口的锁存器，也可以读自端口的引脚，这要看输入操作执行的是输入操作执行的是“读锁存器读锁存器”指令还是指令还是“读引脚读引脚”指令。指令。单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术方式方式1 1：读引

51、脚。：读引脚。CPUCPU在执行在执行“MOV”MOV”类输入指令时类输入指令时( (如：如：MOV A , P0)MOV A , P0)，内部产生的操作信号是，内部产生的操作信号是“读引脚读引脚”。P0.XP0.X引引脚上的数据经过缓冲器脚上的数据经过缓冲器2 2读入到内部总线。注意，在读引脚读入到内部总线。注意，在读引脚时，必须先向电路中的锁存器写入时，必须先向电路中的锁存器写入1 1，使，使T2T2截止，截止，P0.XP0.X引脚引脚处于悬浮状态，可作为高阻抗输入。处于悬浮状态，可作为高阻抗输入。方式方式2 2：读锁存器。：读锁存器。CPUCPU在执行在执行“读读- -改改- -写写”类

52、输入指令类输入指令时时( (如：如：ANL P0, A )ANL P0, A )，内部产生的操作信号是，内部产生的操作信号是“读锁存读锁存器器”，锁存器中的数据经过缓冲器，锁存器中的数据经过缓冲器1 1送到内部总线，然后与送到内部总线，然后与A A的内容进行逻辑的内容进行逻辑“与与”，结果送回，结果送回P0P0的端口锁存器并出现的端口锁存器并出现在引脚。除了在引脚。除了MOVMOV类指令外，其他的读口操作指令都属于这类指令外，其他的读口操作指令都属于这种情况。种情况。 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术(2) P0口用作地址口用作地址/数据总线数据总线 MUX将地址将地址/数据线与数据线

53、与T2接通，同时与门输出有效。接通，同时与门输出有效。 若地址若地址/数据线为数据线为1，则，则T1导通，导通，T2截止，截止，P0口输出口输出为为1；反之；反之T1截止，截止，T2导通，导通，P0口输出为口输出为0。 当数据从当数据从P0口输入时，读引脚使三态缓冲器口输入时，读引脚使三态缓冲器2打开，打开，端口上的数据经缓冲器端口上的数据经缓冲器2送到内部总线。送到内部总线。 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术（3）P0口小结口小结 P0口既可作地址口既可作地址/数据总线使用，也可作通用数据总线使用，也可作通用I/O口使用。当口使用。当P0口作地址口作地址/数据总线使用时，就不能数据总

54、线使用时，就不能再作通用再作通用I/O口使用了。口使用了。 P0口作输出口使用时，输出级属漏极开路，必须口作输出口使用时，输出级属漏极开路，必须外接上拉电阻，才有高电平输出。外接上拉电阻，才有高电平输出。 P0口作输入口读引脚时，应先向锁存器写口作输入口读引脚时，应先向锁存器写1，使，使T2截止，不影响输入电平。截止，不影响输入电平。单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术二、二、P1P1口口与与P0P0相比：无多路开关、本身具有上拉电阻。相比：无多路开关、本身具有上拉电阻。 所以，除所以，除作输出口使用时不必外接上拉电阻作输出口使用时不必外接上拉电阻外，其它特点及外，其它特点及注意事项同注意

55、事项同P0P0口。口。 D D Q QCLK QCLK Q读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚V VCCCCR RT TP1.XP1.X引脚引脚P1P1口位结构图口位结构图单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术三、三、P2口口D QD QCLK QCLK QMUXMUX读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址地址控制控制C CV VCCCCR RT TP2.XP2.X引脚引脚3 3P2P2口位结构图口位结构图图中的控制信号图中的控制信号C决定转换开关决定转换开关MUX的位置：的位置：当当C=0时，时，MUX拨向下方，拨向下方，P2口为通用口为通

56、用I/O口；口；当当C=1时，时，MUX拨向上方，拨向上方，P2口作为地址总线使用。口作为地址总线使用。在实际应用中，在实际应用中，P2口通常作为高口通常作为高8位地址总线使用。位地址总线使用。 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术四、四、P3口口P3口用作通用口用作通用I/O口时，第二输出功能信号口时，第二输出功能信号W=1，P3口的每一口的每一位都可定义为输入或输出，其工作原理同位都可定义为输入或输出，其工作原理同P1口类似。口类似。在真正的应用电路中，在真正的应用电路中，P3口的第二功能更为重要口的第二功能更为重要 。P3.XP3.X引脚引脚读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写

57、锁存器读引脚读引脚V VCCCCR RT T第二输入功能第二输入功能第二输出功能第二输出功能W WD D Q QCLK QCLK QP3P3口位结构图口位结构图单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术第二功能第二功能片外片外RAMRAM读选通信号读选通信号( (输出输出) )P3.7P3.7片外片外RAMRAM写选通信号写选通信号( (输出输出) )P3.6P3.6定时器定时器/ /计数器计数器1 1计数输入计数输入T1T1P3.5P3.5定时器定时器/ /计数器计数器0 0计数输入计数输入T0T0P3.4P3.4外部中断外部中断1 1输入输入P3.3P3.3外部中断外部中断0 0输入输入P3

58、.2P3.2串行口输出串行口输出TXDTXDP3.1P3.1串行口输入串行口输入RXDRXDP3.0P3.0功能说明功能说明 第二功能第二功能 引脚引脚 WRWRRDRDINT0INT0INT1INT1单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术时钟产生方式时钟产生方式1.1.内部时钟方式内部时钟方式晶振晶振C1C1C2C2XTAL1XTAL1XTAL2XTAL280C5180C512.6 时序与时钟电路时序与时钟电路时序：时序：CPUCPU在执行指令时所需控制信号在时间上的先后次序。在执行指令时所需控制信号在时间上的先后次序。单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2.外部时钟方式外部时钟方式X

59、TAL2XTAL2XTAL1XTAL180C5180C51外部时钟外部时钟信号信号悬空悬空1 1单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.振荡周期：振荡周期：指晶体振荡周期或外部输入时钟信号周期，指晶体振荡周期或外部输入时钟信号周期，是最小的周期单位。是最小的周期单位。2.2.状态周期状态周期S S：振荡周期振荡周期2 2倍，也称时钟周期。倍，也称时钟周期。分分P1P1和和P2P2两两个节拍，个节拍，P1P1拍完成算术逻辑操作，拍完成算术逻辑操作，P2P2拍完成内部寄存器间拍完成内部寄存器间的传送操作。的传送操作。 3.3.机器周期：机器周期：完成一个基本操作所需的时间。完成一个基本操作

60、所需的时间。一个机器周期一个机器周期包括包括1212个振荡周期个振荡周期：S1P1S1P1、S1P2S1P2、S2P1S2P1、S2P2S2P2、S6P2S6P2。 4.4.指令周期：指令周期：执行一条指令的时间。包含执行一条指令的时间。包含1 14 4个机器周期。个机器周期。 80C51的时钟信号的时钟信号 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术P1P2S S1 1P2振荡周期振荡周期状态周期（时钟周期）状态周期（时钟周期）机器周期机器周期机器周期机器周期指令周期指令周期XTAL2XTAL2(OSC)(OSC)S2S2S3S3S4S4S5S5S6S6S1S1S2S2S4S4S5S5S3S3S6S6