第1章 单片机概念、结构及原理

1、EEG9231 微机与单片机系统及应用2单片机原理及接口技术分组 请自己组成小组，每组3-4位同学，每小组可每小组可带一台计算机到实践课堂，带一台计算机到实践课堂，请学习委员统计分组情况在课后email给我。课堂实践1： 请搜寻并讨论微型计算机的分类，其组成部请搜寻并讨论微型计算机的分类，其组成部分以及各部分的主流配置和最高配置分以及各部分的主流配置和最高配置, , 请搜寻并讨论现在通用的单片机型号及用法请搜寻并讨论现在通用的单片机型号及用法, , 请学号尾数的和为_的小组上台讲解自己小组的资料搜寻情况。45第1章 基础知识预期学习结果： 掌握单片机的概念、了解单片机的发展、熟悉基本的结构和特

2、点、了解单片机的应用模式和领域以及初步认知MCS-51单片机。61.1 计算机的一些概念 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个部分组成。运算器控制器输出设备输入设备存储器计算机的结构78位计算机每个单元可存放一个8位二进制数，即一个字节，每一位的状态是0或1。存储单元保存的8位二进制数称为单元的内容。0110010101000011001000010000D7D6D5D4D3D2D1D001110010111010101001011101011010001111001010100010000110001101110 0110地址位存储单元存储单元示意图如图地址为0110单元的

3、内容为10101001，表示为（06H）=A9H。8单片机即单片机微型计算机，就是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。单片机也称为微控制器（Microcontroller unit ，MCU）， 嵌入式控制器（Embedded Microcontroller unit，EMCU ）1.2.1单片机的概念及特点 单片机分为通用型和专用型，通用型单片机把可开发的内部资源全部提供给用户。 内部资源丰富、性能全面、适应性强。专用型单片机针对某些产品的特定用途而制作的单片机，是MCU发展的一个趋势。9单片机有以下特点：（1）集成度高，功能强。单片机在一

4、块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、I/O接口等资源，在芯片上还包含了中断系统、串行通信接口、定时器/计数器等功能部件，芯片功能强、体积小、集成度高。（2）具有较高的性能价格比。单片机尽可能地把应用所需的各种资源集成在一块芯片内，性能高，但是价格却相对较低廉。（3）抗干扰能力强。单片机是面向工业检测控制环境设计的，因此，抗噪声干扰能力较强。程序固化在ROM类型的存储器中不易被破坏；许多资源集成在一个芯片，可靠性高。 1.2.1单片机的概念及特点 10 第1阶段（19711976）：单片机萌芽阶段。 第2阶段（19761980）：初级单片机阶段。 第3阶段（19801983）：高性能单片机阶段

5、。 第4阶段（19831990）：8位单片机巩固发展及16 位单片机推出阶段。 第5阶段（1990）：单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等方面全方位地向更高水平发展。 1.2.2 单片机的发展 11 （） MCS-51单片机的第一代产品： Intel MCS-51 8031/ 8051/ 8751 （）第二代产品系列采用了CMOS技术制造而成，集成度高，速度快，功耗低：ATMEL MCS-51兼容系列 89C51/ 89C52、89C2051/ 89C2052； （） 第三代80C51产品的单片机内核SoC（System On Chip, SoC）化。 Cygnal C8051F（D

6、allas & Philips, Silabs ） 1.2.3 MCS-51系列单片机及其兼容单片机12（1）电子产品（2）办公自动化（3）商业领域（4）工业领域（5）汽车电子（6）航空航天与军事 （7）智能楼宇单片机应用从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。以前必须由硬件（模拟电路或数字电路）实现的控制功能，现在可以用单片机的软件方法实现，这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术，称之为微控制技术。随着单片机应用技术的推广普及，微控制技术将发挥将越来越重要的作用。 1.2.4 单片机的应用13第2章 MCS-51单片机结构及原理 预期学习结果： （1）掌握MCS-51系

7、列的8051的基本结构； （2）了解存储器结构及其配置； （3）掌握P0、P1、P2、P3四个I/O口的基本工作原理和操作特点； （4）掌握单片机的时序 （5）了解复位142.1.1 MCS-51的基本组成 MCS-51单片机（以8051为例，Intel产品）l1个8位CPU；l1个片内振荡器及时钟电路；l128字节RAM（数据存储器）；l4K字节ROM（程序存储器）；l2个16位定时器/计数器；l32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）；l1个全双工串行口；l5个中断源；15振荡电路外部中断CPU中断控制4K字节ROM128字节RAM定时/计数器1定时/计数器0总线控制4个 I/0口

8、串行口计数器输入P0P2P1P3RXDTXDEARESETXTAL1XTAL2OSCC1C2PSENALE 地址/数据总线n1个8位CPU；n1个片内振荡器及时钟电路；n128字节RAM（数据存储器）；n4K字节ROM（程序存储器）；n2个16位定时器/计数器；n32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）；n1个全双工串行口；n5个中断源；16逻辑符号引脚分配17（1）电源线 5V供电VCC （40）5V GND （20） 地引脚分配P0（2）晶体振荡器信号输入输出XTAL1（18）晶体振荡器信号输入XTAL1（19）晶体振荡器信号输出（3）输入/输出线 P0.0P0.7 P0口P1.0

9、P1.7 P1口P2.0P2.7 P2口P3.0P3.7 P3口P1P2P318（4）控制信号线l ALE（30）地址锁存控制信号 （Address Latch Enable）， ALE用于将地址总线的低八位锁存。该信号频率为晶振频率 的1/6，可作为外部定时或时钟使用。引脚分配PSENl （29）外部程序存储器读选通信号（ Program Store Enable），该信号为低电平时，CPU从外部程序存储器单元读取指令。19l （31）内外程序存储器选择控制 （External Access Enable） 0，CPU对程序存储器的操作仅限于单片机外部程序存储器。 1， CPU对程序存储器的

10、操作从单片机内部程序存储器开始，并可延伸到单片机的外部程序存储器。EAEAEA（4）控制信号线（续）引脚分配lRESET（9） 复位信号。 RESET持续2个机器周期以上的高电平，单片机复位。20（5）部分引脚的第二功能(复用，同一个引脚被双重定义)第二功能RXD 串行输入T1 定时器1外部计数信号的输入端T0 定时器0外部计数信号的输入端INT1 外部中断1，输入TXD 串行输出INT0 外部中断0，输入WR 外部数据存储器写选通信号,输出端口引脚P3.0P3.2P3.1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RD 外部数据存储器读选通信号,输出21（5）部分引脚的第二功能 ALE/PROG

11、 还可作为片内程序存储器的编程脉冲输入信号 /VPP 还可作为编程电压引入端 （在单片机内部程序存储器写入程序期间，通过该引脚引入编程电压） RESET/VPD 还可作为备用电源引入端: 当电源电压下降到某个给定下限时，备用电源由该引脚向单片机芯片内部RAM供电，以保护内部RAM的内容不丢失。2.1.2 MCS-51单片机的引脚与功能EA22TMP1TMP2ALUPSW4K字节ROMACCSPB寄存器RAM地址寄存器地址译码器与128字节RAMP2口锁存器P2口驱动器P3口锁存器P3口驱动器P1口锁存器P1口驱动器P0口锁存器P0口驱动器程序地址寄存器PCPC加1寄存器缓冲器DPTRPCONS

12、CON TMOD TCONTH0TL0TH1TL1SBUFIEIP中断模块 串行口模块定时器/计数器模块指令寄存器定时与控制电路PSENALERESETEAXTAL1XTAL2OSCC1C2P2.0P2.7P0.0P0.7P3.0P3.7P1.0P1.7VccGND振荡器总线 数据存储器 程序存储器 特殊功能 寄存器 I/O口 I/O口 运算器 控制器内部结构图内部结构图2.1.3 MCS-51单片机的内部结构23（一） 中央处理器（CPU） CPU由运算器和控制器组成，它是单片机的核心，完成运算和控制操作。 2.1.3 MCS-51单片机的内部结构1. 运算器组成： 算术逻辑运算单元ALU，

13、算术累加器A，寄存器B，暂存器TMP1，暂存器TMP2，布尔累加器Cy等功能：进行移位、算术运算和逻辑运算；MCS-51运算器还包含有一个布尔（位）处理器,用来处理位操作。24 （1）累加器A（8位） 功能：暂存操作数及保存运算结果； A是MCS-51单片机中最繁忙的寄存器； （2）寄存器B（8位） 功能：协助A实现乘法、除法运算，其它情况下，可作为一个寄存器使用； （3 ）程序状态字寄存器PSW（8位） 功能：存放累加器A在运算过程标志位（P，OV，AC，Cy）的状态；指出CPU所使用的当前工作寄存器组。2.1.3 MCS-51单片机的内部结构25CyACF0RS0OVPRS1PSW.7PS

14、W.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=0。它也是布尔处理器的位累加器，可用于布尔操作。 AC(PSW.6)半进位/借位标志位。 若ACC在运算过程中，D3位向D4位发生了进位或借位，则AC=1,否则=0。机器在执行“DA A”指令时自动要判断这一位，我们可以暂时不关心它。 F0 (PSW.5) 用户标志位。PSW.6 PSW.52.1.3 MCS-51单片机内部结构PSW262.1.3 MCS-51单片机的内部结构PSW.7PSW.0 RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3)工作寄存器组选择位。RS1，RS0 = 0 1 则

15、选择了工作寄存器组 1 区R0R7分别代表08H 0FH单元。RS1，RS0 = 1 0 则选择了工作寄存器组 2 区 R0R7分别代表10H 17H单元。RS1，RS0 = 1 1 则选择了工作寄存器组 3 区R0R7分别代表18H 1FH单元。CyACF0RS0OVPRS1PSW.4 PSW.3RS1，RS0 = 0 0 则选择了工作寄存器组 0 区R0R7分别代表08H 0FH单元。PSW27CyACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0OV (PSW.2)溢出标志位。 OV=1时特指累加器在进行带符号数(-128+127)运算时出错（超出范围）；OV=0时未出错。PSW.1 未定义

16、。P (PSW.0)奇偶标志位。 P=1表示累加器中“1”的个数为奇数 P=0表示累加器中“1”的个数为偶数 CPU随时监视着ACC中的“1”的个数,并反映在PSW中PSW.2 PSW.12.1.3 MCS-51单片机的内部结构PSW28（4）布尔处理器Cy 实现各种位逻辑运算和传送；MCS-51具有一个位寻址空间。 （5） TMP1和TMP2为8位暂存寄存器 存放参与预算的操作数。2.1.3 MCS-51单片机的内部结构MCS-51仅能实现两个8位二进制数的算术逻辑运算！ 29 2. 控制器l组成： 定时与控制部件，复位电路，程序计数器（PC），指令寄存器、指令译码器，数据指针（DPTR），

17、堆栈指针（SP）等l作用：产生计算机所需的时序，控制程序自动执行（单片机指令执行过程，p23）。CPU程序存储器指令寄存器外外RAM,EPROM,外外I/O指令译码器控制单片机各部分的运行,产生ALE，PSEN，RD/WR2.1.3 MCS-51单片机的内部结构30l程序计数器PC（16位）程序计数器PC用来存放即要执行的指令地址，共16位，低8位经P0 口输出，高8位经P2口输出。CPU每取一次机器码，PC内容自动加一， CPU执行一条指令，PC内容自动增加该指令的长度。CPU复位后，PC内容为0000H，它标志着程序从头开始执行。 PC的内容变化决定程序的流向。l指令寄存器（8位） 指令寄

18、存器中存放将要执行的指令代码，通过指令译码器，将指令代码转化为电信号控制信号，如ALE等。 2.1.3 MCS-51单片机的内部结构312.1.3 MCS-51单片机的内部结构l数据指针DPTR（16位） 用于访问外部RAM或外部I/O口，提供十六位地址。也用于程序存储器的查表和程序散转指令，作为基地址寄存器，提供十六位基地址。l堆栈指针寄存器SP（8位） 用于管理堆栈，指出栈顶位置。 MCS-51单片机复位后, (SP)=07H 322.1.3 MCS-51单片机的内部结构（二）存储器 1.内部数据存储器内部数据存储器单片机的内部数据存储器由RAM地址寄存器、地址译码器以及128个单元的RA

19、M构成，用于存放可读写的数据。2. 内部程序存储器内部程序存储器 MCS-51系列单片机（8031除外）的内部程序存储器由程序地址寄存器、地址译码器以及4K（4096）个单元的ROM构成，用于存放程序的机器代码和常数。 3 . 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（Special Function Register，SFR） MCS-51系列单片机有21个可以寻址的特殊功能寄存器，包括单片机内的I/O口、串行口、定时/计数器、中断系统等相关的数据寄存器（或缓冲器）以及控制寄存器和状态寄存器，用于存放相应功能部件的控制命令、状态和数据。33 2.1.3 MCS-51单片机的内部结构（三）并行口（Par

20、allel Port） 有4个并行的I/O口：P0、P1、P2、P3，每根口线都可独立地用作输入或输出。（四）串行口（Serial Port） 有1个全双工的串行口，用于串行通信。串行口由发送缓冲器SBUF、接收缓冲器RBUF、移位寄存器和串行口控制逻辑等部分组成。（五） 定时/计数器（Timer/Counter） 有2个16位的定时/计数器T0和T1，T0由TH0和TL0构成，T1由TH1和TL1构成，定时/计数器方式寄存器TMOD选择定时/计数器的工作模式和方式，定时/计数器控制寄存器TCON控制T0和T1的启动和停止，同时反映T0和T1的溢出状态。（六）中断系统（Interrupt Sy

21、stem） 有5个中断源，分别为2个外部中断、2个定时/计数器溢出产生的中断、1个串行口接收/发送产生的中断，提供2个中断优先级。342.2 MCS51单片机的存储器 MCS-51单片机的程序存储器和数据存储器分开设置，地址空间相互独立。MCS51存储器地址空间可分为以下5类：（1）程序存储器，最大空间64K；（2）片内数据存储器，128个单元；（3）特殊功能寄存器，共21个；（4）位寻址空间，211位；（5）外部数据寄存器，最大空间64K。这些资源与单片机应用的关系密切，下面我们介绍上述5类存储空间的功能。 352.2.1 程序存储器程序存储器用来存放程序和常数，最大寻址空间64K单元。MC

22、S51系列产品按程序存储器配置类型分为3类：8051芯片含有4k个单元的ROM；8751芯片含有4k个单元的EPROM；8031中无程序存储器，需要扩展程序存储器。在实际应用中，用户既可使用芯片内部的程序存储器，也可以使用芯片外部的程序存储器，但最大空间为64k，程序存储器的地址空间构成与引脚的 接法有关。EA362.2.1 程序存储器（1）芯片内部含有程序存储器的单片机（ 8051/8751 ）当 =1（接高电平）时，8051/8751的程序存储器结构如图： EA00000FFF1000FFFF00010FFEFFFE 1001芯片内部的4K 芯片外部的60K程序存储器结构锁存器P0P2AL

23、EPSENEAVccR片外ROMDBOE AB8751/8051程序存储器连接电路372.2.1 程序存储器（1）芯片内部含有程序存储器的单片机（8051/8751）当 =0（接低电平）时，8051/8751的程序存储器结构如图： EA0000FFFFFFFE0001 芯片外部的64K程序存储器结构锁存器P0P2ALEPSENEAROMDBOE AB8751/8051程序存储器连接电路382.2.1 程序存储器（2）芯片内部不含有程序存储器的单片机（ 8031 ） 必须接地，8031的程序存储器结构如图： 0000FFFFFFFE0001 芯片外部的64K程序存储器结构 不论哪一种MCS-51

24、单片机，如果 接地，其内部的程序存储器将被CPU忽略。EAEA锁存器P0P2ALEPSENEAROMDBOE AB8751/8051程序存储器连接电路8031392.2.1 程序存储器在单片机的程序存储器中，有在单片机的程序存储器中，有5个特殊的单元地址被定义个特殊的单元地址被定义为中断入口地址，为中断入口地址，分别为：外部中断INT0入口地址0003H，外部中断INT1入口地址000BH，定时/计数器T0入口地址0013H，定时/计数器T1入口地址001BH，串行口中断入口地址0023H。0000000100020003000B0013001B0023复位INT0中断入口INT1中断入口T0

25、中断入口T1中断入口串行口中断入口中断入口地址映射 402.2.2 片内数据存储器MCS-51单片机的片内RAM按照功能可分为3个区域：001FH：32个单元为工作寄存器区202FH：16个单元为位寻址区307FH：80个单元为数据缓冲区000102031F202F7F数据缓冲区（80个单元）位寻址区工作寄存器区30 （16个单元）（32个单元）片内RAM分区示意图41（一）工作寄存器区（Register Bank）（00-1FH） 0001020304050607R0R1R2R3R4R5R6R7080F1017181FR0R7R0R7R0R7BANK0BANK1BANK2BANK3工作寄存器

26、组分区 工作寄存器区也称为通用寄存器区。工作寄存器区包含4个工作寄存器组，每个工作寄存器组中包含8个工作寄存器R0R7： BANK0（0007H） BANK1（080FH） BANK2（1017H） BANK3（181FH）2.2.2 片内数据存储器42 表2.1 工作寄存器组的工作寄存器R0R7与片内RAM单元的对应关系PSW.4(RS1)PSW.3(RS0)寄存器区R0R1R2R3R4R5R6R700BANK000H01H02H03H04H05H06H07H01BANK108H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH10BANK210H11H12H13H14H15H16H17H11BAN

27、K318H19H1AH1BH1CH1DH1EH1FH2.2.2 片内数据存储器程序状态字寄存器PSW432.2.2 片内数据存储器（二）位寻址区（Bit Addressable Area）（202FH） MCS-51单片机的片内RAM中， 202FH单元被开辟为位寻址区；这些单元的每一位都具有一个自己的位地址，共168128位。位寻址区位地址范围为007FH，CPU可以对每一位直接操作。 442.2.2 片内数据存储器单元地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D02C67666564636261602B5F5E5D5C5B5A59582A5756555453525150294F4E4

28、D4C4B4A4948284746454443424140273F3E3D3C3B3A3938263736353433323130252F2E2D2C2B2A2928242726252423222120231F1E1D1C1B1A1918221716151413121110210F0E0D0C0B0A09082D6F6E6D6C6B6A69682007060504030201002E77767574737271702F7F7E7D7C7B7A7978表2.2 位地址与单元的数位对应关系位地址45202F单元的位地址区的使用： （I）在片内RAM中只有202FH单元的位能够进行位操作，我们经常表

29、示为20H.0，它与位地址00H是等价的。 （II）位寻址区16个单元也可以按单元访问，所以，当位寻址区16个单元的128位未完全使用时，其剩余单元也可作为RAM单元使用。2.2.2 片内数据存储器46（三） 数据缓冲区（Data Buffer Area）（307FH）（1）数据缓冲区的作用：作为数据缓冲、数据暂存、堆栈区使用；这些单元只能按单元访问。（2）堆栈堆栈是为了保护CPU执行程序的现场，在存储器中开辟了一个“先进后出”（后进先出）的区域；堆栈的操作：入栈，出栈；操作规则：先进后出；堆栈由堆栈指针SP管理，它始终指向栈顶位置，一般情况下，将堆栈设在30H单元之后。程序设计时，堆栈区最好

30、设在片内RAM的末端，如 MOV SP, #60H, 以避免堆栈向上生成时覆盖所存储的数据。2.2.2 片内数据存储器472.2.3 特殊功能寄存器（SFR） 2.2.3 2.2.3 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR） MCS-51芯片内部有21个可寻址的SFR（具有地址），它们离散的分布在片内RAM 80HFFH范围内，并与内RAM统一编址。 MCS-51芯片内部还有1个不可寻址的SFR程序计数器PC。 对可寻址的SFR只能采用直接寻址方式，即按单元地址访问的模式。482.2.3 特殊功能寄存器MCS-51单片机SFR的使用：（1）对于SFR以单元形式访问时，只能采用直接寻址方式

31、。 如： MOV SBUF, A MOV 99H, A 二者是等价的。 （2）对于80FFH区间未定义的单元，用户不得使用。同 样，对于未定义位地址所对应的位操作也是无效的。 （3）在编程时，最好不要采用SFR作为中间寄存器暂存中间结果。因为复位时，多数SFR被清0.492.2.3 特殊功能寄存器SFR符号符号SFR名称名称SFR对应单元对应单元ACC累加器E0HBB寄存器F0HPSW程序状态字寄存器D0HDPTR数据指针83H /82HSP堆栈指针81HP0P0口80HP1P1口90HP2P2口A0HP3P3口B0HIP中断优先级B8HIE中断允许控制A8HSFR符号符号SFR名称名称SFR

32、对应单元对应单元TMODTimer工作方式89HTCONTimer控制寄存器88HTH0T0计数寄存器(H)8CHTL0T0计数寄存器(L)8AHTH1T1计数寄存器(H)8DHTL1T0计数寄存器(L)8BHSCON串行口控制寄存器98HSBUF串行口缓冲器99HPCON电源控制寄存器87H 可寻址的SFR中部分SFR （单元地址能够被8整除）具有位寻址功能。502.2.3 特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）的位地址空间：凡是SFR的地址能被8整除的SFR（单元地址的末位是0或8）都具有位寻址功能，MCS-51单片机共有11个SFR具有位寻址功能，这些寄存器（单元）的每一位都有一个位地址

33、。位地址空间：80FFH。特殊功能寄存器（SFR）的位地址空间的特点：（1）一个具有位寻址功能的SFR，它所有位的位地址是以对应的单元地址为起始位地址而编排的。（2）由SFR构成的位寻址区地址是不连续的。512.2.3 特殊功能寄存器 SFR位寻址空间地址映射（p31）SFR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0ACCE7E6E5E4E3E2E1E0BF7F6F5F4F3F2F1F0单元地址PSWD7D6D5D4D3D2D1D0IPBFBEBDBCBBBAB9B8B8P3B7B6B5B4B3B2B1B0B0IEAFAEADACABAAA9A8A8P2A7A6A5A4A3A2A1A0A

34、0SCON9F9E9D9C9B9A999898P19796959493929190TCON8F8E8D8C8B8A8988P08786858483828180908880D0E0F0CyACF0RS1RS0OVPPSPT1PX1PT0PX0P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0EAESET1EX1ET0EX0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRITF1TR1TF0TR0IE1IT1IT0IE0522.2.4 MCS-51单片机的位寻址空间 MCS-51单片机的位寻址空间由两部分组成，位地址范围为00

35、 FFH。MCS-51位寻址空间片内RAM位寻址区的20-2FH单元的128位，占用位地址范围：007FH；地址能被8整除的SFR具有位寻址功能，占用位地址范围：80FFH，共83位。532.2.5 外部数据存储器 MCS51系列单片机的外部数据存储器是一个独立的物理空间，外部数据存储器和外部I/O口共同占用这个空间，最大可以扩展到64k，地址范围为：0000HFFFFH。 外部数据存储器一般由静态RAM构成，简称外部RAM。锁存器P0P2ALEEARAM或I/O口DBOE AB8751/8051RDWEWRVccP3.6P3.7（1）外部RAM和外部I/O口与单片机的连接 外部RAM和外部I

36、/O口结构映射54一、单片机I/O的作用单片机芯片上的输入输出口有4个，P0，P1，P2和P3。它们的作用与单片机是否扩展有较大关系： （1）8051/8751不进行存储器和I/O口扩展时 P0：I/O口；作为通用的I/O口 P1：I/O口；作为通用的I/O口P2：I/O口；作为通用的I/O口 P3：I/O口，也可以作为第二功能使用；当P3口某些引脚作为第二功能使用时，不可再作为I/O口线使用。如 P3.0和P3.1作为RXD和TXD时，不可再作为I/O口线使用。2.3 MCS-51单片机的I/O口 55（2） 8031及8051/8751进行存储器和I/O口扩展时 P0：低八位地址总线/数据

37、总线 P2：高八位地址总线，用于访问外部ROM、外部RAM和外部I/O口 P1：I/O口；作为通用的I/O口 P3：I/O口或第二功能，当P3口某些引脚作为第二功能使用时，不可再作为I/O口线使用。2.3 MCS-51单片机的I/O口 56（一）P0.0P0.7：双向I/O （内置场效应管上拉） 访问外部程序存储器时分时作为低8位地址输出和双向8位数据复用口；不接外部程序存储器时可作为8位双向I/O口使用，此时，引脚应接外部上拉电阻。引脚P0.X21DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据 控制34Vcc2.3 MCS-51单片机的I/O口二、单片机I/O的工作原理图2.14 P0

38、口某位的逻辑结构三态缓冲器输出驱动电路：FET场效应管V1、V2多路转换开关MUX与门非门锁存器572.3 MCS-51单片机的I/O口21DQCK/Q读引脚 =0读锁存器=0写锁存器内部总线地址地址/数据数据 控制控制引脚P0.X34控制=0 时，此脚作输出口（外接上拉电阻）00100截止截止（导通）=0Vcc （1）P0.0P0.7作为输出口，引脚应外接上拉电阻。VccR(外接)输出=1582.3 MCS-51单片机的I/O口21DQCK/Q读引脚 =1读锁存器=0写锁存器内部总线地址/数据 控制引脚P0.X34控制=0 时，此脚作输入口（事先必须对锁存器写入“1”）00100截止截止=0

39、Vcc（2）P0.0P0.7做输入口，事先必须对锁存器写入1，然后再读引脚的状态（p35）。5921DQCK/Q读引脚 =0读锁存器=0写锁存器内部总线地址/数据 控制=1引脚P0.X34控制=1时，此脚作地址/数据复用口：（1）输出地址/数据 =0 时1011=0导通截止=0Vcc（3）P0.0P0.7作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口【 输出0】2.3 MCS-51单片机的I/O口602.3 MCS-51单片机的I/O口（4）P0.0P0.7作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口【输出1】21DQCK/Q读引脚 =0读锁存器=0写锁存器内部总线引脚P0.X34控制=1时，此脚作地址

40、/数据复用口：（2）输出地址/数据 =1 时1100=1截止导通=1地址/数据 控制=1VccVcc612.3 MCS-51单片机的I/O口 （二） P1.0P1.7: 准双向I/O口（内置了上拉电阻）21DQCK/Q读引脚=0读锁存器=0写锁存器内部总线Vcc引脚P1.X内部上拉电阻三态缓冲器锁存器场效应管V622.3 MCS-51单片机的I/O口21DQCK/Q读引脚=0读锁存器=0写锁存器内部总线Vcc引脚P1.X内部上拉电阻输出数据 = 0 时Dx=001=0导通 （1）P1.0P1.7作为输出口【输出0】632.3 MCS-51单片机的I/O口 （2）P1.0P1.7作为输出口【输出

41、1】21DQCK/Q读引脚=0读锁存器=0写锁存器内部总线Vcc引脚P1.X内部上拉电阻输出数据 = 1 时Dx=110截止=1642.3 MCS-51单片机的I/O口21DQCK/Q读引脚 =1读锁存器=0写锁存器内部总线Vcc引脚P1.X内部上拉电阻当作为输入数据时，要先向锁存器写入“1”110截止 （3）P1.0P1.7作为输入口652.3 MCS-51单片机的I/O口 （三）P2.0P2.7: 准双向I/O （内置了上拉电阻） 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。21DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址高8位 控制引脚 P2.X3

42、内部上拉电阻Vcc图2.17 P2口某位的逻辑结构多路转换开关MUX反相器662.3 MCS-51单片机的I/O口21DQCK/Q读引脚 =0读锁存器=0写锁存器内部总线地址高8位 控制=1 引脚P2.X01导通3内部上拉电阻0=0=0控制=1时，此脚作高8位地址A8A15输出口：输出=0（1）P2.0P2.7作为高八位地址总线【输出地址】。Vcc672.3 MCS-51单片机的I/O口（2）P2.0P2.7作为8位准双向I/O口使用【输出】。21DQCK/Q读引脚 =1读锁存器=0写锁存器内部总线地址高8位 控制 引脚P2.X控制=0时，此脚作通用输出口： 输出=1110截止3内部上拉电阻1

43、1Vcc=1=0682.3 MCS-51单片机的I/O口21DQCK/Q读引脚 =1读锁存器=0写锁存器内部总线地址高8位 控制 引脚P2.X控制=0时，先向锁存器写入 “1”，此脚作通用输入口10截止3内部上拉电阻11Vcc=0（3）P2.0P2.7作为8位准双向I/O口使用【输入】。692.3 MCS-51单片机的I/O口 （四）P3.0P3.7: 双功能口（内置了上拉电阻） 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。21DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线第二输出功能引脚 P3.X3内部上拉电阻Vcc第二输入功能4图2.18 P3口某位电路的逻辑结构

44、与门702.3 MCS-51单片机的I/O口 （1）P3.0P3.7作为通用I/O口【输出】。21DQCK/Q读引脚 = 0读锁存器=0写锁存器内部总线引脚 P3.X3内部上拉电阻Vcc 第二功能输入4输出=1的操作1110截止1第二功能输出此端自动1输出1712.3 MCS-51单片机的I/O口 （2）P3.0P3.7作为通用I/O口【输入】。21DQCK/Q读引脚=1读锁存器=0写锁存器内部总线引脚 P3.X3内部上拉电阻Vcc 第二功能输入4先向锁存器写入“1”，使引脚P3.X处于高阻输入状态，再读引脚1110截止第二功能输出此端自动1722.3 MCS-51单片机的I/O口 （3）P3

45、.0P3.7作为第二功能【输出RD/RW/TXD】。21DQCK/Q读引脚读锁存器=0写锁存器内部总线第二输出功能（WR，TxD）引脚 P3.X3内部上拉电阻Vcc4第二功能输出时，内部自动置Q=1, D=1111反相器732.3 MCS-51单片机的I/O口21DQCK/Q读引脚=0读锁存器=0写锁存器内部总线第二输出功能此端自动1引脚 P3.X3内部上拉电阻Vcc 第二输入功能（RxD/T0/T1/INT0/INT1）4第二功能输入时，信号经缓冲器4 直接进入内总线1110截止 （4）P3.0P3.7作为第二功能【输入RXD/T0/INT0】。742.3 MCS-51单片机的I/O口21D

46、QCK/Q读引脚 =0读锁存器1写锁存器内部总线Vcc引脚P1.X内部上拉电阻 （五）读单片机I/O口锁存器（以P1口为例）75（1）驱动能力： P0：双向，8个TTL(肖特基双极晶体管)负载 P1、 P2和 P3：准双向，4个TTL （2）作为输入口使用，必须先写 “1”，再读引脚状态。 （3）由于P0口为内置场效应管上拉，作为输出口时，上拉的场效应截止，输出引脚与电源Vcc之间呈现开路状态，因此，为了保证输出口能够输出标准的高低电平，其输出引脚应接上拉电阻。2.3 MCS-51单片机的I/O口三、单片机I/O的负载能力和接口要求762.4 MCS-51单片机的时钟电路与时序 2.4.1 M

47、CS-51单片机的时钟电路 时钟电路用来产生CPU工作所需的时钟控制信号。时钟的频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量直接影响单片机系统的稳定性。 时钟电路的设计形式：内部方式和外部方式（一）内部方式： 原理：借助于单片机内部电路（反相放大器）外接晶体振荡器和微调电容构成自激振荡器，提供时钟信号。 OSC：1.2M12MHz C1、C2：530pF 内部方式内部方式XTAL2XTAL18051C1C2OSC772.4.1 MCS-51单片机的时钟电路XTAL1XTAL2外部振荡源外部方式外部方式8051VCCR（二）外部方式 直接使用外部振荡脉冲信号。（常用于多CPU系统，以保持各个CPU同

48、步工作）外部振荡脉冲信号为满足一定的幅宽的方波，频率不大于12MHz。78 在计算机中，一条指令可分解为若干个基本的微操作，这些微操作所对应的脉冲信号在时间上有严格的先后次序，即为计算机的时序。 （一）机器周期与指令周期 与时序有关的定时单位：时钟周期、机器周期、指令周期。 时钟周期（T）与晶体振荡器（晶振）的振荡周期（Tosc）的关系为2.4.2 MCS-51单片机的时序oscfToscT22 机器周期（TM） : CPU完成一个基本操作所用的时间。 MCS-51单片机的1个机器周期包含12个振荡周期（即，6个时钟周期）：oscfToscT1212M指令周期（TI）：执行一条指令所用的时间；

49、 MCS-51单片机：1TI = 1 4 TM792.4.2 MCS-51单片机的时序MCS-51单片机的机器周期(TM)状态P1相P2相TMTM802.4.2 MCS-51单片机的时序（二） 典型指令的时序（p41） （1）单字节单周期指令04XXXXXXXXXXXXXX程序存储器2000H2002H2003H2004H2005H2006H2007H2001HINC A 的机器码P1相P2相读机器码读下一个机器码,丢弃CPU执行指令：执行指令：I NC A该指令对应的指令代码为该指令对应的指令代码为04，该指令代码存储在存储器，该指令代码存储在存储器2000H单元中单元中(PC)加加1(PC)不加不加1地址锁存信号，用来锁存低8位的地址信号，该信号在每个机器周期中2次有效。S1P2S2P1S6P2结束指令操作81 （2）双字节单周期指令2.4.2 MCS-51单片机的时序2450XXXXXXXXXXXX程序存储器2000