单片机基础知识及最小系统

1、总线总线（Bus）:就是将多个装置或部件连接起来并传送信息的公共通道。总线实际上是一组传输信号的线路。系统总线系统总线: :一般分为三种类型，即地址总线、数据总线和控制总线，有时也称为三大总线。（1）地址总线地址总线(Address Bus(Address Bus简称简称AB)AB) 传输CPU发出的地址信息，选择需要访问的存贮单元和IO接口电路。 地址总线是单向的地址总线是单向的，只能由CPU向外传送地址信息。（2）数据总线数据总线(Data Bus(Data Bus简称简称DB)DB) 用来在微处理器和存贮器以及输入输出（I/O）接口之间传送数据，如从存贮器中取数据到CPU，把运算结果从C

2、PU送到外部输出设备等。 数据数据总线是双向的总线是双向的，即数据可从CPU传出，也可以从外部送入CPU。（3）控制总线控制总线(Control Bus(Control Bus简称简称CB)CB) 可以是CPU的控制信号或状态信号送往外界，也可以是外部设备的请求信号或联络信号输入到CPU。对于每一条具体的控制线，信号的传送方向则是固定的，个别信号线还兼有双向功能。 系统总线系统总线是传送信息的通道，非常繁忙。其使用特点如下： 在某一时刻，只能由一个总线主控设备控制总线，其它总线主控设备必须放弃总线的控制权。 在连接系统总线的各个设备中，同时只能有一个发送者向总线发送信号，但可以从总线上同时获取

3、信号。 存储器（Memory） 存储器就是存放程序和数据的部件。有了存储器，计算机才能进行程序的运行和数据的处理。 微机上的存储器分为“主存”和“辅存”两类，当前它们主要由半导体存储器和磁盘、光盘存储器等分别构成。 比较比较： （1）半导体存储器造价高、速度快、但容量小，主要用来存放当前正在运行的程序和正在待处理的数据；磁盘、光盘造价低、容量大、信息可长期保存，但速度慢，主要用来存放暂不运行的程序和暂不处理的数据。 （2）半导体存储器被安排在机内的电路板上，CPU可以通过总线直接存取，因而也称“内存”； 磁盘、光盘被安装在主机箱内或主机箱外，CPU通过I/O接口进行存取，所以也称“外存”。 半

4、导体存储器分为“只读存储器”ROM （Read Only Memory）和“随机存取存储器”RAM（Random Access Memory）。 ROM只允许只读操作，即在正常工作时只能读取其中的信息；RAM可进行读写操作，除读出外也可写入，所以又称为“读写存储器”。 一般的RAM在断电后原存放信息将会丢失，而ROM中的信息可在断电后长期保存。 I/O设备:是指微机上配备的输入输出设备，也称外部设备或外围设备（简称外设），其功能是为微机提供具体的输入输出手段。 微机配置的常见I/O设备： 键盘、显示器、鼠标器、打印机、绘图仪、扫描仪磁盘驱动器等。 I/O接口：匹配外设与CPU的工作速度、完成信

5、号变换、数据缓冲和CPU联络等工作。 在微机系统中，较复杂的I/O接口电路一般都被做在电路插板上，这种电路插板又被称为“卡”（Card），只要将它们插入总线插槽(I/O通道)就等于将它们连到了系统总线。单片机的硬件结构单片机的内部结构单片机存储器组织片外总线和复位单片机的基本I/O端口单片机的内部结构单片机的基本组成震荡器和时序OSC程序存储器 4KB ROM数据存储器 128B RAM 2x16位 定时/计数器64KB总线扩展控制器I/O接口全双工串行口8051CPU外部时钟源外部事件计数外中断内中断控制并行口串行通信单片机基本特征8 位的 CPU， 片内有振荡器和时钟电路片内有 128/2

6、56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个 特殊功能寄存器（SFR）4个8位 的并行I/O口（P0-P3）1个 全双工串行口（SIO/UART）2个16位 定时器/计数器（TIMER/COUNTER）可处理 5个中断源，两级中断优先级内置1个布尔处理器和1个布尔累加器单片机CPU结构CPU是单片机的核心，是计算机的控制和指挥中心，80C51内部CPU是一个字长为8位二进制的中央处理单元，即它对数据的处理是按字节为单位进行的。80C51内部CPU是由运算器（ALU）、布尔处理器和控制器

7、（定时控制部件等）两部分电路组成。（1）运算器（ALU）ALU可以对4位、8位、16位数据进行算术运算和逻辑运算，并能完成数据传送、移位、判断和程序转移等操作。（2）控制器控制器是用来控制计算机工作的部件。它包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、堆栈指示器SP、数据指针DPTR、时钟发生器和定时控制逻辑等。80C51的时钟与时序单片机的工作工程是：取指令、译码、执行指令，一步步地完成各种指令规定的功能。各指令的操作顺序在时间上有严格的次序，这种操作的时间顺序称为时序。单片机的时钟信号用来为单片机芯片内部各种操作提供时间基准。 80C51单片机指令的取指和执行的时序ALE时钟S1S

8、4S6S5S3S2读操作码读操作码(无效)(a) 1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S1S4S6S5S3S280C51存储器组织数据存储器RAM（Random Access Memory）程序存储器ROM（Read Only Memory）闪速存储器Flash MemoryEPROMErasable Programmable ROMEEPROM/E2PROMElectrical Erasable Programmable ROM按字节寻址：每个字

9、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8051存储器空间配置如图所示（1）程序存储器地址空间8031内部没有片内ROM存储器，8051/8751有4KB片内ROM/EPROM存储器，地址范围为0000HFFFFH。无论8031还是8051/8751，都可外接外部ROM。但片内外之和不能超过64KB。EA接+5V高电平，则机器使用片内4KB ROM； 若EA接地，则机器自动使用片外ROM。（2）数据存储器地址空间 80C51的RAM存储器有片内和片外之分：片内RAM 128字节（00H7FH）片外RAM共有64K字节（0000HFFFFH）80C51 RAM的实际存储容量

10、是超过64KB的，片内、外的0000H00FFH是重叠的。80C51单片机的片外总线与复位I/O引脚（48=32条）8051共有四个并行端口，每个端口有8条引脚线，用于传送数据、地址。 P0.0P0.7:8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) P1.0P1.7: 通用I/O口（准双向口） P2.0P2.7: 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） P3.0P3.7: 具有特定的第二功能（准双向口）注意：在不外扩ROM/RAM时，P0P3均可作通用I/O口使用，而且都是准双向I/O口！80C51双列直插式封装和引脚分配80C51单片机40脚V

11、cc, GND 2XTAL1, XTAL2 2RST/Vp 1EA/Vpp 1ALE/PROG 1PSEN 1P0.0P0.7 8 P1.0P1.7 8 P2.0P2.7 8 P3.0P3.7 8返回控制引脚（4条）ALE/PROG: 地址锁存允许控制端。 EA/Vpp: 寻址外部ROM控制端。低有效片内有ROM时 应当接高电平。PSEN：选通外部ROM的读(OE)控制端。 低电平有效RESET: 复位端 正脉冲有效（宽度8 mS）时钟引脚（2条）XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端电源引脚（2条）Vcc, VSS: 电源端80C51单片机的引脚（电源、晶振端）VCC, VSS

12、: 正电源端与接地端（+5V/3.3V/2.7V)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。XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入/输出端80C51单片机的时序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：1个振荡周期 = 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 8

13、0C51单片机的周期示例 以AT89S52为例：12MHz 的晶振振荡周期/时钟周期：1/12MHz=1/12uS=0.0833uS状态周期：1/6uS=1.167uS机器周期：1uS指令周期: 14uS80C51单片机的引脚（复位端）VCC；VSS : 电源端 （+5V；地线)XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端RST/VPD: 复位端（高电平有效，宽度两个机器周期）复位是使单片机的CPU或系统中的其它部件处于某一确定的初始状态，并从这一状态开始工作。当在8051的RST引脚输入高电平并保持2个机器周期，单片机就执行复位操作。80C51单片机的引脚（EA端）VCC VSS :

14、 电源端 （+5V；地线)XTAL1 XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端RST/VPD: 复位端（高电平有效，宽度两个机器周期）EA/Vpp: 寻址外部ROM控制端/编程电源输入端。片内无ROM时必须接地;片内有ROM时应当接高电平;对片内ROM编程时编程正电源加到此端。80C51单片机的引脚（ALE端）VCC VSS : 电源端 （+5V；地线)XTAL1 XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端RST/VPD: 复位端（高电平有效，宽度两个机器周期）EA/Vpp: 寻址外部ROM控制端/编程电源输入端。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

15、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。 一般情况下，微机的CPU的外部都有单独的地址总线、数据总线和控制总线。而单片机由于引脚数量的限制，数据线和地址线是复用的，并与I/O口线兼用。8051的40条引脚，除电源、晶振接入和通用I/O端口外，其余引脚都是为系统扩展而设置的。地 址锁存器地址线数据线控制线P2P0PSENALERDWR8051片外总线配置图地址总线P2口提供高8位地址A8 - A15，P0口经地址锁存器提供低8位地址A7 -A0 。共16位地址，外部寻址空间为64K。数据总线P0口提供数据总线D7 -D0 。P0口是

16、分时复用线，它既输送低8位地址信息（经地址锁存器锁存），又要传送数据信息。控制总线主要由ALE、PSEN、WR、RD组成，其中WR、RD是P3口的第二功能。 I/O端口又称为I/O接口，也叫I/O通道或通路。I/O端口是80C51单片机对外部实现控制和信息交换的必经之路，用于信息的传送。 I/O端口有并行和串行之分，串行I/O端口一次只能传送一位二进制信息，并行I/O端口一次可传送一组二进制信息。 8051有4个8位并行I/O端口，称为P0、P1、P2和P3，每个端口有8条I/O线。 每个端口内部都有一个8位数据输出锁存器和一个8位数据输入缓冲器，作输出时数据可以锁存，作输入时数据可以缓冲。 下面分别对各端口结构加以说明。I/O端口结构（P0口）P0.0P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉） 寻址外部程序存储器时分时作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。P1.0P1.7: 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”。读锁存器读锁存器I/O端口结构（P2口）P2.0P2.7: 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。I/O端口结构（P3口）P3.