单片机第二讲课件

1、西京学院工程技术系电子信息教研室单片机原理与应用课程单片机原理与应用1第2章 单片机原理及应用 2.1 单片机分类及内部组成 1.51系列单片机的分类51系列单片机有一下两种分类方法： （1）按芯片的半导体制造工艺划分，可以分为HMOS工艺性单片机和CHMOS工艺性单片机两种。HMOS工艺性单片机包括8051、8751、8052、8032；CHMOS工艺性单片机80C51、83C51、87C51、80C31、80C32和80C52。这两类器件在功能上是完全兼容的，但采用CHMOS工艺制造的芯片具有低功耗的特点，它所消耗的电流比HMOS器件消耗的电流小的多。另2第2章 单片机原理及应用外，CHM

2、OS器件比HMOS器件多了两种节电的工作方式（掉电方式和待机方式），常用于构成低功耗的应用系统。按片内不同容量的存储器配置划分，可以分为51子系列和52子系列单片机。51子系列单片机最后一位数字以“1”作为标志，片内带有4KB ROM/EPROM、128B RAM、两个16位定时器/计数器和5个中断源等；52子系列单片机最后一位数字以“2”作为标志，片内带有8KB ROM/EPROM、256B RAM、3个16位定时器/计数器和6个中断源等。3第2章 单片机原理及应用外，CHMOS器件比HMOS器件多了两种节电的工作方式（掉电方式和待机方式），常用于构成低功耗的应用系统。（2）按片内不同容量的

3、存储器配置划分，可以分为51子系列和52子系列单片机。51子系列单片机最后一位数字以“1”作为标志，片内带有4KB ROM/EPROM、128B RAM、两个16位定时器/计数器和5个中断源等；52子系列单片机最后一位数字以“2”作为标志，片内带有8KB ROM/EPROM、256B RAM、3个16位定时器/计数器和6个中断源等。4第2章 单片机原理及应用2. 51单片机的兼容性MCS-51系列单片机以优异的性价比使它从面世以来就获得了广大用户的认可，Intel公司把这种单片机的内核，即8051内核，以出售或互换专利的方式授权给一些公司，如Atmel、Philips等。这些公司在保持与805

4、1单片机兼容的基础上，改造了8051单片机的许多性能。例如，80C51单片机就是在8051的基础上发展起来的更低功耗的单片机，两者外形完全相同，其指令系统、引脚信号、总线等也都完全相同,其指令系统、引脚信号、总线等也都完全一致。也就是说，5第2章 单片机原理及应用7第2章 单片机原理及应用MCS-51的内部结构如图1.3所示。下面介绍各个组成部分的基本功能。8第2章 单片机原理及应用常所说的内部数据存储器是指前128个单元，简称内部RAM。（3）内部程序存储器（4K ROM）MCS-51共有4KB 的掩膜ROM，用于存放程序或原始数据,因此成为程序存储器，简称内部ROM。（4）定时/计数器MC

5、S-51共有两个16位定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以定时或计数结果对计算机进行控制。（5）可编程I/O口MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），通过10第2章 单片机原理及应用编写程序可以实现数据的并行输入/输出，从而实现接收外部信号或输出控制信号。（6）串行接口MCS-51单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可以作为全双工异步通信收发器使用，也可以作为同步移位器使用。（7）中断控制系统 当CPU执行正常的程序时，如果收到一个中断请求（如11第2章 单片机原理及应用定时时间到，需要鸣笛报警），中断控制系统马上

6、会让CPU停止正在执行的程序，转而去执行程序存储器ROM中特定的某段程序，执行完成该段程序后再继续执行先前中断的程序。MCS-51单片机共有5个中断源，即两个外中断源、两个定时/计数中断源和一个串行中断源。（8）时钟电路 时钟电路产生时钟信号送给单片机内部各电路，以控制这些电路，使它们有节拍地工作。时钟信号频率越高，内部电路工作速度越快。12第2章 单片机原理及应用14第2章 单片机原理及应用2.工作过程下面以上图抢答器的单片机控制电路为例，介绍单片机应用系统的工作过程。当按下抢答键S后，按钮接地，发光二极管VD1亮。同时,单片机输入低电平，经单片机内部的数据传输后，马上输出控制信号（这里为低

7、电平），该信号经过R2送到驱动三极管的基极，三极管导通，有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器发声。一旦松开抢答键，单片机输入信号为高电平，经过内部数据传输，马上输出高电平，三极管截止，蜂鸣器停止发声。15第2章 单片机原理及应用2.3 单片机I/O口的使用实例4：用单片机控制一个灯闪烁 本实例通用单片机控制一个灯（发光二极管）闪烁的实例来介绍单片机的工作频率电路图如下图所示。 （1）实现方法 P1.0输出低电平，使VD1正向偏置，就会点亮发光二极管LED；P1.0输出高电平时，LED就熄灭。如果P1.0输出电平在高低电平之间不停转换，则LED会产生闪烁。也就是说先点亮LED一段时间之后，再熄灭LED等，再

8、延时一段时间后点亮LED等，如此反复。17第2章 单片机原理及应用18第2章 单片机原理及应用 （2）程序设计 19第2章 单片机原理及应用 （3）软件仿真 启动软件仿真后，将示波器输入端A连接在P1.0引脚上，观察输出电平的变化。 为了研究单片机工作频率对闪烁速度的影响，将单片机的晶振改为“2MHz”后启动仿真，可以看到闪烁频率变慢。 （4）延时程序分析 为什么单片机时钟频率（工作频率）的改变会引起灯闪烁速度的变化？弄清楚这个问题很重要。 单片机需要一个时钟信号送给内部各电路，才能使它们20第2章 单片机原理及应用有节奏的工作。时钟信号的21第2章 单片机原理及应用2.3 单片机I/O口的使

9、用实例5：将P1口状态送入P0、P2和P3口 本实例通过一个将P1口状态送入P0、P2和P3口的实例，介绍单片机的输入/输出的基本结构和使用方法。本例采用的电路原理图如图3.1所示.要求当按下按键S时，发光二极管VD0VD3均被点亮；松开按键S时，VD0VD3均被熄灭。 （1）实现方法 利用单片机工作速度快的特点，通过编程设置一个无限循环，让单片机不停地把P1口的电平状态送到P0、P2和P3口。在按下按键S时，P1.7引脚的灯被点亮的瞬间，P0.7引脚、P2.7引脚和P3.7引脚的三个灯也接着被点亮。22第2章 单片机原理及应用 （2）程序设计 24第2章 单片机原理及应用 （3）实例演示 实

10、例1表明，单片机的P0口、P1口、P2口和P3口具有输入/输出（I/O）功能。虽然P1.7引脚电平在编程时被置为高电平（P1=0 xff），但是当按下按键S时，该引脚接地，电平也被强制变为低电平。此时，低电平“0”通过P1.7引脚被输入到单片机，可见P1口具有输入功能。在按下按键S时，不仅 P1.7引脚LED点亮，而且P0.7引脚LED也被点亮，这表明P1口的状态被送到了P0口，所以P1口还具有输出功能。同样的,P0、P2和P3口也有类似的输入/输出功能。251、P0口作为普通I/O口输出时CPU发出控制电平“0”封锁“与”门，将输出上拉场效应管T1截止，同时使多路开关MUX把锁存器与输出D

11、QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚27驱动场效应管T2栅极接通。故内部总线与P0口同相。由于输出驱动级是漏极开路电路，若驱动NMOS或其它拉流负载时，需要外接上拉电阻。P0的输出级可驱动8个LSTTL负载。D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚28 输入时-分读引脚或读锁存器读引脚：由传送指令(MOV)实现； 下面一个缓冲器用于读端口引脚数据，当执行一条由端口输入的指令时，读脉冲把该三态缓冲器打开，这样端口引脚上的数据经过缓冲器读入到内部总线。D QCLK QMUXP0.n读

12、锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚29D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚 输入时-分读引脚或读锁存器读锁存器：有些指令 如：ANL P0，A称为“读-改-写” 指令，需要读锁存器。 上面一个缓冲器用于读端口锁存器数据。30*原因：如果此时该端口的负载恰是一个晶体管基极，且原端口输出值为1，那么导通了的PN结会把端口引脚高电平拉低；若此时直接读端口引脚信号，将会把原输出的“1”电平误读为“0”电平。现采用读输出锁存器代替读引脚，图中，上面的三态缓冲器就为读锁存器Q端信号而设，读输出锁存器可避免上述可能

13、发生的错误。*D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚31P0口必须接上拉电阻；在读信号之前数据之前，先要向相应的锁存器做写1操作的I/O口称为准双向口；三态输入缓冲器的作用：（ANL P0，A）32D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚准双向口： 从图中可以看出，在读入端口数据时，由于输出驱动FET并接在引脚上，如果T2导通，就会将输入的高电平拉成低电平，产生误读。所以在端口进行输入操作前，应先向端口锁存器写“1”，使T2截止，引脚处于悬浮状态，变为高阻抗输入。这就是所谓的准

14、双向口。 33D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚准双向口： 从图中可以看出，在读入端口数据时，由于输出驱动FET并接在引脚上，如果T2导通，就会将输入的高电平拉成低电平，产生误读。所以在端口进行输入操作前，应先向端口锁存器写“1”，使T2截止，引脚处于悬浮状态，变为高阻抗输入。这就是所谓的准双向口。 34 CPU发出控制电平“1”，打开“与”门，又使多路开关MUX把CPU的地址/数据总线与T2栅极反相接通，输出地址或数据。由图上可以看出，上下两个FET处于反相，构成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增强。D QCLK QMUXP0

15、.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚2、P0作为地址/数据总线35 P0引脚输出地址/输入数据 输入信号是从引脚通过输入缓冲器进入内部总线。 此时，CPU自动使MUX向下，并向P0口写“1”，“读引脚”控制信号有效，下面的缓冲器打开，外部数据读入内部总线。2、P0作为地址/数据总线-真正的双向口D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚36二、P2的内部结构1.P2口作为普通I/O口D QCLK QMUXP2.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址控制VCCRTP2口引脚CPU发出控制电平“0” ，使多路

16、开关MUX倒向锁存器输出Q端，构成一个准双向口。其功能与P1相同。37 2.P2口作为地址总线 在系统扩展片外程序存储器扩展数据存储器且容量超过256B (用MOVX DPTR指令)时，CPU发出控制电平“1”，使多路开关MUX倒内部地址线。此时，P2输出高8位地址。D QCLK QMUXP2.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址控制VCCRTP2口引脚38三、P1口、P3口的内部结构 P1口的一位的结构 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组成-准双向口。D QCLK QP1.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚VCCRTP1口引脚39P3的内部结构D QCLK QP3.n读锁存

17、器内部总线写锁存器读引脚VCCRTP3口引脚第二输入功能第二输出功能作为通用I/O口与P1口类似-准双向口(W=1)W40P3的内部结构D QCLK QP3.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚VCCRTP3口引脚第二输入功能第二输出功能P3第二功能(Q=1)此时引脚部分输入(Q=1、W=1) ,部分输出(Q=1、W输出) 。W41P3第二功能各引脚功能定义：P3.0：RXD串行口输入P3.1：TXD串行口输出P3.2：INT0外部中断0输入P3.3：INT1外部中断1输入P3.4：T0定时器0外部输入P3.5：T1定时器1外部输入P3.6：WR外部写控制P3.7：RD外部读控制42综上所述：当P

18、0作为I/O口使用时，特别是作为输出时，输出级属于开漏电路，必须外接上拉电阻才会有高电平输出；如果作为输入，必须先向相应的锁存器写“1”，才不会影响输入电平。当CPU内部控制信号为“1”时，P0口作为地址/数据总线使用，这时，P0口就无法再作为I/O口使用了。43P1、P2 和P3 口为准双向口, 在内部差别不大, 但使用功能有所不同。 P1口是用户专用 8 位准双向I/O口, 具有通用输入/输出功能, 每一位都能独立地设定为输入或输出。当有输出方式变为输入方式时, 该位的锁存器必须写入“1”, 然后才能进入输入操作。 P2口是 8 位准双向I/O口。外接I/O设备时, 可作为扩展系统的地址总

19、线, 输出高8位地址, 与P0 口一起组成 16 位地址总线。 对于 8031 而言, P2 口一般只作为地址总线使用, 而不作为I/O线直接与外部设备相连。 44实例2：使用P3口流水点亮8位LED 本实例通过使用P3口控制其外接8位LED流水点亮，来介绍单片机I/O使用方法。本例采用的电路图如图3.2所示。 1.实现方法 通过循环执行以下操作来实现流水点亮8位LED。 （1）先点亮P3.0引脚LED,利用延时程序延时一段时间。 （2）接着点亮P3.1引脚LED,利用延时程序延时一段时间。 依照同样的方法点亮其他引脚的LED。452 程序设计 46第2章 单片机原理及应用3.5 MCS-51

20、单片机存储器的基本结构 MCS-51单片机有两种存储器，即程序存储器和数据存储器。程序存储器用来存储编入的程序；而数据存储器用来存放单片机工作时用到的一些临时数据。 从物理地址空间来看，MCS-51有四个存储地址空间，即片内程序存储器和片外程序存储器，以及片内数据存储器和片外数据存储器。3.5.1 程序存储器 对单片机进行编程时，一般现在计算机中用软件编写程序，再通过编程器将编好的程序写入程序存储器。 MCS-51单片机在一般情况下使用内部程序存储器，当内47部存储空间不够时需要使用外部程序存储器。程序存储器受EA端外接电平的控制。 当EA=0（接地）时，单片机只能使用外部程序存储器 当EA=1（接+5V电源）时，单片机先使用内部程序存 储器，容量不够时自动使用外部程序存储器。 89C51系列单片机内部有4KB程序存储器，存储单元的地址编号是0000H0FFFH，当扩展外接60KB程序存储器时，外部程序存储器的地址编码是1000HFFFFH。 MCS-51单片机上电复位后程序计数器PC的内容为0000H,因此系统从00