《单片机原理及应用 》课件-第2章

第2章80C51的结构和原理2.180C51单片机的内部结构与引脚功能

2.280C51单片机的CPU2.380C51单片机的存储器2.480C51单片机的并行口2.580C51单片机的最小系统第2章80C51的结构和原理任务2-1用Keil软件将51单片机控制蜂鸣器程序编译成hex文件任务2-2用Proteus软件绘制51单片机控制蜂鸣器电路图任务2-3用单片机控制一只发光二极管闪烁本章小结习题

2.180C51单片机的内部结构与引脚功能

2.1.1内部结构80C51单片机基本型内部结构示意图如图2－1所示。它主要由CPU、程序存储器、数据存储器、中断系统、定时器/计数器、并行口、串行口、时钟、总线等组成,整体上包含三大模块:CPU模块、存储器模块和I/O模块。图2－180C51单片机基本型内部结构示意图

1)CPU模块

•8位CPU,含布尔处理器;

•时钟电路;

•总线控制。

2)存储器模块

•数据存储器RAM;

•程序存储器ROM。

3)I/O模块

•并行I/O端口(均为8位);

•全双工异步串行口(UART);

•定时器/计数器;

•中断系统。

2.1.2典型产品的资源配置

80C51系列单片机内部组成基本相同,但不同型号的产品在某些方面仍会有一些差异。典型的单片机产品资源配置如表2－1所示。

1)增强型与基本型的差别

•片内ROM从4K字节增加到8K字节;

•片内RAM从128字节增加到256字节;

•定时器/计数器从2个增加到3个;

•中断源从5个增加到6个。

2)片内ROM的配置形式的差别

•无ROM型,应用时要在片外扩展程序存储器;

•掩膜ROM型,用户程序由单片机芯片生产厂写入;

•EPROM型,用户程序—编程器写入,利用紫外线擦除;

•FlashROM型,用户程序可以电写入和擦除(当前常用的方式)。

2.1.3典型产品的封装和引脚功能

80C51典型产品的封装如图2－2所示。图2－280C51典型产品的封装

AT89C51的引脚排列如图2－3所示。图2－3AT89C51的引脚排列

3)并行I/O引脚(32个,分成4个8位端口)

•P0.0~P0.7:一般I/O端口引脚或数据/低位地址总线复用引脚;

•P1.0~P1.7:一般I/O端口引脚;

•P2.0~P2.7:一般I/O端口引脚或高位地址总线引脚;

•P3.0~P3.7:一般I/O端口引脚或第二功能引脚(见表22)。

2.280C51单片机的CPU

2.2.1CPU的功能单元80C51的CPU是一个8位的高性能处理器,它的作用是读入并分析每一条指令,根据各个指令的功能控制各个功能部件执行指定操作,具体如图2－4所示。图2－480C51CPU的功能

1.运算器

运算器由算术/逻辑运算单元(ALU)、累加器(ACC)、寄存器B、暂存(寄存)器、程序状态字寄存器(PSW,ProgramStatusWord)组成,它的功能是实现算术和逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作。

1)ALU

ALU主要功能是实现8位数据的加、减、乘、除算术运算和与、或、异或、循环、求补等逻辑运算。同时还具有位处理能力。

2)ACC

ACC用于向ALU提供操作数和存放运算的结果。运算时一个操作数经暂存器送至ALU,与另一个来自ACC的操作数在ALU中进行运算,运算结果又送回ACC。

3)寄存器B

寄存器B在乘、除运算时用来存放一个操作数,也用来存放运算后的部分结果;在不进行乘、除运算时,可以作为普通寄存器。

4)PSW

PSW是状态标志寄存器,用来保存ALU运算结果的特征和处理器状态。这些特征和状态可以作为控制程序转移的条件。PSW位定义如表2－3所示。

(1)CY(PSW.7):进位标志位。存放算术运算的进位标志,在进行加或减运算时,如果操作结果最高位有进位或借位,则CY由硬件置“1”,否则被置“0”。

(2)AC(PSW.6):辅助进位标志位。在进行加或减运算中,若低4位向高4位进位或借位,则AC由硬件置“1”,否则被置“0”。

(3)F0(PSW.5):用户标志位。供用户定义的标志位,需要利用软件方法置位或复位。

(4)RS1和RS0(PSW.4,PSW.3):工作寄存器组选择位。用于CPU选择当前使用的工作寄存器组。00、01、10、11分别对应0组、1组、2组、3组寄存器,共计4组。

(5)OV(PSW.2):溢出标志位。在带符号数加减运算中,OV=1表示加减运算超出了累加器A所能表示的带符号数的有效范围(-128~+127),即产生了溢出,因此运算结果是错误的;OV=0表示运算正确,即无溢出产生。

(6)F1(PSW.1):保留未使用。

(7)P(PSW.0):奇偶标志位。P标志位表明累加器ACC中内容的奇偶性,如果ACC中有奇数个“1”,则P置“1”,否则置“0”。

5)暂存器

暂存器用来暂时存放数据总线或其他寄存器送来的操作数。它作为ALU的数据输入源,向ALU提供操作数,是不可以用指令进行寻址的。

2.控制器

控制器由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码及控制逻辑电路组成。

1)PC

PC是一个16位的计数器,它总是存放着下一个要取指令的存储单元地址。CPU把PC的内容作为地址,从对应于该地址的程序存储器单元中取出指令码。每取完一个指令

后,PC内容自动加1,为取下一条指令做准备。在执行转移指令、子程序调用指令及中断响应时,转移指令、调用指令或中断响应指令过程会自动给PC置入新的地址。

注意:单片机上电或复位时,PC装入地址0000H,保证单片机上电或复位后,程序从0000H地址开始执行。

2)IR

IR保存当前正在执行的一条指令。执行一条指令,先要把它从程序存储器取到指令寄存器中。指令内容含操作码和地址码,操作码送往指令译码器并形成相应指令的微操作信

号。地址码送往操作数地址形成电路,用以构成实际操作数地址。

3)指令译码及控制逻辑电路

指令译码及控制逻辑电路是微处理器的核心部件,它的任务是完成读指令、执行指令、存取操作数或运算结果等操作,向其他部件发出各种微操作控制信号,协调各部件的工作。(整体工作的协调靠时钟。)

3.其他寄存器

1)数据指针(DPTR)

DPTR是一个16位的寄存器,它由两个8位的寄存器DPH和DPL组成,用来存放16位的地址。利用间接寻址可对片外RAM、ROM或I/O接口的数据进行访问。

2)堆栈指针(SP)

SP是一个8位的寄存器,用于子程序调用及中断调用时保护断点及现场,它总是指向堆栈顶部。堆栈通常设在30H~7FH这一段片内RAM中。堆栈操作遵循“后进先出”原则,数据入栈时,SP先加1,然后数据再压入SP指向的单元;数据出栈时,先将SP指向单元的数据弹出,然后SP再减1,这时SP指向的单元是新的栈顶。

3)工作寄存器

工作寄存器R0~R7共占用32个片内RAM单元,分成4组,每组8个单元,当前工作寄存器组由PSW的RS1和RS2位指定。

80C51寄存器及其在存储器中的映射如图2－5所示。图2－580C51寄存器及其在存储器中的映射

2.2.2总线控制

1.简介

总线控制是用来传送控制信息的信号线,连接在一起并完成和实现CPU、内存和输入输出设备之间的通信与数据传送。

2.分类

总线控制就是各种信号线的集合,是各部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道。

1)按相对于CPU与其芯片的位置来分

(1)片内总线:指在CPU内部各寄存器、算术逻辑部件(ALU)、控制部件以及内部高速缓冲存储器之间传输数据所用的总线,即芯片内部总线。

(2)片外总线:通常所说的总线(BUS)指的是外总线,是CPU与内存RAM、ROM和输入输出设备接口之间进行通信的数据通道,CPU通过总线实现程序存取命令、内存/外设的数据交换。在CPU与外设一定的情况下,总线速度是限制计算机整体性能的最大因数。

2)按总线功能分

(1)地址总线(AB):用来传递地址信息。

(2)数据总线(DB):用来传递数据信息。

(3)控制总线(CB):用来传送各种控制信号。

3)按总线的层次结构分

(1)CPU总线:包括CPU地址线(CAB)、CPU数据线(CDB)和CPU控制线(CCB),用来连接CPU和控制芯片。

(2)存储器总线:包括存储器地址线(MAB)、存储器数据线(MDB)和存储器控制线(MCD),用来连接内存控制器和内存。

(3)系统总线:也称为I/O通道总线或I/O扩展总线,包括系统地址线(SAB)、系统数据线(SDB)和系统控制线(SCD),用来与I/O扩展槽上的各种扩展卡相连接。

(4)外部总线(外围芯片总线):用来连接各种外设控制芯片,如主板上的I/O控制器(如硬盘接口控制器、软盘驱动控制器、串行/并行接口控制器等)和键盘控制器,包括外部地址线(XAB)、外部数据线(XMB)和外部控制线(XCB)。

3.总线技术指标

1)总线的带宽(总线数据传输速率)

总线的带宽指的是单位时间内总线上传送的数据量,即每秒钟传送多少兆字节的最大稳态数据传输率。与总线密切相关的两个因素是总线的位宽和总线的工作频率,它们之间

的关系如下:

总线的带宽=总线的工作频率*总线的位宽/

2)总线的位宽

总线的位宽指的是总线能同时传送的二进制数据的位数,或数据总线的位数,即32位、64位等总线宽度的概念。总线的位宽越宽,每秒钟数据传输率越大,总线的带宽越宽。

3)总线的工作频率

总线的工作频率以MHz为单位,工作频率越高,总线工作速度越快,总线带宽越宽。

2.380C51单片机的存储器

存储器是组成计算机的主要部件,其功能是存储信息。存储器可以分成两个大类,一类是数据存储器(RAM),另一类是程序存储器(ROM)。对于RAM,CPU在运行时能随时进行数据的写入和读出,但在关闭电源时,其所存储的信息将丢失。所以,RAM用来存放暂时性的输入输出数据、运算的中间结果或用作堆栈。ROM是一种写入和读出信息存储器。断电后ROM中的信息不变,所以常用来存放程序或常数,如系统监控程序、常数表等。

如图2－6所示,存储器主要有4个物理存储空间:片内数据存储器(IDATA区)、片外数据存储区(XDATA)、片内程序存储器和片外程序存储器(程序存储器合称为CODE)。图2－6单片机的存储器结构示意图

2.3.1数据存储器配置

80C51单片机的数据存储器分为片外RAM和片内RAM两大部分。

MCS－51系列单片机的内部RAM共有256个单元,通常把这256个单元按其功能划分为两部分:低128单元(单元地址00H~7FH)和高128单元(80H~FFH)。片内、片外

数据存储器概况如图2－7所示。图2－7片内、片外数据存储器概况

1)片内数据存储器低128单元(DATA区)

片内RAM的低128个单元用于存放程序执行过程中的各种变量和临时数据,称为DATA区。这片内RAM低128个单元是单片机的真正RAM存储器,按其用途划分为工作寄存器区、位寻址区和用户数据缓冲区3个区域。片内RAM低128单元的配置如表2－4所示。

(1)工作寄存器区:每组包括8个(R0~R7)共计32个寄存器,用来存放操作数据及中间数据结果等。4组通用寄存器占据内部RAM的00H~1FH单元地址。

在任何时刻,CPU只能使用其中一组寄存器,并且把正在使用的那组寄存器称为当前寄存器。当前工作寄存器到底是哪一组,由程序状态寄存器(PSW)中的RS1和RS2位的状态组合来决定。

注意:在单片机的C语言程序设计中,一般不会直接使用工作寄存器组R0~R7。但是,在C语言与汇编语言的混合编程中,工作寄存器组是汇编子程序和C语言函数之间重要的参数传递工具。

(2)位寻址区(BDATA):内部RAM的20H~2FH单元,既可以为一般RAM单元使用,进行字节操作,也可以对单元中每一位进行操作,因此把该区称为位寻址区(BDATA区)。

位寻址区共有16个RAM单元,共

(3)用户数据缓冲区(通用RAM区):在内部RAM低128单元中,除了工作寄存器区(占32个单元)和位寻址区(占16个单元)外,还剩下80个单元,单元地址为30H~7FH,是供用户使用的一般RAM区。对用户数据缓冲区的使用没有任何规定或限制,但是一般应用中常把堆栈开辟在此区域中。

在实际应用中,堆栈一般设在30H~70H的范围内,栈顶的位置由堆栈指针SP指示。复位时SP的初值为07H,在系统初始化时,通常要进行重新设置,目的是留出低端的工作寄存器和位寻址空间以完成更重要的任务。

用户数据缓冲区示意图如图2－8所示。图2－8用户数据缓冲区示意图

2)片内数据存储器高128单元(DATA区)

内部RAM的高128单元是基本型单片机21个SFR(也称为特殊功能寄存器),它离散地分布在80H~FFH空间。虽然,它们不连续地分布在片内RAM的高128单元中,其中还有许多空闲地址,但是用户不能使用。另外还有一个不可寻址的特殊功能寄存器,即程序计数器(PC),它不占用RAM单元,在物理上是独立的。表2－6所示为21个SFR的位地址及字节地址表。

2.3.2程序存储器配置

80C51单片机的程序计数器(PC)是16位的计数器,所以能寻址64KB的程序寄存器地址范围,允许用户程序调试或转向64KB的任何存储单元。

1.片内与片外程序存储器的选择

EA引脚有效时(低电平)选择运行片外ROM中的程序。

1)EA引脚接高电平时从片内程序存储器开始取指令

当EA引脚接高电平时,对于基本型单片机,首先在片内程序存储器中取指令,当PC的内容超过0FFFH时系统会自动转到片外程序存储器中取指令,外部程序存储器的地址从1000H开始编址,如图29所示。图2－9EA接高电平时

2)EA引脚接低电平时从片外程序存储器开始取指令

当EA引脚接低电平时,单片机自动转到片外程序存储器中取指令(无轮片内外是否有程序存储器),外部程序存储器的地址从0000H开始编址,如图2－10所示。图2－10EA接低电平时

2.程序存储器低端的几个特殊单元

程序寄存器低端的一些地址被固定地用做特定的入口地址,如表2－7所示。

地址0000H是复位入口,复位后单片机执行该处的指令进入主程序。图2－11所示为基本程序储存结构。

主程序执行时,如果开放了CPU,且某一中断被允许(如图为外部中断0),当该中断事件发生时,就会暂时停止主程序的执行,转而去执行中断服务程序。编程时,通常在该中断入口地址中放一条转移指令(如LJMP2000H),从而使该中断服务发生时,系统能够跳转到该中断在程序存储器区高端的中断服务程序。只有在中断服务程序长度少于8个字节时,才可以将中断服务程序直接放在相应的入口地址开始的几个单元中。

注意:在单片机C语言程序设计中,用户无需考虑程序的存放地址,编译程序会在编译过程中按照上述规定,自动安排程序的存放地址。例如:C语言是从main()函数开始执行的,编译程序会在程序存储器的0000H处自动存放一条转移指令,跳转到main()函数存放的地址;中断函数也会按照中断类型号,自动由编译程序安排存放在程序存储器相应的地址中。因此,读者只需要了解程序存储器的结构就可以了。图2－11基本程序储存结构

2.480C51单片机的并行口

2.4.1P0口的结构、功能及使用1.结构P0口由一个输出锁存器、一个转换开关MUX、两个三态输入缓冲器、输出驱动电路和一个与门及一个反相器组成。P0口的内部逻辑电路如图2－12所示。图中的控制信号C的状态决定MUX转换开关的位置。当C=0时,MUX处于图中所示位置(I/O);当C=1时,MUX拨向反相器输出端位置(地址/数据总线)。图2－12P0口的内部逻辑电路

2.功能

P0端口作一般I/O口时,先定义后使用;作低8位地址总线/数据总线复用口时,通常后边接地址锁存器。

1)P0口用做通用I/O口(C=0)

当单片机应用系统不进行片外总线扩展时,P0口用作通用I/O口。在这种情况下,单片机硬件自动使C=0,MUX开关接向锁存器的反相输出端。另外,与门输出的“0”使输出驱动器上的上拉场效应管T1处于截止状态。因此,输出驱动器工作在需外接上拉电阻的漏极开路方式。

•作输出口时,CPU执行口的输出指令,内部数据总线上的数据在“写锁存器”信号的作用下由D端进入锁存器,经锁存器的反相端送至场效应管T2,再经T2反相,在P0.X引

脚出现的数据正好是内部总线的数据。P0口用做输出口时的内部逻辑电路图2－13所示。图2－13P0用做输出口时的内部逻辑电路

•作输入口时,数据可以读自接口的锁存器,也可以读自接口的引脚。这要根据输入操作采用的是“读锁存器”指令还是“读引脚”指令来决定。P0口用做输入口时的内部逻辑电路图2－14所示。图2－14P0口用做输入口时的内部逻辑电路

2)P0口用做地址/数据总线(C=1)

当应用系统进行片外总线扩展时(即扩展存储器或接口芯片),P0口用做地址/数据总线。在这种情况下,单片机内硬件自动使C=1。P0口用做地址/数据总线时的内部逻辑电

路图2－15所示。

3.使用

P0口字节单元地址为80H,引脚为32~39脚,可以位寻址;能驱动8个LSTTL电路。图2－15P0口用做地址/数据总线时的内部逻辑电路

2.4.2P1口的结构、功能及使用

1.结构

P1口通常作为通用I/O使用,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,如图2－16所示。P1口在电路上与P0口有一些不同之处,首先它不再需要多路转换开关MUX,其次是电路的内部有上拉电阻(30kΩ),与场效应管共同组成输出驱动电路。图2－16P1口的内部逻辑电路

2.功能

P1口是51单片机中唯一的一个单功能I/O端口。作一般I/O口用时,遵循先定义后使用的原则。

3.使用

P1口字节单元地址为90H,引脚为1~8脚,可以位寻址;能驱动4个LSTTL电路。

2.4.3P2口的结构、功能及使用

1.结构

P2口由一个输出锁存器、一个转换开关MUX、两个三态输缓冲器、输出驱动电路和一个反相器组成。P2口的内部逻辑电路如图2－17所示。

图中的控制信号C的状态决定了MUX转换开关的位置。当C=0时,MUX处于图中所示位置(I/O);当C=1时,MUX拨向反相器输出端位置(地址/数据总线)。图2－17P2口的内部逻辑电路

2.功能

P2口作高8位地址总线或者是一般I/O端口。作为8位地址总线,从P2.0开始,确定方法遵循Q=2n原则,即n=8+?(?表示需要P2口提供高8位地址总线的根数,根据实际需要自己确定);作为一般I/O端口,遵循先定义后使用原则。

P2口用做通用I/O口(C=0)时:

•作输出口:执行输出指令,内部数据总线的数据在“写锁存器”信号的作用下由D端进入锁存器,经反相器反相后送至场效应管T,再经T反相,在P2.X引脚出现的数据正

好是内部数据总线的数据。应注意:P2口的输出驱动电路内部有上拉电阻。

•作输入口:数据可以读自口的锁存器,也可以读自口的引脚。这要根据输入操作采用的是“读锁存器”指令还是“读引脚”指令来决定。

3.使用

P2口的字节单元地址为A0H,引脚为21~28脚,可以位寻址;能驱动4个LSTTL电路。

2.4.4P3口的结构、功能及使用

1.结构

P3口由一个输出锁存器、三个输入缓冲器(其中两个为三态)、输出驱动电路和一个与非门组成,如图2－18所示。P3口与P1口的结构相似,区别仅在于P3口的各端口线有两

种功能可选择。当处于第一功能时,第二功能输出线为“1”,与非门开通,以维持从锁存器到输出端的数据输出通路的畅通。此时,内部总线信号经锁存器与场效应管输入\输出,其

作用与P1口的作用相同,也是静态准双向I/O端口。

当处于第二功能时,锁存器输出为“1”,通过第二输出功能线输出特定的信号,在输入方面,即可以通过缓冲器读入引脚信号,还可以代替输入功能读入片内特定的第二功能信号。由于输出信号锁存并且有双重功能,故P3口为静态双功能端口。

图2－18P3口的内部逻辑电路

2.功能

P3口作为一般I/O端口,遵循先定义后使用的原则。P3口的第二功能如表2－8所示。

3.使用

P3口字节单元地址为B0H,引脚为10~17脚,可以位寻址;能驱动4个LSTTL电路。通常情况只要P3口使用,首先考虑是否是第二功能。

2.580C51单片机的最小系统

单片机的工作就是执行用户程序、指挥各部分硬件完成既定任务。如果一个单片机芯片没有烧录用户程序,显然它就不能工作。可是,一个烧录用户程序的单片机芯片,给它上电后就能工作吗?也不能。原因是除了单片机外,单片机能够工作的最小电路还包括时钟和复位电路,通常称为单片机最小系统。

时钟电路为单片机工作提供基本时钟,复位电路用于将单片机内部各电路的状态复位到初始化值。图2－19所示为典型的单片机最小系统。图2－19典型的单片机最小系统

2.5.1MCS51单片机的时钟

单片机的工作过程是:取一条指令、译码、进行微操作;再取一条指令、译码、进行微操作,这样自动地、一步一步地由微操作依序完成相应指令规定的操作功能。这些一步一

步的工作全靠单片机时钟来控制和协调完成。

1.时钟产生的方式

MCS51单片机的时钟信号通常由两种方式产生:一是内部时钟方式;二是外部时钟方式,如图2－20所示。

内部时钟方式只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接晶振即可。图2－20(a)中电容器C1和C2的作用是稳定频率和快速起振,电容值在5~30pF之间,典型值为30pF。

晶振CYS的振荡频率要小于12MHz,典型值为6MHz、12MHz或11.0592MHz。图2－20时钟方式

2.MCS－51单片机时钟信号

MCS－51单片机时钟信号如图2－21所示。

振荡周期(有时也称为时钟周期)为最小的时序单位。振荡信号经分频器后形成两相错开的信号P1和P2。P1和P2的周期也称为S状态周期,它是晶振周期的2倍,即一个S状态周期包含两个振荡周期。图2－21时钟信号示意图

3.时序概念

单片机内的各种操作都是在一系列脉冲控制下进行的,而各脉冲在时间上是有先后顺序的,这种顺序就称为时序。

单片机的时序定时单位从小到大依次为:节拍、状态周期、机器周期和指令周期。

节拍是指晶体振荡器直接产生的振荡信号的振荡周期,用P表示:

如6MHz时T=1/6μs,12MHz时T=1/12μs。

状态周期又称为时钟周期,用S表示。每一个状态周期是振荡周期的两倍,即每个状态周期分为P1和P2两个节拍,P1节拍完成算术逻辑操作,P2节拍完成内部寄存器间数

据的传递。

机器周期是机器的基本操作周期,一个机器周期含6个状态周期,分别用S1~S6表示,或用S1P1、S1P2……S1P6表示。

指令周期是执行一条指令所占有的全部时间。一条指令通常由1~4个机器周期组成。单片机系统中,有单周期指令、双周期指令和四周期指令。

2.5.2MCS－51单片机的复位

单片机的工作就是从复位开始的。复位可以使单片机中各部件处于确定的初始状态。

1.复位电路

当MCS－51单片机的RST引脚加高电平复位信号(保持2个以上机器周期)时,单片机内部就执行复位操作。复位信号变低电平时,单片机开始执行程序。实际应用中,复位操作有两种基本形式:一种是上电复位;另一种是上电与按键均有效的复位。

图2－22(a)所示为上电复位,它利用电容充电来实现复位。在接电瞬间,RST端的电位与VCC相同,随着充电电流的减少,RST的电位逐步下降。只要保证RST为高电平的

时间大于两个机器周期,便能正常复位。

图2－22(b)所示为按键复位电路。该电路除具有上电复位电路功能外,还可以按图中的RESET键实现复位,此时电源VCC经过两个电阻分压,在RST端产生一个复位高电

平(两个机器周期)。图2－22复位电路

2.单片机复位后状态

单片机复位初始化后,程序计数器PC=0000H,所以程序从0000H地址单元开始执行。单片机启动后,片内RAM为随机值,运行中的复位操作不改变片内RAM的内容。

复位后,特殊功能寄存器状态是确定的。P0~P3为FFH,SP为07H,SBUF不定,IP、IE和PCON的有效位为0,其余的特殊功能寄存器的状态均为00H。相应的意义为:

•P0~P3=FFH,相当于各口锁存器已写入1,此时不但可用于输出,也可以用于输入;

•SP=07H,堆栈指针指向片内RAM的07H单元(第一个入栈内容将写入08H单元);

•IP、IE和PCON的有效位为0,各中断源处于低优先级且均被关断,串行通信的波特率不加倍;

•PSW=00H,当前工作寄存器为0组。

任务2－1用Keil软件将51单片机控制

蜂鸣器程序编译成hex文件

任务目的通过使用KeilμVision4软件,对51单片机控制蜂鸣器程序进行输入和编译,达到掌握将C51单片机控制程序编译成hex文件的方法。任务准备设备及软件:计算机、KeilμVision4软件。

任务实施

(1)在【Project】菜单下选择【NewμVisionProject】命令,见图2－23。

(2)输入新建工程文件名“蜂鸣器”,如图2－24所示。

(3)选择厂商和单片机型号,见图2－25。

(4)新建c文件,见图2－26。

(5)输入C语言程序并保存,见图2－27。

(6)保存的文件后缀名为在英文状态下的“.c”,见图2－28

(7)将新建的文件添加到工程中,见图2－29和图2－30。

(8)单击图标,在【Output】下拉菜单中生成的hex文件上打对钩,见图2－31和图2－32。

(9)编译,底端显示0错误0警告,表示程序语法正确,见图2－33。

图2－23新建工程图2－24保存工程图2－25选择单片机图2－26新建c文件图2－27编程图2－28保存c文件图2－29添加c文件操作一图2－30添加c文件操作二图2－31勾选hex文件操作一图2－32勾选hex文件操作二图2－33编译

任务2－2用Proteus软件绘制51单片机

控制蜂鸣器电路图

任务目的使用Proteus软件绘制51单片机控制蜂鸣器电路图,掌握Proteus软件绘制电路图的方法及注意事项。任务准备设备及软件:万用表、计算机、KeilμVision4软件、Proteus软件。电路图:51单片机控制蜂鸣器电路图一张(电路图参见后面的绘制结果)。

任务实施

(1)单击搜索元件的符号,见图2－34;也可以按快捷键P进行搜索。

(2)在搜索栏输入要用的元器件,见图2－35。

(3)双击需要的元器件之后,元器件就会进入器件工具列表窗口,见图2－36。

(4)用鼠标左键单击连接元件端口,画好电路图之后,双击单片机就会进入元器件编辑界面,接着选择对应的hex文件,见图2－37。

(5)单击左下角允许符号,没有错误,表示运行成功,见图2－38。

图2－34搜索元件图2－35选取元件图2－36添加元器件到器件工具列表图2－37连线画图图2－38运行结果

任务2－3用单片机控制一只发光二极管闪烁

任务目的使用单片机控制一只发光二极管闪烁,综合练习KeilμVision4软件和Proteus软件在进行单片机应用系统设计时的步骤和方法。任务准备设备及软件:万用表、计算机、KeilμVision4软件、Proteus软件。

任务实施

1.任务分析

任务电路Proteus原理图如图2－39所示,当P1.0输出为0时,对应发光二极管D1点亮。当P1.0输出为1时,对应发光二极管D1熄灭。图2－39单片机控制一只发光二极管的Proteus电路图

2.软件仿真

(1)打开Keil软件,在软件中输入任务程序,并对程序进行编译,直至没有错误,并生成相应的hex文件。

(2)打开Proteus软件,绘制如图2－39所示的电路原理图,导入编译后生成的hex文件,运行程序,观察仿真效果。

任务结论

通过KeilμVision4软件和Proteus软件的具体使用和操作,实现了LED的闪烁。

本章小结

MCS－51是Intel的一个单片机系列名称。其他厂家以8051为基核开发的CMOS工艺单片机产品统称为80C51系列。80C51单片机在功能上分为基本型和增强型,在制造上采用CMOS工艺。在片内程序存储器的配置上有掩模ROM、EPROM和Flash、无片内程序存储器等形式。

80C51单片机由CPU、存储器、I/O模块构成。

80C51单片机的存储器主要有4个物理存储空间:片内数据存储器(IDATA区)、片外数据存储区(XDATA)、片内程序存储器、片外程序存储器(程序存储器合称为CODE)。片内程序存储器容量为4KB,片内数据存储器容量为256KB。

片内RAM的低128个单元用于存放程序执行过程中的各种变量和临时数据,按其用途划分为工作寄存器区(占32个单元)、位寻址区(占16个单元)、用户数据缓冲区(地址为

30H~7FH)3个区域。

RAM的高128单元是基本型单片机21个SFR(也称为特殊功能寄存器)。它离散地分布在80H~FFH空间。虽然,它们不连续地分布在片内RAM的高128单元中,其中还有许多空闲地址,但是用户不能使用。

MCS51共有4个8位的并行I/O口,分别记作P0、P1、P2、P3。每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。这些端口在结构和特性上基本相同,但又各具特点。P1端口是唯一的单功能口,仅能用作通用数据输入/输出口。P3端口是双功能口,除具有数据输入/输出功能外,每一条端口线还具有不同的第二功能。在需要外部程序存储器和数据存储器扩展时,P0端口为分时复用的低8位地址线/数据总线,P2端口为高8位地址总线。

80C51单片机的时钟信号有内部时钟方式和外部时钟方式两种。内部的各种微操作都以振荡(晶振)周期为时序基准,晶振信号二分频后形成两相错开的时钟信号P1和P2。一

个机器周期包含12个晶振周期(或6个S状态周期)。指令的执行时间称作指令周期。

单片机的复位操作使单片机进入初始化状态。复位后,P0~P3=FFH,相当于各口锁存器已写入1,此时不但可用于输出,也可以用于输入;SP=07H,堆栈指针指向片内RAM的07H单元(第一个堆栈内容将写入08H单元);IP、IE和PCON的有效位为0,各中断源处于低优先级且均被关断,串行通信的波特率不加倍;PSW=00H,当前工作寄存器为0组。

习题

一、填空题1.单片机80C51内部整体结构有3个模块,即（）、（）、（）。2.单片机的存储器主要有4个物理存储空间,即（）、（）、（）、（）。3.单片机的应用程序一般存放在（）中。4.片内RAM低128单元按其用途划分为（）、（）和（）3个区域。

5.当振荡脉冲频率为12MHz时,一个机器周期为（）

;当振荡脉冲频率为（）6MHz时,一个机器周期为。

6.单片机总线按照功能分为（）、（）、（）3种。

7.单片机的复位电路有两种,即（）和（）