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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第,1,章 單片機原理及結(jié)構(gòu),1.1 51,系列單片機,1.2 51,單片機的結(jié)構(gòu)特點,1.3 51,系列單片機的,CPU,1.4 51,單片機的片內(nèi)資源,1.1 51,系列單片機,早期的,51,系列單片機的基本型產(chǎn)品有,8051,、,8031,和,8751,三種。這三個產(chǎn)品只是片內(nèi)程序存儲器不同。,8051,單片機的片內(nèi)程序存儲器,ROM,為掩膜型的，在制造芯片時已將應(yīng)用程序固化，使它具有了某種專用功能；,8031,片內(nèi)無,ROM,，使用時需外接,ROM,，,8751,為片內(nèi),EPROM,型的程序存儲器。
2、經(jīng)典,MCS51,系列單片機的結(jié)構(gòu)為：,8,位,CPU,32,根,I,O,線；,外部存儲器尋址范圍,ROM,、,RAM,各,64K,；,2,個,16,位的定時計數(shù)器；,5,個中斷源，,2,個中斷優(yōu)先級；,全雙工串行口,布爾處理器；,片內(nèi)振蕩電路（需要外接選頻電路）；,時鐘頻率,1.2MHz,12MHz,。,目前所使用的,51,系列單片機的性能指標(biāo)早已遠超過了這些指標(biāo)?，F(xiàn)在通用的單片機都是采用,FLASH,作為的片內(nèi)常用程序存儲器可以方便地多次改寫。表,1-1,通用,51,系列單片機一覽表,飛利浦,51,單片機,型號,/,特性,P89C51,P80C51,P87LPC759,P87LPC764,
3、P89C51RX2,程序存儲器,ROM,4k,4k,1k,4k,16-64k,數(shù)據(jù)存儲器,RAM,128,128,64,128,512,I/O,口,32,32,9,15,32,ISP/IAP,No,yes,定時計數(shù)器,3,2,2,2,4,中斷,6,5,4key+1,外中斷,4key+2,外中斷,7,工作頻率,(MHz),33,20,33,串行通信口,1,I,2,C,通信口,UART,A/D,轉(zhuǎn)換器,無,工作電壓,(V),2.7-5.5,愛特梅爾,51,單片機,型號,/,特性,AT89C51,AT89S51,AT89LS51,AT89C51RB2,AT83C5111,TS80C31X2,AT89
4、C52,程序,存儲器,4kFlash,4kFlash,4k Flash,16k Flash,4k,掩膜,無,8kFlash,數(shù)據(jù),存儲器,128,128,128,256,256,128,256,工作頻率,(MHz),33,24,16,33,66,60,33,定時,/,計數(shù)器,2,2,2,3,2,2,3,UART,通道,1,A/D,轉(zhuǎn)換器,無,8,無,WDT,Yes,no,SPI,No,yes,no,ISP,無,yes,yes,Yes,no,no,工作電壓,(V),4.0-6.0,2.7-6.0,2.7-5.5,4.0-6.0,華邦,51,單片機,型號,/,特性,W78L52,W78C32,W7
5、8B516,W78LE51,程序存儲器,ROM,8kMask,ROMless,64kFlash,4kFlash,數(shù)據(jù)存儲器,RAM,256,256,512,128,I/O,口,32,32,36,32,外擴存儲器,64K,64K,64K,64K,工作電壓（,V,）,1.8-5.5,2.4-5.5,2.4-5.5,定時計數(shù)器,3,3,3,3,中斷,8,6,8,8,工作頻率,(MHz),40,其他功能,INT2,INT3WDT,COMS,在系統(tǒng)編程,INT2,INT3,INT2,INT3WDT,1.2 51,單片機的結(jié)構(gòu)特點,單片機片內(nèi)結(jié)構(gòu)的總框圖,圖,1-2 51,系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,圖,1
6、-4,常用單片機的引腳排列,1.3 51,系列單片機的,CPU,1.3.1,以,ALU,為中心的運算器,1.3.2,控制器、時鐘電路和基本時鐘周期,1.3.3,單片機的存儲器組織,1.3.2,控制器、時鐘電路和基本時鐘周期,1,、,51,單片機的時鐘,2,、,51,單片機的基本時序周期,一條指令譯碼產(chǎn)生的一系列微操作信號在時間上有嚴(yán)格的先后次序，這種次序就是計算機的時序。,51,系列單片機的主要時序?qū)⒃诖鎯ζ鲾U展時討論，這里先介紹它的基本時序周期。,（,1,）振蕩周期：（稱,P,周期）指振蕩源的周期，若為內(nèi)部產(chǎn)生方式時，為石英晶體的振蕩周期。,（,2,）時鐘周期：,(,稱,S,周期,),為振蕩
7、周期的兩倍，時鐘周期,=,振蕩周期,P1+,振蕩周期,P2,。,（,3,）機器周期：一個機器周期含,6,個時鐘周期,(S,周期,),（,4,）指令周期：完成一條指令占用的全部時間。,51,系列單片機的指令周期含,1,4,個機器周期，其中多數(shù)為單周期,指令，還有,2,周期和,4,周期指令。若,focs,=6MHz,，則,51,系列單片機的振蕩周期,1,6,s,；機器周期為,2,s,時鐘周期：,1,3,s,；指令周期：,2,8,s,；經(jīng)典的,51,單片機是,12,分頻的稱為,12T,，現(xiàn)在很多新型的,51,單片機通?？梢?6,分頻或,4,分頻甚至,1,分頻，即,6T,4T,1T,。,3,、,指令部
8、件,(1),程序計數(shù)器,PC,：,51,系列單片機的,PC,是,16,位的計數(shù)器，其內(nèi)容為下一條待執(zhí)行指令的地址尋址范圍,64K,。,(2),指令寄存,IR,：,IR,用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。,(3),指令譯碼器,ID,：,ID,對,IR,中指令操作碼進行分析解釋，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號。,(4),數(shù)據(jù)指針,DPTR,：,DPTR,是,16,位地址寄存器，既可以用于尋址外部數(shù)據(jù)存儲器，又用來尋址外部程序存儲器中的表格數(shù)據(jù)。,DPTR,可以尋址,64K,地址空間。,圖,1-7,堆棧示意圖,圖,1-8,程序存儲器映射關(guān)系,圖,1-9,內(nèi)部,RAM,存儲器映射關(guān)系,圖,1-10,內(nèi),RAM,中的可位
9、尋址區(qū),表,1-3,專用寄存器的功能及地址,符 號,地 址,注 解,符 號,地 址,注 解,*,ACC,EOH,累加器,*,P3,BOH,I/O,口,3,*,B,FOH,乘法寄存器,PCON,87H,電源控制及波特串選擇,*,PSW,DOH,程序狀態(tài)字,*,SCON,98H,串行口控制器,SP,81H,堆棧指針,SBUF,99H,串行數(shù)據(jù)墟沖器,DPL,82H,數(shù)據(jù)存儲器指針,(,低,8,位,),*,TCON,88H,定時器控制,DPH,83H,數(shù)據(jù)存儲器指針,(,高,8,位,),TMOD,89H,定時器方式選擇,*,IE,A8H,中斷允許控制器,TL0,8AH,定時器,0,低,8,位,*,I
10、P,D8H,中斷優(yōu)先控制器,TLl,8BH,定時器,1,低,8,位,*,PO,80H,I/O,口,0,THO,8CH,定時器,0,高,8,位,*,P1,90H,I/O,口,1,THl,8DH,定時器,1,高,8,位,*,P2,AOH,I/O,口,2,1.3.3,單片機的存儲器組織,1,、堆棧指針,SP,。,2,、存儲器組織結(jié)構(gòu)存儲器組織,1.3.4,片內(nèi)并行接口,這四個接口特性上的差別主要是,PO,、,P2,和,P3,有第二功能，而,Pl,口則只用作,I,O,，（增強型,51,系列單片機也為,P1,口擴充了第二功能如,T2,等）,51,系列單片機的地址總線和數(shù)據(jù)總線，在向外擴展存儲器和接口時，
11、由,P2,口輸出地址總線的高,8,位,A15,一,A8,，由,PO,口輸出地址總線的低,8,位,A7,AO,，同時對,PO,口采用了總線復(fù)用技術(shù)，,PO,口又兼作,8,位雙向數(shù)據(jù)總線,D7,DO,，即由,P0,分時輸出低,8,位地址或輸入輸出,8,位數(shù)據(jù)。在不作總線擴展用時，,PO,口和,P2,口可以作為普通,I,O,口使用。,PO,口作為低,8,位地址總線和,8,位數(shù)據(jù)總線用時，內(nèi)部控制信號使,MUX,開關(guān)倒向上端，從而使地址數(shù)據(jù)信號通過輸出驅(qū)動器輸,圖,1-12 51,系列單片機各通道位邏輯圖,出。當(dāng)向外部存儲器讀寫時，,PO,口就用作低,8,位地址和數(shù)據(jù)總線用。,51,系列單片機各通道位
12、邏輯圖如圖,1-12,所示。這時,PO,口是一個真正的雙向口。,P2,口還可以作為高,8,位地址總線用，同樣通過,MUX,開關(guān)的倒換來完成。,P2,在外部存儲器讀寫時,(,地址大于,FFH),作高,8,位地址線用。,P3,口的每一位都有各自的第二功能，如表,l,4,所示。四個接口的負載能力也不相同。經(jīng)典的,51,單片機,P1,、,P2,、,P3,口都能驅(qū)動三個,LSTTL,門，并且不需外加電阻就能直接驅(qū)動,MOS,電路。,PO,口在驅(qū)動,TTL,電路時能帶八個,LSTTL,門，但驅(qū)動,MOS,電路時若作為地址數(shù)據(jù)總線，可以直接驅(qū)動，而作為,I,O,口時，需外接上拉電阻。目前各種新型,51,單片
13、機的口線驅(qū)動能力都很強。,AT89S51,能夠灌入,20mA,的電流。,1.3.5 51,系列單片機的引腳,1.4 51,單片機的片內(nèi)資源,51,系列單片機內(nèi)除了,CPU,數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器外還集成了許多用于控制及接口的部件并且目前單片機芯片中用于集成這些面向控制的資源的面積所占的比例越來越大所以也有人稱單片機為微控制器。,1,、,51,系列單片機串行口,單片機內(nèi)部有一個可編程的、全雙工的串行接口，它有,4,種工作模式可變的波特率能夠方便的完成與其他微處理器和微機的串行通信，同時還可實現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換實行,I/0,口的擴展。,2,、定時器計數(shù)器,51,單片機內(nèi)部有兩個,16,位可編程定時器計數(shù)器，
14、記為,TO,和,T1,，,16,位即它們都是由,16,個觸發(fā)器構(gòu)成，故最大計數(shù)模值為,65535,。可編程是指它們的工作方式由指令來設(shè)定，即可做計數(shù)器用也可做定時器用。并且計數(shù),(,定時,),的范圍也可以由指令來設(shè)置。這種控制功能是通過定時器,/,計數(shù)器方式控制寄存器,TMOD,來完成的。定時器在計到規(guī)定的定時值時可以向,CPU,發(fā)出中斷申請，從而完成某種定時的控制功能在計數(shù)狀態(tài)下同樣也可以申請中斷。,定時器控制寄存器,TCON,用來負責(zé)定時器的啟動、停止以及中斷管理。在定時工作時，時鐘由單片機內(nèi)部提供，即系統(tǒng)時鐘經(jīng)過,12,分頻后作為定時器的時鐘。計數(shù)工作時，時鐘脈沖,(,計數(shù)脈沖,),由,
15、TO,和,TI(,即,P3,4,，,P3,5),輸入。,52,單片機增加了一個定時器,T2,一些增強型,51,單片機增加了,CAP,功能（輸出比較和輸入捕捉）并可用來產(chǎn)生,PWM,。,3,、,51,單片機的中斷系統(tǒng),51,系列單片機的中斷系統(tǒng)允許接受五個獨立的中斷源，即兩個外部中斷申請，兩個定時器計數(shù)器中斷以及一個串行口中斷，如表,1,6,所示。外部中斷申請通過,INT0,和,INTl,(,即,P3,，,2,和,P3,3),輸入，輸入方式可以是電平觸發(fā),(,低電平有效,),，也可以是邊沿觸發(fā),(,下降沿有效,),。兩個定時器中斷請求是當(dāng)定時器溢出時向,CPU,發(fā)出的，即當(dāng)定時器由狀態(tài)全,1,轉(zhuǎn)
16、為全,0,時產(chǎn)生的。第五個中斷請求是由串行口發(fā)出的，串行口每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)或接收完一個數(shù)據(jù)，就可產(chǎn)生一次中斷申請。,51,單片機可以設(shè)置兩個中斷優(yōu)先級，即高優(yōu)先級和低優(yōu)先級，由中斷優(yōu)先控制寄存器設(shè)置。,描述,中斷標(biāo)志位,中斷向量,中斷使能位,中斷優(yōu)先級,外部中斷,o,IE0,0003H,EX0,PT0,定時器,0,中斷,TF0,000BH,ET0,PX0,外部中斷,1,1E1,0013H,Ex1,PT1,定時器,1,中,TFl,001BH,Et1,PX0,斷串口中斷,TI&R1,0023H,ES,PS,表,1-6,單片機中斷入口地址表,(a),上電復(fù)位電路,(b),按鈕復(fù)位電路,(c),用專用的復(fù)位芯片復(fù)位,圖,1-13,單片機常用復(fù)位電路,
第1章 單片機原理
