第五章單片機(jī)單片機(jī)及接口電路設(shè)計教材課件

第1章

單片機(jī)系統(tǒng)概述

主講：袁鵬平第1章

單片機(jī)系統(tǒng)概述

主講：袁鵬平本章學(xué)習(xí)要點：

(1)單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)的概念，單片機(jī)與PC機(jī)的區(qū)別和聯(lián)系；

(2)單片機(jī)的發(fā)展歷程、趨勢和應(yīng)用領(lǐng)域；

(3)單片機(jī)的分類、主要特性、主要生產(chǎn)廠家、常用系列和主要芯片型號。本章學(xué)習(xí)要點：第1章單片機(jī)概述

單片機(jī)產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代。單片機(jī)的特點：

體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，對運行環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好。第1章單片機(jī)概述單片機(jī)產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代。單片機(jī)已廣泛應(yīng)用在：工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備等方面。單片機(jī)已廣泛應(yīng)用在：工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、1、什么是計算機(jī)？(CPU、RAM、ROM、I/O)2、什么是單片機(jī)？

剪裁計算機(jī)的功能部件后在一塊半導(dǎo)體硅片上集成如下部件的芯片稱為單片機(jī)：

(1)微處理器(CPU)(2)存儲器(RAM、ROM或EPROM)(3)各種輸入、輸出接口1.1什么是單片機(jī)1、什么是計算機(jī)？(CPU、RAM、ROM、I/O)13、單片機(jī)具有一臺計算機(jī)的屬性。也稱為：

微控制器MCU(MicroControllerUnit)

嵌入式控制器EMCU

（EmbeddedicroControllerUnit）在我國，習(xí)慣使用“單片機(jī)”這一名稱。3、單片機(jī)具有一臺計算機(jī)的屬性。也稱為：在我國，習(xí)慣使用“單4、單片機(jī)的組成結(jié)構(gòu)4、單片機(jī)的組成結(jié)構(gòu)1.2單片機(jī)的發(fā)展概況五個階段:第一階段(1974年～1976年)：單片機(jī)初級階段。雙片的形式，且功能比較簡單。第二階段（1976年～1978年）:低性能單片機(jī)階段。以

Intel公司制造的MCS-48單片機(jī)為代表。第三階段(1978年～現(xiàn)在)：高性能單片機(jī)階段。

Intel公司的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列等。1.2單片機(jī)的發(fā)展概況五個階段:第一階段(1974年～1第四階段(1982年～現(xiàn)在)：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16

位單片機(jī)、32位單片機(jī)推出階段。第五階段（1990至今）：微控制器的全面發(fā)展階段。

第四階段(1982年～現(xiàn)在)：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16Intel公司單片機(jī)系列典型產(chǎn)品：

MCS-48（8035、8048、8748）

MCS-51（8031、8051、8751）

MCS-52（8032、8052、8752）

MCS-96（8098、8398、8798）注意：這些產(chǎn)品在實際應(yīng)用中已經(jīng)淘汰，但其原理尚存，并繼續(xù)發(fā)揚(yáng)光大。Intel公司單片機(jī)系列典型產(chǎn)品：1.3單片機(jī)的特點：

1．小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化

2．面向控制，完成各種控制任務(wù)

3．抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬

4．可以很方便地實現(xiàn)多機(jī)和分布式控制1.3單片機(jī)的特點：1.48位單片機(jī)的主要生產(chǎn)廠家和機(jī)型（1）美國Intel公司

MCS-51系列及其增強(qiáng)型、擴(kuò)展型系列。（2）中國STC宏晶科技的STC89C系列和STC12xxxx

（3）臺灣Winbond的W78C52和W78C54系列

（4）美國Atmel公司AT89和AT90系列

以及PIC系列、MSP430系列、C8051F系列等等。1.48位單片機(jī)的主要生產(chǎn)廠家和機(jī)型（1）美國Inte51系列單片機(jī)在我國廣泛應(yīng)用；

8051單片機(jī)品種多、兼容性好、性價比高；

51系列的軟、硬件設(shè)計資料豐富齊全；

51系列單片機(jī)及其衍生兼容機(jī)型仍將是主流產(chǎn)品，是現(xiàn)代工業(yè)檢測、控制應(yīng)用的重要機(jī)型。51系列單片機(jī)在我國廣泛應(yīng)用；MCS-51系列單片機(jī)的演繹20世紀(jì)80年代后期:Intel公司以專利的形式把

8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給廠家。

這些廠家生產(chǎn)的兼容單片機(jī)，與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用CMOS工藝。如：AMTEL、PHILIPS、ANALOGDEVICES、DALLAS公司。MCS-51系列單片機(jī)的演繹20世紀(jì)80年代后期:Intel

不應(yīng)直接稱8051單片機(jī)為MCS-51系列單片機(jī)。MCS只是特指Intel公司生產(chǎn)的單片機(jī)的符號,即MCS-51系列。80C51系列：所有的具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)，帶C的是低功耗型。不應(yīng)直接稱8051單片機(jī)為MCS-51系列單片機(jī)。M

按字長分：4位、8位、16位和32位單片機(jī)。

在8位單片機(jī)家族中，主流產(chǎn)品有：

（1）80C51內(nèi)核（2）Motorola（(Freescale

）內(nèi)核（3）PIC內(nèi)核的單片機(jī)。

1.58位單片機(jī)介紹按字長分：4位、8位、16位和32位單片機(jī)。11、增強(qiáng)型STC單片機(jī)

STC是2005年推出中國本土的第一款具有全球競爭力的、且與MCS-51兼容的STC單片機(jī)。主要產(chǎn)品型號：STC89C51RC、STC89C52RC、STC89C53RCSTC12C5201、STC12C5201AD、TC12C5201PWM1.5.180C51單片機(jī)介紹1、增強(qiáng)型STC單片機(jī)1.5.180C51單片機(jī)介紹2、NXP增強(qiáng)型單片機(jī)

Philips公司的P89LPC900系列是采用了增強(qiáng)型80C51內(nèi)核制造而成的增強(qiáng)高檔型單片機(jī)。主要產(chǎn)品型號：

P89LPC9321、P89LPC936、P89LPC938P89C51、P89C522、NXP增強(qiáng)型單片機(jī)3．AVR高速型單片機(jī)是ATMEL公司于1997年由A先生和V先生結(jié)合Flash技術(shù)，推出全新配置的精簡指令集（RISC）8位單片機(jī)。主要產(chǎn)品型號有：ATtiny13，ATtiny24、AT90S8535、ATmega8

。3．AVR高速型單片機(jī)4．C8051Fxxx系列高速單片機(jī)

是Cygnal公司推出的、與8051指令集兼容的單片機(jī)，彌補(bǔ)了8051系列單片機(jī)的速度慢、內(nèi)部資源少的不足。如：C8051F120--4KRAM、128KROM、8個I/O口、12位A/D、100引腳C8051F022--4KRAM、64KROM、8個I/O口、12位A/D、100引腳C8051F023--4KRAM、64KROM、4個I/O口、10位A/D、64引腳4．C8051Fxxx系列高速單片機(jī)5．專用型

針對某一種產(chǎn)品或某一種控制應(yīng)用而專門設(shè)計的，設(shè)計時已使結(jié)構(gòu)最簡，軟硬件應(yīng)用最優(yōu)，可靠性及應(yīng)用成本最佳。例如：電子表、電話機(jī)、電視機(jī)和空調(diào)里的就嵌入了一種專用型單片機(jī)。5．專用型1.5.2Motorola（FreescaleSemiconductor）內(nèi)核的單片機(jī)

FreescaleSemiconductor公司是世界上最大的單片機(jī)廠商之一。

1、MC68HC05采用HCMOS工藝制造，是一種高性能、低功耗的8位單片機(jī)。

2、MC68HC08系列單片機(jī)是在MC68HC05的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)后的8位單片機(jī)。

1.5.2Motorola（FreescaleSemi1.5.3PIC內(nèi)核的單片機(jī)

PIC系列單片機(jī)是美國Microchip微芯公司的制造的另一款8位單片機(jī)。特點：

1、采用RISC指令集

2、33條指令，指令最短執(zhí)行時間160ns3、指令系統(tǒng)和開發(fā)工具與8051系列不同。主要有：PIC16C5X、PIC16CXX、PIC17CXX和PIC18CXXX系列1.5.3PIC內(nèi)核的單片機(jī)1.5.4其他公司8位單片機(jī)

1、MDT20xx系列單片機(jī)

2、日本TOSHIBA的4位機(jī)、8位機(jī)

3、Zilog公司的單片機(jī)Z84、EPSON公司的單片機(jī)

5、NS公司的COP8單片機(jī)

6、先鋒Chipcon公司推出了全新概念的新一代ZigBee無線單片機(jī)CC2430/CC24317、富士通單片機(jī)MB89P935C。等等1.5.4其他公司8位單片機(jī)1.616位和32位單片機(jī)系列介紹

1.6.116位單片機(jī)是高性能單片機(jī)。主要有：

1、凌陽16位單片機(jī)

2、TI公司的MSP430C系列（極低功耗的單片機(jī)）

3、PIC18CXXX系列單片機(jī)。

1.616位和32位單片機(jī)系列介紹1.6.232位單片機(jī)

32位單片機(jī)又稱嵌入式處理器，是面向特定應(yīng)用，隱藏于應(yīng)用系統(tǒng)或電子產(chǎn)品內(nèi)部的專用計算機(jī)。主要有：

Philips公司的LPC2220系列

SAMSUNG公司的S3C44B0X系列

IBM公司的PowerPC系列

MIPS公司的MIPS系列

Sun公司的SparcARM公司的ARM系列嵌入式處理器。1.6.232位單片機(jī)1.7單片機(jī)的發(fā)展趨勢

1．改進(jìn)CPU結(jié)構(gòu)

2．低電壓、低功耗CMOS化

3．改善存儲器性能

4．改進(jìn)I/O口性能

5．外圍電路內(nèi)裝化

6．主流與多品種共存

7．片內(nèi)ROM中固化應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件1.7單片機(jī)的發(fā)展趨勢1.8單片機(jī)的應(yīng)用

單片機(jī)卓越的性能，得到了廣泛的應(yīng)用，已深入到各個領(lǐng)域。使用溫度：民品：

0°C—+70°C工業(yè)品：

-40°C—+85°C軍品：

-65°C—+125°C。1.8單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)卓越的性能，得到了廣泛的應(yīng)在下述的各個領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用：1、測控系統(tǒng)2、智能儀器儀表3．消費類電子產(chǎn)品4．機(jī)電一體化產(chǎn)品5．武器裝備6．終端及外部設(shè)備智能接口7．通信技術(shù)8．多機(jī)分布式系統(tǒng)在下述的各個領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用：1、測控系統(tǒng)1.9單片機(jī)技術(shù)主要網(wǎng)站介紹STC單片機(jī)（）周立功單片機(jī)（）C51BBS論壇（http://www.C51）中國電子網(wǎng)（）嵌入式公社（/）電子技術(shù)應(yīng)用（/magazine/Electronic/newsdisplayindex.asp）單片機(jī)愛好者（）超簡單單片機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)（）中源單片機(jī)（

1.9單片機(jī)技術(shù)主要網(wǎng)站介紹STC單片機(jī)（http://第2章

8051單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)

主講袁鵬平第2章

8051單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)

主講袁鵬平本章學(xué)習(xí)要點：

(1)8051單片機(jī)特點、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及片內(nèi)各組成部件的功能作用；

(2)8051單片機(jī)引腳名稱、功能和控制信號、三總線的組成；

(3)單片機(jī)的存儲結(jié)構(gòu)，程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、特殊功能寄存器的編址和地址空間分配，單片機(jī)堆棧的特點、程序狀態(tài)字PSW各位的含義；

(4)單片機(jī)工作時序、時鐘電路、復(fù)位電路工作原理；機(jī)器周期、指令周期的計算方法；I/O的結(jié)構(gòu)功能特點，單片機(jī)的工作模式。

本章學(xué)習(xí)要點：2.18051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)八大功能部件：（1）微處理器（8位CPU）（2）程序存儲器（ROM、EPROM或Flash等）（3）數(shù)據(jù)存儲器（RAM、E2PROM）（4）四個8位并行可編程I/O端口（P0、P1、P2、P3）（5）一個串行口（UART）（6）兩個16位定時器/計數(shù)器（T0/T1）（7）中斷系統(tǒng)（含５～8個中斷源、2個優(yōu)先級）（8）特殊功能寄存器（SFR）

2.18051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

還包含：時鐘振蕩器、總線控制器和供電電源此外，有的還有其它功能部件，如：

A/D、D/APWM、PCAWDTSPI、I2C、ISP、IAP還包含：8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.28051單片機(jī)芯片引腳功能單片機(jī)芯片雙列直插封裝方式引腳圖

2.28051單片機(jī)芯片引腳功能2.28051單片機(jī)芯片引腳功能單片機(jī)芯片方形封裝方式引腳圖

2.28051單片機(jī)芯片引腳功能2.28051單片機(jī)芯片引腳功能單片機(jī)芯片引腳功能1．主電源引腳（1）GND接地（2）VCC正常操作時為十5V電源。2．時鐘電路引腳（1）XTAL1：（2）XTAL2：2.28051單片機(jī)芯片引腳功能3．控制線與電源復(fù)用引腳（1）RST/VPD：RST是復(fù)位信號，高電平有效。

VPD為第二功能，即備用電源輸入端。（2）ALE/PROG：ALE為地址鎖存允許信號輸出引腳。

PROG為編程信號，第二功能，低電平有效。（3）PSEN：片外ROM選通信號輸出端，低電平有效。（4）EA／VPP：EA為內(nèi)部和外部ROM控制端當(dāng)EA＝1時，從內(nèi)ROM開始訪問當(dāng)EA＝0時，只訪問外部ROM

VPP是編程電源輸入端3．控制線與電源復(fù)用引腳4．并行輸入/輸出引腳（1）P0口：P0.0～P0.7統(tǒng)稱為P0口（2）P1口：P1.0～P1.7統(tǒng)稱為P1口（3）P2口：P2.0～P2.7統(tǒng)稱為P2口（4）P3口：P3.0～P3.7統(tǒng)稱為P3口

P3口每一位可用作第二功能，而且P3口的每一條引腳都可以獨立設(shè)置為第一功能的I/O口功能和第二功能。4．并行輸入/輸出引腳2.38051中央處理器

單片機(jī)的CPU是完整的1位微計算機(jī)。這個1位微計算機(jī)包含CPU、位寄存器、I/O口和指令集。

CPU內(nèi)部包含：

1、運算器

2、控制器

3、存儲器。2.38051中央處理器2.3.1運算器

運算器包含：

1.算術(shù)邏輯運算單元ALU---算術(shù)運算、邏輯運算

2.累加器A---相當(dāng)于數(shù)據(jù)加工廠

3.位處理器---位運算

4.BCD碼修正電路---十進(jìn)制數(shù)的運算處理

5.PSW---記錄程序運行狀態(tài)2.3.1運算器2.3.2控制器

單片機(jī)的指揮部件，主要任務(wù)是識別指令，控制各功能部件，保證各部分有序工作。主要包括指令寄存器、指令譯碼器、程序計數(shù)器、程序地址寄存器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路、時序控制邏輯電路。

2.3.2控制器1、指令、指令譯碼及控制器指令---就是完成某項操作的命令。指令譯碼---對指令進(jìn)行解析和翻譯控制器---發(fā)出相應(yīng)的控制信息，指揮運算器和存儲器協(xié)同完成指令所要求的操作。例如：下面是單片機(jī)的一條指令：

0010010100110000(A)+(30H)

該指令是加法指令,指令占2字節(jié)1、指令、指令譯碼及控制器2、指令集和指令助記符指令譯碼器所能解析系統(tǒng)在設(shè)計時規(guī)定的。為直觀表達(dá)，用指令助記符表示。例如，上面的加法指令的助記符為：

ADDA，30H2、指令集和指令助記符3、程序及程序計數(shù)器PC

什么叫計算機(jī)程序：為完成一個完整的運算任務(wù)，按照執(zhí)行步驟用計算機(jī)指令編寫的指令集合。

執(zhí)行程序指示：地址由PC指示。

執(zhí)行程序時，在計算機(jī)控制器的控制下，取指令裝置會按PC的指向從存儲器中讀出第一條指令并譯碼，執(zhí)行指令所要求的操作。3、程序及程序計數(shù)器PC2.3.3程序執(zhí)行過程執(zhí)行程序線路實際上按PC的指取指令運行，PC就象引路人，稱為程序指針。執(zhí)行流程如下圖：2.3.3程序執(zhí)行過程程序指令取指執(zhí)行過程1、復(fù)位PC=00002、從PC取指，PC+13、取數(shù)據(jù)4、執(zhí)行指令5、取下一條指令……程序指令取指執(zhí)行過程1、復(fù)位PC=00002.48051單片機(jī)的存儲結(jié)構(gòu)

8051單片機(jī)存儲器采用馮．諾依曼結(jié)構(gòu)：

1、有一根地址和數(shù)據(jù)總線。

2、程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間采用獨立編址。

3、擁有各自的尋址方式和尋址空間。2.48051單片機(jī)的存儲結(jié)構(gòu)2.4.18051單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)8051單片機(jī)存儲器從物理結(jié)構(gòu)上分四種：

1、片內(nèi)程序存儲器

2、片外程序存儲器

3、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器

4、片外數(shù)據(jù)存儲器2.4.18051單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)從尋址空間分布上分三種：程序存儲器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器外部數(shù)據(jù)存儲器。從功能作用上可五種：程序存儲器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、特殊功能寄存器、位地址空間存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器。從尋址空間分布上分三種：2.4.18051單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)圖2.4.18051單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)圖2.4.2程序存儲器：可尋址的地址空間為64KB，從0000H開始編址，最大地址可至FFFFH。

用EA信號選擇片內(nèi)、片外程序存儲器：對于STC89C51單片機(jī)（片內(nèi)有4KB），編址為0000～0FFFH，EA接高電平，從片內(nèi)0000H開始執(zhí)行程序。對于8031單片機(jī)無內(nèi)部程序存儲器，EA接低電平，從片外讀取程序執(zhí)行。2.4.2程序存儲器：中斷向量：

單片機(jī)至少有5個中斷地址，在0000～002FH程序存儲器地址之間占5個特殊地址，被固定用于5個中斷源的中斷服務(wù)程序入口地址。中斷地址如下：中斷向量：2.4.3片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器1、片內(nèi)RAM編址片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，128B/256B)，用來存放程序運行時所需要的常數(shù)或變量。編址如下：51子系列片內(nèi)RAM有128字節(jié)編址為00～7FH

特殊功能寄存器塊有128字節(jié)編址為為80～FFH52子系列片內(nèi)RAM有256字節(jié)低128字節(jié)編址為00～7FH（直接尋址）高128字節(jié)編址為80～FFH（間接尋址）

SFR有128字節(jié)編址為為80～FFH

（間接尋址）2.4.3片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器2、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的劃分

片內(nèi)RAM編址為00～7FH，分工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和堆棧數(shù)據(jù)區(qū)三個部分。結(jié)構(gòu)如下圖：2、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的劃分(1)工作寄存器區(qū)從上圖中可以看到，單片機(jī)內(nèi)部RAM的00～1FH區(qū)是R工作寄存器區(qū)，分為四個組，由RS1、RS0配置選擇：(1)工作寄存器區(qū)(2)位尋址區(qū)內(nèi)部RAM的20H～2FH為位尋址區(qū)域(見表2-4)。這16個單元(共128位)的位地址編址范圍為00H～7FH。(2)位尋址區(qū)(3)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)部RAM的30H～7FH是數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，也稱為用戶RAM區(qū)，共80個單元。

52子系列內(nèi)部有256個單元的數(shù)據(jù)存儲器，用戶RAM區(qū)范圍為30H～FFH，共208個單元。工作寄存器區(qū)和位尋址區(qū)的地址及單元數(shù)與上述一致。(3)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)3、堆棧和堆棧指針

堆棧的概念：是一種數(shù)據(jù)項按序排列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，采用后進(jìn)先出，這種后進(jìn)先出操作的緩沖器區(qū)稱為堆棧。堆棧指針總是指向棧頂。堆棧就好比水桶或手槍中的彈匣，更象一個裝兵乓球的小圓筒。堆棧的幾個名詞：

滿堆棧、空堆棧、遞增堆棧和遞減堆棧3、堆棧和堆棧指針堆棧特點：后進(jìn)先出堆棧有3個具體功能：

(1)保護(hù)斷點

(2)現(xiàn)場保護(hù)

(3)臨時暫存數(shù)據(jù)堆棧特點：后進(jìn)先出2.4.4特殊功能寄存器單片機(jī)是通過特殊功能寄存器（SFR）對各種功能部件進(jìn)行集中控制。如下表：2.4.4特殊功能寄存器2.4.5外部數(shù)據(jù)存儲器單片機(jī)一般的內(nèi)部RAM只有128B或256B?，F(xiàn)在有大RAM容量單片機(jī)或集成了DataFlash的單片機(jī)。系統(tǒng)需要海量存儲器必須擴(kuò)展外部存儲器。

擴(kuò)展外部存儲器方式：（1）并行方式擴(kuò)展（最大64KB）（2）串行方式擴(kuò)展（最大1MB以上）2.4.5外部數(shù)據(jù)存儲器存儲器使用總結(jié)如下：

(1)地址有重疊性，用不同的控制命令分開。

(2)(RAM)和(ROM)在操作使用上是嚴(yán)格區(qū)分的，不同的操作指令不能混用。

(3)位地址空間有兩個區(qū)域：

20H～2FH區(qū)和SFR區(qū)

(4)片外數(shù)據(jù)存儲器區(qū)中，RAM存儲單元與單片機(jī)外部擴(kuò)展的I/O端口是統(tǒng)一編址的。存儲器使用總結(jié)如下：2.5并行I/O端口

共有4個8位雙向I/O口，共32口線。每位均有自己的鎖存器(SFR)，輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。2.5并行I/O端口共有4個8位雙向I/O口，共32多路開關(guān)功能：用于控制選通I/O方式還是地址/數(shù)據(jù)輸出方式方式控制：由內(nèi)部控制信號產(chǎn)生輸入鎖存器兩個輸入緩沖器(BUF1和BUF2)推拉式I/O驅(qū)動器2.5.1P0口位圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)BUF2BUF15、P0R2為讀引腳信號，執(zhí)行“MOVA,P0”時該信號有效6、讀引腳（端口）時，輸出鎖存器應(yīng)為“1”說明：1、當(dāng)控制信號為0時，P0口做雙向I/O口，為漏極開路（三態(tài)）2、控制信號為1時，P0口為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線（用于口擴(kuò)展）3、P0W為端口輸出寫信號，用于鎖存輸出狀態(tài)4、P0R1為讀鎖存器信號，執(zhí)行“ANLP0,#0FH”時該信號有效QQDCVcc控制AD0P0R1

P0R2D0P0W圖1、P0口內(nèi)部結(jié)構(gòu)讀鎖存器讀引腳鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器地址/數(shù)據(jù)P00多路開關(guān)10多路開關(guān)輸入鎖存器兩個輸入緩沖器(BUF1和BUF2)推拉式2.5.2P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示輸出部分有內(nèi)部上拉電阻R*約為20K。其他部分與P0端口使用相類似（讀引腳時先寫入1）。寫數(shù)據(jù)讀端口2.5.2P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示寫數(shù)據(jù)讀端2.5.3P2口內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、當(dāng)控制信號為1時P2口輸出地址信息，此時單片機(jī)完成外部的取指操作或?qū)ν獠繑?shù)據(jù)存儲器16位地址的讀寫操作。3、當(dāng)P2口作為普通I/O口使用時用法和P1口類似。說明：1、P2可以作為通用的I/O，也可以作為高8位地址輸出。2.5.3P2口內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、當(dāng)控制信號為1時說明：P0.3地址鎖存器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0DBABP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0P3.1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.2MCS-51片外總線結(jié)構(gòu)示意圖返回MCS-51單片機(jī)片外總線

P0.4P0.3地址鎖存器CBI/OA15A14A13A12A11A返回單片機(jī)

8031P2.0P2.1P2.2A8A9A10ALERD74LS373G6264A7A6A5A4A3A2A1A0O0O1O2O3O4O5O6O7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7OECEQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7D0D1D2D3D4D5D6D7WEWRP2.7P2.3P2.4A11A126264WE單片機(jī)

8031P2.0:.A8..ALERD74LS373GA7..A0P0.0

:P0.7OECEQ0..Q7D0..D7A12P2.4WRD7..D0返回單片機(jī)P2.0P2.1P2.2A8A9A10ALER2.5.4P3口內(nèi)部結(jié)構(gòu)說明：1、做普通端口使用時，第二功能應(yīng)為“1”。2、使用第二功能時，輸出端口鎖存器應(yīng)為“1”。3、變異功能（）

P3.0TXDP3.4T0P3.1RXDP3.5T1P3.2INT0P3.6WRP3.3INT1P3.7RD1輸出I/O口1讀I/O口112.5.4P3口內(nèi)部結(jié)構(gòu)說明：2、使用第二功能時，輸2.5.5P0～P3端口功能總結(jié)使用中應(yīng)注意的問題：（1）P0～P3口都是并行I/O口，但P0口和P2口還可用來構(gòu)建數(shù)據(jù)總線和地址總線，所以電路中有一個MUX，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（2）而P1口和P3口無構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線的功能，因此，無需轉(zhuǎn)接開關(guān)MUX。2.5.5P0～P3端口功能總結(jié)（3）只有P0口是一個真正的雙向口，P1～P3口都是準(zhǔn)雙向口。原因:P0口作數(shù)據(jù)總線使用時，為保證數(shù)據(jù)正確傳送，需解決芯片內(nèi)外的隔離問題，即只有在數(shù)據(jù)傳送時芯片內(nèi)外才接通；否則應(yīng)處于隔離狀態(tài)。為此，P0口的輸出緩沖器應(yīng)為三態(tài)門。（4）P3口具有第二功能。因此在P3口電路增加了第二功能控制邏輯。這是P3口與其它各口的不同之處。（3）只有P0口是一個真正的雙向口，P1～P3口都是準(zhǔn)雙向口P3口的第二功能P3口的第二功能2.6單片機(jī)時序與復(fù)位時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所必需的時鐘控制信號。2.6.1時鐘電路時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，電路的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。2.6單片機(jī)時序與復(fù)位一、內(nèi)部時鐘方式

內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，其輸入端：XTAL1，輸出端：XTAL2。

C1和C2典型值通常選擇為30pF左右。晶體的振蕩頻率在1.2MHz～12MHz之間。某些高速單片機(jī)芯片的時鐘頻率已達(dá)40MHz。一、內(nèi)部時鐘方式C1和C2典型值通常選擇為30pF左右二、外部時鐘方式

常用于多片單片機(jī)同時工作。

第五章單片機(jī)單片機(jī)及接口電路設(shè)計教材課件

三、時鐘信號的輸出為應(yīng)用系統(tǒng)中的其它芯片提供時鐘，但需增加驅(qū)動能力。

三、時鐘信號的輸出2.6.2機(jī)器周期、指令周期與指令時序一、時鐘周期單片機(jī)的基本時間單位。若時鐘的晶體的振蕩頻率為fosc，則時鐘周期Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。二、機(jī)器周期CPU完成一個基本操作所需要的時間。執(zhí)行一條指令分為幾個機(jī)器周期。每個機(jī)器周期完成一個基本操作。MCS-51單片機(jī)每12個時鐘周期為一個機(jī)器周期，2.6.2機(jī)器周期、指令周期與指令時序一個機(jī)器周期又分為6個狀態(tài)：S1～S6。每個狀態(tài)又分為兩拍：P1和P2。因此，一個機(jī)器周期中的12個時鐘周期表示為：S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、SP6P1、S6P2一個機(jī)器周期又分為6個狀態(tài)：S1～S6。每個狀態(tài)又分為兩拍：三、指令周期執(zhí)行一條指令時，可分為取指令階段和指令執(zhí)行階段。取指令階段，PC中地址送到程序存儲器，并從中取出需要執(zhí)行指令的操作碼和操作數(shù)。指令執(zhí)行階段，對指令操作碼進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生一系列控制信號完成指令的執(zhí)行。ALE信號是為地址鎖存而定義的，以時鐘脈沖1/6的頻率出現(xiàn)，在一個機(jī)器周期中，ALE信號兩次有效（注意，在執(zhí)行訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的指令MOVX時，將會丟失一個ALE脈沖）三、指令周期8051X2X1VssTTL外接時鐘源Vcc時鐘電路需外接晶振的頻率1.2~12MHZ，C1和C2取30±10PFX1X2C2

C1X

8051振蕩電路S1S2S3S4S5S6S1S2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2fosc一個狀態(tài)周期一個機(jī)器周期T=12*(1/fosc)X2CPU的時序（時鐘周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期）8051TTL外接時鐘源VccX1X2C2C1X8051若外接晶振為12MHz時，則單片機(jī)的四個周期的具體值為：

時鐘周期＝1/12MHz＝1/12μs＝0.0833μs

狀態(tài)周期＝1/6μs＝0.167μs

機(jī)器周期＝1μs

指令周期＝1～4μs可用于計算指令、程序的執(zhí)行時間，以及定時器的定時時間若外接晶振為12MHz時，則單片機(jī)的四個周期的具體值為：2.6.3復(fù)位電路單片機(jī)的初始化操作，擺脫死鎖狀態(tài)。

引腳RST加上大于2個機(jī)器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可使MCS-51復(fù)位。復(fù)位時，PC初始化為0000H，使MCS-51單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。

除PC之外，復(fù)位操作還對其它一些寄存器有影響，見表2-8(P43)。

SP=07H，P0-P3的引腳均為高電平。

在復(fù)位有效期間，ALE腳和PSEN*腳均為高電平，內(nèi)部RAM的狀態(tài)不受復(fù)位的影響。2.6.3復(fù)位電路2.7.2復(fù)位電路

片內(nèi)復(fù)位結(jié)構(gòu)：

2.7.2復(fù)位電路上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位

最簡單的上電自動復(fù)位電路:上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位按鍵手動復(fù)位，有電平方式和脈沖方式兩種。電平方式脈沖方式按鍵手動復(fù)位，有電平方式和脈沖方式兩種。兩種實用的兼有上電復(fù)位與按鈕復(fù)位的電路。

圖2-19中（b）的電路能輸出高、低兩種電平的復(fù)位控制信號，以適應(yīng)外圍I/O接口芯片所要求的不同復(fù)位電平信號。74LS122為單穩(wěn)電路，實驗表明，電容C的選擇約為0.1F較好。兩種實用的兼有上電復(fù)位與按鈕復(fù)位的電路。圖2-19中（b）WatchDog復(fù)位電路

WatchDog復(fù)位電路2.6.4復(fù)位和復(fù)位狀態(tài)單片機(jī)復(fù)位后，各個特殊功能寄存器的復(fù)位狀態(tài)如表2-8所示2.6.4復(fù)位和復(fù)位狀態(tài)2.7單片機(jī)的省電工作模式單片機(jī)工作方式：（1）正常工作方式（2）空閑模式（3）掉電模式空閑模式和掉電模式由PCON中的IDL和PD位設(shè)置。2.7單片機(jī)的省電工作模式PCON電源控制寄存器格式如下：

PCON的字節(jié)地址為87H，不能位尋址，系統(tǒng)復(fù)位時PCON=00x10000B。PCON電源控制寄存器格式如下：IDL=1進(jìn)入空閑模式。

(1)用中斷方式退出空閑模式。

(2)用硬件復(fù)位方式退出空閑模式。PD=1進(jìn)入掉電模式。STC89C51單片機(jī)的功耗：（1）正常工作時功耗為25mA

（2）空閑節(jié)電模式下功耗是6.5mA

（3）掉電模式時功耗僅50A。IDL=1進(jìn)入空閑模式。第8章單片機(jī)與鍵盤、顯示器、打印機(jī)接口的設(shè)計主講：袁鵬平第8章單片機(jī)與鍵盤、10.1單片機(jī)與鍵盤的接口

鍵盤是由若干按鍵組成的開關(guān)陣列。鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤之分。單片機(jī)系統(tǒng)中通常采用非編碼鍵盤，非編碼鍵盤主要由軟件來識別閉合鍵，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用靈活等特點，因此被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)。10.1單片機(jī)與鍵盤的接口10.1.1鍵盤的工作原理1．按鍵特點鍵盤是一組按鍵開關(guān)的集合，組成鍵盤的按鍵有觸點式和非觸點式兩種。常用的鍵盤一般采用由機(jī)械觸點構(gòu)成的鍵盤開關(guān)，在按鍵接觸過程中通常會產(chǎn)生抖動，如下圖：10.1.1鍵盤的工作原理2．按鍵的識別

圖10-1中，當(dāng)按鍵開關(guān)K1沒有按下時，K1鍵的2個觸點是斷開的，這時P1.0輸入為高電平；當(dāng)K1鍵被按下時，K1鍵的2個觸點是接通的，P1.0輸入為低電平。通過對連接按鍵的I/O端口的電平檢測，就能識別出K1鍵是否被按下。

2．按鍵的識別3．按鍵抖動的消除方法

有兩種：硬件去抖和軟件延時去抖。硬件去抖電路如圖10-2所示。3．按鍵抖動的消除方法10.1.2鍵盤的接口方式

單片機(jī)系統(tǒng)中采用非編碼鍵盤，非編碼鍵盤分為獨立式鍵盤和行列式矩陣鍵盤。1．獨立式鍵盤接口按鍵處理子程序： ORG 0000 LJMP MAIN ORG 0013H LJMP KPINT1MAIN: MOV SP,#6FH SETB IT

SETB EX1 SETB EA

…10.1.2鍵盤的接口方式(2)查詢方式獨立鍵盤接口這種鍵盤接口方式適用于鍵盤操作實時性要求不高的系統(tǒng)。接口電路如圖10-4：(2)查詢方式獨立鍵盤接口(3)緩沖方式獨立鍵盤接口這種鍵盤接口方式適用于鍵盤操作實時性要求不高的系統(tǒng)。接口電路如圖10-5：按鍵處理程序見課本。(3)緩沖方式獨立鍵盤接口10.2單片機(jī)與顯示器接口設(shè)計LED(LightEmittingDiode)是發(fā)光二極管，常作為指示器，其導(dǎo)電特性與普通二極管類似。由8個LED按照規(guī)定的排列安裝就可構(gòu)成LED數(shù)碼管，能夠顯示各種數(shù)字及部分英文字母，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中普遍被使用的顯示器。10.2單片機(jī)與顯示器接口設(shè)計10.2.1顯示器結(jié)構(gòu)與工作原理數(shù)碼管只能顯示一個數(shù)字或字符，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖10-10所示。LED顯示器有共陽極和共陰極2種。10.2.1顯示器結(jié)構(gòu)與工作原理10.2.2LED數(shù)碼顯示方式與接口電路設(shè)計由N個LED單字?jǐn)?shù)碼管可接成N位數(shù)碼顯示，如圖10-12是四位LED顯示的電路原理圖。10.2.2LED數(shù)碼顯示方式與接口電路設(shè)計1．靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示是指每一個顯示器都要占用單獨的、具有鎖存功能的I/O接口，以用于鎖存字形代碼。1．靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示3位數(shù)字的子程序(假定顯示的數(shù)在50H～52H)：DISP：MOV R2,#03 MOV R0,#50HLP0： MOV A,@R0 ADD A,#0BH MOVCA,@A+PC MOV SBUF,ALP1： JNB TI,LP1 CLR TI INC R0 DJNZ R2,LP0 RETTAB：DB 09H,0EBH,98H,8AH,6AH,0EH DB 0CH,0CBH,08H,0AH,0FFH,0FFH靜態(tài)顯示3位數(shù)字的子程序(假定顯示的數(shù)在50H～52H)：2．動態(tài)顯示動態(tài)顯示是指一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼顯示器，即每隔一段時間點亮一個數(shù)碼管。2．動態(tài)顯示動態(tài)顯示程序如下：DISP: MOV R3,#00 ;顯示初值

MOV R4,#0E8H ;循環(huán)顯示次數(shù)LP0: MOV DPTR,#TAB ;置筆形碼表首地址

MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR MOV P1,ADELAY: ACALLDISP1

DJNZ R4,DELAY INC R3 CJNE R3,#0A,LP0 AJMP EXQDISP1: MOV R1,#06 MOV R5,#00DISP2: MOV A,R5 MOV P3,A ;送位選碼

ACALLDEL1 ;每位顯示15ms INC R5 ;指向下一個LED DJNZ R1,DISP2 ;未顯示完6位繼續(xù)

RETDEL1: MOV R6,#250 ;延時1ms(6MHz晶振)LP2: DJNZ R6,LP2EXQ: RETTAB: DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB92H,82H,0F8H,80H,90H動態(tài)顯示程序如下：10.4單片機(jī)與液晶顯示器的接口設(shè)計

液晶顯示器是一種將液晶顯示屏、連接件、集成電路、PCB線路板、背光源和結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件。英文名稱為LiquidCrystalDisplayModule，簡稱為LCD，稱為液晶顯示模塊。10.4單片機(jī)與液晶顯示器的接口設(shè)計10.4.1液晶顯示器類型與工作原理1．字段型模塊字段型是以長條狀組成的字符顯示，主要用于顯示數(shù)字和部分英文字母及字符，廣泛應(yīng)用于電子儀器、數(shù)字儀表和計算器中。2．點陣字符型模塊點陣字符型模塊由行、列驅(qū)動器，控制器及必要的連接件，結(jié)構(gòu)件裝配而成，內(nèi)部固化了192個字模的字符庫，可以顯示數(shù)字、英文字母和字符。10.4.1液晶顯示器類型與工作原理3．點陣圖形型模塊這種點陣圖形型模塊點陣像素連續(xù)排列，行和列在排布中均沒有空隔，可以顯示連續(xù)、完整的圖形。由于它由X-Y矩陣像素構(gòu)成，所以除顯示圖形外，也可以顯示字符。3．點陣圖形型模塊3、TC1602E液晶顯示器接口設(shè)計

單片機(jī)與TC1602E液晶顯示器接口方法有兩種：一種為直接訪問方式；另一種為間接控制方式。接口電路如圖10-25所示。3、TC1602E液晶顯示器接口設(shè)計10.4.3點陣圖形液晶顯示器接口設(shè)計

有圖形顯示功能的液晶顯示器，其里面包含一個“圖形顯示緩沖區(qū)”?！皥D形顯示緩沖區(qū)”的內(nèi)容按點陣對應(yīng)方式進(jìn)行顯示。液晶顯示屏中的“顯示緩沖區(qū)”通常不能被CPU直接訪問，一字節(jié)的操作需要先傳送地址，再傳送數(shù)據(jù)，需要若干條指令才能完成。10.4.3點陣圖形液晶顯示器接口設(shè)計1．OCM12864引腳功能與接口電路設(shè)計

OCM12864是128×64藍(lán)模、CCFL背光、帶KS0108控制器的圖形液晶顯示器，有20個引腳，工作電壓為+5V，可直接與單片機(jī)連接。OCM12864引腳功能如表10-10所示。1．OCM12864引腳功能與接口電路設(shè)計第11章單片機(jī)與A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的接口設(shè)計主講：袁鵬平第11章單片機(jī)與A/D、本章學(xué)習(xí)要點：(1)

A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理，A/D、D/A轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標(biāo)；

(2)

A/D、D/A轉(zhuǎn)換器分辨率的計算與選型；

(3)

單片機(jī)與并行A/D、串行A/D轉(zhuǎn)換器的接口及數(shù)據(jù)采集方法；

(4)

單片機(jī)與并行D/A、串行D/A轉(zhuǎn)換器的接口及編程控制。本章學(xué)習(xí)要點：11.1A/D轉(zhuǎn)換器的接口設(shè)計

A/D轉(zhuǎn)換器作用是在特定的電路下將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量一次A/D轉(zhuǎn)換一般需要經(jīng)過采樣、保持、量化及編碼四個步驟。A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集的重要通道是信號轉(zhuǎn)換的主要方式。11.1A/D轉(zhuǎn)換器的接口設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換器分成四種：計數(shù)式、雙積分式、逐次逼近式、并行式A/D轉(zhuǎn)換器。比較常見的A/D：雙積分式--主要優(yōu)點為轉(zhuǎn)換精度高、抗干擾性能好、價格相對低廉；缺點是轉(zhuǎn)換速度慢。逐次逼近式的A/D轉(zhuǎn)換器---逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器在精度、速度和價格上都適中，轉(zhuǎn)換速度在幾微秒到幾百微妙之間。A/D轉(zhuǎn)換器分成四種：按接口方式不同可將A/D轉(zhuǎn)換器分為串行接口和并行接口A/D轉(zhuǎn)換器。單片機(jī)片內(nèi)有A/D轉(zhuǎn)換器。如果要求高精度、高分辨率，一般要選擇片外A/D轉(zhuǎn)換器。如果要求分辨率不高(如10位或8位)，可以選擇片內(nèi)帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，以使降低設(shè)計成本。按接口方式不同可將A/D轉(zhuǎn)換器分為串行接口和并行1．A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)(1)

分辨率---輸出二進(jìn)制位數(shù)或BCD碼位數(shù)表示，是滿刻度電壓值與2n的比值例1一個12位的A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率：滿刻度=1/212，百分?jǐn)?shù)表示=0.0244%用212的級數(shù)進(jìn)行量化，其分辨率為1LSB。如果滿刻度為10

V，則可分辨的最小電壓變化值=10

V×0.0244%=2.4

mV，即1LSB＝2.4mV。例2

三位半BCD碼A/D轉(zhuǎn)換器分辨率：滿數(shù)字值為1999，用百分?jǐn)?shù)表示其分辨率=1/1999×100%=0.05%。1．A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)(2)

轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換速率完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間就是A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間。A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速率級數(shù)：超高速---轉(zhuǎn)換時間≤1

ns高速---轉(zhuǎn)換時間≤1

μs中速---轉(zhuǎn)換時間≤1

ms低速---轉(zhuǎn)換時間≤1

s并行式A/D轉(zhuǎn)換時間最短的約為20～50

ns

雙極性逐次比較式轉(zhuǎn)換時間約為0.4s(2)

轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換速率(3)轉(zhuǎn)換精度將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量產(chǎn)生的誤差。(4)量化誤差由A/D轉(zhuǎn)換器的有限分辨率引起的誤差。(3)轉(zhuǎn)換精度2．A/D轉(zhuǎn)換器的選擇(1)根據(jù)檢測精度要求選擇A/D轉(zhuǎn)換器(2)根據(jù)采樣頻率要求選擇A/D轉(zhuǎn)換器(3)采樣保持器(4)工作電壓和基準(zhǔn)電壓(5)其它選擇考慮條件①

片內(nèi)A/D②

串行A/D③封裝2．A/D轉(zhuǎn)換器的選擇11.1.2單片機(jī)與AD574的并行接口設(shè)計8位分辨率的ADC常常不夠，采用10位、12位、16位A/D轉(zhuǎn)換器。12位ADCAD574A（AD674A、AD1674A）。1.AD574簡介12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換時間為25s，轉(zhuǎn)換精度為0.05%，片內(nèi)有三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與各種8位或16位的微處理器相連，而無須附加邏輯接口電路，且能與CMOS及TTL電平兼容。28腳雙列直插式封裝，引腳如圖11-1。11.1.2單片機(jī)與AD574的并行接口設(shè)計8位分辨第五章單片機(jī)單片機(jī)及接口電路設(shè)計教材課件引腳的功能如下：CS*：片選信號端。CE：

片啟動信號。R/C*：讀出/轉(zhuǎn)換控制信號。12/8*：數(shù)據(jù)輸出格式選擇。

1:12條數(shù)據(jù)線同時輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果，0:轉(zhuǎn)換結(jié)果為兩個單字節(jié)輸出，即只有高8位或低4位有效。A0：字節(jié)選擇控制線。分為轉(zhuǎn)換期間、讀出期間在轉(zhuǎn)換期間:0:

進(jìn)行12位轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換時間為25s）；

1:

進(jìn)行8位轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換時間為16s）。在讀出期間：引腳的功能如下：CS*：片選信號端。CE：片啟動信號。R/結(jié)果的高8位結(jié)果的低4位+4位尾00:高8位數(shù)據(jù)有效；1:低4位數(shù)據(jù)有效，中間4位為“0”，高4位為三態(tài)。因此當(dāng)兩次讀出12位數(shù)據(jù)時，12位數(shù)據(jù)遵循左對齊原則，如下所示：上述五個控制信號組合的真值表如表11-1所示:結(jié)果的高8位結(jié)果的低4位+4位尾00:高8位數(shù)據(jù)有效；1:低CECS*R/C*12/8*A0操作0X11111X100000XX00111XXXX+5V地地XX01X01無操作無操作初始化為12位轉(zhuǎn)換初始化為8位轉(zhuǎn)換允許12位并行輸出允許高8位輸出允許低4位+4位尾0輸出表11-1AD574控制真值表CECS*R/C*12/8*A0操作0XXXX無操作表STS：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)引腳。

轉(zhuǎn)換完成時為低電平?？勺鳛闋顟B(tài)信息被CPU查詢，也可用它的下跳沿向CPU發(fā)出中斷申請，通知A/D轉(zhuǎn)換已完成，可讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。2.AD574的工作特性工作狀態(tài)由CE、CS*、R/C*、12/8*、A0五個控制信號決定，當(dāng)CE=1，CS*=0同時滿足,才處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)。AD574處于工作狀態(tài)時，R/C*=0,啟動A/D轉(zhuǎn)換；R/C*=1為數(shù)據(jù)讀出。12/8*和A0端用來控制轉(zhuǎn)換字長和數(shù)據(jù)格式。A0=0按12位轉(zhuǎn)換方式啟動轉(zhuǎn)換；A0=1按8位轉(zhuǎn)換方式啟動轉(zhuǎn)換。當(dāng)AD574處于數(shù)據(jù)讀出（R/C*=1）狀態(tài)時，A0和12/8*STS：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)引腳。轉(zhuǎn)換完成時為低電平。可作為狀態(tài)成為數(shù)據(jù)輸出格式控制端。12/8*=1對應(yīng)12位并行輸出；12/8*=0對應(yīng)8位的雙字節(jié)輸出。其中A0=0時輸出高8位。A0=1時輸出低4位，并以4個0補(bǔ)足尾隨的4位。注意：12/8*端與TTL電平不兼容，故只能直接接+5V或地。另外A0在數(shù)據(jù)輸出期間不能變化。3.AD574的單極性和雙極性輸入特性圖11-18(a)為單極性轉(zhuǎn)換電路，可實現(xiàn):0～10V或0～20V的轉(zhuǎn)換。圖11-18(b)為雙極性轉(zhuǎn)換電路，可實現(xiàn):-5～+5V或-10～+10V的轉(zhuǎn)換。成為數(shù)據(jù)輸出格式控制端。12/8*=1對應(yīng)12位并行輸出；1第五章單片機(jī)單片機(jī)及接口電路設(shè)計教材課件讀結(jié)果時，A1=0；CE信號由單片機(jī)的WR*和A7經(jīng)一級或非門提供，R/C*由RD*和A7經(jīng)一級或非門產(chǎn)生，A7應(yīng)為低電平。輸出狀態(tài)信號STS接P3.2，供單片機(jī)查詢A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。12/8*端接+5V，AD574的A0由地址總線A0控制，實現(xiàn)全12位轉(zhuǎn)換，并將12位數(shù)據(jù)分兩次送入數(shù)據(jù)總線上。讀結(jié)果時，A1=0；CE信號由單片機(jī)的WR*和A7經(jīng)一級第五章單片機(jī)單片機(jī)及接口電路設(shè)計教材課件

1、輸出形式兩種輸出形式:電壓輸出形式電流輸出形式。電流輸出的D/A轉(zhuǎn)換器，如需模擬電壓輸出，可在其輸出端加一個I-V轉(zhuǎn)換電路。一、D/A轉(zhuǎn)換器概述1、輸出形式兩種輸出形式:一、D/A轉(zhuǎn)換器概述2、D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部是否帶有鎖存器D/A轉(zhuǎn)換需要一定時間，這段時間內(nèi)輸入端的數(shù)字量應(yīng)穩(wěn)定，為此應(yīng)在數(shù)字量輸入端之前設(shè)置鎖存器,以提供數(shù)據(jù)鎖存功能。根據(jù)芯片內(nèi)是否帶有鎖存器，可分為內(nèi)部無鎖存器的和內(nèi)部有鎖存器的兩類。2、D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部是否帶有鎖存器D/A轉(zhuǎn)換需要一定時*內(nèi)部無鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器可與P1、P2口直接相接（因P1口和P2口的輸出有鎖存功能）。但與P0口相接，需增加鎖存器。*內(nèi)部帶有鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器

內(nèi)部不但有鎖存器，還包括地址譯碼電路，有的還有雙重或多重的數(shù)據(jù)緩沖電路，可與MCS-51的P0口直接相接。*內(nèi)部無鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器可與P1、P2口直接相接（3、主要技術(shù)指標(biāo)(1)分辨率給DAC的輸入單位數(shù)字量變化引起的模擬量輸出的變化，通常定義為輸出滿刻度值與2n之比。顯然，二進(jìn)制位數(shù)越多，分辨率越高。例如，若滿量程為10V，則分辨率為10V/2n。設(shè)8位D/A轉(zhuǎn)換，即n=8，分辨率為10V/28＝39.1mV，該值占滿量程的0.391%，用1LSB表示。同理：10位D/A：1LSB=9.77mV＝0.1%滿量程

12位D/A：1LSB=2.44mV＝0.024%滿量程根據(jù)對DAC分辨率的需要,來選定DAC的位數(shù)。3、主要技術(shù)指標(biāo)(1)分辨率給DAC的輸入單位數(shù)字量變(2)建立時間描述DAC轉(zhuǎn)換快慢的參數(shù),表明轉(zhuǎn)換速度。定義：從輸入數(shù)字量到輸出達(dá)到終值誤差(1/2)LSB(最低有效位)時所需的時間?？焖貲AC可達(dá)1s以下。(3）精度

理想情況，精度與分辨率基本一致，位數(shù)越多精度越高。但由于電源電壓、參考電壓、電阻等各種因素存在著誤差,精度與分辨率并不完全一致。位數(shù)相同，分辨率則相同，但相同位數(shù)的不同轉(zhuǎn)換器精度會有所不同。例如，某型號的8位DAC精度為0.19%，另一型號的8位DAC精度為0.05%。(2)建立時間描述DAC轉(zhuǎn)換快慢的參數(shù),表明轉(zhuǎn)換速度。單片機(jī)與DAC0832的接口1.DAC0832芯片介紹(1)DAC0832的特性美國國家半導(dǎo)體公司產(chǎn)品，具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC,能直接與MCS-51單片機(jī)相連。主要特性如下：*分辨率為8位；*電流輸出，穩(wěn)定時間為1s；*可雙緩沖輸入、單緩沖輸入或直接數(shù)字輸入；*單一電源供電（+5～+15V）；單片機(jī)與DAC0832的接口1.DAC0832芯片介紹(1（2）DAC0832的引腳及邏輯結(jié)構(gòu)（2）DAC0832的引腳及邏輯結(jié)構(gòu)4、DAC0832的應(yīng)用(1)單極性電壓輸出單極性模擬電壓輸出，可采用圖11-5或圖11-9所示接線。輸出電壓Vout與輸入數(shù)字量B的關(guān)系:

Vout

=－（B/256）*VRFE式中，B=b7·27+b6·26+……+b1·21+b0·20；B為0時，Vout也為0，輸入數(shù)字量為255時，Vout為最大值,單極性。

4、DAC0832的應(yīng)用(1)單極性電壓輸出單極性模擬由上式，在選用+VREF時，（1）若輸入數(shù)字量b7＝1，則Vo為正；（2）若輸入數(shù)字量b7＝0，則Vo為負(fù)。在選用-VREF時，Vo與+VREF極性相反。（2）雙極性電壓輸出

由上式，在選用+VREF時，（1）若輸入數(shù)字量b7＝1(3)用作程控放大器DAC0832還可以用做程控放大器使用，如圖11-19是用做程控電壓放大器的連接線路。DAC0832內(nèi)部IO一邊和T型電阻網(wǎng)絡(luò)相接，另一邊又通過內(nèi)部反饋電阻Rfb和υI相通，故D/A轉(zhuǎn)換器輸入和輸出之間的關(guān)系：(3)用作程控放大器5、單片機(jī)與DAC0832的接口電路(1)單緩沖方式

DAC0832的兩個數(shù)據(jù)緩沖器有一個處于直通方式，另一個處于受控的鎖存方式。在不要求多路輸出同步的情況下，可采用單緩沖方式。5、單片機(jī)與DAC0832的接口電路(1)單緩沖方式

單緩沖方式的接口如圖11-20:

WR2和XFER接地，故DAC0832的“8位DAC寄存器”處于直通方式?！?位輸入寄存器”受CS和WR1端控制，片選地址FEH。8031執(zhí)行如下兩條指令就可在WR1和CS上產(chǎn)生低電平信號，使0832接收8031送來的數(shù)字量。MOV R0，#0FEH ；DAC地址FEH→R0MOVX@R0，A ；WR*和譯碼器FEH輸出端有效 單緩沖方式的接口如圖11-20:WR2和XFER接地（2）雙緩沖方式

多路同步輸出，必須采用雙緩沖同步方式。電路如下圖

1#DAC0832因和譯碼器FDH相連，占有兩個端口地址FDH和FFH。

2#DAC0832的兩個端口地址為FEH和FFH。其中，F(xiàn)DH和FEH分別為1#和2#DAC0832的數(shù)字量輸入控制端口地址，而FFH為啟動D/A轉(zhuǎn)換的端口地址。（2）雙緩沖方式多路同步輸出，必須采用雙緩沖同步方式。電

VX和VY信號同步輸出，可控制X-Y繪圖儀繪制的曲線光滑，否則繪制的曲線是階梯狀。VX和VY信號同步輸出，可控制X-Y繪圖儀繪制的曲線光第13章

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

主講袁鵬平第13章

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

主講袁鵬平本章學(xué)習(xí)要點：

(1)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計基本原則，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計方法與步驟；

(2)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)，單片機(jī)實驗系統(tǒng)電路設(shè)計和軟件設(shè)計；

(3)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計方案與實現(xiàn)。

本章學(xué)習(xí)要點：13.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本原則

八大功能部件：1．高可靠性

1)選用可靠性高的電子元器件2)采取必要的抗干擾措施3)整個系統(tǒng)中相關(guān)器件的性能應(yīng)匹配4)當(dāng)單片機(jī)外接電路較多時，必須考慮其驅(qū)動能力4)當(dāng)單片機(jī)外接電路較多時，必須考慮其驅(qū)動能力13.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本原則2．高性能價格比3．操作簡單方便4．設(shè)計周期短。

13.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計及開發(fā)過程

1．產(chǎn)品需求分析和可行性分析2．確定系統(tǒng)的功能和性能3．系統(tǒng)設(shè)計方案2．高性能價格比4．系統(tǒng)硬件電路設(shè)計5．系統(tǒng)軟件設(shè)計6．系統(tǒng)調(diào)試7．系統(tǒng)方案局部修改及再調(diào)試8．生成正式產(chǎn)品

4．系統(tǒng)硬件電路設(shè)計13.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本結(jié)構(gòu)1．單機(jī)結(jié)構(gòu)單機(jī)結(jié)構(gòu)只有一片單片機(jī)，并以單片機(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計。13.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本結(jié)構(gòu)2．多機(jī)結(jié)構(gòu)多機(jī)結(jié)構(gòu)面向大規(guī)模單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)而設(shè)計，在整個系統(tǒng)中有多個單片機(jī)同時工作。2．多機(jī)結(jié)構(gòu)13.4單片機(jī)實驗系統(tǒng)設(shè)計

13.4.1單片機(jī)最小實驗系統(tǒng)一個典型的單片機(jī)最小實驗系統(tǒng)一般由時鐘電路、復(fù)位電路、片外RAM、鍵盤、數(shù)碼顯示、液晶顯示、ISP程序下載、外部擴(kuò)展口等部分組成13.4單片機(jī)實驗系統(tǒng)設(shè)計第五章單片機(jī)單片機(jī)及接口電路設(shè)計教材課件13.5單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例

13.5.1系統(tǒng)任務(wù)設(shè)計1．設(shè)計任務(wù)試設(shè)計出有一定輸出電壓范圍和功能的數(shù)控直流電源，要求輸出電壓的范圍為0～+9.9V，步進(jìn)電壓為0.1V，紋波不大于10mV，輸出電流大于500mA，能夠預(yù)置輸出初值，輸出電壓值由數(shù)碼管顯示。

13.5單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例2．任務(wù)分析

按要求，關(guān)鍵要設(shè)計以下三個電路：(1)輸出電路設(shè)計。(2)數(shù)控電路設(shè)計(3)擴(kuò)展低頻信號源，能夠輸出方波、三角波、鋸齒波、正弦波，并要求波形頻率可控2．任務(wù)分析13.5.2系統(tǒng)電路設(shè)計方案

1．輸出電路

根據(jù)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的輸出電路功能：輸出電壓0～9.9V，步進(jìn)電壓0.1V，輸出電流大于500

mA，紋波小于10mV，并具有穩(wěn)壓功能，可以采取以下設(shè)計方案：由三端集成穩(wěn)壓器7805、運算放大器A和DAC轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成輸出電路13.5.2系統(tǒng)電路設(shè)計方案選用DAC0832雙極性輸出

選用DAC0832雙極性輸出2．?dāng)?shù)控電路

要實現(xiàn)數(shù)控、數(shù)字顯示和數(shù)值預(yù)置，數(shù)控電路可以采取單片機(jī)、4×4鍵盤和串行顯示電路組成。3．輸出電壓擴(kuò)展電路為產(chǎn)生輸出多種波形可以采取MCU加DAC的設(shè)計方案，根據(jù)不同的按鍵輸入選擇輸出不同的波形，并分時循環(huán)輸出某一種波形的對應(yīng)數(shù)據(jù)。輸出的波形的頻率為2．?dāng)?shù)控電路采用ICL8038函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生正弦波、方波和三角波，如圖13-9所示。該電路產(chǎn)生的頻率為：

采用ICL8038函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生正弦波、方波和三角波，如圖113.5.3系統(tǒng)整體電路設(shè)計

通過以上考慮，采用第一種7805加DAC的設(shè)計方案，可以設(shè)計出數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的整體電路原理圖(fosc=12MHz)，如圖13-10所示。13.5.3系統(tǒng)整體電路設(shè)計第五章單片機(jī)單片機(jī)及接口電路設(shè)計教材課件13.5.4系統(tǒng)軟件設(shè)計

1．資源分配(1)P1口擴(kuò)展4×4鍵盤接口，共16個鍵，其中10個數(shù)字鍵(0～9)用于預(yù)置輸出波形的頻率；2個步進(jìn)鍵“+”、“-”用于步進(jìn)微調(diào)，改變輸出的波形頻率；3個功能鍵控制選擇產(chǎn)生三種波形輸出(只要再擴(kuò)展1片DAC0832，就可以用這3個功能鍵控制D/A轉(zhuǎn)換器輸出方波、三角波和正弦波)；1個確認(rèn)鍵。

13.5.4系統(tǒng)軟件設(shè)計(2)P0口作為數(shù)據(jù)總線，負(fù)責(zé)讀/寫DAC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。(3)TXD、RXD作為串行口數(shù)碼顯示，負(fù)責(zé)數(shù)字化顯示輸出的電壓值。(4)T0定時器/計數(shù)器作為10ms定時中斷，用于定時掃描鍵盤。(5)D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832的片選地址為7FFFH。(6)片內(nèi)30H作為D/A轉(zhuǎn)換寄存器，31H作為顯示寄存器低位，32H作為顯示寄存器高位，33H作為鍵碼寄存器，34H作為鍵齡寄存器，20H作為按鍵的響應(yīng)位。

(2)P0口作為數(shù)據(jù)總線，負(fù)責(zé)讀/寫DAC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。2．規(guī)范編程

硬件引腳資源、外部端口、存儲器和接口地址等應(yīng)該統(tǒng)一分配常量、變量、標(biāo)志位和存儲器用偽指令的定義和說明標(biāo)志位、I/O引腳位的資源分配可以使用BIT偽指令定義2．規(guī)范編程3．軟件功能模塊設(shè)計

整個軟件系統(tǒng)可劃分為如下功能模塊：(1)自檢與初始化模塊(2)時鐘模塊：用于定時掃描鍵盤或采集數(shù)據(jù)(3)監(jiān)控模塊：采用定時查詢方式讀鍵，用于監(jiān)控鍵盤。(4)控制決策模塊：對按鍵進(jìn)行判斷，并做出相應(yīng)的反應(yīng)，控制執(zhí)行相應(yīng)的模塊。(5)信號輸出模塊(6)數(shù)據(jù)顯示模塊實現(xiàn)數(shù)控直流電源的參考程序略。3．軟件功能模塊設(shè)計第1章

單片機(jī)系統(tǒng)概述

主講：袁鵬平第1章

單片機(jī)系統(tǒng)概述

主講：袁鵬平本章學(xué)習(xí)要點：