C單片機的結(jié)構(gòu)及原理實用

會計學1C單片機的結(jié)構(gòu)及原理實用2.180C51單片機的結(jié)構(gòu)與原理

2.1.180C51單片機系列

Intel公司推出的80C51是MCS-51系列單片機中以CHMOS為生產(chǎn)工藝的一個典型產(chǎn)品；其它廠商以8051為基核開發(fā)出的CMOS工藝單片機產(chǎn)品統(tǒng)稱為80C51系列。當前常用的80C51系列單片機主要產(chǎn)品有：

1、Intel公司的：80C31、80C51、87C51、80C32、80C52、87C52等。

2、ATMEL公司的：89C51、89C52、89C2051、89S51等。

3、Philips公司的80C51、80C550、80C552系列。

4、Motorola公司M68HC05系列。

5、華邦公司的W78C51、W77C51高速低價系列。

6、Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列。

7、Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機。

8、ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列。

9、LG公司的GMS90/97低壓高速系列。

第1頁/共89頁2.1.280C51單片機的結(jié)構(gòu)

80C51單片機的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示，可以看出，在一塊芯片上集成了一個微型計算機的主要部件，它包括以下幾部分：

（1）8位CPU1個。（2）時鐘電路（振蕩電路和時序OSC）。（3）4KB程序存儲器（ROM/EPROM/Flsh），可外擴展到64KB。（4）128B數(shù)據(jù)存儲器RAM，可外擴展到64KB。（5）2個16位定時/計數(shù)器。（6）64KB總線擴展控制電路。（7）4個8位并行I/O接口P0～P3。（8）1個全雙工異步串行I/O接口。（9）中斷系統(tǒng)：5個中斷源，其中包括2個優(yōu)先級嵌套中斷。第2頁/共89頁第3頁/共89頁2.1.380C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

80C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，它由CPU、存儲器、I/O口及SFR（特殊功能寄存器）等組成。具體說明如下：

1、80C51CPU80C51CPU即微處理器，是一8位CPU，是單片機的核心部件，是計算機的控制指揮中心。同微型計算機CPU類似，80C51內(nèi)部CPU由運算器和控制器兩部分組成。

（1）運算器組成:由算術(shù)運算/邏輯運算單元ALU(ArithmeticLogicUnit)為核心，由暫存器1、暫存器2、累加器ACC(Accumulator)、寄存器B及程序狀態(tài)寄存器PSW(ProgramStatusWord)組成。主要任務：是完成算術(shù)運算、邏輯運算、位運算和數(shù)據(jù)傳送等操作，運算結(jié)果的狀態(tài)由程序狀態(tài)寄存器(PSW)保存。第4頁/共89頁圖2-280C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第5頁/共89頁

（2）控制器組成：由程序計數(shù)器(PC)、PC增1寄存器、指令寄存器(IR)、指令譯碼器(ID)、數(shù)據(jù)指針(DPTR)、堆棧指針(SP)、緩沖器及定時控制電路等組成。主要任務：完成指揮控制工作，協(xié)調(diào)單片機各部分正常工作。

2、80C51的片內(nèi)存儲器

80C51的片內(nèi)存儲器與一般微機的存儲器的配置不同。一般微機的ROM和RAM安排在同一空間的不同范圍（稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)）。而80C51單片機的存儲器在物理上設(shè)計成程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩個獨立的空間（稱為哈佛結(jié)構(gòu)）。第6頁/共89頁2.1.480C51單片機的引腳及功能

80C51單片機的封裝是采用雙列直插式(DIP)封裝，引腳圖如圖2-3(a)所示。80C51的40個引腳及功能描述如下：

1、電源引腳(2根)

（1）VCC(40腳)：電源端，接+5V電源。（2）VSS(20腳)：接地端。

2、時鐘引腳(2根)

（1）XTAL1(19腳)：晶體振蕩器接入的一個引腳。采用外部時鐘電路時，此引腳應接地。（2）XTAL2(18腳)：晶體振蕩器接入的另一個引腳。使用外部時鐘時，此引腳應接外部時鐘的輸入端。

3、控制引腳(4根)

（1）RST/VPD(9腳)：復位信號輸入引腳/備用電源輸入引腳。

說明：當RST引腳保持兩個機器周期的高電平后，就可以使80C51完成復位操作。該引腳的第二功能是VPD，即備用電源的輸入端，具有掉電保護功能。若在該引腳接+5V備用電源，在使用中若主電源VCC掉電，可保護片內(nèi)RAM中的信息不丟失。

第7頁/共89頁第8頁/共89頁

（2）ALE/PROG(30腳)：地址鎖存允許信號輸出引腳/編程脈沖輸入引腳。

說明：在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外，由于ALE是以晶振fosc/6的固定頻率輸出的正脈沖(fosc代表振蕩器的頻率)，因此,可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。該引腳的第二功能是對8751內(nèi)部4KBEPROM編程寫入時，作為編程脈沖的輸入端。（3）EA/VPP(31腳)：外部程序存儲器地址允許輸入信號引腳/編程電壓輸入信號引腳。

說明：當EA接高電平時，CPU執(zhí)行片內(nèi)ROM指令，當PC值超過0FFFH時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外ROM指令；當EA接低電平時，CPU只執(zhí)行片外ROM指令。該引腳的第二功能VPP是對8751片內(nèi)EPROM編程寫入時，作為21V編程電壓的輸入端。（4）PSEN(29腳)：片外ROM讀選通信號。

說明：在讀片外ROM時，為低電平（有效），以實現(xiàn)對片外ROM的讀操作。

第9頁/共89頁4、并行I/O引腳(32根，由4個8位口構(gòu)成)

其中：（1）P0.0～P0.7(39～32腳)：一般的8位雙向I/O口引腳或數(shù)據(jù)/地址總線低8位復用引腳。

說明：P0口即可作數(shù)據(jù)/地址總線使用，又可作一般的I/O口使用。當CPU訪問片外存儲器時，P0口分時先作低8位地址總線，后作雙向數(shù)據(jù)總線，此時，P0口就不能再作一般I/O口使用。（2）P1.0～P1.7(1～8腳)：P1口作為一般的8位準雙向I/O口使用。（3）P2.0～P2.7(21～28腳)：一般8位準雙向I/O口引腳或高8位地址總線引腳。

說明：P2口即可作為一般的I/O口使用，也可作為片外存儲器的高8位地址總線，與P0口配合，組成16位片外存儲器單元地址，可訪問64KB的存儲空間。（4）P3.0～P3.7(10～17腳)：一般8位準雙向I/O口引腳或第二功能引腳。

說明：P3口除了作為一般的I/O口使用之外，每個引腳還具有第二功能，P3的8條口線都定義有第二功能，詳見表2-1(a)第10頁/共89頁表2-1P3口各引腳與第二功能表第11頁/共89頁2.280C51單片機的存儲器組織

80C51的存儲器在物理結(jié)構(gòu)為哈佛結(jié)構(gòu)，它將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，如圖2-4所示。從物理地址空間看，80C51單片機有四個存儲器地址空間，即片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（簡稱片內(nèi)RAM）、片內(nèi)程序存儲器（片內(nèi)ROM）、片外數(shù)據(jù)存儲器（片外RAM）和片外程序存儲器（片外ROM）。第12頁/共89頁

但從使用的角度來看，80C51的存儲器又分為三個邏輯空間，如圖2-5所示。

1、片內(nèi)外統(tǒng)一尋址的64KB程序存儲器空間，地址范圍為0000H～FFFFH（訪問用指令MOVC）。

2、64KB的片外數(shù)據(jù)存儲器空間，地址范圍也為0000H～FFFFH（訪問用指令MOVX）。

3、80C51的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM只有128B，地址范圍為00H～7FH；80C52的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM為256B，地址范圍為00H～FFH（訪問用指令MOV）。第13頁/共89頁2.2.180C51單片機的程序存儲器ROM

80C51內(nèi)部有4KB的掩膜ROM。80C51的片外最多能擴展64KB程序存儲器，片內(nèi)外的ROM是統(tǒng)一編址的。

80C51程序存儲器ROM空間地址分布圖如圖2-6(a)所示。

第14頁/共89頁

對圖2-6(a)ROM空間地址分布圖作如下說明：

1、80C51片內(nèi)有4KB的ROM存儲單元，地址為0000H～0FFFH。

2、80C51片外最多可擴60KB的ROM，地址為1000H～FFFFH。

第15頁/共89頁2.2.280C51ROM低地址特殊單元

80C51的程序存儲器低地址單元中有6個單元具有特殊功能，見圖2-6（b）所示,使用時應予以注意其含義。

1、0000H～0002H：單片機復位后的程序入口地址

（3個單元）。

2、0003H～000AH：外部中斷0的中斷服務程序入口地址

（8個單元）。

3、000BH～0012H：定時器0的中斷服務程序入口地址

（8個單元）。

4、0013H～001AH：外部中斷1的中斷服務程序入口地址

（8個單元）。

5、001BH～0022H：定時器1的中斷服務程序入口地址

（8個單元）。

6、0023H～002AH：串行口的中斷服務程序入口地址

（8個單元）。第16頁/共89頁

具體應用時注意：第一組特殊單元是0000H～0002H，3個單元不可能安排長程序，因此，系統(tǒng)復位后(PC)=0000H，80C51單片機從0000H單元開始取指令執(zhí)行程序。如果程序不從0000H單元開始，應在這3個單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行指定的程序。第二組特殊單元是0003H～002AH，共40個單元。這40個單元被均勻地分為5段，作為5個中斷源的中斷地址區(qū)。中斷響應后，按中斷種類，自動轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序，因此在中斷地址區(qū)中應存放中斷服務程序。但通常情況下，8個單元難以存下一個完整的中斷服務程序，因此通常也是從中斷地址區(qū)首地址開始存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便中斷響應后，通過中斷地址區(qū)，再轉(zhuǎn)到中斷服務程序的實際入口地址。

第17頁/共89頁2.2.380C51單片機的數(shù)據(jù)存儲器RAM80C51數(shù)據(jù)存儲器RAM主要用來存放運算的中間結(jié)果和數(shù)據(jù)等。80C51單片機數(shù)據(jù)存儲器RAM分為片內(nèi)RAM和片外RAM兩大部分，如圖2.7所示。80C51的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM只有128B，地址范圍為00H～7FH；80C52的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM為256B，地址范圍為00H～FFH。片外數(shù)據(jù)存儲器RAM最多可擴至64KB存儲單元，地址范圍為0000H～FFFFH。說明兩點：①80C52的片內(nèi)RAM地址空間共有256B，又分為兩個部分：●低128B(00H～7FH)RAM區(qū)與80C51的RAM區(qū)相同（訪問時采用直接或間接尋址方式均可）?！窀?28B(80H～FFH)RAM區(qū)，在訪問這個區(qū)只能用寄存器間接尋址。需要注意是該地址范圍與特殊功能寄存器(SFR)區(qū)相重疊，區(qū)別是訪問特殊功能寄存器區(qū)采用直接尋址方式。②片內(nèi)RAM和片外RAM的低端地址0000H～007FH區(qū)是相重疊的，因此，就需要采用不同的尋址方式來解決。訪問片內(nèi)RAM時用指令MOV,而訪問片外RAM時用指令MOVX，另外片外RAM不能進行堆棧操作。第18頁/共89頁

在80C51單片機中，盡管片內(nèi)RAM的容量不大，但它的功能多，使用靈活。下面分別對低128BRAM區(qū)和高128B特殊功能寄存器(SFR)區(qū)進行討論。

一、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元是指地址為00H～7FH單元，如圖2-8所示。低128單元是單片機的真正RAM存儲器，按其用途劃分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶RAM區(qū)三個區(qū)域。

1、工作寄存器區(qū)

80C51單片機內(nèi)部RAM的00H～1FH地址單元，共32B，分成4組工作寄存器，每組8個工作寄存單元。

寄存器0組：地址00H～07H（R0～R7）寄存器1組：地址08H～0FH（R0～R7）寄存器2組：地址10H～17H（R0～R7）寄存器3組：地址18H～1FH（R0～R7）各組都以R0～R7作工作寄存單元編號。由于它們的功能及使用不作預先規(guī)定，因此稱之為通用寄存器。4組通用寄存器在任一時刻，CPU只能使用其中的一組工作寄存器，并且把正在使用的那組寄存器稱之為當前寄存器組。到底是哪一組，由程序狀態(tài)字寄存器PSW中RS1、RS0位的狀態(tài)組合來決定。第19頁/共89頁30H～7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)20H～2FH位尋址區(qū)（00H~7FH）18H～1FH工作寄存器3區(qū)（R0~R7）10H～17H工作寄存器2區(qū)（R0~R7）08H～0FH工作寄存器1區(qū)（R0~R7）00H～07H工作寄存器0區(qū)（R0~R7）圖2-880C51片內(nèi)RAM的配置第20頁/共89頁

2、位尋址區(qū)

內(nèi)部RAM的20H～2FH地址單元，既可作為一般RAM單元使用，進行字節(jié)操作，也可以對單元中每一位進行位操作，因此把該區(qū)稱之為位尋址區(qū)。位尋址區(qū)共有16個RAM單元，計128位，地址為00H～7FH，見表2-2。程序設(shè)計時，常將程序狀態(tài)標志、位控制變量設(shè)在位尋址區(qū)內(nèi)。這種位尋址能力是80C51的一個重要特點。

3、用戶RAM區(qū)

地址為30H～7FH，共計80個字節(jié)，這就是供用戶使用的一般RAM區(qū)。這個區(qū)域的操作指令非常豐富，數(shù)據(jù)處理方便靈活。對用戶RAM區(qū)的使用沒有任何規(guī)定或限制，但在一般應用中常把堆棧設(shè)置在此區(qū)中。

第21頁/共89頁表2-2片內(nèi)RAM及位尋址區(qū)的位地址表第22頁/共89頁二.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM高128單元

在80C51內(nèi)部RAM的高128單元是供給專用寄存器使用的，它們分布在其單元地址為80H～FFH的空間。因這些寄存器的功能已作專門規(guī)定，故稱之為專用寄存器（SpecialFunctionRegister），也可稱為特殊功能寄存器（簡稱為SFR寄存器）。訪問SFR寄存器只允許使用直接尋址方式。

1、特殊功能寄存器（SFR）簡介

80C51共有21個特殊功能寄存器（SFR），其中的11個SFR還具有位尋址功能，見表2-3用“*”表示的?，F(xiàn)把其中部分SFR簡單介紹如下：

1）與運算器有關(guān)的特殊功能寄存器有3個

(1)累加器ACC（Accumulator）。累加器為8位寄存器，是最常用的專用寄存器，用于向ALU提供操作，因此，功能較多，地位重要。它既可用于存放操作數(shù)，也可用來存放運算的中間結(jié)果。第23頁/共89頁表2-380C51SFR中位地址分布表第24頁/共89頁(2)B寄存器。B寄存器是一個8位寄存器，主要用于乘、除運算。也可以作為RAM的一個單元使用。

(3)程序狀態(tài)字PSW（ProgramStatusWord）。程序狀態(tài)字是一個8位寄存器，用于存放程序運行中的各種狀態(tài)信息，作為程序查詢或判斷的條件。PSW有些位的狀態(tài)是根據(jù)程序執(zhí)行結(jié)果，由硬件自動設(shè)置的，而有些位的狀態(tài)則使用軟件方法設(shè)定。

PSW的各位定義見表2-4。各位的定義及使用作如下說明：

CY（PSW.7）——進位（借位）標志位。其功能有二：一是存放算術(shù)運算的進位（）時，CY由硬件置“1”，否則清“0”；二是在進行位操作時，CY作為累加器借位）標志，在作加法（減法）運算時，如果操作結(jié)果的最高位有進位（借位C使用，可進行位傳送、位與位的邏輯運算等位操作，會影響該標志位。

AC（PSW.6）——輔助進位標志位。在進行加法（減法）運算中，當?shù)?位向高4位進位（借位）時，AC由硬件置“1”，否則AC位被清“0”。AC位常用于調(diào)整BCD碼運算結(jié)果。PSW位地址PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位標志

CYACF0RS1RS0OVF1P第25頁/共89頁

F0（PSW.5）——用戶標志位。這是一個留給用戶自己定義的標志位，可以根據(jù)自己的需要通過軟件方法置位或復位F0位，用以控制程序的轉(zhuǎn)向。

RS1和RS0（PSW.4，PSW.3）——工作寄存器組選擇位。工作寄存器共有4組，對應關(guān)系見表2-5。RS1和RS0這兩位的狀態(tài)是由軟件置“1”或清“0”來設(shè)置的，被選中的工作寄存器組即為當前工作寄存器組。注意：當單片機上電或復位后，RS1RS0=00，選中第0組。

OV（PSW.2）——溢出標志位。在帶符號數(shù)的算術(shù)運算時，如果運算結(jié)果超出了8位二進制數(shù)所能表示的符號數(shù)有效范圍（-128～+127），這產(chǎn)生了溢出OV=1，表示運算結(jié)果是錯誤的；否則，OV=0即無溢出產(chǎn)生，表示運算結(jié)果正確。

PSW.1位——保留未用。

P（PSW.0）——奇偶標志位。表明運算結(jié)果累加器A中內(nèi)容的奇偶性。如果A中有奇數(shù)個“1”，則P置“1”，否則置“0”。凡是改變累加器A中內(nèi)容的指令均會影響P標志位。注意：P標志位對串行通信中的數(shù)據(jù)傳輸有重要的意義。在串行通信中常采用奇偶校驗的辦法來校驗數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

RS1RS0寄存器組片內(nèi)RAM地址00第0組00H~07H01第1組08H~0FH10第2組10H~17H11第3組18H~1FH第26頁/共89頁2）與指針有關(guān)的特殊功能寄存器有3個

(1)數(shù)據(jù)指針DPTR。數(shù)據(jù)指針為16位寄存器，用來存放16位地址。DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按兩個8位寄存器分開使用，即：

DPH——DPTR高8位字節(jié)

DPL——DPTR低8位字節(jié)

DPTR通常在訪問片外RAM或ROM存儲器時作地址指針使用，用間接尋址或變址尋址可對片外的64KB范圍的RAM或ROM數(shù)據(jù)進行操作。

(2)堆棧指針SP（StackPointer）。SP是一個8位寄存器，它總是指向棧頂。80C51單片機在編程序時常將堆棧設(shè)在內(nèi)部RAM30H～7FH中。80C51單片機系統(tǒng)復位后，SP的內(nèi)容為07H，從而復位后堆棧實際上是從08H單元開始的。但08H～1FH單元分別屬于工作寄存器1～3組，如程序要用到這些區(qū)，最好把SP值改為1FH或更大的值。

(3)程序計數(shù)器PC（ProgramCounter）。PC是一個16位的計數(shù)器，它的作用是控制程序的執(zhí)行順序。其內(nèi)容為將要執(zhí)行指令的地址，尋址范圍達64KB。PC有自動加1功能，從而實現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。第27頁/共89頁3）與接口有關(guān)的特殊功能寄存器有7個（1）并行I/O口P0、P1、P2、P3（4個），均為8位；可實現(xiàn)數(shù)據(jù)在接口輸入/輸出。（2）串行口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF（詳見串行口章節(jié)）。（3）串行口控制寄存器SCON（詳見串行口章節(jié)）。（4）串行通訊波特率倍增寄存器PCON（詳見串行口章節(jié)）4）與中斷相關(guān)的寄存器（2個）（1）中斷允許控制寄存器IE（詳見中斷章節(jié)）。（2）中斷優(yōu)先級控制寄存器IP（詳見中斷章節(jié)）。5）與定時器/計數(shù)器相關(guān)的寄存器（6個）（1）定時/計數(shù)器T0的兩個8位計數(shù)初值寄存器TH0、TL0，它們可以構(gòu)成16位的計數(shù)器，TH0存放高8位，TL0存放低8位（詳見定時/計數(shù)器章節(jié)）。（2）定時/計數(shù)器T1的兩個8位計數(shù)初值寄存器TH1、TL1，它們可以構(gòu)成16位的計數(shù)器，TH1存放高8位，TL1存放低8位（詳見定時/計數(shù)器章節(jié)）。第28頁/共89頁

（3）定時/計數(shù)器的工作方式寄存器TMOD（詳見定時/計數(shù)器章節(jié)）。（4）定時/計數(shù)器的控制寄存器TCON（詳見定時/計數(shù)器章節(jié)）。注意：在80C52子系列中，高128字節(jié)RAM和SFR的地址是重疊的，究竟訪問哪一塊可通過不同的尋址方式加以區(qū)分，訪問高128字節(jié)RAM采用寄存器間址，訪問SFR則只能采用直接尋址，訪問低128字節(jié)RAM時，兩種尋址均可采用。

第29頁/共89頁2.380C51的并行輸入/輸出端口結(jié)構(gòu)與操作

80C51單片機有4個8位并行I/O端口，稱為P0、P1、P2和P3口，每個端口都各有8條I/O口線，每條I/O口線都能獨立地用作輸入或輸出。每個口都包含一個鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。實際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。

2.3.180C51P0～P3接口功能簡見大多數(shù)口線都有雙重功能，介紹如下：

1、P0口具有雙重功能：（1）作為通用I/O，外接I/O設(shè)備。（2）作為地址/數(shù)據(jù)總線。在有片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時傳送。

2、P1口是唯一的單功能口：作為輸入/輸出口，P1口的每一位都可作為輸入/輸出口。

3、P2口具有雙重功能：（1）作為輸入/輸出口。（2）作為高8位地址總線。在有片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，高8位地址由P2口傳送。

4、P3口具有雙重功能：

（1）作第一功能使用時，其功能為輸入/輸出口。（2）作第二功能使用時，每一位功能定義如表2.1所示。

80C51單片機的4個I/O口都是8位雙向口，這些口在結(jié)構(gòu)和特性上是基本相同的，但又各具特點，以下將分別介紹之。第30頁/共89頁2.3.2P0口

P0口某一位的結(jié)構(gòu)圖如圖2-9所示，由圖可見，電路是由一個輸出鎖存器（D觸發(fā)器）、兩個三態(tài)輸入緩沖器（1和2）、一個轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX、一個輸出驅(qū)動電路(T1和T2)、一個與門及一個反向器組成。

1、P0口用作通用I/O口當系統(tǒng)不擴展片外的ROM和不擴展片外RAM時，P0用作通用I/O口。CPU發(fā)控制電平“0”封鎖與門，使上拉場效應管T1處于截止狀態(tài)。因此，輸出驅(qū)動級工作在需外接上拉電阻的漏極開路方式。同時使MUX開關(guān)同下面的觸點接通，使鎖存器的端與T2柵極接通。（1）P0口用作輸出口時

CPU在執(zhí)行輸出指令時，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)在“寫鎖存器”信號的作用下，由D端進入鎖存器，經(jīng)鎖存器的端送至場效應管T2，再經(jīng)T2反向，在P0.X引腳出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。由于輸出驅(qū)動級是漏極開路電路(因T1截止)，在作I/O口使用時應外接10K的上拉電阻。第31頁/共89頁圖2-9P0口某位的結(jié)構(gòu)第32頁/共89頁(2)P0口用作輸入口時數(shù)據(jù)可以讀自端口的鎖存器，也可以讀自端口的引腳，這要看輸入操作執(zhí)行的是“讀鎖存器”指令還是“讀引腳”指令。①讀引腳：CPU在執(zhí)行“MOV”類輸入指令時(如：MOVA,P0)，內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號是“讀引腳”。P0.X引腳上的數(shù)據(jù)經(jīng)過三態(tài)輸入緩沖器2讀入到內(nèi)部總線。注意：在讀引腳時，必須先向電路中的鎖存器寫入1，使場效應管T2截止，P0.X引腳處于懸浮狀態(tài)，可作為高阻抗輸入。否則，在作為輸入方式之前若向鎖存器輸出過“0”，則T2導通會使引腳箝位在“0”電平，使輸入高電平“1”無法讀入。所以，P0口在作為通用I/O口時，屬于準雙向口。②讀鎖存器：CPU在執(zhí)行“讀—修改—寫”類輸入指令時(如：ANLP0,A)，內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號是“讀鎖存器”，鎖存器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過三態(tài)輸入緩沖器1送到內(nèi)部總線，然后與A的內(nèi)容進行邏輯“與”，結(jié)果送回P0的端口鎖存器并出現(xiàn)在引腳。除了MOV類指令外，其他的讀口操作指令都屬于這種情況。第33頁/共89頁(3)P0口用作地址/數(shù)據(jù)總線

當系統(tǒng)需要擴展片外的ROM或擴展片外RAM時，P0口就作地址/數(shù)據(jù)總線用。

CPU及內(nèi)部控制信號為“1”，使轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX打向上面的觸點，使反相器的輸出端和T2管柵極接通。若地址/數(shù)據(jù)線為1，則T1導通，T2截止，P0口輸出為1；反之T1截止，T2導通，P0口輸出為0。當數(shù)據(jù)從P0口輸入時，讀引腳使三態(tài)緩沖器2打開，端口上的數(shù)據(jù)經(jīng)緩沖器2送到內(nèi)部總線。

P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時是一個真正的雙向口。(4)P0口小結(jié)

①P0口既可作地址/數(shù)據(jù)總線使用，也可作通用I/O口使用。當P0口作地址/數(shù)據(jù)總線使用時，就不能再作通用I/O口使用了。②P0口作輸出口使用時，輸出級屬漏極開路，必須外接上拉10K電阻，才有高電平輸出。③P0口作輸入口讀引腳時，應先向鎖存器寫1，使V2截止，不影響輸入電平。第34頁/共89頁P1口某一位的結(jié)構(gòu)圖如圖2-10所示，由圖可見，電路是由一個輸出鎖存器（D觸發(fā)器）、兩個三態(tài)輸入緩沖器（1和2）、一個輸出驅(qū)動電路(T和上拉電阻)組成。

P1口作為通用I/O口使用。由于在其輸出端接有上拉電阻，故可以直接輸出而無需外接上拉電阻。

當P1口作輸入口時，必須先向鎖存器寫“1”，使場效應管T截止。圖2-10P1口某位的結(jié)構(gòu)2.3.3P1口第35頁/共89頁2.3.4P2口

P2口某一位的結(jié)構(gòu)圖如圖2-11所示，由圖可見，電路是由一個輸出鎖存器（D觸發(fā)器）、兩個三態(tài)輸入緩沖器（1和2）、一個轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX、一個反向器、一個輸出驅(qū)動電路(T和上拉電阻)組成。

1、P2用作通用I/O口當系統(tǒng)不在片外擴展程序存儲器ROM時，只擴展256B的片外RAM時，僅用到了地址線的低8位，P2口仍可以作為通用I/O口使用。圖2.11中的控制信號C決定轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX的位置：當C=0時，MUX撥向下方，P0口為通用I/O口。

P2口在作為通用I/O口時，屬于準雙向口。

2、P2用作地址總線

當系統(tǒng)需要在片外擴展程序存儲器ROM或擴展RAM的容量超過256字節(jié)時，單片機內(nèi)硬件自動使控制C=1，MUX開關(guān)接向地址線，這時P2.X引腳的狀態(tài)正好與地址線的信息相同。在實際應用中，P2口通常作為高8位地址總線使用。第36頁/共89頁圖2-11P2口某位的結(jié)構(gòu)第37頁/共89頁2.3.5P3口

P3口某一位的結(jié)構(gòu)圖如圖2-12所示，由圖可見，電路是由一個輸出鎖存器（D觸發(fā)器）、3個三態(tài)輸入緩沖器（1、2和3）、一個與非門和一個輸出驅(qū)動電路(T和上拉電阻)組成。

1、P3用作第一功能（通用I/O口）

P3口用作通用I/O口時，第二輸出功能信號W=1，P3口的每一位都可定義為輸入或輸出，其工作原理同P1口類似。

P3口作為通用I/O口時，屬于準雙向口。

2、P3用作第二功能使用

當CPU不對P3口進行字節(jié)或位尋址時，內(nèi)部硬件自動將口鎖存器的Q端置1。這時，P3口作為第二功能使用。在真正的應用電路中，P3口的第二功能顯得更為重要。第38頁/共89頁圖2-12P3口某位的結(jié)構(gòu)第39頁/共89頁2.3.6P0～P3口使用時應注意事項

1、如果80C51單片機內(nèi)部程序存貯器ROM夠用，不需要擴展外部存貯器和I/O接口，80C51的四個口均可作I/O口使用。

2、四個口在作輸入口使用時，均應先對其寫“1”，以避免誤讀。

3、P0口作I/O口使用時應外接10K的上拉電阻，其它口則可不必。

4、P2可某幾根線作地址使用時，剩下的線不能作I/O口線使用。5、P3口的某些口線作第二功能時，剩下的口線可以單獨作I/O口線使用。

第40頁/共89頁2.3.7I/O端口帶負載能力1、P0、P1、P2、P3口的電平與CMOS和TTL電平兼容。2、P0口的每一位能驅(qū)動8個LSTTL負載。在作為通用I/O口使用時，輸出驅(qū)動電路是開漏的，所以，驅(qū)動集電極開路(OC門)電路或漏級開路電路需外接上拉電阻。當作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時(T1可以提供上拉電平)，口線不是開漏的，無需外接上拉電阻。3、P1～P3口的每一位能驅(qū)動4個LSTTL負載。它們的輸出驅(qū)動電路有上拉電阻，所以可以方便地由集電極開路(OC門)電路或漏級開路電路所驅(qū)動，而無需外接上拉電阻。4、對于80C51單片機(CHMOS)，端口只能提供幾毫安的輸出電流，故當作輸出口去驅(qū)動一個普通晶體管的基極時，應在端口與晶體管基極間串聯(lián)一個電阻，以限制高電平輸出時的電流。第41頁/共89頁80C51單片機帶負載能力1、最大灌電流每個P口平均10mA。P0口26mA；P1、P2、P3口15mA。2、拉電流80μA。第42頁/共89頁2.3.8P口應用實例【例1】點亮LED0燈。用C語言實現(xiàn)方法1：#include<reg51.h>//包含51單片機寄存器定義的頭文件voidmain(void){P1=0xfe;//P1=11111110B，即P1.0輸出低電平

}方法2：用位操作#include<reg51.h>//包含51單片機寄存器定義的頭文件SbitD1=P1^0;//位操作voidmain(void){D1=0;//P1.0=0，即P1.0輸出低電平

}第43頁/共89頁第44頁/共89頁【例2】點亮LED0燈。

用匯編語言實現(xiàn)方法1：ORG0000HMOVP1，#0FEH;即P1.0輸出低電平END方法2：用位操作ORG0000HSETBP1.0;即P1.0輸出低電平END第45頁/共89頁【例3】點亮LED0～LED7燈。用C語言實現(xiàn)#include<reg51.h>//包含51單片機寄存器定義的頭文件voidmain(void)//兩個void意思分別為無需返回值，沒有參數(shù)傳遞

{P1=0x00;//P1=00000000B，即P1口輸出低電平

}用匯編語言實現(xiàn)ORG0000HMOVP1，#00H;即P1口輸出低電平END第46頁/共89頁//實例4：用單片機控制一個燈LED0閃爍：認識單片機的工作頻率#include<reg51.h>//包含單片機寄存器的頭文件/****************************************函數(shù)功能：延時一段時間*****************************************/voiddelay(void)//兩個void意思分別為無需返回值，沒有參數(shù)傳遞{unsignedinti;//定義無符號整數(shù)，最大取值范圍65535for(i=0;i<20000;i++)//做20000次空循環(huán)

;//什么也不做，等待一個機器周期}/*******************************************************函數(shù)功能：主函數(shù)（C語言規(guī)定必須有也只能有1個主函數(shù)）********************************************************/voidmain(void){while(1)//無限循環(huán)

{ P1=0xfe;//P1=11111110B，P1.0輸出低電平

delay();//延時一段時間

P1=0xff;//P1=11111111B，P1.0輸出高電平

delay();//延時一段時間

}}第47頁/共89頁//實例5：將P1口狀態(tài)分別送入P0、P2、P3口：認識I/O口的引腳功能

#include<reg51.h>//包含單片機寄存器的頭文件/*******************************************************函數(shù)功能：主函數(shù)（C語言規(guī)定必須有也只能有1個主函數(shù)）********************************************************/voidmain(void){while(1) //無限循環(huán)

{ P1=0xf7; //P1=11110111B,燈亮LED3其余熄滅

P0=P1; //將P1口狀態(tài)送入P0口

P2=P1; //將P1口狀態(tài)送入P2口

P3=P1; //將P1口狀態(tài)送入P3口

}}第48頁/共89頁//實例6：使用P3口流水點亮8位LED#include<reg51.h>//包含單片機寄存器的頭文件/****************************************函數(shù)功能：延時一段時間*****************************************/voiddelay(void){ unsignedchari,j;定義無符號字符型變量，單字節(jié)數(shù)據(jù)，值域0~255 for(i=0;i<250;i++) for(j=0;j<250;j++) ;}/*******************************************************第49頁/共89頁函數(shù)功能：主函數(shù)********************************************************/voidmain(void){while(1) { P3=0xfe;//第一個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

P3=0xfd;//第二個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

P3=0xfb;//第三個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

P3=0xf7;//第四個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

P3=0xef;//第五個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

P3=0xdf;//第六個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

P3=0xbf;//第七個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

P3=0x7f;//第八個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

}}第50頁/共89頁/實例7：通過對P3口地址的操作流水點亮8位LED#include<reg51.h>//包含單片機寄存器的頭文件sfrx=0xb0;//P3口在存儲器中的地址是b0H，通過sfr可定義8051內(nèi)核單片機

//的所有內(nèi)部8位特殊功能寄存器,對地址x的操作也就是對P1口的操作/****************************************函數(shù)功能：延時一段時間*****************************************/voiddelay(void){ unsignedchari,j; for(i=0;i<250;i++) for(j=0;j<250;j++) ;//利用循環(huán)等待若干機器周期，從而延時一段時間

}第51頁/共89頁/*****************************************函數(shù)功能：主函數(shù)******************************************/voidmain(void){while(1) {x=0xfe;//第一個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

x=0xfd;//第二個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

x=0xfb;//第三個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

x=0xf7;//第四個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

x=0xef;//第五個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

x=0xdf;//第六個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

x=0xbf;//第七個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

x=0x7f;//第八個燈亮

delay();//調(diào)用延時函數(shù)

}}第52頁/共89頁【例】設(shè)計一電路，監(jiān)視某開關(guān)K，用發(fā)光二極管LED顯示開關(guān)狀態(tài)，如果開關(guān)合上，LED亮、開關(guān)打開，LED熄滅。

分析：根據(jù)題意設(shè)計電路如圖2-13如示。開關(guān)接在P1.1口線，LED接P1.0口線，當開關(guān)斷開時，P1.1為+5V，對應數(shù)字量為“1”，開關(guān)合上時P1.1電平為0V，對應數(shù)字量為“0”，這樣就可以用JB指令對開關(guān)狀態(tài)進行檢測。

LED正偏時才能發(fā)亮，按電路接法，當P1.0輸出“1”，LED正偏而發(fā)亮，當P1.0輸出“0”，LED的兩端電壓為0而熄滅。

第53頁/共89頁LED+5VVcc--EARST10uF1KP1.089S51P1.11K30P30PXTAL1XTAL2GND89C51+5VVcc--EARST10uF

1KP1.089S51+5VP1.11K30P30PXTAL1XTAL2GND89C51K圖2-13仿真鏈接第54頁/共89頁編程如下：

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG1000H

MAIN：CLRP1.0；使發(fā)光二極管滅

LOOP:SETBP1.1；先對P1口寫入“1”

JBP1.1，L1；開關(guān)開，轉(zhuǎn)LIG

SETBP1.0；開關(guān)合上，二極管亮

SJMPAGA

L1:CLRP1.0；開關(guān)開，二極管滅

SJMPLOOP

END

注意：在上述電路圖中二極管亮度不夠，按下面兩種電路接法，增加了驅(qū)動能力，二極管更亮些。第55頁/共89頁+5VP1.0LEDDP1.0+5VLED11、接成灌電流形式：2、加驅(qū)動電路：第56頁/共89頁2.480C51時鐘電路與時序

2.4.1時鐘電路

80C51單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微操作時間基準。80C51單片機的時鐘信號通常有兩種電路形式：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。

1、內(nèi)部振蕩方式在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器（簡稱晶振）如圖2-14所示。

電容器C1、C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。電容值一般為5～30PF（常用30PF）。晶振的振蕩頻率范圍在1.2MHZ～12MHZ(一般取12MHZ或6MHZ)。由于單片機內(nèi)部有一個高增益運算放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。XTAL1XTAL2GND80C51C1C2圖2.14內(nèi)部振蕩方式第57頁/共89頁2、外部振蕩方式

是把已有的時鐘信號引入單片機。這種方式適宜用于使單片機的時鐘與外部信號保持一致。外部振蕩方式如圖2-15所示。對HMOS的單片機（8051）外部時鐘信號由XTAL2引入，對于CHMOS的單片機（80C51），外部時鐘由XTAL1引入。外部時鐘信號為高電平持續(xù)時間要大于20ns，且頻率低于12MHz的方波。外部時鐘XTAL1XTAL2GND80C51懸空外部時鐘XTAL1XTAL2GND懸空CHMOSHMOS8051圖2.15外部振蕩方式第58頁/共89頁2.4.2時序

80C51的時序就是80C51在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序。80C51單片機的時序定時單位從小到大依次為：時鐘周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期。

1、時鐘周期把晶振周期定義為節(jié)拍（用P表示）。晶振脈沖經(jīng)過二分頻后，就是單片機的時鐘周期（即一個時鐘周期是晶振周期的2倍），時鐘周期也稱為狀態(tài)（用S表示）。這樣，一個狀態(tài)就包含兩個節(jié)拍，具前半周期對應的拍節(jié)叫節(jié)拍1（P1），后半周期對應的節(jié)拍叫節(jié)拍2(P2）。

2、狀態(tài)周期狀態(tài)周期(或狀態(tài)S)是晶振周期的兩倍，它分為P1節(jié)拍和P2節(jié)拍。第59頁/共89頁3、機器周期

80C51采用定時控制方式,因此它有固定的機器周期。規(guī)定一個機器周期的寬度為6個狀態(tài)，并依次表示為S1～S6。由于一個狀態(tài)又包括兩個節(jié)拍，因此，一個機器周期總共有12個節(jié)拍，分別記作S1P1、S1P2、…、S6P2。由于一個機器周期共有12個晶振周期,因此機器周期就是晶振脈沖的十二分頻。當晶振脈沖頻率為12MHz時，一個機器周期為1μs；當晶振脈沖頻率為6MHz時，一個機器周期為2μs。4、指令周期

指令周期是最大的時序定時單位,執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。它一般由若干個機器周期組成。不同的指令，所需要的機器周期數(shù)也不相同。通常，包含一個機器周期的指令稱為單周期指令，包含兩個機器周期的指令稱為雙周期指令。指令的運算速度與指令所包含的機器周期有關(guān)，機器周期數(shù)越少的指令執(zhí)行速度越快。80C51單片機通常可以分為單周期指令、雙周期指令和四周期指令等三種。四周期指令只有乘法和除法指令兩條，其余均為單周期和雙周期指令。第60頁/共89頁

單片機執(zhí)行任何一條指令時都可以分為取指令階段和執(zhí)行指令階段。80C51的取指/執(zhí)行時序如圖2-16所示。由圖2.16可見，ALE引腳上出現(xiàn)的信號是周期性的，在每個機器周期內(nèi)出現(xiàn)兩次高電平。第一次出現(xiàn)在S1P2和S2P1期間，第二次出現(xiàn)在S4P2和S5P1期間。ALE信號每出現(xiàn)一次，CPU就進行一次取指操作，但由于不同指令的字節(jié)數(shù)和機器周期數(shù)不同，因此取指令操作也隨指令不同而有小的差異。按照指令字節(jié)數(shù)和機器周期數(shù)，80C51的111條指令可分為6類，分別是：單字節(jié)單周期指令、單字節(jié)雙周期指令、單字節(jié)四周期指令、雙字節(jié)單周期指令、雙字節(jié)雙周期指令、三字節(jié)雙周期指令，可以參見附錄A。圖2-16（a），（b）所示分別給出了單字節(jié)單周期和雙字節(jié)單周期指令的時序。單周期指令的執(zhí)行始于S1P2，這時操作碼被鎖存到指令寄存器內(nèi)。若是雙字節(jié)，則在同一機器周期的S4讀第二字節(jié)。若是單字節(jié)指令，則在S4仍有讀操作，但被讀入的字節(jié)無效，且程序計數(shù)器PC并不增量。圖2-16（c）給出了單字節(jié)雙周期指令的時序，兩個機器周期內(nèi)進行4次讀操作碼操作。因為是單字節(jié)指令，所以，后三次讀操作都是無效的。第61頁/共89頁圖2-1680C51的典型時序第62頁/共89頁5、80C51單片機的時序小結(jié)晶振周期：晶振的振蕩周期，又稱時鐘周期，為最小的時序單位。狀態(tài)周期：振蕩頻率經(jīng)單片機內(nèi)的二分頻器分頻后提供給片內(nèi)CPU的時鐘周期。因此，一個狀態(tài)周期包含2個晶振周期。機器周期（MC）：1個機器周期由6個狀態(tài)周期及12個晶振周期組成。是計算機執(zhí)行一種基本操作的時間單位。指令周期：執(zhí)行一條指令所需的時間。一個指令周期由1～4個機器周期組成，依據(jù)指令不同而不同。

4種時序單位中，晶振周期和機器周期是單片機內(nèi)計算其他時間值（例如，波特率、定時器的定時時間等）的基本時序單位。例：單片機外接晶振頻率12MHZ時的各種時序換算：晶振周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us

狀態(tài)周期=2/fosc=2/12MHZ=0.167us

機器周期=12/fosc=12/12MHZ=1us

指令周期=(1～4)機器周期=1～4us。第63頁/共89頁2.580C51復位電路

2.5.180C51復位電路

80C51單片機復位的目的是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如復位后PC=0000H，使單片機從第一個單元取指令。

80C51單片機復位的條件是：必須使RST端（9腳）加上持續(xù)兩個機器周期（即24個晶振周期）的高電平。例如，若時鐘頻率為12MHz，每機器周期為1?μs，則只需2μs以上時間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機器周期執(zhí)行復位。單片機常見的復位電路如圖2-17（a）、（b）所示。圖2-17（a）為上電復位電路，它是利用電容充電來實現(xiàn)的。在接電瞬間，RST端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RST的電位逐漸下降。只要保證RST為高電平的時間大于兩個機器周期，便能正常復位。第64頁/共89頁

圖2-17（b）為按鍵復位電路。該電路除具有上電復位功能外，若要復位，只需按圖2-17（b）中的RESET鍵，此時電源VCC經(jīng)電阻R1、R2分壓，在RESET端產(chǎn)生一個復位高電平。

電路中通常選擇：C=10f,R=10K。圖2-17復位電路（a）上電自動復位(b)按鍵手動復位第65頁/共89頁2.5.280C51單片機復位后的狀態(tài)

80C51單片機的復位功能是把PC初始化為0000H，使CPU從0000H單元開始執(zhí)行程序；復位操作同時使SFR寄存器進入初始化，但內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)是不變的。幾個主要特殊功能寄存器復位狀態(tài)歸納如表2-6。對個別特殊功能寄存器作如下說明：

PC=0000H:

程序計數(shù)器為零表明單片機復位后程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。

A=00H:

表明累加器已被清零。

PSW=00H:

表明選寄存器0組為工作寄存器組。

SP=07H:

表明堆棧指針指向片內(nèi)RAM07H單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個被壓入的數(shù)據(jù)被寫入08H單元中,一般需重新設(shè)置SP值。

P0～P3=FFH:P0～P3口用作輸入口時，必須先寫入“1”。單片機在復位后，已使P0～P3口每一端線為“1”，為這些端線用作輸入口做好了準備。

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其中，×表示無關(guān)位。

記住一些特殊功能寄存器復位后的主要狀態(tài)，對于熟悉單片機操作，減短應用程序中的初始化部分是十分必要的。表2-6主要特殊功能寄存器復位狀態(tài)第67頁/共89頁2.6常用8位單片機系列介紹

2.6.1AT系列單片機

Atmel公司是美國著名的高性能，低功耗，非易失性存儲器和數(shù)字集成電路的一流半導體制造公司。AT系列單片機主要有AT89、AT90、AT91和智能IC卡等四種產(chǎn)品系列。產(chǎn)品主要特點是：E2PROM存儲技術(shù)和Flash閃速存儲器技術(shù)世界領(lǐng)先。

一、AT89系列單片機

AT89系列8位單片機可分為標準型、低檔型和高檔型三類。低檔型單片機有AT89C51和AT89C2051兩種型號；標準型單片機有AT89C51、AT89LV51、AT89C52、AT89LV52、AT89C55、AT89LV55六種型號；高檔型單片機有AT89S53、AT89S8252和AT89S4D12等型號。其中，數(shù)字9表示內(nèi)含F(xiàn)lash存儲器，C表示CMOS工藝，LV表示低電壓，S表示含有串行下載Flash存儲器，51、52和8252等表示型號。

AT89系列的主要單片機性能指標見表2-7所示。第68頁/共89頁表2-7AT89系列的主要單片機性能指標第69頁/共89頁

二、AT90系列單片機

AT90系列單片機是Atmel公司1997年推出的RISC（精簡指令系統(tǒng)計算機）8位單片機，也稱為AVR系列單片機。

AVR片機的I/O接口具有很強的驅(qū)動能力，灌電流可直接驅(qū)動繼電器、LED等器件，從而省去驅(qū)動電路，節(jié)約系統(tǒng)成本。

AVR單片機除具有低功耗、高密度的特點外，還支持低電壓的聯(lián)機Flash，EEPROM寫入功能。

AVR單片機還支持Basic、C等高級語言編程。

AVR單片機系列齊全,可適用于各種不同場合的要求。

AT90S系列:主要有AT90S1200/2313/4414/8515/8535等。

見表2-8所示。

第70頁/共89頁表2－8AT90系列單片機特性表第71頁/共89頁2.6.2Motorola公司的8位單片機

一、Motorola公司的8位單片機

Motorola公司于1979年推出真正的單片機M6801,采用NMOS工藝，內(nèi)含2.5萬只晶體管。

Motorola的M6805系列，M68HC05系列和M68HC11系列單片機是國際上應用最廣泛的8位主流機型之一，約占8位市場的30%份額。

M68HC05系列單片機的基本結(jié)構(gòu)和M6805相似，但功能更為強大。M68HC05比M6805增加了乘法和低功耗控制制指令，指令執(zhí)行速度比M6805要快3～4倍。

M68HC11系列單片機是Motorola公司的8位高性能單片機，1984年推出，采用HCMOS工藝制造，具有靈活的CPU、大量面向控制的外圍接口以及更加復雜的I/O功能，工作溫度范圍廣、可靠性高、抗干擾能力強，內(nèi)部資源豐富。第72頁/共89頁其主要特點為：（1）CPU有兩個8位或一個16位累加器和兩個16位變址寄存器，新增了可用于16位變址運算、16位乘除運算、位操作和功耗操作等指令，共有指令91條，總線速度高達4MHZ。（2）片內(nèi)ROM存儲器為0～32KB，片內(nèi)RAM存儲器為192～1250B，EPROM容量為4～32KB，E2PROM為0～2KB。（3）片內(nèi)I/O功能豐富而且靈活。（4）片內(nèi)定時器具有輸入捕捉和輸出比較功能，Watchdog功能。（5）4路DMA可以加速存儲器和外部設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送，一個MMU可以使原來尋址64KB的物理空間擴展到1MB。第73頁/共89頁二、Motorola公司單片機命名的方法第74頁/共89頁2.6.3Microchip（微芯）PIC系列單片機

PIC是由美國Microchip（微芯）公司推出的8位高性能單片機，該系列單片機是業(yè)內(nèi)首先采用RISC結(jié)構(gòu)的單片機系列，其總線結(jié)構(gòu)采用指令線和數(shù)據(jù)線分離的哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)，使之具有很高的流水處理速度。

PIC8位系列單片機的主要特點：精簡了指令集，使得指令少，執(zhí)行速度快，內(nèi)部采用雙總線的哈佛結(jié)構(gòu)，便于實現(xiàn)雙流水線或多流水線以提高處理速度。同時PIC系列單片機的功耗低，驅(qū)動能力強，有的型號單片機還具有I2C和SPI串行總線端口，有利于用單片機串行總線來擴充外圍器件。PIC系列單片機的產(chǎn)品分高、中、基本三個檔次。PIC系列單片機的特性見表2-9所示。第75頁/共89頁表2-9PIC系列單片機的特性第76頁/共89頁2.6.4臺灣Winbond（華邦）公司W(wǎng)78E51系列單片機

W78E系列單片機是臺灣Winbond（華邦）公司推出的CMOS型單片機系列，它具有較好的性價比、功能強、型號多等可滿足不同的應用場合的需求。華邦的系列單片機分為標準系列型、寬工作電壓系列型、渦輪-51系列型和工作級別系列型四個檔次。

1、標準型系列單片機片內(nèi)程序存儲器采用閃存EPROM，容量從4KB～64KB不等；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器容量從128B～1KB；I/O口線有32位、36位及40位；2～3個定時計數(shù)器，中斷源5～8個；具有CMOS通用功能、可多次編程、可在線編程、4流水線功能、具有特殊的I/O端口、外部中斷增加了個,；外部存儲器可從64KB～1MB。

2、寬工作電壓系列型，其工作電壓可從1.8V～5.5V范圍內(nèi)工作。渦輪-51系列型工作電壓從2.7V～5.5V范圍，4時鐘/機器周期，提供了兩個UART接口和兩個DPTR寄存器，提供了等待狀態(tài)信號WDT等特殊功能。

3、工作級別系列型有3個定時計數(shù)器和看門狗等多種功能。

4、標準型系列單片機的性能參數(shù)見表2-10

第77頁/共89頁表2-10華邦W78標準型系列單片機性能指標第78頁/共89頁2.716位單片機介紹

16位單片機內(nèi)部的CPU是16位的，它對數(shù)據(jù)處理的能力通常比8位單片機強。下面介紹Intel和Motorola兩家公司的16位單片機。

2.7.1Intel公司的16位單片機

Intel公司于1984年推出16位高性能MCS－96系列單片機，該系列包括8096BH、8096和8098三個子系列。主要性能有：①一個16位CPU可以直接面向256字節(jié)寄存器空間；②16位乘16位和32位除以16位的乘除操作速度為6.25微秒；③8路10位A/D轉(zhuǎn)換器；④9個中斷源和5個8位I/O口；⑤一個8KB和ROM存儲器；⑥一個