第二課單片機(jī)硬件基礎(chǔ)ye

計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)

第二課單片機(jī)硬件系統(tǒng)基礎(chǔ)葉衛(wèi)東檢測(cè)與自動(dòng)化工程系yujs@辦公室：新主樓E301電話：823173352014.3.6本節(jié)內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)51單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成知識(shí)什么是嵌入式系統(tǒng)？Embeddedsystem個(gè)人電腦≠嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)單的講，嵌入式系統(tǒng)是指操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之中。廣義的講，可以認(rèn)為凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的定義以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的主特征和通用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)具有以下特征：1、用于特定的任務(wù)2、極其關(guān)注成本3、大多有功耗的要求4、有實(shí)時(shí)的要求6、軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)

7、軟件硬件可靠性要求更高8、相關(guān)產(chǎn)品具有較長(zhǎng)的生命周期

……嵌入式系統(tǒng)基本組成要素嵌入式處理器及其硬件平臺(tái)嵌入式軟件系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)（可選）----實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOSI/O接口系統(tǒng)以嵌入式處理器為核心的硬件平臺(tái)嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式應(yīng)用軟件系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)的I/O接口嵌入式系統(tǒng)基本組成硬件計(jì)算機(jī)組成體系結(jié)構(gòu)——馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)模型計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)——哈弗體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)指令集CISC：復(fù)雜指令集（ComplexInstructionSetComputer）具有大量的指令和尋址方式大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運(yùn)行RISC：精簡(jiǎn)指令集（ReducedInstructionSetComputer)8/2原則：80%的程序只使用20%的指令在通道中只包含最有用的指令確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更為簡(jiǎn)單嵌入式處理器分類MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示:

圖2.2MCS-51單片機(jī)功能結(jié)構(gòu)圖時(shí)鐘信號(hào)源外部事件信號(hào)BUS時(shí)鐘電路8KBFlashROM256BRAM128BSFR16位×3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器64KB總線擴(kuò)展控制器可編程并行口可編程全雙工串行口CPU中斷控制器外中斷8位×4個(gè)并行口串行通信總線控制BUS2.1.1MCS-51單片機(jī)的功能結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

圖2.3MCS-51單片機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖XTAL2XTAL1P3.0~P3.7P1.0~P1.7RAM地址端口0驅(qū)動(dòng)器端口2驅(qū)動(dòng)器8KBFlashROM端口0鎖存器端口2鎖存器端口1驅(qū)動(dòng)器端口3驅(qū)動(dòng)器端口1鎖存器端口3鎖存器暫存器1SPPSWB寄存器暫存器2ACC256BRAM128BSFR緩沖器PC加1PC程序地址寄存器DPTR定時(shí)器、串行口中斷部件及特殊功能寄存器地址總線∕數(shù)據(jù)總線P2.0~P2.7VccGND指令寄存器指令譯碼器指令控制器P0.0~P0.7PSENALEEARSTALU介紹圖2-1中的各功能部件：1.CPU 51CPU是動(dòng)態(tài)CPU2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）片內(nèi)為128個(gè)字節(jié)（52子系列的為256個(gè)字節(jié)）3.程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM）

8031:無(wú)ROM；8051:4K字節(jié)ROM；8751:4K字節(jié)EPROM；

89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K字節(jié)閃存。4.中斷系統(tǒng)5.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器6.串行口1個(gè)全雙工的異步串行口，具有四種工作方式。7.P1口、P2口、P3口、P0口為4個(gè)并行8位I/O口。8.特殊功能寄存器（SFR）共有21個(gè)，是一個(gè)具有特殊功能的RAM區(qū)。2.2MCS-51的引腳

40只引腳雙列直插封裝（DIP）。

44只引腳方形封裝方式（4只無(wú)用）40只引腳按功能分為3類：（1）電源及時(shí)鐘引腳:Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2。（2）控制引腳：PSEN*、EA*、ALE、RESET（即RST）。（3）I/O口引腳：P0、P1、P2、P3，為4個(gè)8位I/O口的外部引腳。2.2.1電源及時(shí)鐘引腳

1．電源引腳

（1）Vcc（40腳）：+5V電源；（2）Vss（20腳）：接地。2．時(shí)鐘引腳

（1）XTAL1（19腳）：如果采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。（2）XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。2.2.2控制引腳

提供控制信號(hào)，有的引腳還具有復(fù)用功能。

(1)RST/VPD(9腳)：復(fù)位與備用電源。(2)ALE/PROG*（30腳）：第一功能ALE為地址鎖存允許，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。PROG*為本引腳的第二功能。為編程脈沖輸入端。

(3)PSEN*（29腳）：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)?？梢则?qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。

(4)EA*/VPP(EnableAddress/VoltagePulseofPrograming，31腳)

EA*為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。

EA*=1，訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò)0FFFH（對(duì)于8051、8751）時(shí)，即超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的4K字節(jié)地址范圍時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。EA*=0，單片機(jī)則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。

VPP為本引腳的第二功能。用于施加編程電壓（例如+21V或+12V）。對(duì)89C51，加在VPP腳的編程電壓為+12V或+5V。2.2.3I/O口引腳(1)P0口：開(kāi)漏雙向8位I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。(2)P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。(3)P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。(4)P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。注意:準(zhǔn)雙向口與開(kāi)漏雙向三態(tài)口的差別。準(zhǔn)雙向I/O口作輸入口使用時(shí)，要向該口先寫“1”。準(zhǔn)雙向I/O口無(wú)高阻的“浮空”狀態(tài)。2.3MCS-51的CPU

由運(yùn)算器和控制器所構(gòu)成2.3.1運(yùn)算器

對(duì)操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算和位操作。1．算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU2．累加器A

使用最頻繁的寄存器，可寫為Acc。

A的作用：（1）是ALU的輸入之一，又是運(yùn)算結(jié)果的存放單元。（2）數(shù)據(jù)傳送大多都通過(guò)累加器A。MCS-51增加了一部分可以不經(jīng)過(guò)累加器的傳送指令，即可加快數(shù)據(jù)的傳送速度，又減少A的“瓶頸堵塞”現(xiàn)象。A的進(jìn)位標(biāo)志Cy同時(shí)又是位處理機(jī)的位累加器。3．程序狀態(tài)字寄存器PSW

（1）Cy（PSW.7）進(jìn)位標(biāo)志位（2）Ac(PSW.6)輔助進(jìn)位標(biāo)志位，用于BCD碼的十進(jìn)制調(diào)整運(yùn)算。（3）F0（PSW.5）用戶使用的狀態(tài)標(biāo)志位。（4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：4組工作寄存器區(qū)選擇控制位1和位0。

RS1RS0所選的4組寄存器

000區(qū)（內(nèi)部RAM地址00H～07H）011區(qū)（內(nèi)部RAM地址08H～0FH）102區(qū)（內(nèi)部RAM地址10H～17H）113區(qū)（內(nèi)部RAM地址18H～1FH）（5）OV（PSW.2）溢出標(biāo)志位

指示運(yùn)算是否產(chǎn)生溢出。各種算術(shù)運(yùn)算指令對(duì)該位的影響情況較復(fù)雜。（6）PSW.1位:保留位，未用（7）P(PSW.0)奇偶標(biāo)志位

P=1，A中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)

P=0，A中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)

1．程序計(jì)數(shù)器PC（ProgramCounter）存放下一條要執(zhí)行的指令在程序存儲(chǔ)器中的地址。

基本工作方式有以下幾種：

（1）程序計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1

（2）執(zhí)行有條件轉(zhuǎn)移或無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令時(shí)，程序計(jì)數(shù)器將被置入新的數(shù)值，從而使程序的流向發(fā)生變化。（3）在執(zhí)行調(diào)用子程序調(diào)用或中斷調(diào)用，完成下列操作： ①PC的現(xiàn)行值保護(hù)②將子程序入口地址或中斷向量的地址送入PC。

2．堆棧指針SP

指示堆棧頂部在內(nèi)部RAM塊中的位置

復(fù)位后，SP中的內(nèi)容為07H。

（1）保護(hù)斷點(diǎn) （2）現(xiàn)場(chǎng)保護(hù) 堆棧向上生長(zhǎng)

3.數(shù)據(jù)指針DPTR

高位字節(jié)寄存器用DPH表示，低位字節(jié)寄存器用DPL表示。

4.I/O端口P0～P3

P0～P3分別為I/O端口P0～P3的鎖存器。5.寄存器B為執(zhí)行乘法和除法操作設(shè)置的。在不執(zhí)行乘、除的情況下，可當(dāng)作一個(gè)普通寄存器來(lái)使用。6.串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF

存放欲發(fā)送或已接收的數(shù)據(jù)，一個(gè)字節(jié)地址，物理上是由兩個(gè)獨(dú)立的寄存器組成，一個(gè)是發(fā)送緩沖器，另一個(gè)是接收緩沖器。7.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1和T0，各由兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器組成：TH1、TL1、TH0、TL0，只能字節(jié)尋址，但不能把T1或T0當(dāng)作一個(gè)16位寄存器來(lái)尋址訪問(wèn)。2.3MCS-51存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)（重要）

MCS-51單片機(jī)為哈佛結(jié)構(gòu)：程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM分開(kāi)編址

PC機(jī)為偌依曼結(jié)構(gòu)：ROM和RAM統(tǒng)一編址

程序存儲(chǔ)器：固化程序、常數(shù)和數(shù)據(jù)表

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：存放程序運(yùn)行中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)、用作堆棧等

1、單片機(jī)的存儲(chǔ)器空間及分類

MCS-51單片機(jī)有4個(gè)存儲(chǔ)空間： 1）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；3）片外程序存儲(chǔ)器；4）片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

4個(gè)存儲(chǔ)空間可以分成三類： 1）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間（256B的RAM和128B的特殊功能寄存器）；2）片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間（64KB）；3）片內(nèi)和片外統(tǒng)一編址的程序存儲(chǔ)空間（64KB）

不同類型的存儲(chǔ)空間，有各自的尋址方式和訪問(wèn)指令。

2.3.1單片機(jī)程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)程序存儲(chǔ)空間的配置片外ROM片內(nèi)ROMEA=1片外ROMEA=00000H0FFFH1000HFFFFH（a）片內(nèi)有4KB的ROM（b）片內(nèi)有8KB的ROM片外ROM片內(nèi)ROMEA=1片外ROMEA=00000H1FFFH2000HFFFFH2.3.1程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

二、程序存儲(chǔ)器的專用區(qū)域 用作復(fù)位和中斷入口2.3.1程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

中斷向量：即中斷入口地址。如下表

如果用C語(yǔ)言編寫程序，不需要考慮以上這些問(wèn)題，即不用考慮引導(dǎo)程序問(wèn)題，中斷入口與跳轉(zhuǎn)問(wèn)題，這些問(wèn)題均由編譯系統(tǒng)安排好。2.3.2片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器按照尋址方式，可以分為三個(gè)部分：低128字節(jié)數(shù)據(jù)區(qū)，高128字節(jié)數(shù)據(jù)區(qū)，特殊功能寄存器區(qū)。如下圖所示。

低128BRAM

data區(qū)特殊功能寄存器80HFFH00H7FH（a）89C51片內(nèi)RAM低128BRAM

data區(qū)高128BRAMidata區(qū)特殊功能寄存器00H7FH80HFFH80HFFH（b）增強(qiáng)型單片機(jī)片內(nèi)RAM2.3.2片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 一、低128字節(jié)RAM地址范圍：00H～7FH，128字節(jié)應(yīng)用特點(diǎn)：有多種用途且使用最頻繁功能作用：分為三個(gè)區(qū)域，即工作寄存器區(qū)、位尋找區(qū)、通用數(shù)據(jù)區(qū)。尋址方式：直接、間接、位尋址 低128字節(jié)RAM的配置如右圖所示。不同數(shù)據(jù)區(qū)的用途工作寄存器組由決定于程序狀態(tài)字PSW的RS1和RS0位確定；

C語(yǔ)言下選寄存器組：在定義函數(shù)時(shí)，通過(guò)使用關(guān)鍵字“using”來(lái)選擇(如usingm)位寄存器組

既可以做位操作，也可以字節(jié)操作。

C語(yǔ)言編程：用關(guān)鍵字“bit”定義的位變量在該區(qū)域；用關(guān)鍵字“bdata”將一般變量定義在該區(qū)域，并且定義的變量還可以進(jìn)行位尋址。通用數(shù)據(jù)區(qū)

用于堆棧、存放數(shù)據(jù)、存放程序運(yùn)行時(shí)的中間結(jié)果等。2.3.2片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)二、高128字節(jié)RAM（增強(qiáng)型單片機(jī)）

地址范圍：80H～FFH，128字節(jié)

用途：與低128字節(jié)中的30H到7FH完全一樣，用于堆棧、存放程序運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)和中間結(jié)果等。

尋址方式：間接訪問(wèn)。

C語(yǔ)言編程：使用關(guān)鍵字“idata”定義變量三、特殊功能寄存器（SFR）

也稱為專用寄存器，是單片機(jī)中最重要的部分。

地址范圍：80H～FFH，128字節(jié)

功能作用：控制單片機(jī)各個(gè)部件的運(yùn)行反映各部件的運(yùn)行狀態(tài)存放數(shù)據(jù)或地址

尋址方式：直接訪問(wèn)特殊功能寄存器在C語(yǔ)言中使用，必須先做定義，它們多數(shù)在“reg51.h”、“reg52.h”等頭文件做了定義。2.3.3片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（1）地址范圍：0000H～FFFFH（2）容量：共64KB（3）訪問(wèn)指令：“MOVX”（片內(nèi)用MOV） 使用“MOVX”指令對(duì)片外RAM進(jìn)行讀/寫操作時(shí)，會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生讀/寫控制信號(hào)RD和WR，作用于片外RAM實(shí)現(xiàn)讀/寫操作。（4）用途：片外RAM做通用RAM使用，主要存放大量采集的或接收的數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間數(shù)據(jù)、最后結(jié)果、用作堆棧等。

（5）C語(yǔ)言編程：使用關(guān)鍵字“xdata”或“pdata”將變量、數(shù)組、堆棧定義到片外RAM區(qū)。表2-2SFR的名稱及其分布表2-3內(nèi)部RAM的可尋址位及位地址表2-4SFR中的位地址分布2.4并行I/O端口

4個(gè)雙向的8位并行I/O端口(Port)，記作P0～P3屬于特殊功能寄存器，還可位尋址。

2.4.1P0端口

P0口某一位的電路包括：(1)一個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于數(shù)據(jù)位的鎖存(2)兩個(gè)三態(tài)的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。(3)一個(gè)多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)MUX，使:P0口可作通用I/O口，或地址/數(shù)據(jù)線口。(4)數(shù)據(jù)輸出的驅(qū)動(dòng)和控制電路，由兩只場(chǎng)效應(yīng)管（FET）組成，上面的場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成上拉電路。P0口傳送地址或數(shù)據(jù)時(shí)，CPU發(fā)出控制信號(hào)為高電平，打開(kāi)上面的與門，使多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)MUX打向上邊，使內(nèi)部地址/數(shù)據(jù)線與下面的場(chǎng)效應(yīng)管處于反相接通狀態(tài)。此時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)電路由于上下兩個(gè)FET處于反相，形成推挽式電路結(jié)構(gòu)，大大提高負(fù)載能力。P0口作通用的I/O口使用。這時(shí)，CPU發(fā)來(lái)的“控制”信號(hào)為低電平，上拉場(chǎng)效應(yīng)管截止，多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)MUX打向下邊，與D鎖存器的Q*端接通。（1）P0作輸出口使用來(lái)自CPU的“寫入”脈沖加在D鎖存器的CP端，內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)寫入D鎖存器，并向端口引腳P0.x輸出。注意：由于輸出電路是漏極開(kāi)路（因?yàn)檫@時(shí)上拉場(chǎng)效應(yīng)管截止），必須外接上拉電阻才能有高電平輸出。（2）P0作輸入口使用區(qū)分“讀引腳”和“讀鎖存器”?！白x引腳”信號(hào)把下方緩沖器打開(kāi)，引腳上的狀態(tài)經(jīng)緩沖器讀入內(nèi)部總線；“讀鎖存器”信號(hào)打開(kāi)上面的緩沖器把鎖存器Q端的狀態(tài)讀入內(nèi)部總線。8031單片機(jī)在對(duì)端口P0一P3的輸入操作上,有如下約定：凡屬于讀-修改-寫方式的指令,從鎖存器讀入信號(hào),其它指令則從端口引腳線上讀入信號(hào)。讀-改-寫指令的特點(diǎn)從端口輸入(讀)信號(hào),在單片機(jī)內(nèi)加以運(yùn)算(修改)后,再輸出(寫)到該端口上。下面是幾條讀--修改-寫指令的例子。ANLP0，#O8H；P0與立即數(shù)--〉P0ORLPO，A；P0或A--〉P0INCP1；P1+1--〉P1DECP3；P3-1—〉P3CPLP2；P2異或-〉P2這樣安排的原因在于讀-修改-寫指令需要得到端口原輸出的狀態(tài),修改后再輸出,讀鎖存器而不是讀引腳,可以避免因外部電路的原因而使原端口的狀態(tài)被讀錯(cuò)。2.4.2P1端口

字節(jié)地址90H，位地址90H～97H。P1口只作通用的I/O口使用，在電路結(jié)構(gòu)上與P0口有兩點(diǎn)區(qū)別：（1）因?yàn)橹粋魉蛿?shù)據(jù)，不再需要多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)MUX。（2）由于P1口用來(lái)傳送數(shù)據(jù)，因此輸出電路中有上拉電阻，這樣電路的輸出不是三態(tài)的，所以P1口是準(zhǔn)雙向口。因此：（1）P1口作為輸出口使用時(shí)，外電路無(wú)需再接上拉電阻。（2）P1口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向其鎖存器先寫入“1”，使輸出驅(qū)動(dòng)電路的FET截止。2.4.3P2端口

字節(jié)地址為A0H，位地址A0H～A7H。

在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)镻2口用于提供高位地址，有一個(gè)多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)MUX。但MUX的一個(gè)輸入端不再是“地址/數(shù)據(jù)”，而是單一的“地址”，因?yàn)镻2口只作為地址線使用。當(dāng)P2口用作為高位地址線使用時(shí)，多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)應(yīng)接向“地址”端。正因?yàn)橹蛔鳛榈刂肪€使用，口的輸出用不著是三態(tài)的，所以，P2口也是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。P2口也可以作為通用I/O口使用，這時(shí)，多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)接向鎖存器Q端。2.4.4P3端口

P3口的字節(jié)地址為B0H，位地址為B0H～B7H。P3口的第二功能定義，應(yīng)熟記。表2-2P3口的第二功能定義

口引腳第二功能

P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 INT0*（外部中斷0） P3.3 INT1*（外部中斷1） P3.4 T0（定時(shí)器0外部計(jì)數(shù)輸入） P3.5 T1（定時(shí)器1外部計(jì)數(shù)輸入） P3.6 WR*（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 RD*（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）

第二功能信號(hào)有輸出和輸入兩類：（1）作通用的I/O輸出，“第二輸出功能”線應(yīng)保持高電平，與非門開(kāi)通，使鎖存器Q端輸出暢通。作第二功能信號(hào)輸出，鎖存器預(yù)先置“1”，使與非門對(duì)“第二輸出功能”信號(hào)的輸出是暢通的。（2）作第二功能信號(hào)輸入，在口線引腳的內(nèi)部增加了一個(gè)緩沖器，輸入的信號(hào)就從這個(gè)緩沖器的輸出端取得。而作為通用I/O輸入，仍取自三態(tài)緩沖器的輸出端。P3口無(wú)論作哪種輸入，鎖存器輸出和“第二輸出功能”線都應(yīng)保持高電平。2.4.5P0～P3端口功能總結(jié)使用中應(yīng)注意的問(wèn)題：（1）P0～P3口都是并行I/O口，但P0口和P2口，還可用來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)的外部數(shù)據(jù)總線和地址總線，所以在內(nèi)部電路中有一個(gè)MUX，以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而P1口和P3口無(wú)構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線的功能，因此，無(wú)需轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)MUX。由于P0口可作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線使用，需傳送系統(tǒng)的低8位地址和8位數(shù)據(jù)，因此MUX的一個(gè)輸入端為“地址/數(shù)據(jù)”信號(hào)，另一個(gè)為P0寄存器。而P2口僅作為高位地址線使用，不涉及數(shù)據(jù)，所以MUX的一個(gè)輸入信號(hào)為“地址”，另一個(gè)為P2寄存器。（2）在4個(gè)口中只有P0口是開(kāi)漏雙向口，P1～P3口都是準(zhǔn)雙向口。原因:P0口作數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，為保證數(shù)據(jù)正確傳送，需解決芯片內(nèi)外的隔離問(wèn)題，即只有在數(shù)據(jù)傳送時(shí)芯片內(nèi)外才接通；不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，芯片內(nèi)外應(yīng)處于隔離狀態(tài)。在P0口中輸出電路是由兩只場(chǎng)效應(yīng)管（FET）組成，上拉晶體管在數(shù)據(jù)輸出為1時(shí)提供一個(gè)瞬間的強(qiáng)上拉能力，下拉晶體管可以提供持續(xù)的下拉能力，所以稱其為開(kāi)漏雙向端口。而P1～P3口，上拉電阻代替P0口中的場(chǎng)效應(yīng)管，輸出緩沖器不是三態(tài)的－準(zhǔn)雙向口。（3）P3口的口線具有第二功能，為系統(tǒng)提供一些控制信號(hào)。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。MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)（重要）概述片內(nèi)的資源如不滿足需要，需外擴(kuò)存儲(chǔ)器和I/O功能部件：系統(tǒng)擴(kuò)展問(wèn)題，內(nèi)容主要有：(1)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（外部存儲(chǔ)器又分為外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）(2)I/O接口部件的擴(kuò)展。系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)如下圖:MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu):哈佛結(jié)構(gòu)。MCS-96單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu):普林斯頓結(jié)構(gòu)。MCS-51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的最大擴(kuò)展空間各為64KB。系統(tǒng)擴(kuò)展首先要構(gòu)造系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線及總線構(gòu)造系統(tǒng)總線按其功能通常把系統(tǒng)總線分為三組：1.地址總線（AdressBus,簡(jiǎn)寫AB）

2.數(shù)據(jù)總線(DataBus，簡(jiǎn)寫DB)3.控制總線（ControlBus，簡(jiǎn)寫CB）

構(gòu)造系統(tǒng)總線

系統(tǒng)擴(kuò)展的首要問(wèn)題:構(gòu)造系統(tǒng)總線，然后再往系統(tǒng)總線上“掛”存儲(chǔ)器芯片或I/O接口芯片，“掛”存儲(chǔ)器芯片就是存儲(chǔ)器擴(kuò)展，“掛”I/O接口芯片就是I/O擴(kuò)展。MCS-51由于受引腳數(shù)目的限制，數(shù)據(jù)線和低8位地址線復(fù)用。為了將它們分離出來(lái)，需要外加地址鎖存器，從而構(gòu)成與一般CPU相類似的片外三總線，見(jiàn)圖8-2。

地址鎖存器一般采用74LS373，采用74LS373的地址總線的擴(kuò)展電路如下圖(圖8-3)。

1.以P0口作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線。2．以P2口的口線作高位地址線。3.控制信號(hào)線。 *使用ALE信號(hào)作為低8位地址的鎖存控制信號(hào)。 *以PSEN*信號(hào)作為擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。 *以EA*信號(hào)作為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器的選擇控制信號(hào)。 *由RD*和WR*信號(hào)作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O口的讀選通、寫選通信號(hào)。盡管MCS-51有4個(gè)并行I/O口，共32條口線，但由于系統(tǒng)擴(kuò)展需要，真正作為數(shù)據(jù)I/O使用的，就剩下P1口和P3口的部分口線。讀寫控制、地址空間分配和外部地址鎖存器存儲(chǔ)器擴(kuò)展的讀寫控制RAM芯片：讀寫控制引腳，記為OE*和WE*，與MCS-51的RD*和WR*相連。EPROM芯片：只能讀出，故只有讀出引腳，記為OE*，該引腳與MCS-51的PSEN*相連。存儲(chǔ)器地址空間分配MCS-51發(fā)出的地址是用來(lái)選擇某個(gè)存儲(chǔ)器單元進(jìn)行讀寫，要完成這種功能，必須進(jìn)行兩種選擇：“片選”和“單元選擇”。存儲(chǔ)器空間分配除考慮地址線連接外，還討論各存儲(chǔ)器芯片在整個(gè)存儲(chǔ)空間中所占據(jù)的地址范圍，

常用的存儲(chǔ)器地址分配的方法有兩種：線性選擇法（簡(jiǎn)稱線選法）和地址譯碼法（簡(jiǎn)稱譯碼法）。1.線選法

直接利用系統(tǒng)的高位地址線作為存儲(chǔ)器芯片（或I/O接口芯片）的片選信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，不需要地址譯碼器硬件，體積小，成本低。

缺點(diǎn)：可尋址的器件數(shù)目受到限制，地址空間不連續(xù)，地址不唯一。例某一系統(tǒng)，需要外擴(kuò)8KB的EPROM（2片2732），4KB的RAM（2片6116），這