單片機(jī)學(xué)習(xí)第二章課件

第二章：?jiǎn)纹瑱C(jī)硬件結(jié)構(gòu)本章重點(diǎn)：MCS-51的基本特性;單片機(jī)的引腳與I/O口結(jié)構(gòu);存儲(chǔ)器、堆棧與特殊功能寄存器.1組成：

CPU(進(jìn)行運(yùn)算、控制)RAM(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)I/O口(串口、并口等)ROM(程序存儲(chǔ)器)PC機(jī)：上述部件以芯片形式安裝在主板上。單片機(jī)：上述部件被集成到單芯片中。通用PC包括：鍵盤(pán)、顯示器、鼠標(biāo)、硬/軟/光驅(qū)、音箱、打印機(jī)、掃描儀…等外設(shè)。單片機(jī)則只是一片集成電路。單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之異同（1）2功能：PC機(jī)：數(shù)據(jù)運(yùn)算、采集、處理、存儲(chǔ)、傳輸；單片機(jī)：控制（或受控于）外設(shè)。通用計(jì)算機(jī)擅長(zhǎng)于數(shù)據(jù)運(yùn)算、采集、處理、存儲(chǔ)和傳輸；單片機(jī)的專(zhuān)長(zhǎng)則是測(cè)控，往往嵌入某個(gè)儀器/設(shè)備/系統(tǒng)中，使其達(dá)到智能化的效果。單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之異同（2）3MCS-51單片機(jī)基本特性8位的CPU，片內(nèi)有振蕩器和時(shí)鐘電路,工作頻率為1～12MHz（Atmel89Cxx為0～24MHz）片內(nèi)有128/256字節(jié)

RAM片內(nèi)有0K/4K/8K字節(jié)程序存儲(chǔ)器ROM可尋址片外64K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM可尋址片外64K字節(jié)程序存儲(chǔ)器ROM5片內(nèi)21/26個(gè)特殊功能寄存器（SFR）4個(gè)8位的并行I/O口（P0-P3）1個(gè)全雙工串行口（UART）2/3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（TIMER/COUNTER）可處理5/6個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)內(nèi)置1個(gè)布爾處理器和1個(gè)布爾累加器（Cy）MCS-51指令集含111條指令6MCS-51系列單片機(jī)配置一覽表系列片內(nèi)存儲(chǔ)器（字節(jié)）定時(shí)器計(jì)數(shù)器并行I/O串行I/O中斷源片內(nèi)ROM片內(nèi)RAM無(wú)有ROM有EPROMIntelMCS-51子系列803180C31805180C51(4K字節(jié))875187C51(4K字節(jié))128字節(jié)2x164x8位15IntelMCS-52子系列803280C32805280C52(8K字節(jié))875287C52(8K字節(jié))256字節(jié)3x164x8位16注意：今后將會(huì)經(jīng)常提到ATMEL的AT89C2051/51/52等MCU！ATEML89C系列(常用型)1051(1K)/2051(2K)/4051(4K)（20條引腳DIP封裝）1282151589C51(4K)/89C52(8K)（40條引腳DIP封裝）128/2562/33215/67單片機(jī)的引腳定義從一片集成電路的角度去認(rèn)識(shí)單片機(jī)9認(rèn)識(shí)單片機(jī)的引腳MCS-51單片機(jī)40腳Vcc,GND2XTAL1,XTAL22RESET1EA/Vpp1ALE/PROG1PSEN1P0.0—P0.78P1.0—P1.78P2.0—P2.78P3.0—P3.7810單片機(jī)的引腳（電源端）Vcc,GND:正電源端與接地端（+5V/3.3V/2.7V)不同的單片機(jī)可以允許不同的工作電壓，不同的單片機(jī)表現(xiàn)出的功耗也不同。11單片機(jī)的引腳（晶振端）CPU總是按照一定的時(shí)鐘節(jié)拍與時(shí)序工作：振蕩周期/時(shí)鐘周期：Tc=晶振頻率fosc（或外加頻率）的倒數(shù)機(jī)器周期：Tm=12個(gè)振蕩周期(Tc)指令周期:Ti:執(zhí)行一條指令所需的機(jī)器周期(Tm)數(shù)牢牢記住：振蕩周期=晶振頻率fosc的倒數(shù)；1個(gè)機(jī)器周期=12個(gè)振蕩周期；1個(gè)指令周期=1、2、4個(gè)機(jī)器周期13復(fù)位使單片機(jī)進(jìn)入某種確定的初始狀態(tài)：

▼PC值歸零（0000H）；▼各個(gè)SFR被賦予初始值

P0～P3=0FFH，Acc=0，B=0，TH0=0，TL0=0，TH1=0，TL1=0，SP=7，PSW=0……▼退出處于節(jié)電工作方式的停頓狀態(tài)、退出一切程序進(jìn)程、退出程序的死循環(huán)，從頭開(kāi)始。單片機(jī)的引腳（復(fù)位端）RESET:復(fù)位端（正脈沖有效，時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期）14PC與SFR復(fù)位狀態(tài)表寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTCON00HA00HT2CON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0~P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUFXXHIE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H15單片機(jī)的引腳（EA端）EA/Vpp:

尋址外部ROM控制端/編程電源輸入端。低有效，片內(nèi)無(wú)ROM時(shí)必須接地；片內(nèi)有ROM時(shí)應(yīng)當(dāng)接高電平；對(duì)片內(nèi)ROM編程時(shí)編程正電源加到此端。17單片機(jī)的引腳（ALE端）ALE/PROG:地址鎖存允許/編程脈沖輸入端。

P0口尋址外部低8位地址時(shí)接外部鎖存器G端；

ALE端平時(shí)會(huì)輸出周期正脈沖：ffosc/6；對(duì)片內(nèi)ROM編程時(shí)編程脈沖由此端加入。18單片機(jī)鎖存器74LS373P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROM單片機(jī)的引腳（PSEN端）PSEN：尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)選通外部EPROM的讀控制端（OE）低有效。19單片機(jī)的引腳（P1口）P1.0—P1.7:準(zhǔn)雙向I/O口（內(nèi)置了上拉電阻）輸出時(shí)一切照常，僅在作輸入口用時(shí)要先對(duì)其寫(xiě)“1”。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻2121DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻輸出數(shù)據(jù)=1時(shí)110截止=1P1口2221DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻輸出數(shù)據(jù)=0時(shí)001=0導(dǎo)通P1口23簡(jiǎn)單測(cè)控實(shí)例原理圖25P1.3作輸入端口光路通暢，R亮2K光路阻斷，R暗400KR亮<2.2KR暗

>250K26JOB3:CLRP1.1;亮綠燈REDO:SETBP1.3;P1.3作輸入口必先置1CHECK:JNBP1.3,CHECK;檢測(cè)通道是否被阻斷？LOOP:…………;有入侵者，報(bào)警！

AJMPREDO;再跳回去檢測(cè)任務(wù)三：紅外防盜報(bào)警P1.3口用于輸入狀態(tài)檢測(cè)的語(yǔ)句：

R亮<2.2K，紅外線光路通暢時(shí)，P1.3端＝低電平R暗>250K，紅外線光路阻斷時(shí)，P1.3端＝高電平2721DQCK/Q讀引腳=1讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制引腳P0.X34控制=0時(shí)，此腳作輸入口（事先必須對(duì)它寫(xiě)“1”）00100截止截止=0VccP0口2921DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=1引腳P0.X34控制=1時(shí)，此腳作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口：（1）輸出地址/數(shù)據(jù)=0時(shí)1011=0導(dǎo)通截止=0VccP0口3021DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=1引腳P0.X34控制=1時(shí)，此腳作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口：（2）輸出地址/數(shù)據(jù)=1時(shí)1100=1截止導(dǎo)通=1VccP0口3121DQCK/Q讀引腳=1讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=1引腳P0.X34控制=1時(shí)，此腳作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口：（3）輸入數(shù)據(jù)時(shí)，輸入指令將使引腳與內(nèi)部總線直通VccP0口32單片機(jī)的引腳（P2口）P2.0—P2.7:準(zhǔn)雙向I/O（內(nèi)置了上拉電阻）尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)輸出高8位地址；不接外部程序存儲(chǔ)器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制引腳P2.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc3321DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制引腳P2.X控制=0時(shí)，此腳作通用輸出口：輸出=1時(shí)110截止3內(nèi)部上拉電阻11Vcc=1=0P2口3421DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制引腳P2.X控制=0時(shí)，此腳作通用輸出口：輸出=0時(shí)001導(dǎo)通3內(nèi)部上拉電阻00Vcc=0=0P2口3521DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制=1引腳P2.X控制=1時(shí)，此腳作高8位地址A8—A15輸出口：當(dāng)輸出=1時(shí)10截止3內(nèi)部上拉電阻1=1Vcc=1P2口3621DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制=1引腳P2.X01導(dǎo)通3內(nèi)部上拉電阻0=0Vcc=0控制=1時(shí)，此腳作高8位地址A8—A15輸出口：當(dāng)輸出=0時(shí)P2口37單片機(jī)的引腳（P3口）P3.0—P3.7:雙功能口（內(nèi)置了上拉電阻）它具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能時(shí)它就是普通的通用準(zhǔn)雙向I/O口。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線第二功能輸出引腳P3.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc第二功能輸入43821DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線第二功能輸出（WR，RD，TxD）引腳P3.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc4第二功能輸出時(shí)，內(nèi)部自動(dòng)D=1111反相器P3口3921DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線此端自動(dòng)＝1引腳P3.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc

第二功能輸入（RxD，T0，T1，INT0，INT1）4第二功能輸入時(shí)，信號(hào)經(jīng)緩沖器4直接進(jìn)入內(nèi)總線1110截止P3口40P3口第二功能表引腳第二功能P3.0RxD:串行口接收數(shù)據(jù)輸入端P3.1TxD:串行口發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端P3.2INT0:外部中斷申請(qǐng)輸入端0P3.3INT1:外部中斷申請(qǐng)輸入端1P3.4T0:外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端0P3.5T1:外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端1P3.6WR:寫(xiě)外設(shè)控制信號(hào)輸出端P3.7RD:讀外設(shè)控制信號(hào)輸出端4151單片機(jī)的8個(gè)特殊引腳Vcc,GND:電源端XTAL1,XTAL2:片內(nèi)振蕩電路輸入、輸出端RESET:復(fù)位端正脈沖有效（寬度8mS）EA/Vpp:尋址外部ROM控制端。低有效片內(nèi)有ROM時(shí)應(yīng)當(dāng)接高電平。ALE/PROG:地址鎖存允許控制端。PSEN：選通外部ROM的讀(OE)控制端。低有效小結(jié)4251單片機(jī)的4個(gè)8位的I/O口P0.0—P0.7:8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口

(復(fù)用時(shí)是雙向口；不復(fù)用時(shí)也是準(zhǔn)雙向口)P1.0—P1.7:通用I/O口（準(zhǔn)雙向口）P2.0—P2.7:輸出高8位地址（用于尋址時(shí)是輸出口；不尋址時(shí)是準(zhǔn)雙向口）P3.0—P3.7:具有特定的第二功能（準(zhǔn)雙向口）注意：在不外擴(kuò)ROM/RAM時(shí)，P0～P3均可作通用I/O口使用，而且都是準(zhǔn)雙向I/O口(例如:AT89C51)！小結(jié)43P3口第二功能表引腳第二功能P3.0RxD:串行口接收數(shù)據(jù)輸入端P3.1TxD:串行口發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端P3.2INT0:外部中斷申請(qǐng)輸入端0P3.3INT1:外部中斷申請(qǐng)輸入端1P3.4T0:外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端0P3.5T1:外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端1P3.6WR:寫(xiě)外設(shè)控制信號(hào)輸出端P3.7RD:讀外設(shè)控制信號(hào)輸出端小結(jié)44存儲(chǔ)器、堆棧、SFR45數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器——RAM（RandomAccessMemory）程序存儲(chǔ)器——ROM（ReadOnlyMemory）閃速存儲(chǔ)器——FlashMemoryEPROM——（UV）ErazibleProgrammableROMEEPROM/E2PROM——ElectricalErasableProgrammableROM單片機(jī)的存儲(chǔ)器——幾個(gè)有關(guān)的概念：46靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM——StaticRAM

（動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM——DynamicRAM）按字節(jié)尋址：每個(gè)字節(jié)(8個(gè)位)占一個(gè)地址按位尋址：有的存儲(chǔ)器每一個(gè)位就有一個(gè)地址4789C51單片機(jī)存儲(chǔ)器配置片內(nèi)RAM128字節(jié)（00H—7FH）；片內(nèi)RAM前32個(gè)單元是工作寄存器區(qū)(00H—1FH)片內(nèi)RAM有128個(gè)可按位尋址的位，占16個(gè)單元。位地址編號(hào)為：00H—7FH，分布在20H—2FH單元片內(nèi)21個(gè)特殊功能寄存器(SFR)中：地址號(hào)能被8整除的SFR中的各位也可按位尋址可尋址片外RAM64K字節(jié)（0000H—FFFFH）可尋址片外ROM64K字節(jié)（0000H—FFFFH）片內(nèi)FlashROM4K字節(jié)（000H—FFFH）48存儲(chǔ)器配置（片內(nèi)RAM）片內(nèi)RAM128字節(jié)（00H—7FH）00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)SFR分布在80H-FFH其中92個(gè)位可位尋址80HFFH所有的RAM區(qū)(包括位尋址區(qū)、工作寄存器區(qū)）都可以用于存放數(shù)據(jù)，故也稱(chēng)為數(shù)據(jù)緩存寄存器89C51128字節(jié)4900H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)R0R2R1R3R4R5R6R707H02H01H00H06H04H05H03H08H1FH工作寄存器區(qū)3工作寄存器區(qū)2工作寄存器區(qū)1工作寄存器區(qū)00FH10H17H18H片內(nèi)RAM前32個(gè)單元是工作寄存器區(qū)(00H—1FH)存儲(chǔ)器配置（片內(nèi)RAM）5000H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)27H22H21H20H26H24H25H23H28H2FH單元地址07060504030201000F0E0D0C0B0A090817161514131211101F1E1D1C1B1A191827262524232221202F2E2D2C2B2A292837363534333231303F3E3D3C3B3A393847464544434241407F7E7D7C7B7A7978位地址總共128個(gè)可按位尋址的位片內(nèi)RAM中有128個(gè)可按位尋址的位。位地址:00H—7FH

分布在:20H—2FH單元存儲(chǔ)器配置（片內(nèi)RAM）51可尋址片外RAM64K字節(jié)（0000H—FFFFH）；可尋址片外ROM64K字節(jié)（0000H—FFFFH）；片內(nèi)FlashROM4K字節(jié)（000H—FFFH）；FFFFH0000H可尋址片外RAM64K字節(jié)FFFFH0000H可尋址片外ROM64K字節(jié)FFFH000H可尋址片內(nèi)FlashROM4K字節(jié)89C517FH00H片內(nèi)RAM128字節(jié)FFH80H存儲(chǔ)器配置（片內(nèi)RAM）52堆棧：在片內(nèi)RAM中，常常要指定一個(gè)專(zhuān)門(mén)的區(qū)域來(lái)存放某些特別的數(shù)據(jù),它遵循順序存取和后進(jìn)先出(LIFO/FILO）的原則,這個(gè)RAM區(qū)叫堆棧。功能：1）子程序調(diào)用和中斷服務(wù)時(shí)CPU自動(dòng)將當(dāng)前PC值壓棧保存，返回時(shí)自動(dòng)將PC值彈棧。2）保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)/恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)3）數(shù)據(jù)傳輸5300H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)SP棧頂下一個(gè)進(jìn)棧的數(shù)據(jù)將存在此數(shù)據(jù)進(jìn)棧已經(jīng)進(jìn)棧的數(shù)據(jù)存放在此初始SP復(fù)位后SP=07H，數(shù)據(jù)進(jìn)棧時(shí)：首先SP+1指向08H單元，第一個(gè)放進(jìn)堆棧的數(shù)據(jù)將放進(jìn)08H單元，然后SP再自動(dòng)增1，仍指著棧頂……堆棧區(qū)由特殊功能寄存器堆棧指針SP管理堆棧區(qū)可以安排在RAM區(qū)任意位置，一般不安排在工作寄存器區(qū)和可按位尋址的RAM區(qū)，通常放在RAM區(qū)的靠后的位置。54從堆棧取出數(shù)據(jù)時(shí)：取出的數(shù)據(jù)是最近放進(jìn)去的一個(gè)數(shù)據(jù)，也就是當(dāng)前棧頂?shù)臄?shù)據(jù)。然后SP再自動(dòng)減1，仍指著棧頂……00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)SP棧頂當(dāng)前要出棧的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)出棧SP-1指向下一個(gè)將要出棧的數(shù)據(jù)初始SP5589C51特殊功能寄存器(SFR)▼特殊功能寄存器SFR（專(zhuān)用寄存器）專(zhuān)用于控制、選擇、管理、存放單片機(jī)內(nèi)部各部分的工作方式、條件、狀態(tài)、結(jié)果的寄存器。▼不同的SFR管理不同的硬件模塊，負(fù)責(zé)不同的功能——各司其職換言之：要讓單片機(jī)實(shí)現(xiàn)預(yù)訂的功能，必須有相應(yīng)的硬件和軟件，而軟件中最重要的一項(xiàng)工作就是對(duì)SFR寫(xiě)命令（要求）。56程序計(jì)數(shù)器PC（ProgramCounter）PC不是一個(gè)特殊功能寄存器SFR，但其作用又十分重要和特殊!!!特點(diǎn)：▼它是16位的按機(jī)器周期自動(dòng)增1計(jì)數(shù)器▼一切分支/跳轉(zhuǎn)/調(diào)用/中斷/復(fù)位等操作的本質(zhì)就是:改變PC值▼總指向下一條指令所在首地址(當(dāng)前PC值)特殊功能寄存器(PC)5789C51有21個(gè)SFR(89C52有26個(gè))已知的P0、P1、P2、P3等四個(gè)8位I/O口分別由名為P0、P1、P2、P3四個(gè)SFR代表。堆棧指針寄存器SP（StackPointer):總是指向棧頂,壓棧時(shí)先(SP)+1然后數(shù)據(jù)進(jìn)棧；彈棧時(shí)數(shù)據(jù)先出棧然后(SP)-1。累加器ACC:一個(gè)被眾多指令用得最頻繁的特殊功能寄存器(如：運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸…)。副累加器B:一個(gè)經(jīng)常與ACC配合在一起使用的特殊功能寄存器(如：乘法、除法)，此外，它也經(jīng)常當(dāng)作普通寄存器使用。特殊功能寄存器(P0—P3,SP,A,B)58程序狀態(tài)字寄存器PSW：CYACF0RS0OVPRS1PSW.7P