51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

-3.CPU可以直接使用的信息在存儲(chǔ)器中存放。7.1B=8b1KB=1024b1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB引出總線。一個(gè)CPU可以引出總線的寬度標(biāo)志了這個(gè)CPU的不同方面的V地址總線的寬度決定了CPU的尋址能力；Vv數(shù)據(jù)總線的寬度決定了CPU與其他器件進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送時(shí)的Vvv控制總線的寬度決定了CPU對(duì)系統(tǒng)中其他器件的控制能力；-插槽等。擴(kuò)展插槽上一般插有RAM存條和各類接口卡。展插槽上的接口卡。擴(kuò)展插槽通過總線和CPU相連，所以接口卡液通過造單片機(jī)的部終究有哪些局部組成的，它們都有些什么作用呢.1．幾個(gè)根本概念上一課我們講到了把編譯后的指令下載到單片機(jī)后這條指令一定在單片機(jī)的*個(gè)地方，則它終究在哪里呢.原來它就放在一個(gè)叫程序存儲(chǔ)器的地方，英文名稱ROM〔全稱為ReadOnlyMemory〕，叫只讀存儲(chǔ)器。它是一個(gè)什么東西呢.在討論這個(gè)問題之前，讓我們先來看幾個(gè)物理現(xiàn)象：〔1〕數(shù)和物理現(xiàn)象的關(guān)系不知大家是否還記得，在學(xué)習(xí)數(shù)字電路時(shí)我如果現(xiàn)在有兩盞燈那它會(huì)有幾種狀態(tài)呢.00011011兩盞燈的組合就是四種狀態(tài)：00，01，10，11。如此看來燈的亮和滅這種物理現(xiàn)象同數(shù)字確實(shí)有著*種聯(lián)系，如果我們把它們按一定的規(guī)律排列好，則電平的高或話說：不同的數(shù)字可以代表不同數(shù)量燈的電平高或低。比方：0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001，1010，1011，1100，1101，1110，1111這十六種組合就可以代表四盞燈的狀態(tài)，能理解嗎.-〔2〕位及字節(jié)的含義分別應(yīng)電平的高或低，它是單片機(jī)最根本的數(shù)量單位，用BIT來表示。8盞燈〔八根線〕有256種狀態(tài)，這8盞燈〔也就是8位〕我們把它稱為一個(gè)字節(jié)，用BYTE表示。至于為數(shù)字所代表的字節(jié)的狀態(tài)的呢.接著往下看：2．半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的工作原理它實(shí)際上存放的是電平的高或低的狀態(tài)，而不是我們所習(xí)慣上認(rèn)為的"1234〞這樣的數(shù)字。那它是如何工作的呢.一個(gè)存儲(chǔ)器就象一個(gè)小抽屜，一個(gè)小抽屜里有8個(gè)小盒子每個(gè)小盒子用來存放1位"電荷〞，電荷通過與它相連的電線傳進(jìn)來或釋放掉，至于電荷在小盒子里是怎樣存放的，這就不用我們操心了，您可以把電線想象成水管，小盒子里的電荷就象是水，有了這么一個(gè)構(gòu)造，我們就可以開場存放數(shù)據(jù)了，比方我們要放進(jìn)一個(gè)數(shù)據(jù)"00011010〞，我們只要把第2號(hào)、第4號(hào)和第5號(hào)小盒子里存滿電荷，而其它小盒子里D7-D0〕，在放入電荷的時(shí)候，會(huì)將電荷放入所有的字節(jié)單元中，而釋放電荷的時(shí)候，會(huì)這當(dāng)然不是我們所希望的。-3．半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的譯碼4．存儲(chǔ)器的選片及總線的概念至此，譯碼的問題解決了，讓我們?cè)賮黻P(guān)注另外一個(gè)問題：送入每個(gè)字節(jié)的8根線又是從什么地方來的呢.它就是從單片機(jī)的外部引腳上接過來的，一般這8根線除了接一個(gè)存儲(chǔ)器之外，還要接其它的器件，這樣問題又出來了，這8根線既然不是存儲(chǔ)器和單片機(jī)之間專用的，如果總是將*個(gè)單元接在這8根線上，就不行了，比方這個(gè)存儲(chǔ)器單元中的數(shù)值是"FFH〞，另一個(gè)存儲(chǔ)器的單元是"00H〞，則這根線到底是處于高電平，還是低電平.豈不是要打架看誰歷害了.所以我們必須讓它們別離。開著，如果確實(shí)是要向這個(gè)存儲(chǔ)器中寫入數(shù)據(jù)，或要從存儲(chǔ)器中讀出數(shù)據(jù)，再讓開關(guān)切換到〔電荷〕寫入片中；如果要讀信號(hào)，先選中該片，然后發(fā)出讀信號(hào)，開關(guān)也切換到相應(yīng)的位個(gè)存儲(chǔ)器就不會(huì)"誤會(huì)〞而開門，造成沖突，則會(huì)不會(huì)同時(shí)選中兩個(gè)存儲(chǔ)器呢.只要是設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)就不會(huì)，因?yàn)樗怯捎?jì)算機(jī)來控制的，如果真的出現(xiàn)同時(shí)選中兩個(gè)存儲(chǔ)器的話，那就是電路出故障了。-如此看來，存儲(chǔ)器要想寫入或者讀出數(shù)據(jù)還真是不簡單，不過好在這些都是由計(jì)算機(jī)自單片機(jī)是8根〕并不是專用的，而是很多器件大家共用的，所以我們把它們稱之為數(shù)據(jù)總線〔總線英文名為BUS〕，即公交道，誰都可以走；而16根地址線〔51單片機(jī)共有165．半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類第一課中我們提到過，89C51是一種帶FlashROM的單片機(jī)，什么是FlashROM.它到能讀里面的容，不可以隨意更改書本上的容。ROM就是單片機(jī)中用來存放程序的地方，前面我們下載到單片機(jī)的指令就放在這個(gè)地方。講到這里大家也許會(huì)感到困惑，既然ROM是也就是在使用這塊存儲(chǔ)器的時(shí)候，而不是指制造這塊芯片的時(shí)候，只要讓存儲(chǔ)器滿足一定的條件就能把數(shù)據(jù)預(yù)先寫進(jìn)去.FlashROM是一種快速存儲(chǔ)式只讀存儲(chǔ)器，這種程序存儲(chǔ)器的特點(diǎn)就是既可以電程序存儲(chǔ)器外，還有兩種早期的程序存儲(chǔ)器產(chǎn)品，簡單介紹一下：PROMEPROM和EEPROM，PROM稱之為可編程只讀存儲(chǔ)器，就象我們的練習(xí)本，買來的時(shí)候是空白的，-習(xí)慣上我們把帶這種程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)稱為OTP型單片機(jī)，如果您的產(chǎn)品批量生產(chǎn)，又要求價(jià)格比擬低的話，帶這種程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)是非常適宜的；EPROM，稱之為紫外線擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器，它里面的容寫上去之后，如果覺得不滿意，可以用一種特殊的方法去掉后重寫，就是用紫外線照射，紫外線就象"消字靈〞，可以把字去掉，然后再重寫，當(dāng)然消的次數(shù)多了，也就不靈光了，所以這種芯片可以擦除的次數(shù)也是有限的——幾百次吧，電腦上的BIOS芯片采用的就是這種構(gòu)造的存儲(chǔ)器；EEPROM，前一種存儲(chǔ)器的擦寫要用紫外線，而這種存儲(chǔ)器可以直接用電擦寫，比擬方便數(shù)據(jù)的改寫，它有點(diǎn)類似于FLASH存儲(chǔ)器，但比FLASH存儲(chǔ)器速度要慢，現(xiàn)在新型的外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器都是都是這種構(gòu)造。ROM，叫隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，也叫存，英文縮寫為RAM〔RandomAccessMemory〕，它是一種既可以隨時(shí)改寫，也可以隨時(shí)讀出里面重寫，它也是單片機(jī)中重要的組成局部，單片機(jī)中有很多的功能存放器都與它有關(guān)。二．工作存放器上一課我們已經(jīng)講過，在單片機(jī)中有許多的功能存放器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器RAM有關(guān)，則工作存放器又屬于哪一局部呢.它是用來干什么的呢.要搞清楚這個(gè)問題，讓我們先從日常生活中的一個(gè)例子說起，如我們要做一道數(shù)學(xué)題123+456，您會(huì)馬上得出答案：579，看一道題：123+456+789，要你馬上得出答案就不則容易了，通常我們會(huì)怎么做呢.一般總是先把123+456的結(jié)果579寫在一紙上，然后再算579+789=1368，這1368就是我們想要的最終結(jié)果，而579只是為了得到最終結(jié)果而暫時(shí)記下來的中間結(jié)果，單片機(jī)中做運(yùn)算和我們生活中做運(yùn)算一樣，也需要把中間結(jié)果放在*個(gè)地方，則計(jì)算機(jī)把它放在哪兒呢.前面我們提到的ROM〔只讀存儲(chǔ)器〕中，不行！因?yàn)镽OM是用來存放程序的，它只能寫進(jìn)去，能讀出來〔再次提醒一下，這只是相對(duì)而已〕，所以只能放在單片機(jī)的另一個(gè)區(qū)域—RAM中〔即隨機(jī)存取存儲(chǔ)器〕中。R7就是RAM區(qū)域中劃出的一局部。知道了R7，接下來讓我們來分析一下這段子-1．時(shí)序的由來已經(jīng)知道單片機(jī)執(zhí)行指令的過程就是順序地從ROM〔程序存儲(chǔ)器〕中取出指令一條一條的先后次序，這種次序就是單片機(jī)的時(shí)序。就好比學(xué)校上課時(shí)用的電鈴，為了保證課堂秩序，學(xué)校就必須在鈴聲的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下安排各個(gè)課程和活動(dòng)。則單片機(jī)的時(shí)序是如何規(guī)定的呢.接2．時(shí)序的周期個(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)振蕩周期，什么是振蕩周期.一一個(gè)12M的晶振，它的時(shí)間周期是多少，如果電子技術(shù)學(xué)得好的朋友應(yīng)該不難算出〔T=1/f〕，也就是1/12〔微秒〕，則使用12M晶振的單片機(jī)，它的一個(gè)機(jī)器周期就應(yīng)在MCS-51系列單片機(jī)中，有些指令只要一個(gè)機(jī)器周期，而有些指令則需要兩個(gè)或三個(gè)機(jī)器周期，另外還有兩條指令需要4個(gè)機(jī)器周期，這也不難理解，你在家擦地板的話總比擦執(zhí)行時(shí)間的長短.我們就要用到一個(gè)新的概念：指令周期—即執(zhí)行一條指令所需的機(jī)器周期，INTEL公司規(guī)定了每一條指令執(zhí)行的機(jī)器周期，當(dāng)然這不需要我們非把它記住，不過在這-里DJNZ指令我們是要記住的，它是雙周期指令，執(zhí)行一次需要兩個(gè)機(jī)器周期，即2μS。μS=125000μS，也就是125mS。這么大的數(shù)字也就0.125S，怪不得LED1閃爍的這么關(guān)系呢.時(shí)鐘是時(shí)序的根底，單片機(jī)本身就如同一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步何產(chǎn)生的呢.1．部時(shí)鐘電路在MCS-51單片機(jī)的部有一個(gè)高增益的反相放大器，其輸入端為引腳*TL1〔19〕，輸出端為*TL2和起振的快速性，通常選擇10-30P的瓷片電容或校正電容；另外在設(shè)計(jì)電路時(shí)，晶振和電容應(yīng)盡可能的靠近芯片，以減少PCB板的分布電容保證振蕩器振蕩工作的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的抗干擾能力2．外部時(shí)鐘電路鐘方式呢.當(dāng)我們的系統(tǒng)由多片單片機(jī)組成時(shí)，為了保證各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，就2．端口的工作原理〔1〕。P0口-應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用的外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的振蕩脈沖，此時(shí)應(yīng)將*TAL2懸空不用，外部脈沖信號(hào)由*TAL1引入，如上右圖所示，外部信號(hào)的上下電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于20mS三．單片機(jī)并行口的構(gòu)造分析先來看看輸入構(gòu)造：1．輸入構(gòu)造I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的容讀入到部總線，經(jīng)過*種運(yùn)算或變換后再寫回到端口成的，不需要我們操心。呈現(xiàn)低阻抗,此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為"1〞，也會(huì)因端口的低時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作，所以這類I/O口被稱為"準(zhǔn)雙向〞口，MCS-51的P0，P1，P2，P3口作為輸入/輸出口時(shí)都是"準(zhǔn)雙向〞口。接下來讓我們?cè)倏戳硪粋€(gè)問題，從圖中可以看出，這四個(gè)端口還有一個(gè)差異，除了P1口外，P0，P2，P3口都還有第二功能，這些第二功能又是作什么用的呢.-PP1的選擇器，受部信號(hào)的控制，另一個(gè)方向，則就是另一個(gè)功能—作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線用，此時(shí)不能逐位定義為輸入/輸出，它有兩種用法：當(dāng)作數(shù)據(jù)總線用時(shí)，輸入8位數(shù)據(jù)；而當(dāng)作地址總線用時(shí)，則輸出8位地址。再強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，當(dāng)P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線用之后，就再也不能作I/O口使用不夠用時(shí)，需要擴(kuò)展輸入輸出口時(shí)的一種用法，知道了P0口，再來看P1口。〔2〕P1口同P0不同，P1口只能作為I/O口使用，但它的部有一個(gè)上拉電阻，所以連接外圍負(fù)載時(shí)不需要外接上拉電阻，這一點(diǎn)P1，P2，P3都一樣，.〔3〕P2口可以輸出程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的高8位地址，并與P0口輸出的低地址一起構(gòu)成16位的地址線，從而可以分別尋址64K的程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，同樣地址線是8位一起自動(dòng)輸出的，不能象I/O口線那樣逐位定義?！?〕P3口PIO同P1口一樣，也是"準(zhǔn)雙向口〞；不同的是，P3口的每一位-既然單片機(jī)的引腳有第二功能，則CPU是如何來區(qū)分的呢.這是一個(gè)令許多初學(xué)者困惑的其實(shí)單片機(jī)的第二功能是不需要人工干預(yù)的，也就是說只要CPU執(zhí)行到相應(yīng)的指令，就自動(dòng)轉(zhuǎn)成了第二功能。了解了各個(gè)I/O口的功能和作用，再來給大家講解一下單片機(jī)I/O與外圍電路的連接方法。四．單片機(jī)I/O口的連接方法當(dāng)單片機(jī)的I/O口作輸出時(shí)可以直接與外部設(shè)備連接，不過由于在實(shí)際的應(yīng)用中，由于其驅(qū)動(dòng)電流是有限的〔P0口10mA，P1，P2，P3口20mA〕，所以我們常常需要通過接其具體的使用方法。1．單片機(jī)與機(jī)械繼電器的接口單片機(jī)的一個(gè)I/O口只能灌入20mA的電流，所以往往缺乏以驅(qū)動(dòng)一些功率開關(guān)〔比方其實(shí)很簡單，我們通常采用下面的接法〔如圖〕，為了防止前向通道信號(hào)的干擾，常采用一些光電隔離器件，比方光電耦合器4N25，PC814等，當(dāng)單片機(jī)的P1.0灌入的電流比高電平時(shí)要大，一般情況下，低電平的灌入電流為高電平的4倍。另外為了防止電壓間的互相干擾，繼電器的工作電壓VDD與單片機(jī)的工作電壓VCC不要使用同一個(gè)電源，接地端也不要連在一起，即所謂的模擬地與數(shù)字地