片机结构和系统扩展

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1、硬件微型机系统外围设备过程控制I/O通道A/D,D/A转换器开关量等外部设备键盘、鼠标等输入设备显示器、打印机等输出设备 软驱、硬盘及磁带等外存储器主 机输入输出(I/O)接口电路微处理器(CPU)运算器(算术逻辑运算单元ALU)控制器(控制单元CU)寄存器阵列(RA)内存储器RAM,ROM,EPROMEEPROM等系统软件软件用户（应用）软件基本组成部件基本组成部件核心部件基本解释核心部件基本解释性能指标性能指标单 片 机存 储 器D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0串 行 数 据 传 递 方 式单 片 机存 储 器D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D 0并 行 数 据 传

2、 递 方 式单片机系统总线结构单片机系统总线结构1CPU存储器1存储器2存储器3888CPU存储器1存储器2存储器3888CPU存储器1存储器2存储器N8地址译码器M单片机系统总线结构单片机系统总线结构2CPU存储器1存储器2存储器N存储器3DBCBAB单片机系统总线结构单片机系统总线结构3BDPTRSPPSWACCPC通用寄存器数据指针堆栈指针程序状态字累加器程序计数器专用寄存器组 程序状态字程序状态字PSW是一个是一个8位标志寄存器，用位标志寄存器，用来存放指令执行后的有关状态。来存放指令执行后的有关状态。PSW是在指令执是在指令执行过程中自动形成的，但也可以根据需要采用传行过程中自动形成

3、的，但也可以根据需要采用传送指令的方式加以改变。送指令的方式加以改变。进位标志位进位标志位Cy 辅助进位位辅助进位位AC 用户标志位用户标志位F0 寄存器选择位寄存器选择位RS1和和RS0 溢出标志位溢出标志位OV 奇偶标志位奇偶标志位P采用这种方式可以扩大工作寄存采用这种方式可以扩大工作寄存器的使用范围，在不同的代码段器的使用范围，在不同的代码段采用不同地址的工作寄存器，这采用不同地址的工作寄存器，这样可以保证原有在工作寄存器内样可以保证原有在工作寄存器内部的内容保持不变部的内容保持不变。PSW1位无定义，用户不可以使用。位无定义，用户不可以使用。1 1 0 0 0 0 0 1PSW=C1H

4、 中央处理器（1.振荡周期振荡周期/时钟周期时钟周期是时序中最小的时间单位，由单片机振荡电路是时序中最小的时间单位，由单片机振荡电路OSC产生，为时钟脉冲频率的倒数产生，为时钟脉冲频率的倒数。XTAL2XTAL1振荡振荡电路电路内部时内部时钟电路钟电路MCS-511个振荡周期个振荡周期2.机器周期机器周期1个机器周期个机器周期=12个振荡周期个振荡周期3.指令周期指令周期执行一条指令所需的时间执行一条指令所需的时间.参看参考书的附录每参看参考书的附录每条指令的执行时间条指令的执行时间RST/VPD:复位复位/备用电源。备用电源。RST（Reset）功能：复位信号输入端。）功能：复位信号输入端。

5、VPD功能：在功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。掉电情况下，接备用电源。51系列单片机的复位信系列单片机的复位信号是高电平有效，持续号是高电平有效，持续时间要有时间要有24个时钟周期个时钟周期以上。例：若时钟频率以上。例：若时钟频率为为6MHz，复位脉冲的宽，复位脉冲的宽度至少度至少=24/6，4uS3.控制线控制线2.电源线电源线VCC、VSS ALE/PROG:地址锁存允许地址锁存允许/片内片内EPROM编程脉冲编程脉冲 ALE功能：用来锁存功能：用来锁存P0口送出的低口送出的低8位地址位地址 PROG功能：片内有功能：片内有EPROM的芯片，在的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入

6、编程脉冲。（编程期间，此引脚输入编程脉冲。（8751）PSEN:片外片外ROM读选通信号。读选通信号。EA/Vpp:内外内外ROM选择选择/片内片内EPROM编程电源。编程电源。EA功能：内外功能：内外ROM选择端。选择端。EA=1，允许使用片内，允许使用片内ROM;EA=0，允许使用片外，允许使用片外ROM.Vpp功能：片内有功能：片内有EPROM的芯片，在的芯片，在 EPROM编程期间，施加编程电源编程期间，施加编程电源Vpp。(8751)51系列单片机的存储器结构采用的是数据存储器和系列单片机的存储器结构采用的是数据存储器和程序存储器分开寻址的方式，通过程序存储器分开寻址的方式，通过PS

7、EN信号线来区信号线来区分寻址的是程序存储器还是数据存储器，当寻址程序分寻址的是程序存储器还是数据存储器，当寻址程序存储器时存储器时PSEN信号为低电平，其他条件下信号为低电平，其他条件下PSEN为为高电平。在程序中通过指令代码来区分是寻址程序存高电平。在程序中通过指令代码来区分是寻址程序存储器和数据存储器。储器和数据存储器。例：例：MOVDPTR,#4000H MOVCA，DPTR;同样是同样是4000H，但不同，但不同 MOVXA，DPTR;的指令寻址的位置不一的指令寻址的位置不一样样 专用寄存器专用寄存器内部内部RAM007F80FF0000FFFF内部数据存储器内部数据存储器外部数据存

8、储器外部数据存储器数据存储器数据存储器外部外部内部内部00000FFF1000FFFF程序存储器程序存储器EA=1外部外部EA=0对于内部无程序存储对于内部无程序存储器的系列，如器的系列，如8031EA必须接地必须接地片内片内 RAM存储存储器器特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR(Special Function Register)锁存器锁存器8031EAPSENRDWRP2ALEP0数据线数据线D7D0低低8位地址线位地址线A7A0高高8位地址线位地址线A15A8控制线控制线8031外部总线结构外部总线结构 8031单片机的单片机的P0口，作为低八位的地址线和数据线，分口，作为低八位的地址线

9、和数据线，分时复用，时复用，P2口作为高八位的地址线，所以共有口作为高八位的地址线，所以共有16条地址条地址线和线和8条数据线，由于低八位的地址线和数据线分时复用，条数据线，由于低八位的地址线和数据线分时复用，所以必须在单片机外部加锁存电路，将低位地址信号锁所以必须在单片机外部加锁存电路，将低位地址信号锁存，保证在整个读写周期内地址信号一致有效。存，保证在整个读写周期内地址信号一致有效。地址数据P0.0P0.7P2.0P2.7地址ALE地址译码电路存储器阵列I/O电路读写控制电路读写控制信号数据线地址线12n-1012n-1012n-10字 线0 字 线1 字 线2m-1 数据线0 数据线1

10、数据线2 数据线 n-1 地址译码电路m条 地 址 线 举例：读外部数据存储器举例：读外部数据存储器MOVX A，DPTR；机器码；机器码 E0H，存储地址为，存储地址为2000H其中其中DPTR里内容为里内容为4000H，4000H内容为内容为0AAHT1：ALE的下降沿锁存程序代码的下降沿锁存程序代码地址地址 P2P0（2000H）T2：读程序代码内容：读程序代码内容 P0（0E0H）T3：锁存程序代码制定外部存储：锁存程序代码制定外部存储器的地址器的地址 P15P0（4000H）T4：读外部存储器内容：读外部存储器内容 P0（0AAH）3-82-4四四-十六译码器十六译码器地址译码器存储

11、器1存储器2存储器2n CE1 CE2 CE2n 高 位 地址线（n条）A0 A15 A0 AmA0 Ap A0 Aq 扩展一片扩展一片6264（8000H9FFFH）和一片）和一片2764（0000H1FFFH）程序存储器的地址范围必须包程序存储器的地址范围必须包含含0000H到到0030H，因为程，因为程序上电复位后要从序上电复位后要从0000H单单元开始运行，同时中断向量元开始运行，同时中断向量要占据要占据0003H0030H地址地址日历日历/时钟显示调整系统时钟显示调整系统4个并行个并行I/O 口口 P0、P1、P2、P3P0:数据总线数据总线/低低8位地址线或者通用位地址线或者通用I

12、/O口口P2:高高8位地址线或者通用位地址线或者通用I/O口口P3:多功能口，例如：串口、定时器、外中多功能口，例如：串口、定时器、外中断输入等断输入等P1:通用通用I/O口口输出：输出：输入输入(读引脚读引脚)：输入（读锁存器）输入（读锁存器）MOV P1，AMOV P1，#0FFHMOV A，P1MOV A，P1MCS-51单片机系统中单片机系统中,扩展扩展I/O是是与外部数据存储器统一编址的与外部数据存储器统一编址的,占占用外部数据存储器的单元地址用外部数据存储器的单元地址,使使用用MOVX指令进行读写指令进行读写(RD、WR控制信号）控制信号）.扩展扩展I/O有以下三种基本方法：有以下

13、三种基本方法：0000FFFF外部数据存储器外部数据存储器RAMI/O（1）专用）专用I/O口扩展芯片口扩展芯片（2）串行口扩展并行口）串行口扩展并行口（3）利用锁存器进行简单利用锁存器进行简单I/O扩展（扩展（P247 图图7-10）Intel 8155可编程并行可编程并行I/O 接口芯片接口芯片1.8155 的内部结的内部结构和引脚功能构和引脚功能(2)8155命令寄存器命令寄存器采用采用8155 扩展扩展I/O 口举例口举例(1)RAM地址地址:7E00H7EFFH(2)I/O地址地址:命令寄存器命令寄存器:7FF8HA口口:7FF9HB口口:7FFAHC口口:7FFBH地址范围分析地址

14、范围分析A15A14A13A12 A11A10A9A8 A7A6 A5A4 A3A2A1A00 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1A15A14A13A12 A11A10A9A8 A7A6 A5A4 A3A2A1A00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

15、1 0 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1定时器低定时器低8位位:7FFCH定时器高定时器高6位位:7FFDHMOVDPTR，#7E0AHMOVA，30HMOVXDPTR，A；写操作写操作MOVDPTR，#7E0AHMOVXA，DPTRMOV40H，A；读操作读操作对对8155 RAM的读写操作的读写操作MOVDPTR，#7FF8H ;命令寄存器命令寄存器MOVA，#00000001B ;PA输出输出,PB输入输入MOVXDPTR,AMOVDPTR,#7FF9H ;PA口口MOVA,#55HMOVXDPTR,AINCDPTR ;PB口口MOVXA,DPTRMOV3

16、0H,A8155 I/O口的读写操作口的读写操作LED 数码显示管工作原理数码显示管工作原理MCS-51对对LED显示管的控制显示管的控制（1）静态方式显示原理）静态方式显示原理I/O口口(1)I/O口口(3)I/O口口(2)abdpabdpabdp动态显示的原理动态显示的原理I/O口口(1)字段口字段口I/O口口(2)字位口字位口abdpA15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A00010000100000110000000101命令寄存器命令寄存器PAPBPC2100H2101H2102H2103H按键电路与消抖按键电路与消抖按键

17、的作用按键的作用按键消抖的措施按键消抖的措施硬件消抖硬件消抖软件消抖软件消抖按键在单片机应用系统中的结构形式按键在单片机应用系统中的结构形式独立式按键独立式按键行列式键盘行列式键盘按键的工作原理按键的工作原理MCS-51MCS-51单片机的主要产品单片机的主要产品型型 号号制造技术制造技术片内程序存储器片内程序存储器片内数据存储器片内数据存储器8051AHH MOSROM(4k)128字节字节8031AHAH MOS无无128字节字节8751HH MOSEPROM（4K）128字节字节AT89C51/AT89S51CHMOSFLASHROM（4K）128字节字节80C31CHMOS无无128字

18、节字节8051H MOSROM（8K）256字节字节8031H MOS无无256字节字节MCS-51 家族包括家族包括51和和52两个子系列。两个子系列。51子子系列机包括系列机包括8031、8051、8751、89C51等，主等，主要差别在于片内集成不同类型的程序存储器要差别在于片内集成不同类型的程序存储器。52子系列的产品主要有子系列的产品主要有8032、8052、8752。与与51子系列的差别主要在于：子系列的差别主要在于：1.片内数据存储器增至片内数据存储器增至256B2.片内程序存储器增至片内程序存储器增至8KB（8032/80C32无）无）3.I/O口功能增强（口功能增强（3个个1

19、6位定时器位定时器/计数器，有计数器，有6个个中断源）。中断源）。其他性能均与其他性能均与5l子系列相同。其对应的低功耗子系列相同。其对应的低功耗CHMOS工艺器件分别为工艺器件分别为80C32、80C52和和87C52。补充作业补充作业1 1设计一个8031最小系统，包括1片2764（ROM，地址为0000H-1FFFH），1片62128（RAM，地址为6000H-9FFFH），采用74LS138译码器进行译码，画出电路图，要求包括电源、复位电路、晶振电路等。补充作业补充作业2如题图所示，8155的A口作按键输入，B、C口上扩展6个数码显示器，要求：1写出8155控制口、A、B、C口的地址2写出8155的控制字3写出数字04的字形表书中书中P76P76图图2-202-20为双字节单周期指令的时序图，例如：为双字节单周期指令的时序图，例如：ADD AADD A，30H30H，不是不是MOVCMOVC指令的时序图，书中的解释是错误的。指令的时序图，书中的解释是错误的。