【文章內(nèi)容簡介】 統(tǒng)的講解。 8051 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明： 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整 個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM) 8051 內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 第 3 章 系統(tǒng)的芯片簡介 7 圖 8051內(nèi) 部結(jié)構(gòu) 程序存儲器 (ROM)： 8051 共有 4096 個(gè) 8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (ROM)： 8051 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 并行輸入輸出 (I/O)口： 8051 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 全雙工串行口： 8051 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 中斷系統(tǒng)： 8051 具備 較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷， 可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 時(shí)鐘電路： 8051 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051 單片機(jī)需外置振蕩電容。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛 8051 程序存儲器 數(shù)據(jù)存儲器 定時(shí)計(jì)數(shù)器 中斷系統(tǒng) 串行通信口口 并行 I/O口 時(shí)鐘 數(shù)據(jù) 總線 地址 總線 控制 總線 第 3 章 系統(tǒng)的芯片簡介 8 (Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)。 INTEL 的 MCS51 系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù) 產(chǎn)品 16 位的 MCS96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 MCS51 的引腳和功能概述 MCS51系列單片機(jī)中的 803 8051及 8751均采用 40Pin封裝的雙列直接 DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4組 8位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： MCS51 的引腳說明： MCS51 系列單片機(jī)中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4組 8位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 如圖 圖 引腳圖 Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng) 8051 通電，時(shí)鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器 PC 指向0000H， P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指 針 寫入 07H，其它專用寄存器被清 “0” 。RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。然而， 初始復(fù)位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)， 8051 的初始態(tài) 。 8051 的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖 。此外， RESET/Vpd還是一復(fù)用腳， Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 第 3 章 系統(tǒng)的芯片簡介 9 圖 復(fù)位方 式圖 Pin30:ALE/ 當(dāng)訪問外部程序器時(shí)， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時(shí)， ALE 端將有一個(gè) 1/6 時(shí)鐘頻率的正脈沖信號，這個(gè)信號可以用于識別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲器， ALE 會跳過一個(gè)脈沖。 如果單片機(jī)是 EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。 Pin29: 當(dāng)訪問外部程序存儲器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號， PC 的 16 位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù) 放到 P0 口上，由 CPU 讀入并執(zhí)行。 Pin31:EA/V pp程序存儲器的內(nèi)外部選通線， 8051 和 8751 單片機(jī)，內(nèi)置有 4kB 的程序存儲器，當(dāng) EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過 4kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如 EA 為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。顯然，對內(nèi)部無程序存儲器的 8031,EA 端必須接地。 在編程時(shí)， EA/Vpp腳還需加上 21V 的編程電壓。 8255 芯片簡介 8255A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8255A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和引腳圖如圖 所示，由以下幾個(gè)部分組成： 第 3 章 系統(tǒng)的芯片簡介 10 圖 8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 數(shù)據(jù)總線緩沖器： 8位雙向三態(tài)，它是 8255A 和 CPU 之間的數(shù)據(jù)接口。 I/O 的數(shù)據(jù)、 CPU 輸出的控制字以及 CPU 輸入的狀態(tài)信息都是通過這個(gè)緩沖器傳送的，數(shù)據(jù)總線緩沖器的 8根數(shù)據(jù)線D7～ D0 一般與 8086CPU 低 8位數(shù)據(jù)線相連。 并行 I/O 端口（ A、 B、 C口）： 除 C口輸入沒有鎖存器外，其余 A口、 B 口輸入輸出都有緩沖器和鎖存器， C 口輸出也都有緩沖器和鎖存器， C口輸入只有緩沖器。 通常 A口和 B口作為獨(dú)立工作的 I/O 數(shù) 據(jù)端口， C 口作為控制或狀態(tài)信息端口。在方式控制字控制下， C 口可以分成兩個(gè) 4 位端口，每個(gè)端口包含一個(gè) 4位鎖存器，分別與 A口和 B口配合使用，作為與外設(shè)之間的聯(lián)絡(luò)信號和存放接口電路當(dāng)前的狀態(tài)信息。 A組和 B 組控制電路： A組： A 口和 C口上半部； B組： B 口和 C口下半部。 A組控制和 B 組控制結(jié)合，組成控制字寄存器，接收 CPU 寫入的方式控制字和對 C口按位置位 /復(fù)位控制字。 第 3 章 系統(tǒng)的芯片簡介 11 8255 可編程并行接口芯片簡介 8255 可編程并行接口芯片有三個(gè)輸入輸出端口，即 A口、 B 口和 C口，對應(yīng)于引腳PA7～ PA0、 PB7～ PB0和 PC7～ PC0。其內(nèi)部還有一個(gè)控制寄存器，即控制口。通常 A口、B口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。 C口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成 4位的端口，每個(gè)端口包含一個(gè) 4位鎖存器。它們分別與端口 A／Ｂ配合使用，可以用作控制信號輸出或作為狀態(tài)信號輸入。 8255 可編程并行接口芯片方式控制字格式說明 : 8255 有兩種控制命令字；一個(gè)是方式選擇控制字；另一個(gè)是 C口按位置位／復(fù)位控制字。其中 C口按位置位／復(fù)位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長 . 方式控制字格式說明如表 ： 表 D7：設(shè)定工作方式標(biāo)志， 1有效。 D D5： A口方式選擇 0 0 — 方式 0 0 1 — 方式 1 1 — 方式 2 D4： A 口功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D3： C 口高 4位功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D2： B 口方式選擇 （ 0=方式 0， 1=方式 1） D1： B 口功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D0： C 口低 4位功能 （ 1=輸入， 0=輸出） 8255 可編程并行接口芯片工作方式說明 : 方式 0：基本輸入／輸出方式。適用于三個(gè)端口中的任何一個(gè)。每一個(gè)端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。 方式 1：選通輸入／輸出方式。這時(shí) A 口或 B口的 8 位外設(shè)線用作輸入或輸出， C口的 4條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。 方式 2 ：雙向總線方式。只有 A口具備雙向總線方式， 8 位外設(shè)線用作輸入或輸D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 第 3 章 系統(tǒng)的芯片簡介 12 出，此時(shí) C口的 5條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。 74LS373 簡介 74LS373 是一種帶三態(tài)門的 8D 鎖 存器，其管腳示意圖如圖 所示： 其中： 1D8D 為 8 個(gè)輸入端。 1Q8Q 為 8 個(gè)輸出端。 LE 為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng) LE 為“ 1”時(shí)，鎖存器輸出 狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當(dāng) LE 由“ 1”變“ 0”時(shí)，數(shù)據(jù) 打入鎖存器 OE 為輸出允許端：當(dāng) OE=0 時(shí)，三態(tài)門打開； 當(dāng) OE=1 時(shí)，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻。 圖 74LS373管腳示意圖 單片機(jī)系統(tǒng)中常用的地址鎖存器芯片 74LS373 以及 s 的 74hc373。是帶三態(tài)緩沖輸出的 8D觸發(fā)器， 其引腳圖如 圖 所示 ： 圖 74ls373引腳圖 (1).1 腳是輸出使能 (OE),是低電平有效 ,當(dāng) 1 腳是高電平時(shí) ,不管輸入 1 1 1 18 如何 ,也不管 11 腳 (鎖存控制端 ,G)如何 ,輸出 2(Q0)、 5(Q1)、 6(Q2)、9(Q3)、 12(Q4)、 15(Q5)、 16(Q6)、 19(Q7)全部呈現(xiàn)高阻狀態(tài) (或者叫浮空狀態(tài) )。 (2).當(dāng) 1腳是低電平時(shí) ,只要 11 腳 (鎖存控制端 ,G)上出現(xiàn)一個(gè)下降沿 ,輸出 2(Q0)、5(Q1)、 6(Q2)、 9(Q3)、 12(Q4)、 15(Q5)、 16(Q6)、 19(Q7)立即呈現(xiàn)輸入腳 1 1 1 18 的狀態(tài) . 第 3 章 系統(tǒng)的芯片簡介 13 鎖存端 LE 由高變低時(shí)，輸出端 8 位信息被鎖存，直到 LE 端再次有效。 當(dāng)三態(tài)門使能信號 OE 為低電平時(shí)，三態(tài)門導(dǎo)通，允許 Q0~Q7 輸出， OE為高電平時(shí)，輸出懸空。當(dāng) 74LS373 用作地址鎖存器時(shí)，應(yīng)使 OE 為低電平，此時(shí)鎖存使能端 C為高電平時(shí)，輸出 Q0~Q7 狀態(tài)與輸入端 D1~D7 狀態(tài)相同；當(dāng) C發(fā)生負(fù)的跳變時(shí)，輸入端 D0~D7 數(shù)據(jù)鎖入 Q0~Q7。 51 單片機(jī)的 ALE 信號可以直接與 74LS373 的 C連接。 E G 功 能 0 0 直通 Qi = Di 0 1 保持（ Qi 保持不變） 1 X 輸出高阻 表 74LS373功能表 E G D Q L H H H L H L L L L X Q 上表 是 74LS373 的真值表，表中： L—— 低電平； H—— 高電平； X—— 不定態(tài)； Q0—— 建立穩(wěn)態(tài)前 Q的電平； G—— 輸入端，與 8031ALE 連高電平：暢通無阻低電平：關(guān)門鎖存。圖中OE—— 使能端，接地。 當(dāng) G=“1” 時(shí)， 74LS373 輸出端 1Q— 8Q 與輸入端 1D— 8D相同； 當(dāng) G為下降沿時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。 74ls373 是常用的地址鎖存器芯片，它實(shí)質(zhì)是一個(gè)是帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 觸發(fā)器，在單片機(jī)系統(tǒng)中為了擴(kuò)展外部存儲器，通常需要一塊 74ls373 芯片， MAX692 簡介 MAX692 是微系統(tǒng)監(jiān)控電路芯片，具有后備電池切換、掉電判別、看門狗監(jiān)控等功能。其封裝和引腳說明如圖 所示。 第 3 章 系統(tǒng)的芯片簡介 14 VOUT VBATT VCC / RESET GND WDI PFI /PFD 圖 MAX692封裝和引腳 VOUT：電源輸出引腳。 VCC：接電源引腳，電源供電 ~。 GND：接地。 PFI：電池故障輸入。 /PFO：電池故障輸出