【文章內容簡介】 統(tǒng)的講解。 8051 單片機包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數據存儲器 (RAM)、定時 /計數器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數據總線、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 個單片機的核心部件，是 8 位數據寬度的處理器，能處理 8位二進制數據或代碼， CPU 負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 數據存儲器 (RAM) 8051 內部有 128 個 8 位用戶數據存儲單元和 128個專用寄存器單元，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據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個，可存放讀寫的數據，運算的中間結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 部結構 程序存儲器 (ROM)： 8051 共有 4096 個 8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數據或表格。 定時 /計數器 (ROM)： 8051 有兩個 16 位的可編程定時 /計數器，以實現(xiàn)定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。 并行輸入輸出 (I/O)口： 8051 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對外部數據的傳輸。 全雙工串行口： 8051 內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數據傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。 中斷系統(tǒng)： 8051 具備 較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時 /計數器中斷和一個串行中斷， 可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 時鐘電路： 8051 內置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但8051 單片機需外置振蕩電容。 單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數據存儲器分開的形式，即哈佛 8051 程序存儲器 數據存儲器 定時計數器 中斷系統(tǒng) 串行通信口口 并行 I/O口 時鐘 數據 總線 地址 總線 控制 總線 第 3 章 系統(tǒng)的芯片簡介 8 (Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數據存儲器合二為一的結構，即普林斯頓 (Princeton)結構。 INTEL 的 MCS51 系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續(xù) 產品 16 位的 MCS96系列單片機則采用普林斯頓結構。 MCS51 的引腳和功能概述 MCS51系列單片機中的 803 8051及 8751均采用 40Pin封裝的雙列直接 DIP結構，右圖是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4組 8位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復用。現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： MCS51 的引腳說明： MCS51 系列單片機中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結構，右圖是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4組 8位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復用。現(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復位信號復用腳，當 8051 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數器 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 的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖 。此外， RESET/Vpd還是一復用腳， Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部 RAM 的數據不丟失。 第 3 章 系統(tǒng)的芯片簡介 9 圖 復位方 式圖 Pin30:ALE/ 當訪問外部程序器時， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當訪問外部程序存儲器， ALE 會跳過一個脈沖。 如果單片機是 EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。 Pin29: 當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號， PC 的 16 位地址數據將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上，外部程序存儲器則把指令數據 放到 P0 口上，由 CPU 讀入并執(zhí)行。 Pin31:EA/V pp程序存儲器的內外部選通線， 8051 和 8751 單片機，內置有 4kB 的程序存儲器，當 EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內部程序存儲器指令數據，而超過 4kB 地址則讀取外部指令數據。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，對內部無程序存儲器的 8031,EA 端必須接地。 在編程時， EA/Vpp腳還需加上 21V 的編程電壓。 8255 芯片簡介 8255A 的內部結構 8255A 的內部結構框圖和引腳圖如圖 所示，由以下幾個部分組成： 第 3 章 系統(tǒng)的芯片簡介 10 圖 8255的內部結構圖 數據總線緩沖器： 8位雙向三態(tài)，它是 8255A 和 CPU 之間的數據接口。 I/O 的數據、 CPU 輸出的控制字以及 CPU 輸入的狀態(tài)信息都是通過這個緩沖器傳送的，數據總線緩沖器的 8根數據線D7～ D0 一般與 8086CPU 低 8位數據線相連。 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口作為獨立工作的 I/O 數 據端口， 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 4 位端口，每個端口包含一個 4位鎖存器，分別與 A口和 B口配合使用，作為與外設之間的聯(lián)絡信號和存放接口電路當前的狀態(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輸入輸出端口，即 A口、 B 口和 C口，對應于引腳PA7～ PA0、 PB7～ PB0和 PC7～ PC0。其內部還有一個控制寄存器，即控制口。通常 A口、B口作為輸入輸出的數據端口。 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，每個端口包含一個 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；一個是方式選擇控制字；另一個是 C口按位置位／復位控制字。其中 C口按位置位／復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：設定工作方式標志， 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。適用于三個端口中的任何一個。每一個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 A 口或 B口的 8 位外設線用作輸入或輸出， C口的 4條線中三條用作數據傳輸的聯(lián)絡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 C口的 5條線用作通訊聯(lián)絡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 個輸入端。 1Q8Q 為 8 個輸出端。 LE 為數據打入端：當 LE 為“ 1”時，鎖存器輸出 狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當 LE 由“ 1”變“ 0”時，數據 打入鎖存器 OE 為輸出允許端：當 OE=0 時，三態(tài)門打開； 當 OE=1 時，三態(tài)門關閉，輸出高阻。 圖 74LS373管腳示意圖 單片機系統(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 1 腳是高電平時 ,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 1腳是低電平時 ,只要 11 腳 (鎖存控制端 ,G)上出現(xiàn)一個下降沿 ,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，輸出端 8 位信息被鎖存，直到 LE 端再次有效。 當三態(tài)門使能信號 OE 為低電平時，三態(tài)門導通，允許 Q0~Q7 輸出， OE為高電平時，輸出懸空。當 74LS373 用作地址鎖存器時，應使 OE 為低電平，此時鎖存使能端 C為高電平時，輸出 Q0~Q7 狀態(tài)與輸入端 D1~D7 狀態(tài)相同；當 C發(fā)生負的跳變時，輸入端 D0~D7 數據鎖入 Q0~Q7。 51 單片機的 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：關門鎖存。圖中OE—— 使能端，接地。 當 G=“1” 時， 74LS373 輸出端 1Q— 8Q 與輸入端 1D— 8D相同； 當 G為下降沿時，將輸入數據鎖存。 74ls373 是常用的地址鎖存器芯片，它實質是一個是帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 觸發(fā)器，在單片機系統(tǒng)中為了擴展外部存儲器，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