【文章內(nèi)容簡介】 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 個單片機的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理畢業(yè)設(shè)計（論文） 主要元器件功能介紹 9 8 位二進制數(shù)據(jù)或代碼， CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運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 8 位用戶數(shù)據(jù)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(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，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 圖 17 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu) 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(shù)據(jù)或表格。 定時 /計數(shù)器 (ROM)： 8051 有兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(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(shù)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(nèi)置最高頻率達 12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)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(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，即哈佛畢業(yè)設(shè)計（論文） 主要元器件功能介紹 10 (Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機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 系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 圖 110 圖 18 MCS51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)，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?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 如圖 18 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(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(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 主要元器件功能介紹 11 圖 19 復位與時鐘電路 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(nèi)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(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/Vpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線， 8051 和 8751 單片機，內(nèi)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(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。 圖 110 MCS51系列單片機芯片引腳圖 畢業(yè)設(shè)計（論文） 主要元器件功能介紹 12 引腳功能： MCS51 是標 準的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布請參照 單片機引腳圖： l ~ P0 口 8 位雙向口線（在引腳的 39~32 號端子）。 l P1 .0~ P1 口 8 位雙向口線（在引腳的 1~8 號端子）。 l ~ P2 口 8 位雙向口線（在引腳的 21~28 號端子）。 l ~ P2 口 8 位雙向口線（在引腳的 10~17 號端子）。 這 4 個 I/O 口具有不完全相同的功能，大家可得學好了，其它書本里雖然有，但寫的太深，初學者很難理解，這里都是按我自已的表達方式來寫的，相 信你也能夠理解。 P0 口有三個功能： 外部擴展存儲器時，當做數(shù)據(jù)總線（如圖 1 中的 D0~D7 為數(shù)據(jù)總線接口） 外部擴展存儲器時，當作地址總線（如圖 1 中的 A0~A7 為地址總線接口） 不擴展時，可做一般的 I/O 使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。 P1 口只做 I/O 口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。 P2 口有兩個功能： 擴展外部存儲器時，當作地址總線使用 做一般 I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻； P3 口有兩個功能： 除了作為 I/O 使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊 寄存器來設(shè)置，具體功能請參考我們后面的引腳說明。 有內(nèi)部 EPROM 的單片機芯片（例如 8751），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳的形式提供的， 即：編程脈沖： 30 腳（ ALE/PROG） 編程電壓（ 25V）： 31 腳（ EA/Vpp） 接觸過工業(yè)設(shè)備的兄弟可能會看到有些印刷線路板上會有一個電池，這個電池是干什么用的呢？這就是單片機的備用電源，當外接電源下降到下限值時，備用電源就會經(jīng)第二功能的方式由第 9 腳（即 RST/VPD）引入，以保護內(nèi)部 RAM 中的信息不會丟失。 （注：這 些引腳的功能應用，除 9 腳的第二功能外，在 “新動力 2020 版 ”學習套件中都有應用到。） 在介紹這四個 I/O口時提到了一個 “上拉電阻 ”那么上拉電阻又是一個什么 東西 呢？他起什么作用呢？都說了是電阻那當然就是一個電阻啦，當作為輸入時，上拉電阻將其電位拉高，若輸入為低電平則可提供電流源；所以如果 P0 口如果作為輸入時，處在高阻抗狀態(tài)，只有外接一個上拉電阻才能有效。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 主要元器件功能介紹 13 ALE/PROG 地址鎖存控制信號：在系統(tǒng)擴展 時， ALE 用于控制把 P0 口的輸出低 8位地址送鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。（在后面關(guān)于擴展的課 程中我們就會看到 8051 擴展 EEPROM 電路，在圖中 ALE 與 74LS373 鎖存器的 G 相連接，當 CPU 對外部進行存取時，用以鎖住地址的低位地址，即 P0 口輸出。 ALE有可能是高電平也有可能是低電平，當 ALE 是高電平時，允許地址鎖存信號，當訪問外部存儲器時， ALE 信號負跳變（即由正變負）將 P0 口上低 8 位地址信號送入鎖存器。當 ALE 是低電平時， P0 口上的內(nèi)容和鎖存器輸出一致。關(guān)于鎖存器的內(nèi)容，我們稍后也會介紹。 在沒有訪問外部存儲器期間， ALE 以 1/6 振蕩周期頻率輸出（即 6 分頻），當訪問外部存儲器以 1/12 振蕩周 期輸出（ 12 分頻）。從這里我們可以看到，當系統(tǒng)沒有進行擴展時 ALE 會以 1/6 振蕩周期的固定頻率輸出，因此可以 作 為外部時鐘，或者外部定時脈沖使用。 PORG 為編程脈沖的輸入端：在第五課 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其組成中，我們已知道，在 8051 單片機內(nèi)部有一個 4KB 或 8KB 的程序存儲器（ ROM）， ROM 的作用就是用來存放用戶需要執(zhí)行的程序的，那么我們是怎樣把編寫好的程序存入進這個 ROM 中的呢？實際上是通過編程脈沖輸入才能寫進去的，這個脈沖的輸入端口就是 PROG。 PSEN 外部程序存儲器讀選通信號：在讀外部 ROM 時 PSEN 低電平有效，以實現(xiàn)外部 ROM 單 元的讀操作。 內(nèi)部 ROM 讀取時， PSEN 不動作； 外部 ROM 讀取時，在每個機器周期會動作兩次； 外部 RAM 讀取時，兩個 PSEN 脈沖被跳過不會輸出； 外接 ROM 時，與 ROM 的 OE 腳相接。 （ 8051 擴展 2KB EEPROM 電路，在圖中 PSEN 與擴展 ROM 的 OE 腳相接） EA/VPP 訪問和序存儲器控制信號 （ 1） 接高電平時： CPU讀取內(nèi)部程序存儲器（ ROM） 擴展外部 ROM：當讀取內(nèi)部程序存儲器超過 0FFFH（ 8051） 1FFFH（ 8052）時自動讀取外部 ROM。 （ 2） 接低電平時： CPU讀取外部程序存儲器（ ROM）。 在前面的學習中我們已知道，8031 單片機內(nèi)部是沒有 ROM 的，那么在應用 8031 單片機時，這個腳是一直接低電平的。 （ 3） 8751 燒寫內(nèi)部 EPROM 時，利用此腳輸入 21V的燒寫電壓。 RST 復位信號：當輸入的信號連續(xù) 2 個機器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機的復位初始化操作，當復位后程序計數(shù)器 PC=0000H，即復位后將從程序存儲器的 0000H 單元讀取第一條指令碼。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 主要元器件功能介紹 14 XTAL1 和 XTAL2 ：外接晶振引腳。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引 腳用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。 VCC：電源 +5V輸入 VSS： GND 接地。 74LS138 譯碼器相關(guān)介紹 74LS138 譯碼器引腳圖，邏輯圖及功能如下： 圖 111 74LD138的引腳圖 表 13 3線 8譯碼器 74LS138的功能表 畢業(yè)設(shè)計（論文） 主要元器件功能介紹 15 無論從邏輯圖還是功能表我們都可以看到 74LS138 的八個輸出引腳/Y0…… /Y7，任何時刻要么全是高電平 1— 芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個低電平 0，其余 7 個輸出引腳全為高電平 1。如果出現(xiàn)兩個輸出引腳 同時為 0 的情況，說明該芯片已經(jīng)損壞。 當附加控制門的輸出為高電平（ S=1）時，可由邏輯圖寫出： 畢業(yè)設(shè)計（論文） 主要元器件功能介紹 16 由上式可以看出 /Y0…… /Y7 同時又是 A A A0 這三個變量的全部最小項的譯碼輸出，所以也把這譯碼器叫做最小譯碼器。 71LS138 有三個附加的控制端 S /S2 和 /S3。當 S1= /S2+/S3=0 時， Gs 輸出為高電平（ S=1），譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器禁止，所以的輸出段被封鎖在高電平。這三個控制端也叫“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多篇連接起來以擴展譯碼器的功能。帶控制端輸入 端的譯碼器又是一個完整的數(shù)據(jù)分配器。 鍵盤結(jié)構(gòu)及功能 一個單一的按鍵開關(guān)，其結(jié)構(gòu)、原理與具體應用和按鈕是十分相似的。然而常見的將是許多按鍵開關(guān)組合在一起、成為一個“鍵盤”來四用。它是人與計算機聯(lián)系的重要手段，借以可向計算機系統(tǒng)輸入（常稱鍵入）程序、置數(shù)、送操命令、控制程序的執(zhí)行走向等，所以使用非常廣泛。 應用鍵盤時，要經(jīng)常查看有未按鍵；若有按鍵，則要辨別是按的那一鍵，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行與賦予的功能相應的處理程序。 （ 1）鍵盤的工作原理 按鍵組合成鍵盤后常排列成矩陳的形式，稱為矩陣式鍵盤或行列式鍵盤，例如