【文章內(nèi)容簡介】 051單片機內(nèi)部含有振蕩電路，只需外接適當頻率的晶體振蕩器作為振蕩源，振蕩信號經(jīng)內(nèi)部電路整形作為單片機的主頻信號。當然，也可用外部脈沖信號作為主頻信號。 MCS51 的引腳 單片機的封裝形式 從一片集成電路的角度 去認識單片機 40 只引腳雙列直插封裝（ DIP 封裝） 44 只引腳方形封裝 (PLCC 封裝 )方式（ 4 只無用） 8051 單片機的引腳 (圖在教 ) (1) 電源及時鐘引腳 : Vcc、 Vss； XTAL XTAL2 電源引腳 ① Vcc（ 40 腳）： +5V電源； ② Vss（ 20 腳）：接地。 時鐘引腳 注意：單片機時鐘有兩種方式： 內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式 ① XTAL1（ 19 腳）：采用外接晶體振蕩器 (即外部時鐘方式 )時，此引腳應(yīng)接地。 ② XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體的另一端。 機器周期、指令周期與指令時序 a、時鐘周期（振蕩周期 ）： 時鐘周期為單片機的基本時間單位。 時鐘周期 Tc =晶振頻率 fosc（或外加頻率）的倒數(shù) 例如：若 fosc=6MHz，則 Tc=。 b、狀態(tài)周期 MCS51 單片機中的一個基本動作 (如指令讀操作碼 )至少需要兩個時鐘周期，這兩個時鐘周期分別稱為兩個時相 (時鐘相位 P1和 P2)?？梢钥闯蓜幼鞯幕締挝?，因此 P1 和 P2 合起來稱為 11 一個狀態(tài) S。 即： 1 個狀態(tài)周期 (Ts) = 2 個時鐘 周期 (Tc) c、機器周期 執(zhí)行一條指令至少需要 6 個狀態(tài)，可以看成執(zhí)行指令的基本單位，稱為機器周期。 MCS51單片機每 6 個狀態(tài)（即 12 個時鐘周期）為一個機器周期， 因此一個機器周期又分為 6 個狀態(tài)：S1～ S6。每個狀態(tài)又分為兩拍： P1和 P2。一個機器周期中的 12個時鐘周期表示為： S1P S1PS2P S2P … 、 S6P2。 所以： 機器周期： Tm=6 個狀態(tài)周期 (Ts)=12 個振蕩周期 (Tc) d、指令周期 指令周期 : Ti:執(zhí)行一條指令所需的機器周期 (Tm)數(shù) (2) 控制引腳 : RST、 PSEN、 EA、 ALE ① RST/VPD(9 腳 )：復(fù)位與備用電源 復(fù)位端 正脈沖有效，寬度 ?8 ms Ⅰ 復(fù)位的作用： 復(fù)位是單片機的初始化操作，擺脫死鎖狀態(tài)。 ⅰ 引腳 RST 加上大于 2 個機器周期（即 24 個時鐘振蕩周期）的高電平就可使 MCS51復(fù)位。復(fù)位時， PC初始化為 0000H，使 MCS51 單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 ⅱ 除 PC之外，復(fù)位操作還對其它一些寄存器有影響。 SP=07H ， P0P3的引腳均為高電平。 (見下表 ) ⅲ 在復(fù)位有效期間， ALE 腳和 PSEN 腳均為高 電平，內(nèi)部 RAM 的狀態(tài)不受復(fù)位的影響。 Ⅱ 復(fù)位電路 ⅰ 、片內(nèi)復(fù)位結(jié)構(gòu)： 復(fù)位引腳 RST 通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的 S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。 ⅱ 、復(fù)位的分類 分為上電自動復(fù)位和按鍵復(fù)位 (1)上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖所示，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。最簡單的上電自動復(fù)位電路 (由于單片機內(nèi)的等效電阻的作用 ，不用圖中電阻 R ，也能達到上電復(fù)位的操作功能 ) ② PSEN（ 29 腳）：尋址外部程序存儲器時選通外部 EPROM 的讀控制端（ OE），低有效。 可以驅(qū)動 8 個 LS 型 TTL 負載。在應(yīng)用系統(tǒng)中接程序存儲器的讀控制端。在訪問外部存儲器時，在每個機器周期，該信號兩次有效。 12 ③ EA/VPP (31 腳 )： 第一功能： EA為內(nèi)外程序存儲器選擇控制 EA=1，片內(nèi)有 ROM 時應(yīng)當接高電平，訪問片內(nèi)程序存儲器， EA=0，片內(nèi)無 ROM 時必須接地，單片機則只訪問外部程序存儲器。 第二功能 VPP： 用于施加編程電壓，對于 EPROM單片機，對片內(nèi) EPROM 編程時，引腳 輸入 21V的編程電源電壓。 學重點難點 重點： 復(fù)位電路 難點： 復(fù)位電路的使用 教學組織與設(shè)計 教學過程的組織 首先舉例詳細分析單片機的引腳功能，結(jié)合實例分析單片機的工作狀態(tài)的分類，講解復(fù)位電路的實際使用。 討論作業(yè)習題的安排 練習與思考： 習題： 教學手段的應(yīng)用 在教學過程中從實際出發(fā)，根據(jù)教學內(nèi)容而使用交叉式的教學手段。對于傳統(tǒng)教學手段難于解決的問題，使用實物教學、多媒體教學和實驗教學可以化難為易，幫助學生理解有關(guān)的概念或原理。突破教學難點和重點，多媒體教學和傳統(tǒng)教學 的有效結(jié)合可以提高教與學的效率通過不同教學手段的相互結(jié)合提高了教學質(zhì)量，達到了預(yù)期目的。 13 第 3 次 章 節(jié) 名 稱 MCS51 存儲器的結(jié)構(gòu) 并行 I/O 口 授 課 類 別 理論課（ √ ） ；實驗課（ ） 教 學 時 數(shù) 2 教學目的及要求 掌握 MCS51 單片機存儲器的構(gòu)成 掌握并行 I/O 端口結(jié)構(gòu)和使用注意事項 教 學 內(nèi) 容 提 要 半導體存儲器的分類 半導體存儲器可分為只讀存儲器和讀寫存儲器兩大類 按字節(jié)尋址：每個字節(jié) (8 個位 )占一個地址； 按位尋址： 有的存儲器每一個位就有一個地址 哈佛（ Harvard）結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結(jié)構(gòu)。中央處理器首先到程序指令存儲器中讀取程序指令內(nèi)容，解 碼后得到數(shù)據(jù)地址，再到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲器中讀取數(shù)據(jù)，并進行下一步的操作（通常是執(zhí)行）。程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開，可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度，執(zhí)行時可以預(yù)先讀取下一條指令。 存儲器空間可劃分為 4類： ① 程序存儲器空間 (內(nèi)部和外部程序存儲器空間 ) 8031 無內(nèi)部程序存儲器。 片外均可擴展 64K字節(jié) ROM。 ② 數(shù)據(jù)存儲器空間 (內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲器空間 ) 片外可擴展 64K 字節(jié) RAM。 ③ 特殊功能寄存器 ④ 位地址空間 128+83=211 個尋址位。 、程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的地址 (1) 程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的空間是獨立的，但地址是重疊的； (2) 地址的重疊性 ① 程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器全部 64K 字節(jié)地址空間重疊。在體系結(jié)構(gòu)上，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是不同的地址空間，兩者的訪問是不會相互干擾的，這主要是通過在硬件和指令集設(shè)計上來實現(xiàn)的。 半導體存儲器 讀寫存儲器 R A M 只讀存儲器 R O M 新型存儲器 靜態(tài) R A M ： SR A M ，不需刷新 動態(tài) R A M ： D R A M ，需要刷新 掉電后信息丟失 掩膜 R O M ： M R O M ，廠家寫入，不可更改 可編程 R O M ： PR O M ，用戶可一次寫入，不可更改 紫外線可擦除可編程 R O M ： E PR O M ，用戶可擦除后重寫 電可擦除可編程 R O M ： E E PR O M ，用戶可擦除后重寫 掉電后不會丟失信息 快速電可擦除可編程 R O M ： F L A SH R O M 非易失性 R A M ： N V R A M ， SR AM 與 E E PR O M 的共同體 比 R O M 的讀寫速度快，且掉電后信息不丟失 圖 半導體存儲器的分類 14 ③ 在指令集上，訪問外部 ROM不需要使用顯示指令，是通過 PC（指令計數(shù)器）來控制取指地址的（跳轉(zhuǎn)指令也可能引起 PC 跳轉(zhuǎn)）；而訪問外部 RAM 則需要在程序設(shè)計上使用指令MOVX來執(zhí)行。另外，訪問內(nèi)部 RAM則使用了指令 MOV，以區(qū)分外部 RAM 的訪問 幾點注意： (1) 片外與片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器由指令來區(qū)分； (2) 片外數(shù)據(jù)存儲區(qū)中， RAM 與 I/O 端口統(tǒng)一編址 所有外圍 I/O端口的地址均占用 RAM地址單元，使用與訪問外部數(shù)據(jù)存儲器相同的傳送指令。 特殊功能寄存器（ SFR） 特殊功能寄存器 CPU 對各種功能部件的控制采用特殊功能寄存器集中控制方式，共 21個。 有的 SFR 可進行位尋址，其字節(jié)地址的末位是 0H 或 8H。 作用： ① 專用于控制、選擇、管理、存放單片機內(nèi)部各部分的工作方式、 條件、狀態(tài)、結(jié)果的寄存器 ② 不同的 SFR 管理不同的硬件模塊，負責不同的功能 ——各司其職 ③ 要讓單片機實現(xiàn)預(yù)訂的功能，必須有相應(yīng)的硬件和軟件，而軟件中最重要的一項工作就是對 SFR 寫命令（要求）。 SFR 中的某些寄存器 (1)．堆棧指針 SP：是一個 8位寄存器 MCS51的堆?？梢园才旁? RAM區(qū)任意位置，但一般不安排在工作寄存器區(qū)和可按位尋址的 RAM區(qū)，通常放在 RAM區(qū)的靠后的位置。它遵循順序存取和后進先出 (LIFO/FILO）的原則 ,是受 SP管理的存儲區(qū)域。 ① 堆棧作用 A 保護斷點： 在程序中斷，子程序調(diào)用等情況下，用于存放一些特殊信息；返回時自動將 PC值彈出棧。 B 現(xiàn)場保護 /恢復(fù)現(xiàn)場 C 數(shù)據(jù)傳輸（即可做數(shù)據(jù)傳送的中轉(zhuǎn)站）； ② MCS51 堆棧最大深度為 128個字節(jié)，系統(tǒng)復(fù)位時硬件使 SP=07； ③ SP 指示堆棧頂部在內(nèi)部 RAM塊中的位置。當數(shù)據(jù)壓入堆棧時， SP就自動加 “1”；當數(shù)據(jù)從堆棧中彈出時， SP 就自動減 “1”。因而 SP指針始終指向棧頂。 2). 數(shù)據(jù)指針 DPTR 16 位特殊功能寄存器，高位字節(jié)寄存器用 DPH 表示，低位字節(jié)寄存器用 DPL 表示。既可作為 16 位寄存器 （ DPTR）使用，又可作為兩個獨立的 8位寄存器（ DPH、 DPL）來使用。 DPTR 主要用來保持 16位地址，當對 64KB外部數(shù)據(jù)存儲器 RAM（或 I/O口）空間尋址時， 15 作間址寄存器用， 并行 I/O端口 MCS51單片機共有 4個 8位雙向 I/O口，共 32口線。屬于特殊功能寄存器，還可位尋址。每位均有自己的鎖存器，輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。 P0 口位圖內(nèi)部結(jié)構(gòu) (內(nèi)置場效應(yīng)管上拉 ) 口特性： (1)P0 口是 8位雙向三態(tài)輸入 /輸出接口，既可作地址 /數(shù)據(jù)總線使用，又可作通用 I/O口用。 (2)連接外部存儲器時，作地址 /數(shù)據(jù)總線使用， P0口一方面作為 8位雙向數(shù)據(jù)口，另一方面用來輸出外部存儲器的低 8 位地址。 (3)當 P0 口作地址 /數(shù)據(jù)總線使用時，就不能再把它當通用 I/O口使用。 (4)不接外部程序存儲器時可作為 8 位雙向 I/O 口使用 。 注意： 在某個時刻， P0口上輸出的是作為總線的地址 /數(shù)據(jù)信號還是作為普通 I/O口的電平信號 ,是依靠多路開關(guān) MUX來切換的。而 MUX的切換，又是根據(jù)單片機指令來區(qū)分的。當指令為外部存儲器 /IO口讀 /寫時，比如 MOVX A,@DPTR ， MUX是切換到地址 /數(shù)據(jù)總線上； 而當普通MOV 傳送指令操作 P0口時， MUX是切換到內(nèi)部總線上的。 P1 口內(nèi)部結(jié)構(gòu) (內(nèi)置上拉電阻 ) ： (P1 口位結(jié)構(gòu)圖見下 ) (1)P1 口是 8位準雙向口，作通用輸入 /輸出口使用 (2)在輸出驅(qū)動器部分， P1 口有別于 P0口，它接有內(nèi)部上拉電阻。 (3)P1口的每一位可以獨立地定義為輸入或者輸出，因此， P1口既可以作為 8位并行輸入 /輸出口，又可作為 8位輸入 /輸出端。 (4)CPU 既可以對 P1 口進行字 節(jié)操作，又可以進行位操作。 (5)當作輸入方式時，該位的 鎖存器必須預(yù)寫全 “1”。 (6)輸出 部分有內(nèi)部上拉電阻 R*約為 20K。 P1 口的簡單測控實例 P2 口內(nèi)部結(jié)構(gòu) (內(nèi)置上拉電阻 ) ： (P2 口位結(jié)構(gòu)圖見下 ) (1) P2 口是 8 位準雙向輸入 /輸出接口 。 (2) P2口可作通用 I/O口使用，與 P1 口相同。當外接程序存儲器時， P2口給出地址的高 8位，此時不能用作通用 I