【正文】 單片機(jī)的并行 I/O 口 12 8051 單片機(jī)的中斷系統(tǒng) 13 定時 /計數(shù)器的定時功能 13 用于定時 /計數(shù)器控制的寄存器 15 8155 內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)及引腳 16 作擴(kuò)展 I/O 口使用 16 I/O口的工作方式 18 8051 單片機(jī)并行 I/O 擴(kuò)展 19 8051 單片機(jī)與 8155 的接口 21 按鍵掃描 22 第 5 章 結(jié)論 24 參考文獻(xiàn) 28 1 摘 要 二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時代。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。這種計算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。因為它體積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。學(xué)習(xí)單片機(jī)的最有效方法就是理論與實踐并重，本文將用單片機(jī)8051 和外圍接口 815發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電路以及必 要的軟件組成的以 8051 為核心，輔以簡單的設(shè)備和必要的電路，設(shè)計了一款簡易的流水燈，并編寫簡單的程序，使其能夠自動工作。 前 言 隨著電子技術(shù)的日益進(jìn)步，微型計算機(jī)的發(fā)展突飛猛進(jìn)。而近年來推出的一些高檔單片機(jī)還包含有許多特殊功能單元 。 2 學(xué)習(xí)單片機(jī)，接觸到的第一個例子幾乎都是流水燈。其使用意義也大可見到。而且流水燈向多方面發(fā)展，可加工成藝術(shù)品供欣賞，可接在剎車電路，大燈電路，電源電路，產(chǎn)生 絢麗燦爛的流水效果。 學(xué)習(xí)單片機(jī)的最有效方法就是理論與實踐并重，本文將用單片機(jī) 8051 和外圍接口 815發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電路以及必要的軟件組成的以 8051 為核心，輔以簡單的設(shè)備和必要的電路，設(shè)計了一款簡易的流水燈，并編寫簡單的程序，使其能夠自動工作。 電源8 0 5 18 1 5 5流 水 燈按 鍵 掃 描 3 圖 系統(tǒng)框 圖 基本功能簡介 本文將用單片機(jī) 8051 和外圍接口 815發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電路以及必要的軟件組成的以 8051 為核心，輔以簡單的設(shè)備和必要的電路，設(shè)計了一款簡易的流水燈，并編寫簡單的程序，使其能夠自動工作 系統(tǒng)程序 本設(shè)計的系統(tǒng)程序流程圖如下圖所示 4 開 始初 始 化 定 時 器 T 1 方 式 一 ， 5 0 M S 定 時8 1 5 5 初 始 化模 0 ； A 口 、 B 口 為 輸 出 ； C 口為 輸 入L E D 顯 示 初 始狀 態(tài)鍵 盤 掃 描 程 序是 否 有 鍵 按 下T 1 中 斷L E D 流 水 燈顯 示YY按 鍵 識 別數(shù) 據(jù) 處 理NN 圖 系統(tǒng)設(shè)計流程圖 5 第 2 章 8051 單片機(jī)原理分析及硬件電路 8051 單片機(jī)原理簡述 MCS51 單片機(jī)的典型芯片是 803 805 8751。 本設(shè)計使用的是 8051。 8051 單片機(jī)的基本組成 1) 中央處理器（ CPU） 中央處理器是單片機(jī)的核心，完成運算和控制功能。例如定時控制電路和振蕩電路均屬于控制電路。首先從程序 存儲器讀出指令，送指令寄存器保存；然后送指令譯碼器進(jìn)行譯碼，譯碼結(jié)果送定時控制電路，有定時控制邏輯 產(chǎn)生各種定時信號和控制信號；再送到系統(tǒng)的各個部件去控制相應(yīng)的操作。 2) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部 RAM） 8051 芯片中共有 256 個 RAM 單元， 通常把這 256個單元按其功能劃分為兩部分：低 128 單元（單元地址 00H～ 7FH）和高 128 單元（單元地址 80H～ FFH）。因這些寄存器 的功能已作專門規(guī)定，故稱之為專用寄存器（ Special Function Register），也可稱為特殊功能寄存器 SFR 區(qū)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指前 128 單元，簡稱內(nèi)部 RAM。 6 3) 內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部 ROM） 8051 共有 4 KB 掩膜 ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此，稱之為程序存儲器，簡稱內(nèi)部 ROM。片內(nèi)與片外 ROM 在低 4KB 地址出現(xiàn)重疊，這種重疊的區(qū)分由 8051 的管腳 EA 進(jìn)行控制。這 40 個單元被均勻地分為 5段，作為 5 個中斷源的中斷地址區(qū)。但通常情況下， 8個單元難以存下一個完整的中斷服務(wù)程序，因此通 常也是從中斷地址區(qū)首地址開始存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便中斷響應(yīng)后，通過中斷地址區(qū)，再轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的實際入口地址。 5) 并行 I/O 口 8051 共有 4個 8 位的 I/O 口（ P0、 P P P3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入 /輸出。實際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在無片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中，這 4 個口的每一位均可作為雙向的 I/O 端口使用。該串行口功能較強，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。 8051 共有 5個中斷源，即外中斷兩個，定時 /計數(shù)中斷兩個，串行中斷一個。 8) 時鐘電路 7 MCS51 芯片的內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為 6 MHz 和 12 MHz。 8051 的信號引腳 MCS51是標(biāo)準(zhǔn)的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列請參見圖 。 （ 1） 主 電源引腳 VCC 和 VSS： VCC—— （ 40 腳）接 +5V 電壓； VSS—— （ 20腳）接地。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。 （ 3） 控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST/VPD、 ALE/PROG、 PSEN 和 EA/VPP ① RST/VPD（ 9 腳）當(dāng)振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 8 VCC 掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 ）內(nèi)，VPD就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。 ③ PSEN（ 29 腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。當(dāng)EA保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 ② P1 口（ 1腳至 8腳）：是準(zhǔn)雙向 8位 I/O口。 ③ P2 口（ 21腳至 28 腳）：是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口。 ④ P3 口（ 10腳至 17 腳）：是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口， 作為第二功能使用時，各引腳的定義如表所示。 口線 引腳 第二功能 10 RXD（串行輸入口） 11 TXD（串行輸出口） 12 INT0（外部中斷 0） 13 INT1（外部中斷 1） 14 T0（定時器 0外部輸入） 15 T1（定時器 1外部輸入） 16 WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖） 17 RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖） 表 P3各口線的第二功能定義 9 晶體振蕩電路 1. 時鐘信號的產(chǎn)生 在 MCS51 芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，其輸出端為引腳 XTAL2 。 時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時鐘脈沖信號。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機(jī)運行速度也就快。 1XTAL 1XTAL 2C 1C 2晶振8051至內(nèi)部時鐘電路 圖 時鐘振蕩 電路 2. 時序 時序是用定時單位來說明的。下面分別加以說明。振蕩脈沖經(jīng)過二分頻后，就是單片機(jī)的時鐘信號的周期，其定義為狀態(tài)（用 S 表示）。 2) 機(jī)器周期 MCS51 采用定時控制方式 , 因此它有固定的機(jī)器周期。由于一個狀態(tài)又包括兩個節(jié)拍，因此，一個機(jī)器周期總共有 12 個節(jié)拍，分別記作 S1P S1P ? 、 S6P2。 當(dāng)振蕩脈沖頻率為 12 MHz 時，一個機(jī)器周期為 1μ s；當(dāng)振蕩脈沖頻率為 6 MHz時，一個機(jī)器周期為 2μ s。 3) 指令周期 指令周期是最大的時序定時單位 , 執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。不同的指令，所需要的 機(jī)器周期數(shù)也不相同。 單片機(jī)執(zhí)行任何一條指令時都可以分為取指令階段和執(zhí)行指令階段 。第一次出現(xiàn)在S1P2 和 S2P1 期間，第二次出現(xiàn)在 S4P2 和 S5P1 期間。 上電復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作 ， 其主要紅能是把程序計數(shù)器 PC 內(nèi)容初始化為0000H，也就是使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，同時 使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作 。 單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使 RST/VPD 或 RST 引（ 9）加上持續(xù)兩個機(jī)器周期（即 24 個振蕩周期）的高電平。單片機(jī)常見的復(fù)位電路如圖 （ a），（ b）所示。 在電源 Vcc 的上升時間不超過 1ms 就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。只要保證 RESET 為高電平的時間大于兩個機(jī)器周期，便能正常復(fù)位。輸出數(shù)據(jù)可以鎖存，輸入數(shù)據(jù)可以緩存；第二功能是當(dāng) CPU 訪問外部存儲器時，分時提供低 8 位地址和 8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。當(dāng)對 P0 口進(jìn)行寫操作時，由鎖存器和驅(qū)動電路構(gòu)成數(shù)據(jù)輸出通路。 2. P2 口 8 位雙向口線。 8051 單片機(jī) 的 中斷系統(tǒng) 8051 單片機(jī)中斷系統(tǒng)共有 6個中斷源，即 2 個外部中斷， 2 個定時器中斷和2個串行中斷 。 定時器中斷是為滿足定時或計數(shù)的需要而設(shè)置的。當(dāng) 12 計數(shù)器溢出時，表明定時時間到計數(shù)值滿，這時內(nèi)部電路就產(chǎn)生中斷請求 。具體到 8051，中斷控制的內(nèi)容共有四項：中斷允許控制、中斷請求控制、中斷優(yōu)先控制和外中斷觸發(fā)方式控制。中斷控制是通過硬件實現(xiàn)的，但須進(jìn)行軟件設(shè)置。本設(shè)計所使用的標(biāo)志位如下： EA:中斷允許總控制位。 EA=1，中斷總允許，其后 中斷的禁止或允許由各類中斷自行設(shè)置。 ET1=0,禁止定時器中斷。 可見， 8051 通過中斷允許控制寄存器對中斷允許實行兩級控制：中斷系統(tǒng)總控制和各類中斷單獨控制。 2) 定時器控制寄存器 TCON 寄存器地址為 88H，位地址為 8FH88H。本設(shè)計所采用的標(biāo)志位如下： TF1：定時器 T1 計數(shù)溢出標(biāo)志位。此外，也可以作為狀態(tài)位供查詢使用。 定時 /計數(shù)器的定時功能 定時器的定時功能是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，此時的計數(shù)脈沖來自單片機(jī)芯片內(nèi)部，每個機(jī)器周期有一個計數(shù)脈沖，即每個機(jī)器周期計數(shù)器加 一個機(jī)器周期等于 12個振蕩脈沖周期，因此，計數(shù)頻率為振蕩頻率的 1/12。這樣，在使用定時器時既可以根據(jù)計數(shù)值計算出定時時間 ，也可以通過定時時間的要求算出計數(shù)器的預(yù)置值。中斷允許控制寄存器已在前面的中斷一節(jié)中講過，這里不再贅述。 1. 定時器控制寄存器 (TCON) TCON 寄存器地址為 88H，位地址為 8FH88H。 TR1=0， 停止定時器工作； TR1=1，啟動定時器工作。 2．定時器方式選擇寄存器 (TMOD) TMOD 寄存器用于設(shè)定定時器的工作方式。 14 第三章 8051 單片機(jī)與 8155 的接口設(shè)計 并行 I/O 接口 8155 8155 內(nèi)部功能