单片机应用(实战培训).ppt

单片机应用培训单片机应用培训2单片机基础知识单片机基础知识34单片机是用于控制用的单片机是用于控制用的.(使用相当广泛使用相当广泛,它属于它属于一种低端的计算机的控制一种低端的计算机的控制,高端为嵌入式高端为嵌入式)对于计算机而言对于计算机而言,操作系统要学操作系统要学UNIX,而控制而控制用则学单片机用则学单片机;单片机是面向具体机器的单片机是面向具体机器的,不同的不同的CPU有不同有不同的指令系统的指令系统,但基本兼容但基本兼容.5 单片机的发展历史和发展趋势单片机的发展历史和发展趋势一、单片机的发展历史一、单片机的发展历史第一第一阶段段（19741976）：）：单片机采用双片形式，即需另加其它外片机采用双片形式，即需另加其它外围电路才能构路才能构成完整的微型成完整的微型计算机。算机。eg:仙童公司的仙童公司的F8+3851第二第二阶段段（19761978）：）：低性能的低性能的单片机片机阶段。段。单片机由一片芯片构成，性能片机由一片芯片构成，性能低。低。eg:MCS-48(Intel)；8048，8035(I/O少，存少，存贮器容量器容量小小)；6第三第三阶段段（1978）：）：高性能高性能单片机片机阶段。段。CPU、并行口、串行口、定、并行口、串行口、定时器、器、RAM、ROM、A/D、多、多级中断中断处理，理，RAM、ROM容量大，容量大，I/O种种类数量多，数量多，寻址范址范围大。大。eg:MCS-518031、Motorona6801、ZilogZ8第四第四阶段段（1982）8位位单片机巩固片机巩固发展及展及16位位单片机推出。片机推出。eg:MCS-518031，MCS-968096（8098）7二、单片机的发展趋势二、单片机的发展趋势（一）（一）CPU功能的增功能的增强（二）内部（二）内部资源增多源增多1、加大存、加大存贮容量。容量。1、双、双CPU提高提高处理能力。理能力。2、增加数据、增加数据总线宽度。度。NEC PD7800系列，内部采用系列，内部采用16位数据位数据总线。3、采用流水、采用流水线结构。指令以构。指令以队列形式出列形式出现在在CPU中。中。4、串行、串行总线。SPI、I2C用三条数据用三条数据总线代替代替8位数据位数据总线，减少引，减少引线，降低，降低成本。成本。82、片内、片内EPROM开始开始EEPROM化。化。鉴于于EEPROM中数中数据写入后就能永久保存，因此，有的据写入后就能永久保存，因此，有的单片机将它片机将它作作为片内片内RAM使用，有的甚至作片内通用寄存器。使用，有的甚至作片内通用寄存器。3、I/O数量、能力增数量、能力增强（驱动能力，能力，传输速度、控制能速度、控制能力力）（四）低功耗化（四）低功耗化（三）外（三）外围电路内装化路内装化9 单片机的应用与选择单片机的应用与选择一、一、单片机的特点单片机的特点（1）小巧灵活、成本低、易于）小巧灵活、成本低、易于产品化品化（2）可靠性高、适用的温度范）可靠性高、适用的温度范围宽（3）易）易扩展、控制功能展、控制功能强（4）指令系）指令系统相相对简单，较易掌握易掌握二、二、单片机的应用领域单片机的应用领域 （1）在智能）在智能仪表中的表中的应用用（2）在机）在机电一体化中的一体化中的应用用（3）在）在实时控制中的控制中的应用用（4）在）在军工工领域的域的应用用（5）在分布式多机系）在分布式多机系统中中应用用（6）民用）民用电子子产品中的品中的应用用10三、单片机应用系统的结构三、单片机应用系统的结构1、基本系、基本系统2、扩展系展系统复位复位时钟单片片机机输入入输出出设备 单片机片机+输入入/输出出设备无无扩展的展的ROM，RAM，I/O等。等。单片机内部片机内部资源有限，要求源有限，要求较高的高的单片机系片机系统需外需外扩展展ROM、RAM、I/O，甚至，甚至A/D、D/A等。等。复位复位时钟电源源单片片机机ROMRAMA/D串行接口串行接口并行接口并行接口D/ABUS11单片机的特点单片机的特点:即在一块芯片上集成了即在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器定时器/计数器和多种计数器和多种I/O接口电路。接口电路。由于把上述功能均集成在一块芯片上，故它的由于把上述功能均集成在一块芯片上，故它的稳定性高，适合于工业控制。稳定性高，适合于工业控制。122、8051的的结构框构框图 VCCVSSXTAL1XTAL2微微处理器理器(运算部件运算部件)CPU控制部件控制部件数据存数据存贮器器RAM128BP0口口P2口口P3口口程序存程序存贮器器4KB特殊功特殊功能寄存能寄存器器(SFR)中中断断系系统定定时器器0定定时器器1串串行行口口P1口口ROM/EPROM外部中断外部中断8888PSENEAALERESETB图1-18031、8051及及8751结构框构框图138位位CPU；片内振片内振荡器及器及时钟电路；路；外部外部RAM和和ROM存存贮器的器的寻址范址范围为64KB；128字字节内部内部RAM数据存数据存贮器；器；2个个16位的定位的定时器器/计数器；数器；1个全双工的异步串行口个全双工的异步串行口,4个个8位并行位并行I/O口；口；5个中断源、个中断源、2级中断中断优先先级的中断控制器；的中断控制器；14 常用的单片机产品常用的单片机产品目前生目前生产单片机的厂商主要有片机的厂商主要有Intel公司、公司、Motorola公司、公司、Philips公司、公司、ATMEL公司、公司、WinBond公司、公司、Microchip公司、公司、AMD公司、公司、Zilog公司等，公司等，产品型号品型号规格众多，性能各具特色。格众多，性能各具特色。型型 号号ROM/EPROM RAM 时钟速度时钟速度(MHz)I/O线线定时器定时器/计数器计数器串行串行口口中断中断源源PCA通道通道A/D通道通道保密保密位位省电省电方式方式8031AH128B1232215008051AH4KB128B12322150008751BH4KB128B12322150028032AH256B1232316008052AH8KB256B12323160008752BH8KB256B123231600287C514KB128B12 243221500380C32256B12 24323160080C528KB256B12 243231600187C528KB256B12 243231600380C5416KB256B12 243231600187C5416KB256B12 243231600387C5832KB256B12 243231600380C51GB256B12,1648311510887C51GB8KB256B12,16483115108315 MCS 51系列系列单片机的所有片机的所有产品都含有品都含有8051除程除程序存序存贮器外的基本硬件，都是在器外的基本硬件，都是在8051的基的基础上上增减部增减部分分资源源（程序存（程序存贮器、数据存器、数据存贮器、器、I/O口、定口、定时/计数器及一些其它特殊部件）。数器及一些其它特殊部件）。微微处理器理器(运算部件运算部件)CPU控制部件控制部件数据存数据存贮器器128BRAMP0口口P2口口P3口口程序存程序存贮器器4KB特殊功能特殊功能寄存器寄存器（SFR）中中断断系系统定定时器器0定定时器器1串串行行口口P1口口ROM/EPROM外部中断外部中断888PSENEAALERESETBXTAL1XTAL2VCCVSS图2-2MCS-51系列系列单片机片机结构框构框图定定时器器2特殊特殊I/O特殊特殊部件部件128BRAMnKB8二、二、MCS-51系列单片机的一般结构系列单片机的一般结构161。28051内部结构内部结构单片机内部可分为：单片机内部可分为：CPU、存储器、并行口、串行口、定时器、存储器、并行口、串行口、定时器/计计算器和中断逻辑这几个部分。算器和中断逻辑这几个部分。171。2。1中央处理器中央处理器1。8051中央处理器由运算器和控制逻辑构成，其中央处理器由运算器和控制逻辑构成，其中包括若干个特殊功能寄存器。在寄存器中进中包括若干个特殊功能寄存器。在寄存器中进行加、减、乘、除、和逻辑运算。行加、减、乘、除、和逻辑运算。R0R7，acc，b等。等。18D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVF1PPSWCy（PSW.7）：进位位标志志，又又是是布布尔处理理机机的的累累加加器器C。在在执行行某某些些算算术和和逻辑指指令令时，数数据据操操作作结果果最最高高位位有有进位位输出出(加加法法时)或或借借位位输入入(减减法法时)，则置置位位Cy，否，否则清清Cy。AC(PSW.6)：辅助助进位位标志，又称半志，又称半进位位标志。当志。当进行加减法操作而行加减法操作而产生由低生由低4位向高位向高4位位进位位(加法加法)或借或借位位(减法减法)时，则置位置位AC，否，否则清清AC。F0、F1（PSW.5、PSW.1）：用）：用户标志。志。19OV（PSW.2）：溢出）：溢出标志。溢出志。溢出标志位常用于志位常用于补码运运算算，当有符号的两个数运算，当有符号的两个数运算结果超出了目的寄存器所能果超出了目的寄存器所能表示的表示的带符号数的范符号数的范围（128+127）时置位置位OV。即。即当操作当操作结果有果有进位位进入最高位但最高位没有入最高位但最高位没有产生生进位，位，或者最高位或者最高位产生生进位而低位没有向最高位位而低位没有向最高位进位，位，则置位置位OV，否，否则清清OV。D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVF1PPSW01111111+011111111111111001111000+011001001101110010000000+1000000010000000010001000+10011100100100100方法：如果位方法：如果位6有有进位位输出而位出而位7没有或者位没有或者位7有有进位位输出而出而位位6没有没有则置位置位OV。20eg：（A）=05H 00000101P=0（A）=85H10000101P=1P（PSW.0）：寄偶）：寄偶标志。表示累加器志。表示累加器ACC的的值二二进制制表示表示时1的个数的个数，若，若1的个数的个数为寄数，寄数，则置位置位P，否，否则清清P。eg：（A）=00001110B P=1 注意：注意：ACC中中1的个数的个数为奇数并不能表示奇数并不能表示ACC的的值为奇数。奇数。21RS1RS0工作寄存器组工作寄存器组RS1RS0工作寄存器组工作寄存器组000组组(00H07H)102组组(10H17H)011组组(08H0FH)113组组(18H1FH)221 1）80518051的时钟的时钟单片机的片机的时钟产生方法有生方法有内部内部时钟方式方式和和外部外部时钟方式方式两种，两种，大多数大多数单片机片机应用系用系统采用内部采用内部时钟方式方式。它控制着它控制着计算机的算机的节奏。奏。MCS-51单片机片机内有一个反相放内有一个反相放大器大器组成的振成的振荡器器，振，振荡频率主要由外接的石英晶振确定。率主要由外接的石英晶振确定。一般石英晶振的振一般石英晶振的振荡频率率为12MHz或或11.059MHz；1.2MHz12MHz。一般一般:C01、C02均均为30pF(2080pF)；fosc：12，11.059MHzNMOS、CMOS型型单片机片机23NMOS型型单片机片机外部外部时钟电路路输入接入接线图CMOS型型单片片机外部机外部时钟电路路输入接入接线图242 2）MCSMCS 51 CPU51 CPU基本时序周期基本时序周期振振荡周期：一般指石英晶体的振周期：一般指石英晶体的振荡周期；周期；时钟周期：（称周期：（称S周期）周期）为振振荡周期的周期的2倍；倍；机器周期：一个机器周期含机器周期：一个机器周期含6个个时钟周期（周期（S周期）；周期）；指令周期：完成一条指令占用的全部指令周期：完成一条指令占用的全部时间。一般由。一般由14个机器周期个机器周期组成。成。CPU的工作是的工作是不断地不断地取指令和取指令和执行指令，以完成数据的行指令，以完成数据的处理、理、传送和送和输入入/输出操作出操作。CPU取出一条指令至取出一条指令至该指令指令执行完所需的行完所需的时间称称为指令周期指令周期。指令周期是以指令周期是以机器周期机器周期为基本基本单位的，是机器周期的整位的，是机器周期的整数倍。数倍。一个机器周期包含一个机器周期包含12个个时钟周期周期（S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P1、S6P2）。）。时钟周期周期:时钟脉冲的脉冲的间隔。隔。25一般情况下算一般情况下算术逻辑操作操作发生在生在时相相P1期期间，而寄存器至寄存器之而寄存器至寄存器之间的数据的数据传送送发生在生在时相相P2期期间。引脚引脚ALE输出信号出信号为MCS 51扩展系展系统的外部的外部存存贮器地址低器地址低8位的位的锁存信号，在存信号，在访问外部程序存外部程序存贮器器的周期内，的周期内，ALE信号有效两次信号有效两次(S1P2至至S2P1和和S4P2至至S5P1输出两个正脉冲出两个正脉冲)；而在；而在访问外部数据存外部数据存贮器器的机器周期内，的机器周期内，ALE信号有效一次信号有效一次(只在只在S1P2和和S2P1期期间产生一个正脉冲生一个正脉冲)。26273）指令部件）指令部件程序计数器程序计数器PC：是：是16位的计数器，寻址位的计数器，寻址64KB；指令寄存器指令寄存器IR：用来存放当前正在执行的指令；：用来存放当前正在执行的指令；指令译码器：对指令译码器：对IR中内容进行分析解释；中内容进行分析解释；数据指针数据指针DPTR：为：为16位地址寄存器，主要用于外部位地址寄存器，主要用于外部寻址，寻址范围为寻址，寻址范围为64KB。281.2.2 MCS1.2.2 MCS 5151单片机的存贮器单片机的存贮器MCSMCS 5151单片机的存贮器的特点为程序存储区与数据存储区是分开的单片机的存贮器的特点为程序存储区与数据存储区是分开的MCS51系列系列单片机有五个独立的存片机有五个独立的存贮空空间：64KB程序存程序存贮器空器空间（00FFFFH）64KB外部数据存外部数据存贮空空间（00FFFFH）256B内部内部RAM（00FFH）;128B内部特殊功能寄存器（内部特殊功能寄存器（800FFH）位位寻址空址空间（00FFH）包含位包含位寻址址地址地址一、程序存贮器一、程序存贮器地址指地址指针为16位的位的程序程序计数器数器PC，64KB地址空地址空间，包含包含内部程序存内部程序存贮器器和和外部程序存外部程序存贮器器两部分。两部分。特殊功能寄存器只能用直接特殊功能寄存器只能用直接寻址方式，内部数据址方式，内部数据存存贮器区器区80H0FFH单元只能用寄存器元只能用寄存器间接接寻址方式。址方式。地址重叠问题地址重叠问题MOVC，MOVX29EA=1（VCC5V），），PC值大于某大于某值（由容量决定）（由容量决定）为访问外部程序存外部程序存贮器；器；PC值小于某小于某值为访问内部程序存内部程序存贮器。器。EA=0（VSS地），内部程序存地），内部程序存贮器被忽略。器被忽略。30二、外部二、外部RAM和和I/OMCS 51的外部数据存的外部数据存贮器器(RAMIO)空空间为64KB字字节（地址地址为0000H0FFFFH），一般通），一般通过16位的数据指位的数据指针DPTR来来访问，且，且外部外部RAM和和外部外部I/O的地址安排是的地址安排是统一一编址的址的，CPU对其有相同的操作功能。其有相同的操作功能。00H7FH80HFFH0000HFFFFH内部内部WR RDSFR外部外部31三、内部三、内部RAM数据存贮器数据存贮器内部内部RAM数据存数据存贮器可划分器可划分为三个区域：三个区域：工作寄存区工作寄存区00H1FH(R0R7)位位寻址区址区20H2FH堆堆栈和数据和数据缓冲区冲区30H7FHPSW.3PSW.4000区区00H07H011区区08H0FH102区区10H17H113区区18H1FHCPU当前使用的当前使用的工作寄存器区工作寄存器区由程序状由程序状态字字PSW的的3、4位决定。位决定。位位寻址区址区16个个单元的每一位都有一个位地址元的每一位都有一个位地址(16*8)。在在实际应用中，往往需要一个用中，往往需要一个后后进先出先出(LIFO)的的RAM缓冲器用于保冲器用于保护CPU的的现场，这种后种后进先出的先出的缓冲器称之冲器称之为堆堆栈。堆堆栈的的栈顶位置位置由由堆堆栈指指针SP确定。确定。32五、特殊功能寄存器五、特殊功能寄存器MCS51内部的内部的I/O口口锁存器以及定存器以及定时器、串行口、器、串行口、中断等各种控制寄存器和状中断等各种控制寄存器和状态寄存器都称寄存器都称为特殊功能特殊功能寄存器寄存器。地址地址80H0FFH见特殊功能寄存器地址表。特殊功能寄存器地址表。33表表2 5 特殊功能寄存器列表特殊功能寄存器列表标示示符符名名称称地地址址ACCBPSWSPDPTRP0P1P2P3IPIETMODTCON*T2CONTH0TL0TH1TL1*TH2*TL2*RLDH*RLDLSCONSBUFPCON累加器累加器B寄存器寄存器程序状程序状态字字堆堆栈指指针数据指数据指针（包括（包括DPH和和DPL）I/O口口0I/O口口1I/O口口2I/O口口3中断中断优先先级控制控制中断允中断允许控制控制定定时器器/计数器工作方式控制数器工作方式控制定定时器器/计数器控制数器控制定定时器器/计数器数器2控制控制定定时器器/计数器数器0定定时常数（高位字常数（高位字节）定定时器器/计数器数器0定定时常数（低位字常数（低位字节）定定时器器/计数器数器1定定时常数（高位字常数（高位字节）定定时器器/计数器数器1定定时常数（低位字常数（低位字节）定定时器器/计数器数器2定定时常数（高位字常数（高位字节）定定时器器/计数器数器2定定时常数（低位字常数（低位字节）定定时器器/计数器数器2自自动再装再装载（高位字（高位字节）定定时器器/计数器数器2自自动再装再装载（低位字（低位字节）串行口控制串行口控制串行数据接收、串行数据接收、发送送缓冲器冲器电源控制源控制0E0H0F0H0D0H81H83H和和82H80H90H0A0H0B0H0B8H0A8H89H88H0C8H8CH8AH8DH8BH0CDH0CCH0CBH0CAH98H99H87H34六、位存贮器六、位存贮器20H2FH单元以及特殊功能寄存器中地址元以及特殊功能寄存器中地址为8的倍数的倍数的特的特殊功能寄存器可以位殊功能寄存器可以位寻址。其每一位都有一个字址。其每一位都有一个字节地址。地址。地地址址位位地地址址D7D6D5D4D3D2D1D020H21H22H23H24H25H26H27H28H29H2AH2BH2CH2DH2EH2FH07H0FH17H1FH27H2FH37H3FH47H4FH57H5FH67H6FH77H7FH06H0EH16H1EH26H2EH36H3EH46H4EH56H5EH66H6EH76H7EH05H0DH15H1DH25H2DH35H3DH45H4DH55H5DH65H6DH75H7DH04H0CH14H1CH24H2CH34H3CH44H4CH54H5CH64H6CH74H7CH03H0BH13H1BH23H2BH33H3BH43H4BH53H5BH63H6BH73H7BH02H0AH12H1AH22H2AH32H3AH42H4AH52H5AH62H6AH72H7AH01H09H11H19H21H29H31H39H41H49H51H59H61H69H71H79H00H08H10H18H20H28H30H38H40H48H50H58H60H68H70H78H351.2.5 MCS1.2.5 MCS 5151单片机的外部引脚单片机的外部引脚制制造工造工艺为HMOS的的系列系列单片机片机大都采用大都采用40条引脚的条引脚的双双列直插式列直插式封封装（装（DIP）.P0I/OP2I/OI/OP1I/OP3VccALEPSENEARSTXTAL1XTAL2Vss图图2 3b逻辑符号逻辑符号803180518751图图2 3aMCS-51引脚图引脚图P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9RxDP3.010TxDP3.111INT0P3.212T0P3.414WRP3.616RDP3.717XTAL218XTAL119Vss2039P0.038P0.137P0.236P0.335P0.434P0.533P0.632P0.731EA/Vpp29PSEN28P2.727P2.626P2.525P2.424P2.340Vcc803180518751P1.01T1P3.515INT1P3.31322P2.121P2.023P2.230ALE/PROG36 输入入/输出出接接口口是是CPU外外设间信信息息的的桥梁梁，它它可可以以制制成成一一块单独独的的大大规模模集集成成电路路，也也可可以以和和CPU集集成成在在同同一一块芯片上，芯片上，单片机中就是后一种片机中就是后一种结构。构。1.2.3MCS51内部并行内部并行I/O端口端口8031有四个并行端口，分有四个并行端口，分别命名命名为P0、P1、P2和和P3。这四个并行四个并行I/O端口的内部位端口的内部位结构如构如图所示，每个所示，每个端口皆有八位。由端口皆有八位。由图可可见，每个位每个位结构都有一个构都有一个输出出锁存器和一个存器和一个输入入缓冲器冲器。输出出锁存器，用于存放需要存器，用于存放需要输出的数据。出的数据。37每个端口的八位每个端口的八位输出出锁存器构成一个特殊功能寄存器构成一个特殊功能寄存器，且冠名与端口相同。存器，且冠名与端口相同。输入入缓冲器用于冲器用于对端口引端口引脚上脚上输入数据入数据进行行缓冲，因此冲，因此各引脚上各引脚上输入的数据必入的数据必须一直保持到一直保持到CPU把它把它读走走为止止。P0、P1、P2和和P3端口的端口的电路形式不同，其功能也不同。下面路形式不同，其功能也不同。下面结合合电路路结构就其功能加以构就其功能加以说明。明。一、一、P P0 0口口在在访问外部存外部存储器器时，P0口是一个真正的双向口是一个真正的双向数据口数据口，并分，并分时送出地址的送出地址的8位和送出（接收）相位和送出（接收）相应存存储单元的数据。元的数据。38图1 1(a)是是P0口的位口的位结构构图，它包括一个，它包括一个输出出锁存器，两个三存器，两个三态缓冲器，一个冲器，一个输出出驱动电路和一路和一个个输出控制出控制电路。路。MUX锁存器锁存器DQCPQ读锁存器读锁存器内部总线内部总线写入写入读引脚读引脚地址地址/数据数据控制控制vccP0.x（a）p0口电路逻辑口电路逻辑39当从当从P0口口输出地址或数据出地址或数据时，控制信号控制信号应为高高电平平1，模模拟转换开关（开关（MUX）把地址）把地址/数据信息数据信息经反反相器和下拉相器和下拉场效效应管接通，同管接通，同时与与门打开。打开。输出的地出的地址或数据既通址或数据既通过与与门去去驱动上拉上拉场效效应管，又通管，又通过反反相器去相器去驱动下拉下拉场效效应管。管。例如，若例如，若地址地址/数据信息数据信息为“0”，该“0”信号一信号一方面通方面通过与与门使上拉使上拉场效效应管截止，另一方面管截止，另一方面经反反相器使下拉相器使下拉场效效应管管导通，从而使引脚上通，从而使引脚上输出相出相应的的“0”信号，反之，若地址信号，反之，若地址/数据信息数据信息为“1”，将会使上拉将会使上拉场效效应管管导通而下拉通而下拉场效效应管截止，引管截止，引脚上将出脚上将出现相相应的的“1”信号。信号。40若若P0口口作作为一一般般I/O口口使使用用，在在CPU向向端端口口输出出数数据据时，对应的的输出出控控制制信信号号应为0，模模拟转换开开关关将将把把输出出级与与锁存存器器Q端端接接通通。同同时，因因与与门输出出为0，使使上上拉拉场效效应管管处于于截截止止状状态，因因此此输出出级是是漏漏极极开开路路电路路。这样，当当写写脉脉冲冲加加在在触触发器器时针端端CP上上时，则与与内内部部总线相相连的的D端端数数据据取取反反后后就就出出现在在Q端端，再再经场效效应管管反反相相，在在P0引引脚脚上上出出现的的数数据据正正好是内部好是内部总线的数据。的数据。不不难看看出出，P0口口在在输出出地地址址/数数据据信信息息和和作作为一一般般I/O口口输出出数数据据时，其其输出出驱动电路路的的工工作作状状态是是有有差差别的。的。41一一般般P0口口的的输出出级能能驱动8个个LSTTL输入入，但但对NMOS输入入而而言言，P0口口做做地地址址/数数据据总线口口使使用用时，不不必必外外加加提提升升电阻阻。而而作作一一般般I/O口口使使用用时，由由于于输出出驱动电路工作于路工作于开漏状开漏状态，故需外接上拉，故需外接上拉电阻。阻。当当P0口口引引脚脚上上输入入数数据据，此此时上上拉拉FET应一一直直处于于截截止止状状态。引引脚脚上上的的外外部部信信号号即即加加在在下下面面一一个个三三态缓冲冲器器的的输入入端端，又又加加在在下下拉拉FET的的漏漏极极，假假定定在在此此之之前前曾曾输出出锁存存过数数据据0，则FET是是导通通的的，这样引引脚脚上上的的电位位就就始始终被被钳位位在在0电平平，使使输入入高高电平平无无法法读入入。因因此此作作为一一般般I/O口口使使用用时，P0口口是是一一个个准准双双向向口口，即即输入入数数据据时，应先先向向口口写写“1”，使两个，使两个FET均截止，然后方可作高阻抗均截止，然后方可作高阻抗输入。入。42但但在在P0口口连接接外外部部存存储器器时，由由于于访问外外部部存存储器器期期间，CPU会会自自动向向口口0的的锁存存器器写写入入0FFH，所所以以，对用用户而而言言，P0口口用用作作地地址址/数数据据总线时,则是是一一个个真真正正的双向口。的双向口。上面所述上面所述为数据由引脚数据由引脚输入的情况，称入的情况，称为“读引引脚脚”操作。但在有些情况下操作。但在有些情况下，例如，例如用一根口用一根口线去去驱动一个晶体管的基极，一个晶体管的基极，则向此口向此口线写写“1”时，晶体，晶体管管导通，并把引脚上的通，并把引脚上的电平拉低，平拉低，这时若从引脚上若从引脚上读取数据，会把此数据取数据，会把此数据错读为0。为了避免了避免错读引脚上引脚上电平的可能性，平的可能性，单片机中片机中还提供了另一提供了另一类所所谓“读锁存器存器”操作。操作。43这类操作的特点是：操作的特点是：先先读口，随之可口，随之可对读入的入的数据数据进行修改，然后再写到端口上。行修改，然后再写到端口上。例如例如执行指令行指令ORLP0，A时，则先把先把P0上的内容上的内容读入入CPU，然后，然后与与A累加器内容按位累加器内容按位进行行逻辑“或或”操作，最后把操作，最后把“或或”的的结果送回果送回P0口。能使口。能使单片机片机产生生这种种读-修修改改-写操作写操作的指令，其目的操作数一般的指令，其目的操作数一般为某某I/O口或口或口的某一位，口的某一位，这些指令是：些指令是：ANL，ORL，XRL，JBC，CPL，INC，DEC，DJNZ，MOVPXY，C，CLRPXY和和SETBPXY等，它等，它们的含的含义详见指指令系令系统一章的一章的说明。明。44综上上所所述述，P0口口既既可可作作地地址址/数数据据总线口口，这时它它是是真真正正的的双双向向口口，也也可可作作通通用用I/O口口，但但只只是是一一个个准准双双向向口口。一一般般情情况况下下，P0口口已已当当作作地地址址/数数据据口口使使用用时，就就不不能再作通用能再作通用I/O口使用口使用。P2口口的的位位结构构如如图1-1(b)所所示示，它它与与P0口口基基本本相相同同，只只有有输出出部部分分略略有有不不同同，在在输出出FET的的漏漏极极接接有有上上拉拉电阻阻，这种种结构构不不必必外外接接上上拉拉电阻阻就就可可驱动任任何何MOS输入入电路路，且且能能驱动四四个个LSTTL输入入。P2口口常常用用作作外外部部存存储器器的的高高八八位位地地址址口口。当当不不用用作作地地址址口口时，P2口亦可作通用口亦可作通用I/O口，口，这时它也是一个准双向它也是一个准双向I/O口。口。二、二、P2口口45 vccP2X地址地址（b）p2口电路逻辑口电路逻辑MUX锁存器锁存器DQCPQ读锁存器读锁存器内部总线内部总线写入写入读引脚读引脚控制控制46三、三、P1口口（c）p1口电路逻辑口电路逻辑锁存器锁存器DQCPQ读锁存器读锁存器内部总线内部总线写入写入读引脚读引脚vccP1XP1口的位口的位结构如构如图5-1(c)所示，它与所示，它与P2口基本相同，口基本相同，只是少了一个只是少了一个转换器（器（MUX）和一个反相器，且）和一个反相器，且为使使逻辑上的一致将上的一致将锁存器的存器的Q与与输出出FET相相连。P1口常用口常用作通用作通用I/O口，口，它是一个它是一个标准的准双向准的准双向口，即作口，即作输入口使用入口使用时必必须先先给锁存器置存器置1。47 四、四、P3口口 P3口口是是一一个个双双功功能能口口，第第一一功功能能和和P2口口一一样可可作作为通通用用I/O口口。P3口口工工作作于于第第二二功功能能时，各各位位的的定定义如如下：下：P30RxD（串行（串行输入通道）入通道）P31TxD（串行（串行输出通道）出通道）P32INT0（外中断（外中断0）P33INT1（外中断（外中断1）P34T0（定（定时器器0外部外部输入）入）P35T1（定（定时器器1外部外部输出）出）P36WR（外部数据存（外部数据存储器写器写选通）通）P3.7RD（外部数据存（外部数据存储器器读选通通）48锁存器锁存器DQCPQ读锁存器读锁存器内部总线内部总线写入写入读引脚读引脚第二输出功能第二输出功能（d）p3口电路逻辑口电路逻辑第二输入功能第二输入功能vccP3.x49 由由图1-1(d)P3口位口位结构可以看出，构可以看出，实现第一功第一功能能作通用作通用I/O输出口出口时，选择输出功能端出功能端应保持高保持高电平平，使与非，使与非门对锁存器存器Q端是端是畅通的。同理，通的。同理，实现第二功能做第二功能做专用信号用信号输出出时，则该位的位的锁存器存器应置置1，使与非，使与非门对选择输出功能端是出功能端是畅通的。通的。对输入而言入而言，无，无论该位是作通用位是作通用输入口入口还是作第二功能是作第二功能输入口，其入口，其输出出锁存器和存器和选择输出功能端都出功能端都应置置1，即使，即使FET 截止。截止。由于所有口由于所有口锁存器在上存器在上电复位复位时均置均置为1，自然，自然满足了上述条件，所以足了上述条件，所以用用户不必做任何工作，就可不必做任何工作，就可以直接使用以直接使用P3口的第二功能口的第二功能。至于第一功能，。至于第一功能，应在在确信某一引脚第二功能提供的信号不用确信某一引脚第二功能提供的信号不用时，该引脚引脚才可作才可作I/O线使用，使用方法同与一般准双向口相同。使用，使用方法同与一般准双向口相同。501.MCS 51单片机的串行口片机的串行口 MCS 51系系列列单片片机机的的串串行行口口是是全全双双工工的的，这个个口口既既可可以以用用于于网网络通通信信，也也可可以以实现串串行行异异步步通信，通信，还可以作可以作为同步移位寄存器使用同步移位寄存器使用。1.2.4 8051的内部资源的内部资源51 在在串串行行口口中中可可供供用用户使使用用的的是是它它的的寄寄存存器器，因因此此了解其寄存器了解其寄存器结构构对用用户来来说是十分重要的。是十分重要的。一、串行口寄存器一、串行口寄存器结构构 发送发送SBUFSBUF（99H99H）接收接收SUBFSUBF（99H99H）输入移位寄存器输入移位寄存器TITI（发送中断）（发送中断）T TX XD D串行输出串行输出80518051内部总线内部总线R RX XD D串行输入串行输入RIRI（接收输入）（接收输入）移位时钟移位时钟图图1-23 MCS-511-23 MCS-51串行口寄存器结构串行口寄存器结构522。定。定时器器/计数器数器MCS 51单片机内部有两个可片机内部有两个可编程的定程的定时器器/计数器，分数器，分别称称为定定时器器/计数器数器0和定和定时器器/计数器数器1。它。它们都是都是16位位加法加法计数数结构，分构，分别由由TH0和和TL0及及TH1和和TL1两个两个8位位计数器数器组成。成。53 一、一、计数功能数功能 计数是指数是指对外部事件外部事件进行行计数。数。外部事件的外部事件的发生生以以输入脉冲表示入脉冲表示，因此，因此计数功能的数功能的实质就是就是对外来脉冲外来脉冲进行行计数数。MCS 51芯片有芯片有T0（P3.4）和）和T1(P3.5)两个信号引脚，分两个信号引脚，分别是是这两个两个计数器的数器的输入端。外部入端。外部输入的脉冲入的脉冲为负跳跳变时有效有效，进行行计数器加数器加1。单片机在每个机器周期的片机在每个机器周期的S5P2拍拍节对外部外部计数脉数脉冲冲进行采行采样。如果。如果前一个前一个机器周期采机器周期采样为高高电平，平，后一个机器周期采后一个机器周期采样为低低电平平，即，即为一个有效脉冲。一个有效脉冲。在下一个机器周期的在下一个机器周期的S3P1进行行计数。可数。可见采采样计数数脉冲是在脉冲是在2个机器周期个机器周期进行的行的。因此，。因此，计数脉冲的数脉冲的频率不能高于震率不能高于震荡脉冲脉冲频率的率的1/24。外部外部输入脉冲入脉冲高高电平和低平和低电平平时间必必须在一个机器周期以上。在一个机器周期以上。54 二、定二、定时功能功能 定定时功能也是通功能也是通过定定时器器/计数器的数器的计数来数来实现的。的。不不过此此时的的计数脉冲来自数脉冲来自单片机内部片机内部，即每个机器周期即每个机器周期产生一个生一个计数脉冲，也就是数脉冲，也就是每每个机器周期个机器周期计数器加数器加1。由由于于一一个个机机器器周周期期等等于于12个个振振荡脉脉冲冲周周期期，因因此此计数数频率率为振振荡频率率的的1/12。这样不不但但可可以以根根据据计数数值计算算出出定定时时间，也也可可以以反反过来来按定按定时时间的要求的要求计算出算出计数器的初数器的初值。553.MCS-51中断系中断系统与控制与控制 MCS 51的的51子子系系列列（8031、8051、8751等等）有有5个个中中断断源源，52子子系系列列（8032、8052等等）有有6个个中中断断源源，它它们均均有有两两个个优先先级，通通过4个个中中断断控控制器（制器（IE、IP、TCON、SCON）进行中断管理行中断管理 8051单片片机机的的5个个中中断断源源分分为两两种种类型型：一一类是是外外部部中中断断源源，包包括括INT0和和INT1；另另一一类是是内内部部中中断断源源，包包括括两两个个定定时器器/计数数器器（T0和和T1）的的溢溢出中断和串行口的出中断和串行口的发送送/接收中断。接收中断。561.2.5 MCS1.2.5 MCS 5151单片机的外部引脚单片机的外部引脚制制造工造工艺为HMOS的的系列系列单片机片机大都采用大都采用40条引脚的条引脚的双双列直插式列直插式封封装（装（DIP）.P0I/OP2I/OI/OP1I/OP3VccALEPSENEARSTXTAL1XTAL2Vss图图1 8b逻辑符号逻辑符号803180518751图图1 8aMCS-51引脚图引脚图P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9RxDP3.010TxDP3.111INT0P3.212T0P3.414WRP3.616RDP