[單片機原理及應用舉例及拓展-資料下載頁

　　

【正文】 ， 它是一個復用的地址 /數據總線 。 （ 分時使用 ） 輸出地址總線低 8位 A7~A0（ 利用 ALE信號的下降沿將地址鎖存 ， 鎖存 ） 作數據總線 D7~D0。 P0口 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 73 P0用作通用 I/O口 P 0 . X鎖 存 器DC L01M U XV C C1amp。P 0 . X引 腳控 制 C地 址 / 數 據讀 鎖 存 器讀 引 腳寫 鎖 存 器內 部 總 線T 1T 2在這種情況下，單片機硬件自動使 C=0， MUX開關接向鎖存器的反相輸出端。另外，與門輸出的“ 0”使輸出驅動器的上拉場效應管 T1處于截止狀態。因此，輸出驅動級工 作在需外接上拉電阻的漏極開路方式。 P0用作輸出口 CPU執行口的輸出指令，內部數據總線上的數據在“寫鎖存器”信號的作用下由 D端進入鎖存器，經鎖存器的反向端送至場效應管 T2，再經 T2反向，在 引腳出現的數據正好是內部總線的數據。 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 74 數據可以讀自口的鎖存器，也可以讀自口的引腳。 這要根據輸入操作采用的是“讀鎖存器”指令還是“讀引 腳”指令來決定。 P 0 . X鎖 存 器DC L01M U XV C C1amp。P 0 . X引 腳控 制 C地 址 / 數 據讀 鎖 存 器讀 引 腳寫 鎖 存 器內 部 總 線T 1T 2 P0用作輸入口 執行“讀 —修改 —寫”類輸入指令時： 如： ANL P0， A，內部產生的“讀鎖 存器”操作信號，使鎖存器 Q端數據進 入內部數據總線，在與累加器 A進行 在執行“ MOV”類輸入指令時（如： MOV A， P0），內部產生的操作信號是 “讀引腳”。注意，在執行該類輸入指令前要先把鎖存器寫入“ 1”，使場效應管 T2截止，使引腳處于懸浮狀態，可以作為高阻抗輸入。否則，在作為輸入方 式之前曾向鎖存器輸出過“ 0”，則 T2導通會使引腳箝位在“ 0”電平，使輸入高 電平“ 1”無法讀入 。 邏輯運算之后，結果又送回 P0的口鎖存器并出現在引腳。讀口鎖存器可以避免 因外部電路原因使原口引腳的狀態發生變化造成的誤讀。 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 75 P0用作地址 /數據總線 P 0 . X鎖 存 器DC L01M U XV C C1amp。P 0 . X引 腳控 制 C地 址 / 數 據讀 鎖 存 器讀 引 腳寫 鎖 存 器內 部 總 線T 1T 2在這種情況下，單片機內硬件自動使 C=1， MUX開關接向反相器的輸出端，這時與門的輸出由地址 /數據線的狀態決定。 CPU在執行輸出指令 時，低 8位地址信息和數據信息分時地出現在地址 /數據總線上 的狀態與地址 /數據線的信息相同。 CPU在執行輸入指令 時，首先低 8位地址信息出現在地址 /數據總線上， 引腳的狀態與地址 /數據總線的地址信息相同。然后， CPU自動地使轉換開關MUX撥向鎖存器，并向 P0口寫入 FFH，同時“讀引腳”信號有效，數據經緩沖器進入內部數據總線。 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 76 P1口也是一個準雙向 I／ O口 ， 通常作一般 I/O口使用 。 P1口 D 讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳鎖存器 T2引腳 內部上拉電阻P1口某位的結構圖 amp。 D Vcc控制端地址/數據讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳T1T2引腳 鎖存器1P0口某位的結構圖 從結構圖來看 ， P1口和 P0口相比 ， 少了多路轉換開關 MUX。 課本 28頁 圖 28 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 77 D 地址讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳鎖存器1 VccT2引腳 內部上拉電阻控制（ 1）在結構上比 P0口少了一個輸出轉換控制部分，多路開關 MUX的倒向由 CPU命令控制，且 P2口內部接有固定的上拉電阻 。 （ 2） P2口既可作為通用 I／ O口使用（先寫“ 1”），又可作為地址總線口，輸出高 8位地址。（ A15~A8） amp。 D Vcc控制端地址/數據讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳T1T2引腳 鎖存器1P0口某位的結構圖 P2口 P2口通常作為系統的高 8位地址 。 P2口某位的結構圖 課本 28頁 圖 29 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 78 P3口與 Pl口的輸出驅動部分及內部上拉電阻相同，但比 P1口多了一個第二功能控制部分的邏輯電路。 D 讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳鎖存器 VccT2引腳 內部上拉電阻 amp。 第二輸入功能第二輸出功能P3口 P3口某位的結構圖 D 讀鎖存器內部總線寫鎖存器讀引腳鎖存器 T2引腳 內部上拉電阻P1口某位的結構圖 課本 29頁 圖 210 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 79 (RXD)：串行輸入端 。 (TXD)：串行輸出端 。 (INT0)：外部中斷 0輸入端 ， 低電平有效 。 (1NT1)：外部中斷 1輸入端 ， 低電平有效 。 (T0)：定時／計數器 0外部事件計數輸入端 。 (T1)：定時／計數器 1外部事件計數輸入端 。 (RD)：外部數據存儲器寫選通信號 ， 低電平有效 。 (WR)：外部數據存儲器讀選通信號，低電平有效。 P3口的第二功能 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 80 P0～ P3的功能及使用時的注意事項 1. 在無片外擴展存儲器的系統中，這四個端口的每一位都可以作為準 雙向通用 I／ O端口使用。在具有片外擴展存儲器的系統中， P2口作為高 8位地址線， P0口作為雙向總線，分時作為低 8位地址和數據的輸入／輸 出線。 3. P3口除了作通用 I／ O使用外，它的各位還具有第二功能。當 P3口某 一位用于第二功能作輸出時，則不能再作通用 I／ O使用。 4. 當 P0～ P3端口用作輸入時，為了避免誤讀，都必須先向對應的輸出 鎖存器寫入“ l” ，使 FET截止。然后再讀端口引腳。 如： MOV P1,0FFH MOV A, P1 5. I/O口 可按字節尋址，也可按位尋址。 I/O口時，必須用上拉電阻。而 P1~P3口則不用，因為內部已經有上拉電阻，不過此上拉電阻是由兩個場效應管組成的等效電路。 課本 30頁 I/O端口應用特性 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 81 I/O口： P0口是真正的雙向口， P1~P3是準雙向口。 真正的雙向口 ：讀引腳時，先向鎖存器寫“ 1”，使 T2截止，由于 T1也截止，引腳浮空，此時端口可作高阻輸入。 準雙向口 ：讀引腳時，先向鎖存器寫“ 1”，使 T2截止。此時，該位的引腳由內部上拉電路拉成高電平，也可由外部電路拉成低電平。 。 P0口的每一位口線可以驅動 8個 LSTTL負載。 P P P3口的每一位能 驅動 4個 LSTTL負載（通常把 100μA的電流定義為一個 TTL負載的電 流）。注意 P0使用時要加上拉電阻， 建議并行口輸出時都加上 1k10k的上拉電阻，接非門如 74LS04再輸出。 P0P3 口作輸出控制端時，應盡量采用低電平控制方法，這是因為在低電 平時， I/O 口允許灌入的電流比高電平時要大，一般情況下，低電平的灌 入電流為高電平的 4 倍。 P0～ P3的功能及使用時的注意事項 課本 30頁 I/O端口應用特性 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 82 地址線： P0低 8位地址， P2高 8地址； 數據線： P0輸入輸出 8位數據； 控制線： P3口的 8位加上 /PSEN、 ALE共同完成 控制總線。 二 、 單片機的片外三總線結構 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 83 RRRRRRRRL E D 0L E D 1L E D 3L E D 2L E D 4L E D 5L E D 6L E D 789C 51+5V單片機的位處理功能很強 ， 體現在： （ 1） 具有專門的位累加器 Cy； （ 2） 具有專門的位存儲區； （ 3） 一些特殊功能寄存器可以 位尋址； （ 4） 具有豐富的位操作指令 。 如 SETB CLR 三 、 單片機的位處理功能 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 84 一、 時鐘電路及工作方式 第四節 MCS51單片機的時鐘與定時 時鐘電路：用于產生單片機工作所需要的時鐘信號 。 時序：所研究的是指令執行中各個信號在時間上的相互關系 。 穩定自激振蕩器 圖 211 MCS51單片機的振蕩電路 片內振蕩器與外部諧振電路（內部振蕩方式） ★ 振蕩電路 內部結構：電阻和高增益反相放大器構成一個穩定的自激振蕩器 。 XTAL1為輸入 ， XTAL2為輸出 ， 對應于單片機的 1 19管腳 。 芯片外部：在 XTAL1為輸入 ， XTAL2之間接晶體振蕩器和微調電容 。 電容一般選擇 30PF(皮法 )的磁片電容 。 晶振頻率為 ~12MHZ。 單片機本身是一個復雜的同步時序系統，為保證同步工作方式的實現，單片機必須有時鐘信號，以使其系統在時鐘信號的控制下按時序協調工作。 課本 31頁 課本 31頁 圖 211 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 85 ★ 分頻電路 振蕩電路產生的振蕩脈沖并不能直接使用 ， 經分頻后再為系統所用 。 振蕩脈沖經過 二分頻 后才作為系統的 時鐘信號 ， 在二分頻的基礎上再三分頻 產生 ALE信號 ， 同時在 二分頻的基礎上再六分頻 得到 機器周期信號 。 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 86 從外部引入脈沖信號驅動時鐘電路（外部振蕩方式） 在由多個單片機構成的系統中 ， 為了各單片機之間時鐘信號的同步 ， 應當引入唯一的公用外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖 。 接法如右圖 ， 外部脈沖信號經 XTAL2引腳注入 。 對于 80C51單片機 ， 外引脈沖信號需從XTAL1引腳注入 ， 而 XTAL2引腳懸空 。 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 87 各指令的微操作在時間上有嚴格的次序，這種微操作的時間次序我們稱作時序。 二、 CPU時序 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6機 器 周 期 T C Y分頻器振 蕩 器晶 振 周 期時 鐘 周 期 （ S 狀 態 ）8 0 C 5 1P 1P 2振蕩周期：振蕩器產生的振蕩脈沖的周期，也稱節拍（用 P表示）。 振蕩電路產生的振蕩信號并不直接為單片機所用。 課本 32頁 江娟娟 安徽工程大學電氣工程學院自動化教研室 88 時鐘周期 單片機的基本時間單位振蕩脈沖經二分頻后，就是單片機的時鐘信號，把時鐘信號的周期定義為時鐘周期（注意時鐘信號與振蕩脈沖之間的二分頻關系，否則會造成概念上的錯誤），時鐘周期也稱狀態（用 S表示）。這樣，一個狀態包含兩個節拍，其前半周期對應的節拍叫節拍 1（ P1），后半周期對應的節拍叫節拍 2（ P2）。 機器周期 6個時鐘周期構成一個一個機器周期。一個機器周期的寬度為 6個狀態，并依次表示為 S1~S6，而一個狀態又分為兩個節拍，因此，一個機器周期共有 12個節拍，即 S1P1， S1P2， … ， S6P2。 當振蕩周期脈沖頻率為 12MHz時，一個機器周期為 1μs；當振蕩周期脈沖頻率為 6MHz時，一個機器周期為 2μs。 指令周期 指令周期是指一條指令所