單片機第二章課件

單片機第二章課件第1頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2、時序振蕩脈沖并不直接使用，由XTAL2端送往內(nèi)部時鐘電路： 經(jīng)過2分頻，向CPU提供2相時鐘信號P1和P2； 再經(jīng)3分頻，產(chǎn)生ALE時序； 經(jīng)過12分頻，成為機器周期信號，如圖2-3.3所示。第2頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月MCS-51單片機指令的取指和執(zhí)行時序圖MCS-51單片機典型指令的取指和執(zhí)行時序再讀下一條指令再讀下一條指令XTAL2(OSC)P2S1ALE讀操作碼讀下一個操作碼（丟棄）讀第二字節(jié)（a）單字節(jié)，單周期指令例：MOVAR1（d）單字節(jié)，雙周期指令，如MOVXP1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P2S5P2S6P2S1P1P1P1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P2S6P2S1S2P1P1P1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S1讀操作碼P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1讀下一個操作碼（丟棄）（b）雙字節(jié)，單周期指令例：ADDAdir（c）單字節(jié)，雙周期指令例：INCDPTR讀操作碼（MOVX）讀下一個操作碼（丟棄）無取指無ALE無取指地址數(shù)據(jù)（DATA）訪問外部存儲器P2S1讀操作碼P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1返回本節(jié)第3頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月振蕩周期：振蕩器輸出的振蕩脈沖頻率的倒數(shù)。為單片機中最小、最基本的時間單位。時鐘周期：又稱狀態(tài)周期,振蕩信號經(jīng)2分頻后獲得的內(nèi)部時鐘信號周期，稱S，顯然，S為時鐘周期的2倍。機器周期：6個時鐘周期為一個機器周期，對應計算 機執(zhí)行一個基本操作所需的時間。指令周期：執(zhí)行一條指令所需的時間，至少包含一個機器周期。MCS-51單片機通?？梢苑譃閱沃芷谥噶?、雙周期指令和四周期指令三種，四周期指令只有乘法和除法指令兩條。指令字節(jié)：指令占用存儲空間的字節(jié)數(shù)，有單字節(jié)、 雙字節(jié)、三字節(jié)三類。

第4頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月P1P2S1振蕩周期時鐘周期機器周期機器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2圖MCS-51單片機各種周期的相互關系2.4.2振蕩周期、時鐘周期、機器周期和指令周期下一頁第5頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

舉例：若用12MHZ的晶振，則其振蕩周期、時鐘周期、機器周期及指令周期為多少？解：由fOSC=12MHZ

則振蕩周期=1/12MHZ

時鐘周期＝2*振蕩周期=1/6us

機器周期=12*振蕩周期=1us

單機器周期指令的指令周期=1us

雙機器周期指令的指令周期=2us

四機器周期指令的指令周期=4us第6頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3存儲器一、程序存儲器

1、程序存儲器作用及尋址范圍

作用：存放指令（程序）的存儲器，用PC作地址指針。 尋址范圍：0000～FFFFH，共64KB；其編址規(guī)律為：先片內(nèi)、后片外，片內(nèi)、片外連續(xù)一般不作重疊。 片內(nèi)：PC=0000～0FFFH； 片外：PC=1000～FFFFH；

第7頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、ROM低端的幾個特殊入口地址

0000H：CPU開始執(zhí)行指令時的第一個取指單元，每次執(zhí)行時PC的內(nèi)容總是0000H；

0003H~002B：中斷專用固定入口地址（系統(tǒng)規(guī)定）； 一般：我們總是從ROM的0030H單元開始存放用戶指令。第8頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月存儲器空間分配圖第9頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月二、數(shù)據(jù)存儲器RAM作用：用于存放數(shù)據(jù)的存儲器，一般用DPTR作地址指針尋址范圍：0000H～FFFFH，共64KB，其編址可與程序存儲器重疊

由于用途的不同，數(shù)據(jù)存儲器RAM可分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（供用戶使用）00H～7FH和特殊功能寄存器80H～FFH第10頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月用戶RAM區(qū)位尋址區(qū)四組通用寄存器三組通用寄存器二組通用寄存器一組通用寄存器00H08H10H18H20H30H7FH低128字節(jié)FFH80H高128字節(jié)專用寄存器區(qū)第11頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月1、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（1）工作寄存器區(qū)：00～1FH①共分4個區(qū)，00～07，08～0F，10～17，18～1F；②每區(qū)有8個工作寄存器：R0～R7；③當前工作寄存器區(qū)：由PSW中的第三、第四位選擇，具有快速保護現(xiàn)場數(shù)據(jù)的作用，也可作為一般的數(shù)據(jù)緩沖器。PSW4（RS1）PSW3（RS0）當前區(qū)字節(jié)地址工作寄存器

0 00區(qū)00～07H （R0~R7）

0 11區(qū)08～0FH （R0~R7）

1 02區(qū)10～17H （R0~R7）

1 13區(qū)18～1FH （R0~R7）當前工作寄存器組有兩種使用方法:

如:MOVA,R0MOVA,00H第12頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）位尋址區(qū)：20H～2FH

這個單元既可以作為一般用戶RAM區(qū)(字節(jié)操作),也可以對存儲內(nèi)容作位操作故而稱為位尋址區(qū),共16個字節(jié)，16×8=128個位，位地址：00～7FH。位尋址區(qū)是為位操作而設置的,是位處理器的數(shù)據(jù)存儲空間注意:CLR00HMOV00H,#00H

第13頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（用戶RAM區(qū)）：30H～7FH只能用字節(jié)單元訪問①作為通用的按字節(jié)操作的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。②常開辟為堆棧區(qū)。堆棧主要為子程序和中斷操作而設立，是一種數(shù)據(jù)結構，它只允許在其一端進行數(shù)據(jù)的插入和刪除操作，又稱為入棧和出棧，MCS-51的堆棧是向上生長型的。第15頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月堆棧的特點： ①是一個符合“先進后出、后進先出”的RAM區(qū)域 ②SP總是指向堆棧的頂部（保存有數(shù)據(jù)）； ③堆?？梢栽O在內(nèi)部RAM中的任意區(qū)域，一般開辟在30～7FH中。堆棧的功能： ①

保護斷點----保護從主程序轉(zhuǎn)向子程序、中斷時的斷點，發(fā)生轉(zhuǎn)移時自動完成。 ②

保護現(xiàn)場----對子程序、中斷程序中要用到的、現(xiàn)場的某些寄存器的內(nèi)容進行保護，以保證返回時確恢復。軟件指令方式實現(xiàn)。 ③

數(shù)據(jù)的臨時存放。第16頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2、特殊功能寄存器區(qū)：80～FFH

即SFR，包括I/O鎖存器、定時器、串行口、中斷、狀態(tài)、控制寄存器等共21個，可直接尋址 離散地分布在80～FFH中。如下所示： 算術運算寄存器：*A、*B、*PSW

指針寄存器：SP、DPTR（DPH，DPL） 并行口：*P0、*P1、*P2、*P3

串行口：*SCON、SBUF、PCON

中斷系統(tǒng)：*IP、*IE

定時/計數(shù)器：TMOD、*TCON、TH0、TL0、TH1、TL1

特別需要指出的是，51系列內(nèi)部RAM，80~FFH中未定義的單位為不可訪問單元。第17頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-5并行輸入/輸出口

MCS-51單片機有4個8位并行I/O口，P0～P3，共32根口線。每一根口線可單獨地作為輸入或輸出線使用，輸入時數(shù)據(jù)可緩存，輸出時數(shù)據(jù)可鎖存每個端口都包括：鎖存器、輸出驅(qū)動器、兩個三態(tài)緩沖器以及控制電路。第18頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月1、P0口端口地址：80H（SFR）位地址：80H～87H特點：漏極開路的準雙向口P0口的1位結構圖功能：（1）作為準雙向輸入/輸出口控制信號為0（2）作為地址/數(shù)據(jù)分時復用總線第19頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

P0口1位結構原理圖帶有控制信號的輸入緩沖器反相器控制部分輸出驅(qū)動電路返回第20頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月P0口的輸出操作10在寫控制信號的作用下，數(shù)據(jù)被鎖存在Q或Q端T2截止00T1漏極開路vcc第21頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月P0口的輸入操作注:為了完成這一操作,該電路的設計要求內(nèi)部總線給鎖存器”1”信號(通過一條端口寫入指令),使T2截止,否則P0.x將被T2的源極箝位為0第22頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月1P0口作地址/數(shù)據(jù)總線控制信號為”1”的作用:打開與門;使多路開關打到a端，此時P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用01T2導通0第23頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2、P1口端口地址：90H位地址：90H～97HP1口：帶有上拉電阻的8位準雙向I/O口。它的功能是單一的。P1口作為輸出口使用時，已提供一個推拉電流負載，故無需外電路再提供上拉電阻P1口作為輸入口使用時，也要先向該口寫入“1”并將其鎖存到Q 端，使輸出驅(qū)動場效應管截止。第24頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月P1口1位結構圖第25頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月3、P2口端口地址：A0H位地址：A0H～A7HP2口也是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向口，即輸出時可以直接到P2口，但輸入時必須先使Q端置1，使輸出場效應管截止。此外在訪問片外存儲器時是高8位地址線輸出口。第26頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月P2口1位結構圖與P0口相同也是通過一個多路開關來選擇是準雙向口還是高8位地址線輸出口，只是從結構上看，比P0口更簡單第27頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月4、P3口端口地址：B0H位地址：B0H～B7HP3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向口，此外它還具有第二功能。第28頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖）輸出INT1（外部中斷1）輸入INT0（外部中斷0）輸入表2-2P3口的第二功能表P3.2P3.3位線引腳第二功能P3.010RXD（串行輸入口）P3.111TXD（串行輸出口）1213P3.414T0（定時器0的計數(shù)輸入）P3.515T1（定時器1的計數(shù)輸入）1617RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖）輸出P3.7

P3.6

第29頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月P3口的1位結構圖說明：作為一個口線，在同一時刻只能作為輸入或輸出，不能同時兼有輸入輸出功能，本圖是將兩個功能合并在一起了。當P3口作輸入/輸出時，內(nèi)部總線送給鎖存器的

信號，經(jīng)與非門和場效應管兩級反相后，在P3.X引腳上得到內(nèi)部總線極性相同的信號。當然輸入時必須先使Q端置1，使輸出場效應管截止第30頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月P3口作為第二功能輸出1注意：此時Q端必須為高電平，使與非門打開，從而使T截止，否則引腳將被箝位在低電平，無法輸入或輸出第二功能01T導通010T截止1第31頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月可見：無論是作為準雙向輸出口還是第二功能輸出口，在P3口的某位引腳上都能得到與內(nèi)部總線或第二功能輸出口相同的信號第32頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月作為第二功能輸入在引腳和第二功能輸入間增加了一級輸入緩沖器，第二功能信號通過該緩沖器進入指定的第二功能輸入的特殊功能寄存器RXD、INT0、INT1、T0、T1中考慮一下：該第二功能輸入信號會不會通過第二個緩沖器而進入內(nèi)容總線呢？

不會，因為第二個緩沖器的控制信號“讀引腳”信號將封鎖該緩沖器，使第二功能信號不能進入內(nèi)部總線第33頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月再考慮：外部數(shù)據(jù)在送入內(nèi)部總線的途中會不會被送入第二功能輸入的特殊功能寄存器中呢？也不會，因為當引腳上為外部數(shù)據(jù)信號時，電路的設計會封鎖第二功能輸入的特殊功能寄存器，從而使外部數(shù)據(jù)順利到達內(nèi)部總線第34頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月P0～P3口的共同特性：111我們經(jīng)常要做的一個操作就是采集引腳（口線）上的信號，即將送往口線上的信號再讀回，但事實上單片機并不是真正去讀引腳上的信號，而是直接去讀輸出鎖存器的信號如：邏輯操作指令ANLP1，#data第35頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月端口小結：（1）系統(tǒng)總線：

地址總線（16位）：P0（地址低8位）、P2口（地址高8位）數(shù)據(jù)總線（8位）：P0口（地址/數(shù)據(jù)分時使用）；

控制總線（6根）：P3口的第二功能和9、29、30、31腳；（2）供用戶使用的端口：P1口、部分未作第二功能的P3口；（3）P0口作地址/數(shù)據(jù)時，是真正的雙向口，三態(tài)，負載能力 為8個LSTTL電路；P1～P3是準雙向口，負載能力 為4個LSTTL電路。（4）P0～P3在用作輸入之前必須先寫“1”，即： （P0）=FFH~（P3）=FFH。第36頁，課件共40頁