《單片機原理及應用系統(tǒng)設計》課件第2章

2.1AT89S52存儲器結構

2.2并行I/O接口

2.3AT89S52的定時/計數(shù)器T0、T1和T2

2.4AT89S52的中斷系統(tǒng)

2.5AT89S52的串行通信

習題二第二章AT89S52單片機的硬件結構片內程序存儲器(內部ROM)、片外程序存儲器(外部ROM)、片內數(shù)據(jù)存儲器(內部RAM)和片外數(shù)據(jù)存儲器(外部RAM)，如圖2-1所示。2.1AT89S52存儲器結構圖2-1AT89S52存儲器結構2.1.1程序存儲器

1.程序存儲器的結構

AT89S52單片機芯片內配置了8KB的可編程Flash存儲器(在2.1.2節(jié)中介紹),地址為0000H~1FFFH,可外部擴展到64KB,程序存儲器的結構如圖2-1(a)所示。

2.程序存儲器中的中斷矢量區(qū)

其他6個地址單元的入口地址為中斷服務程序的矢量地址,如表2-1所列。表2-1中斷源與中斷矢量地址

3.外部程序存儲器的擴展

在AT89S52單片機的芯片內配置有8KB的Flash存儲器,當不能滿足應用系統(tǒng)開發(fā)的需要時,可以擴展外部程序存儲器,最大可擴展至64KB。這樣,系統(tǒng)程序存儲器的整個存

儲空間最大可擴展為64KB,地址范圍為0000H~FFFFH,其中芯片內配置的8KB的Flash程序存儲器地址范圍為0000H~1FFFH,如圖2-1(a)所示。AT89S52單片機外部程序存儲器的擴展方法如圖2-2所示。圖2-2外部存儲器的擴展2.1.2片內Flash存儲器操作

片內Flash操作包括對Flash標志字節(jié)的讀出、并行編程、串行編程、程序加密等。

1.標志字節(jié)

AT89S52的標志字節(jié)共有3B,具體在存儲器中的地址和含義如表2-2所示。表2-2標志字節(jié)的地址、內容和代表含義

2.程序存儲器的加密

AT89S系列單片機提供了3位加密位(LB1、LB2、LB3),對每位加密位可維持原來的非編輯狀態(tài)(U),也可進行編程(P),根據(jù)每位加密位是否進行了編程便可組合形成幾種不同的保護模式如表2-3所示。表2-3程序加密位的保護模式

3.Flash存儲器的并行編程

(1)Flash存儲器的并行編程方式。圖2-3所示為并行編程的接口電路圖。

(2)并行編程的算法。從并行編程接口電路可以看出,當AT89S52單片機編程時,除了地址線和數(shù)據(jù)線外還需要一

些控制信號。表2-4所示為編程時這些控制信號的狀態(tài)情況。圖2-3AT89S52Flash存儲器并行編程的接口電路表2-4AT89S52Flash存儲器編程狀態(tài)

(3)數(shù)據(jù)查詢方式。

(4)準備就緒/忙(RDY/

)信號。

(5)程序的校驗。圖2-4所示為AT89S52片內Flash存儲器并行校驗的接口電路。

(6)Flash程序存儲器的片擦除。圖2-4AT89S52Flash存儲器并行校驗接口電路

4.Flash存儲器的串行編程

1)Flash存儲器的串行編程方式

當RST引腳接高電平時,可通過串行接口ISP對AT89S52Flash進行編程。串行接口ISP由引腳P1.5/MOSI、P1.6/MISO和P1.7/SCK組成,P1.5/MOSI作為串行指令的輸入引腳,

P1.6/MISO為串行數(shù)據(jù)的輸出引腳,P1.7/SCK為串行移位脈沖的輸入引腳。串行編程/下載接口電路如圖2-5所示。圖2-5AT89S52Flash存儲器串行編程/下載接口電路

2)Flash存儲器的串行編程算法

(1)對RST、VCC和GND引腳加電．

(2)在P1.5/MOSI引腳輸入編程允許指令。

(3)在P1.5/MOSI引腳輸入寫程序存儲器指令。

3)AT89S52的串行編程指令

AT89S52單片機的串行編程指令為4B格式,表2-5給出了AT89S52單片機串行編程指令的格式構成和各指令的編碼。表2-5AT89S52單片機的串行編程指令集在寫程序加密位時,數(shù)位B1和B2的值與保護模式的關系如表2-6所示。表2-6B1和B2的值與保護模式的關系

4)串行編程模式下的數(shù)據(jù)查詢

AT89S52在串行編程模式下也具有數(shù)據(jù)查詢功能。

在寫周期內,讀出最后寫入的字節(jié)時,則在串行數(shù)據(jù)輸出口P1.6/MISO引腳上出現(xiàn)寫入字節(jié)數(shù)據(jù)最高位的反碼。

圖2-6為串行編程模式下的時序圖,表2-7為時序參數(shù)。圖2-6串行編程模式下的時序圖表2-7Flash編程串行模式時序參數(shù)2.1.3數(shù)據(jù)存儲器

1.內部RAM

存儲器空間如圖2-1(b)所示。

1)工作寄存器區(qū)

2)可按位尋址的RAM區(qū)

如表2-8所示,在內部數(shù)據(jù)存儲區(qū)RAM中的20H~2FH共16個單元可進行位尋址,這一存儲空間稱為“位尋址區(qū)”。

3)用戶RAM區(qū)

4)片內高128B空間表2-8內部RAM中位地址表

2.外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展

片外數(shù)據(jù)存儲器的擴展方法如圖2-7所示。圖2-7片外數(shù)據(jù)存儲器的擴展2.1.4特殊功能寄存器SFR

表2-9給出了這些特殊功能寄存器的符號、名稱和地址等。表2-9AT89S52特殊功能寄存器(SFR)的地址空間及復位后的值1.程序計數(shù)器PC

2.累加器Acc

3.B寄存器

4.程序狀態(tài)字PSW

PSW的格式及位定義如表2-10所示。表2-10PSW的格式及位定義如表2-11所示,當使用名稱尋址時,由RS1、RS0兩位配合指定使用哪組寄存器。表2-11工作寄存器組與RS1、RS0的對應關系5.堆棧指針SP

6.數(shù)據(jù)指針DPTR

7.輔助功能寄存器AUXR和AUXR1

1)輔助功能寄存器AUXR

AUXR的格式及位定義見表2-12。表2-12AUXR的格式及位定義

2)輔助功能寄存器AUXR1

AUXR1的格式及位定義見表2-13。表2-13AUXR1的格式及位定義通過設置DPS可進行數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1的切換。切換時,應通過軟件來保存DPS。切換示意圖如圖2-8所示。圖2-8切換示意圖8.并行端口P0～P3

9.串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF

10.定時/計數(shù)器T0、T1和T2單片機芯片內的一項重要內容就是并行I/O口。AT89S52有4個8位的并行雙向I/O口,共32條I/O口線。這4組I/O口分別記作P0、P1、P2和P3,它們也屬于特殊功能寄存器,具有字節(jié)尋址和位尋址功能。具體見表2-14。2.2并行I/O接口表2-14AT89S52并行I/O接口2.2.1P0口

1.P0口位結構和工作原理

P0口結構原理如圖2-9所示．

2.P0口的功能

(1)作I/O接口使用。

(2)作地址/數(shù)據(jù)復用總線用。圖2-9P0口位結構原理圖2.2.2P1口

P1口是一個8位口,可按字節(jié)訪問也可按位訪問,其字節(jié)訪問地址為90H,位訪問地址為90H～97H。

1.P1口位結構和工作原理

P1口的位結構原理圖如圖2-10所示。

2.P1口的功能

3.P1口的第二功能圖2-10P1口的位結構原理圖2.2.3P2口

P2口是一個多功能的8位口,可以字節(jié)訪問也可以位訪問,其字節(jié)訪問地址為A0H,位訪問地址為A0H~A7H。

1.P2口位結構和工作原理

P2口位結構原理圖如圖2-11所示。

2.P2口的功能

3.P2口使用中要注意的問題

圖2-11P2口位結構原理2.2.4P3口

P3口是一個多功能8位I/O接口,可按字節(jié)訪問也可按位訪問,其字節(jié)訪問地址為B0H,位訪問地址為B0~B7H。

1.P3口位結構與工作原理

P3口的位結構原理圖如圖2-12所示。

2.P3口的功能

圖2-12P3口的位結構原理2.3.1定時/計數(shù)器的基本原理

2.3.2定時/計數(shù)器T0/T1的控制與狀態(tài)寄存器

1.T0和T1的控制寄存器TCON

格式及位定義如表2-15所示。2.3AT89S52的定時/計數(shù)器T0、T1和T2表2-15T0和T1的控制寄存器TCON格式及位定義

2.定時/計數(shù)器T0和T1的工作模式寄存器TMOD

TMOD寄存器用于選擇定時/計數(shù)器T0和T1的工作模式,低4位用于定時/計數(shù)器0,高4位用于定時/計數(shù)器1,兩部分的操作功能完全相同。

其格式及位定義如表2-16所示。表2-16T0和T1的工作模式寄存器TMOD格式及位定義

(1)M1和M0:定時/計數(shù)器工作模式選擇位,M1和M0的不同取值設定了定時/計數(shù)器的4種工作模式,如表2-17所示。

(2)C/

:選擇定時或計數(shù)功能選擇位。

(3)GATE:門控位。表2-17M1、M0工作方式及功能說明2.3.3T0/T1的四種工作模式

1.模式0

TMOD的M1和M0設置為00時,T1和T0工作在模式0。模式0是選擇T1或T0的高8位和低5位(TL的高3位未用)組成一個13位的定時/計數(shù)器,當TL的低5位溢出時,向TH進位;當TH溢出時,向中斷標志位TF(硬件置位TF)進位,并申請中斷。T0的邏輯結構如圖2-13所示。圖2-13T0模式0邏輯結構定時時間t為

計數(shù)初值

最小的定時時間TMIN為

最大的定時時間TMAX為

2.模式1

用指令將M1、M0設為0、1時,定時/計數(shù)器工作在模式1。在模式1下,TL和TH全部使用,組成16位,如圖2-14所示。圖2-14T0模式1邏輯結構定時時間t為

計數(shù)初值X為

最小的定時時間TMIN為

最大的定時時間TMAX為

3.模式2

模式2是將TL配置成一個可自動重裝的8位定時/計數(shù)器,而將TH作為預置寄存器。其邏輯結構如圖2-15所示。圖2-15T0模式2邏輯結構計數(shù)初值為

4.模式3

對于T0而言,在模式3中,內部控制邏輯把TH0和TL0配置成2個相互獨立的8位計數(shù)器,如圖2-16所示。因為T1在模式3下沒有TF1可用,所以只能把計數(shù)溢出直接送給串行口,如圖2-17所示。圖2-16T0模式3邏輯結構圖2-17T1模式3邏輯結構2.3.4定時/計數(shù)器T2的控制與狀態(tài)寄存器

1.定時器T2控制寄存器T2CON

T2CON為T2的控制專用寄存器，格式與TCON不同，除了參與中斷控制和定時控制外，還參與了串行口波特率的時鐘選擇。下面講述與定時有關的控制位，其格式及位定義如表2-18所示。表2-18定時器T2控制寄存器T2CON格式及位定義

2.定時器T2模式寄存器T2MOD

T2MOD為T2方式控制寄存器,同TMOD一樣，它只能用字節(jié)傳送指令來設置其內容，而不能位尋址。字節(jié)地址為C9H,復位值為××××××00B，其格式及位定義如表2-19所示。表2-19定時器T2模式寄存器T2MOD格式及位定義2.3.5T2的工作模式

T2是一個功能較強的定時/計數(shù)器,具有自動重裝和捕獲能力。在特殊功能寄存器中有5個與T2有關的寄存器:控制寄存器T2CON、捕獲寄存器RCAP2H和RCAP2L、定時寄存器高低字節(jié)TH2和TL2。根據(jù)T2CON和T2MOD特殊功能寄存器的設置,T2有4種操作模式,如表2-20所示。表2-20定時/計數(shù)器T2工作模式

1.自動重裝模式

當DCEN=0時,T2為自動向上計數(shù),自動重裝模式如圖2-18所示。圖2-18T2自動重裝模式(DCEN=0)當DCEN=1時,允許T2向上或向下計數(shù),由引腳T2EX的電平狀態(tài)控制計數(shù)方向。其自動重裝模式原理如圖2-19所示。圖2-19T2自動重裝模式(DCEN=1)

2.捕捉模式

當CP/＝１時,T2工作在捕捉模式。捕捉模式是指在一定條件下,自動將計數(shù)器TH2和TL2的數(shù)據(jù)分別讀入RCAP2H和RCAP2L。其工作原理如圖2-20所示。圖2-20T2捕捉式原理圖

3.波特率發(fā)生器模式

當設置RCLK和TCLK同時為1或其中一個為1時,T2便進入波特率發(fā)生器模式。波特率發(fā)生器模式原理如圖2-21所示。

當用T2作為波特率發(fā)生器時,波特率的計算公式為

波特率＝圖2-21T2波特率發(fā)生器模式

4.可編程時鐘輸出模式

P1.0引腳除了作普通I/O外,還有兩個替代功能,一是可以編程為T2的外部計數(shù)脈沖輸入端;二是可以編程為50%占空比的時鐘輸出端,即可編程時鐘輸出模式,如圖2-22所示。

輸出頻率取決于振蕩器頻率和存于捕捉寄存器RCAP2中的重裝數(shù)值,其計算公式為

時鐘輸出頻率=圖2-22T2時鐘輸出模式2.4.1中斷的基本概念

中斷響應過程示意圖如圖2-23所示。2.4AT89S52的中斷系統(tǒng)圖2-23中斷響應示意圖

2.4.2中斷源

中斷源和中斷矢量地址如表2-21所示。圖2-24所示為AT89S52單片機的中斷功能示意圖。AT89S52的中斷源可分成外部中斷源和內部中斷源。表2-21中斷源和中斷矢量地址圖2-24AT89S52單片機的中斷功能示意圖2.4.3AT89S52的中斷標志與控制

1.定時/計數(shù)器0、1控制寄存器TCON

TCON是定時/計數(shù)器和外部中斷兩者合用的一個特殊功能寄存器,復位時為00H,可位尋址。TCON的字節(jié)地址為88H,其格式如下:

2.定時器2控制寄存器T2CON

定時器2控制寄存器T2CON字節(jié)地址為C8H,其格式如下:

3.串行口控制寄存器SCON

串行口控制寄存器SCON字節(jié)地址為98H,其格式如下:

4.中斷允許控制寄存器IE

AT89S52的中斷均屬于可屏蔽中斷,即通過軟件對特殊功能寄存器IE的設置,實現(xiàn)對各中斷源的中斷請求允許(開放)或屏蔽(禁止)的控制。中斷控制寄存器IE的格式及各位含義如下:

5.中斷優(yōu)先級控制寄存器IP

中斷優(yōu)先級控制寄存器IP的字節(jié)地址為B8H,具有位尋址功能,可通過軟件設置各個中斷源的中斷優(yōu)先級。IP控制寄存器的格式如下:當同時有兩個或兩個以上相同優(yōu)先級的中斷請求時,則由內部按查詢順序決定優(yōu)先響應的中斷請求,排在順序后面的、未被響應的中斷請求將被掛起。其優(yōu)先順序由高到低順序排列。優(yōu)先順序排列如表2-22所示。表2-22中斷優(yōu)先順序2.4.4中斷響應的條件、過程與時間

1.中斷響應的條件

2.中斷響應過程

3.中斷響應時間

2.5.1串行通信概述

1.串行通信的通信方式

1)同步通信

面向字符型的數(shù)據(jù)格式又有單同步、雙同步和外同步之分。

①單同步:發(fā)送方先傳送一個同步字符,再傳送數(shù)據(jù)塊,接收方檢測到同步字符后接收數(shù)據(jù)。

②雙同步:發(fā)送方先傳送兩個同步字符,再傳送數(shù)據(jù)塊,接收方檢測到同步字符就接收數(shù)據(jù),如圖2-25所示。2.5AT89S52的串行通信圖2-25面向字符雙同步數(shù)據(jù)幀格式③外同步:用一條專用線來傳送同步字符,以實現(xiàn)收發(fā)雙方同步操作。

3種同步方式,均以兩個字節(jié)的冗余檢驗碼CRC作為一幀信息的結束。

面向位型的數(shù)據(jù)格式如下:

根據(jù)IBM的同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程SDLC,SDLC數(shù)據(jù)幀格式如圖2-26所示。圖2-26SDLC數(shù)據(jù)幀格式

2)異步通信

異步通信的幀格式如圖2-27所示。圖2-27異步通信數(shù)據(jù)的幀格式

2.串行通信的傳輸方式

串行通信的傳輸方式可以分為單工、半雙工及全雙工3種。

2.5.2RS232C標準總線及通信設計

1.RS232C接口的引腳描述

RS232C標準規(guī)定接口有25根連線、D型插頭和插座,采用25芯引腳或9芯引腳的連接器,RS232C標準接口如圖2-28所示。

雖然RS232C標準規(guī)定接口定義了25條連線,但通常只有以下9個信號經(jīng)常使用,其對應關系如表2-23所示。

2.RS232C接口的具體規(guī)定圖2-28RS232C標準接口圖表2-239針連接器和25針連接器的對應關系2.5.3AT89S52串行通信接口

1.串行口的控制

1)串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF

2)串行口控制寄存器SCON

串行口的工作模式設定和基本控制操作通過設定串行口控制寄存器SCON完成,串行口控制寄存器SCON除可進行字節(jié)尋址外,還可以進行位尋址,其各位定義及格式如下:

(1)SM0,SM1:串行口工作模式選擇位。對應著串行口的4種工作模式,如表2-24所示。

(2)SM2:多極通信控制位。表2-24串行口工作模式

3)電源控制寄存器PCON

電源控制寄存器PCON中只有SMOD(PCON.7)位與串行口的工作有關。

需要注意的是,PCON寄存器不能位尋址,對于SMOD位的修改只能采用字節(jié)操作方式,如MOVPCON,#80H。其位定義及格式如下：

2.串行口的工作模式及串行通信波特率

1)模式0

2)模式1

波特率可以用下式表示:

串行口方式1的波特率=

式中,n=32或16,由PCON的SMOD1位決定。SMOD1=0,n=32;SMOD1=1,n=16。因此,串行口模式1的波特率也可以用下式表示:

串行口方式1的波特率=

×(定時器T1或T2的溢出率)串行口接收/發(fā)送波特率發(fā)生器使用的定時器如表2-25所列。表2-25串行口接收/發(fā)送波特率發(fā)生器使用的定時器為了實現(xiàn)定時器計數(shù)初值重裝,通常選擇模式2。在模式2中,TL1作計數(shù)用,TH1用于保存計數(shù)初值,當TL1計滿溢出時,TH1的值自動重裝到TL1中。因此一般選用T1工作于方式2作波特率發(fā)生器。設T1的計數(shù)初值為X,C/

=0時,那么每過256-X個機器周期,定時器T1就會產(chǎn)生一次溢出。

則T1的溢出周期為

溢出周期=

×(256－X)溢出率為溢出周期的倒數(shù),所以

波特率=

定時器T1模式2的計數(shù)初值X由上式可得:

定時器T1可以通過中斷方式實現(xiàn)非常低的波特率,將TMOD的高半字節(jié)設為0001B。T1配置為16位定時器,并使用中斷進行16位軟件重裝,如表2-26所列。表2-26T1在常用波特率下重裝值的設定定時器T2工作在波特率發(fā)生器方式時,內部結構如圖

2-29所示,其操作與自動重裝載方式類似。圖2-29T2作波特率發(fā)生器時內部邏輯結構當外部時鐘信號由T2引腳引入時,

波特率=

當時鐘信號由內部產(chǎn)生時,

波特率=

自動重裝的計數(shù)初值為

RCAP2H、RCAP2L=65536－

表2-27列出了常用的波特率及在RCAP2中存入的T2的重裝值。表2-27常用波特率對應的T2計數(shù)初值

1.AT89S52單片機存儲器的組織結構是怎樣的？

2.AT89S52單片機的存儲器可劃分為幾個空間？各自的地址范圍和容量是多少？在使用上有什么不同？

3.AT89S52單片機如何確定和改變當前的工作寄存器組？

4.AT89S52單片機的程序ROM中0000H、0003H、000BH、0013H、001BH和0023H這幾個地址具有什么特殊的功能？習題二

5.AT89S52單片機有哪幾個特殊功能寄存器？可按位尋址的SFR有幾個？

6.程序狀態(tài)字PSW的作用是什么？常用標志位有哪些？其作用是什么?

7.AT89S52單片機的信號有什么功能？如何正確地使用？

8.內部RAM的低128B劃分為幾個區(qū)域？各有什么功能及特點？

9.ALE信號有何功用？一般情況下它與機器周期的關系如何？在什么條件下ALE信號可用作外部設備的定時信號？

10.堆棧的作用是什么？堆棧指示器的作用又是什么？

11.AT89S52單片機的P0、P1、P2和P3口各有什么特點？

12.什么是I/O接口？I/O接口的作用是什么？

13.AT89S52片內設有4個I/O端口(并行),使用時有哪些特點和分工？簡述各個并行

I/O口的結構特點。

14.何謂準雙向I/O口？在使用中如何正確處理？

15.何謂分時復用？在什么情況下出現(xiàn)復用？在硬件應作何處理？

16.AT89S52的并行I/O端口信息有幾種讀取方法？讀修改寫操作是針對I/O口的哪一部分進行的？有什么優(yōu)點？

17.何謂總線？采用總線結構有何