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一、MCS-51单片机结构与原理
MCS-51单片机芯片有许多种,如8051、8031、8751、80c51、80c31等。它由中央处理器(CPU)、时钟电路、程序存储器(ROM/EPROM)、数据存储器(RAM)、并行I/O口(P0~P3)、串行口、定时器/计数器及中断系统组成。它们通过单一总线连接,并被集成在一块半导体芯片上,即单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer)。 中央处理器CPU是单片机内部的核心部件,它决定了单片机的主要功能特性,由运算器和控制器两部分组成。 运算器 运算器是计算机的运算部件,用于实现算术逻辑运算、位变量处理、移位和数据传送等操作。它是以算术逻辑单元ALU为核心,加上累加器ACC、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2、程序状态字PSW以及十进制调整电路和专门用于位操作的布尔处理器组成。 控制器 控制器是CPU的神经中枢,它包括定时控制逻辑电路、指令寄存器、译码器、地址指针DPTR及程序计数器PC、堆栈指针SP等。这里程序计数器PC是由16位寄存器构成的计数器。要单片机执行一个程序,就必须把该程序按顺序预先装入存储器ROM的某个区域。单片机动作时应按顺序一条条取出指令来加以执行。 1、8051单片机引脚 单片机的40个引脚大致可分为4类:电源、时钟、控制和I/O引脚 VCC(40脚):电源端,为+5V。 Vss(20脚):接地端。 电路引脚XLAL2(18脚): 接外部晶体和微调电容的一端。若需采用外部时钟电路时,该引脚输入外时钟脉冲,要检查8051的振荡电路是否正确工作,可用示波器查看XLAL2端是否有脉冲信号输出。 时钟电路引脚XLAL1(19脚): 接外部晶体的微调电容的另一端。在片内它是振荡电路方相放大器的输入端。在采用外部时钟时,该引脚必须接地。 RST(9脚): RST是复位信号输入端,高电平有效。当此输入端保持两个机器周期,即24个时钟振荡周期的高电平时,就可以完成复位操作。RST引脚的第二功能是VPD,即备用电源的输入端。当主电源Vcc发生故障降低到低电平规定值时,将+5V电源自动接入RST端,为RAM提供备用电源,以保证存储在RAM中的信息不丢失,以使电源正常后能继续正常运行。 ALE(30脚): 地址锁存允许信号端。当8051上电正常工作后,ALE引脚不断向外输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率fosc的1/6。CPU访问片外存储器时,ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。在CPU访问片外数据存储器时,会丢失一个脉冲。平时不访问外存储器时,ALE端也可1/6的振荡频率固定输出正脉冲,因而ALE也可以用作对外输出时钟或定时信号。如果你想看一下8051芯片的好坏,可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出,如有,则8051基本上是好的。ALE端的负载驱动能力为8个LS型TTL。此引脚的第二功能PROG是对片内带有4K EPROM的8751固化程序时,作为编程脉冲输入端。 PSCN(29脚): 程序存储器允许输出信号端。在访问片外程序存储器时,此端 口定时输出脉冲作为读片外程序存储器的选通信号。此引脚EPROM的OE端,PSCN端有效,即允许读出片外EPROM中的指令码。CPU在外部EPROM取指区间,PSCN信号在每个机器周期中有两个有效。PSCN端同样可驱动8个LS型TTL。要检查一个8051小系统上电后CPU能否正确到EPROM中读取指令码,也可用示波器看PSEN端无脉冲输出,如有,说明基本上正常工作。 EA(31脚): 外部程序存储器地址允许输入端。当EA引脚接高电平时,CPU访问片内EPROM并执行内部程序存储器中的指令,但在程序计数器PC的值超过OFFFH时,将自动转向执行片外程序存储器内的程序 。当输入信号EA引脚接低电平时,CPU只访问外部EPROM并执行外部程序存储器中的指令,而不管是否有片内程序存储器。对于无片内ROM的8031,必须外扩EPROM,此时必须将EA引脚接地。此引脚的第二功能Vpp是对8751片内EPROM固化编程时,作为施加较高编程电压输入端。 P0口(39—32脚): P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。作为漏极开路的输出端口,每位能驱动8个LS型TTL负载。当P0口作为输入口使用时,应先向口锁存器(地址80H)写入全1,此时P0口的全部引脚浮空,可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向的含义。在CPU访问片外存储器时,P0口是分时提供低8位地址和8位数据的复用总线。在此区间,P0口内部上拉电阻有效。 P1口(1脚—8脚): P1口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口。P1口的每一位能驱动4个LS型TTL负载。在P1口锁存器(地址90H)写入全1,此时P1口引脚由内部上拉电阻接成高电平。 P2口(21脚—28脚): P2口是一个带内部上接电阻的8位准双向I/O端口。、P2口的每一位能驱动4个LS型TTL负载。 P3口(21脚—28脚): P3口是一个带内部上接电阻的8位准双向I/O端口。P3口的每一位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其他I/O口有很大区别,它除作为一般准双向I/O口外,每个引脚还具有专门的功能。 2、并行输入/输出端口结构 接口电路是单片机不可缺少的组成部分,并行I/O接口是CPU和外部进行信息交换的主要通道。通过I/O口,单片机可以外接外围设备,可以进行系统扩展,来解决硬件资源不足的问题。MCS-51单片机内部共有4个双向的8位并行I/O端口(Port),分别记作P0、P1、P2、P3,共32根引脚。各端口的每一位均由锁存器(即特殊功能寄存器P0~P3)、输出驱动器和输入缓冲器所组成。它们在结构上基本相同,但仍存在差别,所以各端口的性质和功能也有差异。 P0口的字节地址为80H,位地址为80H~87H。P0口的各位具有完全相同但又互相独立的逻辑电路,P0 口的某一位电路包括一个数据输出锁存器,用于进行数据位的锁存。两个三态的数据输入缓冲器,分别用于锁存器数据和引脚数据的输入缓冲。 P1口的字节地址为 90H,位地址为90H~97H。P1口的某一位的位结构的电路原理图。 P1口只能作为通用的I/O端口使用,因此不再需要多路转换开关MUX了。 P2口的字节地址0A0H,位地址0A0~0A7H。P2口的结构与P0口基本相似某一位的位结构的电路原理。输出驱动电路中有上拉电阻。作I/O口使用时,与P0口相同。另外外部扩展存储器时用作地址线(高8位)使用。 P3口的字节地址0B0H,位地址0B0~0B7H。P3口是一个双功能口,某一位的位结构的电路原理图。P3口可以作为通用I/O使用,但在实际应用中常使用它第二功能,表1列出了P3口的第二功能定义。 7H。P3口是一个双功能口,某一位的位结构的电路原理图。P3口可以作为通用I/O使用,但在实际应用中常使用它第二功能,表1列出了P3口的第二功能定义。 |
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