51单片机时序及接口扩展课件.ppt

1、测量与机电控制核心课程 1、存储器配置及特点、存储器配置及特点 2、时序的概念及时序的概念及51单片机的典型时序单片机的典型时序3、单片机一般接口扩展方法单片机一般接口扩展方法Contents本章知识点本章知识点测量与机电控制核心课程存储器的结构分类存储器的结构分类：存储器在结构上分为两种存储器在结构上分为两种 哈佛哈佛(Har-vard)结构：程序和数据空间分开结构：程序和数据空间分开 普林斯顿普林斯顿(Princeton)结构：结构：程序和数据空间统一程序和数据空间统一MCS51单片机采用哈佛结构。单片机采用哈佛结构。2.1 存储器配置及特点测量与机电控制核心课程存储器存储空间的划分存储器

2、存储空间的划分：在在物理结构物理结构上有上有4个存储空间：个存储空间：片内程序存储器（片内程序存储器（ROM）、片外程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器（片内数据存储器（RAM）、）、片外数据存储器。片外数据存储器。2.1 存储器配置及特点测量与机电控制核心课程存储器存储空间的划分存储器存储空间的划分：在在逻辑结构逻辑结构上有上有3个存储空间：个存储空间：64K字节片内片外统一编址的程序存储器、字节片内片外统一编址的程序存储器、256字节片内数据存储器、字节片内数据存储器、64K片外数据存储器。片外数据存储器。在访问三个不同的逻辑存储空间时，采用不同的指令和不同的控制信号在访问三个不同的

3、逻辑存储空间时，采用不同的指令和不同的控制信号 2.1 存储器配置及特点测量与机电控制核心课程片内数据片内数据存储器存储器特殊功能寄存器区 数据缓冲器区工作寄存器区00H1FH20H2FH30H80HFFH7FH7FH00H256字节0000HFFFFH片外数据片外数据存储器存储器64K64K字节程序程序存储器存储器64K字节片外60K1000HFFFFH片外片外EA=0（8031）片内片内0000H0FFFHEA=1（8051）（8751）（4K）（8031）（8051）EA=0（8051）（8751）EA=1（8751）位位寻寻址址区区测量与机电控制核心课程6316256B8KB89528

4、7528052803252子系列子系列5216128B4KB895187518051803151子系列子系列 E2PROM EPROMROM无无中中断断源源 定时定时/计数器计数器 片片 内内 RAM RAM 容容 量量 片片 内内 ROM ROM 容容 量量片内片内ROMROM形式形式 资源资源 配置配置 系列系列测量与机电控制核心课程1、程序存储器（、程序存储器（ROM）作用：作用：用于存放程序和常数表格用于存放程序和常数表格 一般采用只读式存储器一般采用只读式存储器ROM、EPROM、EEPROM；特点特点:l 寻址范围寻址范围64K，与之对应的编址为与之对应的编址为0000HFFFFH

5、；l 片内片外连续统一编址，先片内再片外，地址不重合；片内片外连续统一编址，先片内再片外，地址不重合；l 有有6个特殊单元：个特殊单元：0000H：复位入口地址复位入口地址 0003H：外部中断外部中断INT0入口地址入口地址 000BH：定时器定时器T0/C0溢出中断入口地址溢出中断入口地址 0013H：外部中断外部中断INT1入口地址：入口地址：001BH：定时器定时器T1/C1溢出中断入口地址：溢出中断入口地址：0023H：串行口中断入口地址；串行口中断入口地址；2.1 2.1 存储器配置及特点存储器配置及特点测量与机电控制核心课程注意事项：注意事项：l 系统若扩展片外程序存储器时，系统

6、若扩展片外程序存储器时，P0口口（通过锁存器）、（通过锁存器）、P2口口与与 16位位地址线连接；地址线连接；l 对于片内有程序存储器的单片机（如对于片内有程序存储器的单片机（如8751），），EA1（先片内后片先片内后片外）；对于片内无程序存储器的单片机（如：外）；对于片内无程序存储器的单片机（如：8031）,在在调试时调试时EA=1（不用不用8031的程序存储器），而的程序存储器），而使用时使用时EA=0;l 外部程序存储器读选通信号外部程序存储器读选通信号PSEN只用于外部只用于外部 ROM取指，对片内程取指，对片内程序存储器无效；序存储器无效；l 6个特殊单元，一般存放一条个特殊单元，

7、一般存放一条无条件跳转无条件跳转语句；语句；l 访问外部访问外部ROM时，用时，用MOVC指令。指令。l 程序计数器（程序计数器（PC）程序计数器用于安放下一条要执行的指令的地址，是一个十六位程序计数器用于安放下一条要执行的指令的地址，是一个十六位专用寄存器，可寻址范围为专用寄存器，可寻址范围为64K，PC在物理上是独立的，不属于在物理上是独立的，不属于SFR。2.1 2.1 存储器配置及特点存储器配置及特点测量与机电控制核心课程2、数据存储器（、数据存储器（RAM）作用：作用：用于存放运算中间结果、数据暂存和缓存、标用于存放运算中间结果、数据暂存和缓存、标 志位等。志位等。一一 般采用读写存

8、储器般采用读写存储器:静态静态/动态动态RAM。特点：特点：l 片内、片外分别编址；片内、片外分别编址；片内地址：片内地址：00和和FFH,片外地址：片外地址：0000HFFFFH。l 片外片外RAM用数据指针用数据指针DPTR寻址，由管脚寻址，由管脚RD/WR控制控制 RAM的读出的读出/写入；写入；l 片内片内RAM分为四个区（工作寄存器区、位寻址区、数据分为四个区（工作寄存器区、位寻址区、数据 缓冲区和特殊功能寄存器区）。缓冲区和特殊功能寄存器区）。2.1 2.1 存储器配置及特点存储器配置及特点测量与机电控制核心课程工作寄存器区工作寄存器区：分为分为4 4组，每组，每8 8个寄存器为一

9、组，用个寄存器为一组，用R0R7R0R7表示，它的作用是供编程时临时寄表示，它的作用是供编程时临时寄存存8 8位数据，工作寄存器区域的选择由程序位数据，工作寄存器区域的选择由程序状态寄存器状态寄存器PSWPSW的的RS1/RS0RS1/RS0（即即PSW4 PSW4 PSW 3PSW 3）决定决定。由由PSW中的中的2位位RS1、RS0来决定选来决定选 哪一组为当前工作寄存器：哪一组为当前工作寄存器：RS1、RS0=00 选选0组组 RS1、RS0=01 选选1组组 RS1、RS0=10 选选2组组 RS1、RS0=11 选选3组组在位地址区，每一个在位地址区，每一个BIT都有一个都有一个 地

10、址，共地址，共168=128位位通用RAM区 (80B)位地址区(16B)寄存器区4组(32B)7FH寄存器3组寄存器2组寄存器1组寄存器0组.00H00H30H2FH20H1FH.2.1 2.1 存储器配置及特点存储器配置及特点测量与机电控制核心课程位寻址区：位寻址区：从从20H到到2FH共共16个字节单元，在这区域内可进行位寻址，个字节单元，在这区域内可进行位寻址，16个字节共有个字节共有128位，其位地址为：位，其位地址为：00H7FH。数据缓冲区：数据缓冲区：用作堆栈和工作单元。用作堆栈和工作单元。特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR)区：区：8051单片机有单片机有21个特殊功能寄存

11、器，它离散的分布在片内个特殊功能寄存器，它离散的分布在片内高高128（80HFFH）字节内，其中字节内，其中11个特殊功能寄存器还可位个特殊功能寄存器还可位寻址，这寻址，这11个字节地址都可被个字节地址都可被8整除，如整除，如ACC的字节地址为的字节地址为E0（224），），其位地址为其位地址为E0H-E7H。对此区中的空闲地址的操作是无意义的。对此区中的空闲地址的操作是无意义的。常用的特殊功能寄存器：常用的特殊功能寄存器：Acc，B，PSW，SP，DPTR等。等。2.1 2.1 存储器配置及特点存储器配置及特点测量与机电控制核心课程字节地址位 地 址 D7 D0 2FH7F7E7D7C7B7

12、A79782EH77767574737271702DH6F6E6D6C6B6A69682CH67666564636261602BH5F5E5D5C5B5A59582AH575655545352515029H4F4E4D4C4B4A494828H474645444342414027H3F3E3D3C3B3A393826H373635343332313025H2F2E2D2C2B2A292824H272625242322212023H1F1E1D1C1B1A191822H171615141312111021H0F0E0D0C0B0A090820H07060504030201002.1 2.1 存储

13、器配置及特点存储器配置及特点测量与机电控制核心课程 与与ALU相关的（相关的（3个）个）（1）ACC累加器累加器 累加器是一个最常用的专用寄存器，他属于累加器是一个最常用的专用寄存器，他属于SFR，大部分单操作大部分单操作数指令的操作数取自累加器，很多双操作数指令的一个操作数取自数指令的操作数取自累加器，很多双操作数指令的一个操作数取自累加器，加、减、乘、除算术运算指令的运算结果存放在累加器累加器，加、减、乘、除算术运算指令的运算结果存放在累加器A或或B寄存器中。寄存器中。（2）B寄存器寄存器 在乘除指令中用到了在乘除指令中用到了B寄存器，乘法指令的两个操作数分别取自寄存器，乘法指令的两个操作

14、数分别取自A和和B，其结果存放在其结果存放在A和和B寄存器对中。例如除法指令中，被除数取寄存器对中。例如除法指令中，被除数取自自A，除数取自除数取自B，商存放于商存放于A。余数存放于余数存放于B。（3）状态字）状态字 PSW PSW是是8位寄存器，用于作为程序运行状态的标志。这是一位寄存器，用于作为程序运行状态的标志。这是一个很重要的部件，里面存放了个很重要的部件，里面存放了CPU工作时的很多状态，借此，我们工作时的很多状态，借此，我们可以了解可以了解CPU的当前状态，并作出相应的处理。的当前状态，并作出相应的处理。2.1 2.1 存储器配置及特点存储器配置及特点测量与机电控制核心课程状态字（

15、状态字（PSW）（1）进位标志位进位标志位Cy（Carry）用于加减运算时，保存最高位进用于加减运算时，保存最高位进 位、借位状态。位、借位状态。（2）辅助进位位辅助进位位AC（Auxiliary Carry）例：例：78H+97H 0111 1000 +1001 0111 1 0000 1111 有进位CY=1没有半进位AY=0D0D72.1 2.1 存储器配置及特点存储器配置及特点测量与机电控制核心课程（3）用户标志位用户标志位F0 作为软件标志，由编程人员决定何时使用。作为软件标志，由编程人员决定何时使用。（4）溢出标志位溢出标志位OV 有符号数运算时，如果发生溢出，有符号数运算时，如果

16、发生溢出，OV置置“1”，否则清，否则清“0”。（5）工作寄存器组选择位工作寄存器组选择位RS1、RS0（6）奇偶校验位奇偶校验位P 它用来表示累加器它用来表示累加器A内容中二进制数位内容中二进制数位“1”的个数的奇偶的个数的奇偶性。若为奇数，则性。若为奇数，则P=1，否则为，否则为0。例：例：某运算结果是某运算结果是79H（01111001），），P=1。2.1 2.1 存储器配置及特点存储器配置及特点测量与机电控制核心课程与指针相关的（与指针相关的（2个）个）（1）数据指针（）数据指针（DPTR）16位位SFR，可分开为两个可分开为两个8位：位：DPL和和DPH。（2）栈指针（）栈指针（S

17、P）什么是栈什么是栈?为什么设栈为什么设栈?“先进后出先进后出”原则。原则。SP是一个是一个8位寄存器，指示堆栈顶部在内部位寄存器，指示堆栈顶部在内部RAM中的位置，中的位置，专门用来存放堆栈的栈顶地址。入栈能自动加专门用来存放堆栈的栈顶地址。入栈能自动加1，出栈则自动减，出栈则自动减1。系统复位后初始化的值为系统复位后初始化的值为07H，则堆栈由，则堆栈由08H单元开始，占单元开始，占用了工作寄存器空间，可以改变用了工作寄存器空间，可以改变SP的值。的值。2.1 2.1 存储器配置及特点存储器配置及特点测量与机电控制核心课程（1）I/O口口P0、P1、P2、P3（2）串行数据缓冲器）串行数据

18、缓冲器SBUF (Serial Date Buffer)（3）串行控制寄存器串行控制寄存器SCON (Serial Control Register)（4）电源控制寄存器）电源控制寄存器PCON (Power Control Register)与端口相关的（与端口相关的（7个）个）与定时与定时/计数器相关的（计数器相关的（6个）个）（1）定时器工作模式寄存器）定时器工作模式寄存器TMOD (Timer/Counter Mode Register)（2）定时器控制寄存器）定时器控制寄存器TCON (Timer/Counter Control Register)（3）T0、T1的记数初值寄存器的记

19、数初值寄存器TH0、TL0、TH1、TL12.1 2.1 存储器配置及特点存储器配置及特点测量与机电控制核心课程（1）中断优先级控制寄存器）中断优先级控制寄存器IP (Interrupt Priority Register)（2）中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器IE (Interrupt Enable Register)与中断相关的（与中断相关的（2个）个）2.1 2.1 存储器配置及特点存储器配置及特点测量与机电控制核心课程时序时序是用定时单位来描述的，是用定时单位来描述的，MCS-51的时序单位有的时序单位有4个，它们分别是个，它们分别是节拍、状态、机器周期和指令周期节拍、状态、机器周

20、期和指令周期，节拍节拍P：又称又称振荡周期振荡周期，振荡源提供给单片机的周期；振荡源提供给单片机的周期；状态状态S：又称又称时钟周期时钟周期，它是振荡周期的，它是振荡周期的2倍或振荡信号的倍或振荡信号的2分频，即分频，即一个状态有两个节拍，记为一个状态有两个节拍，记为P1、P2；机器周期：机器周期：完成一个基本操作所需的时间，完成一个基本操作所需的时间，6个时钟周期为一个时钟周期为一 个机器周期（个机器周期（12个个振荡周期振荡周期）。）。指令周期：指令周期：执行一条指令所需的时间，一般由若干（执行一条指令所需的时间，一般由若干（1-4）个机器周）个机器周期组成。期组成。例：例：若若 Fosc

21、6 MHz，振荡周期振荡周期1/6 s，时钟周期时钟周期1/3 s，机器机器周期周期2 s ，指令周期指令周期28 s。2.2 CPU2.2 CPU时序时序测量与机电控制核心课程P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2S1S2S3S4S5S6机器周期机器周期P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2S1S2S3S4S5S6机器周期机器周期2.2 CPU2.2 CPU时序时序测量与机电控制核心课程1、单片机最小应用系统单片机最小应用系统2、系统扩展的含义系统扩展的含义 在单片机芯片外加相应的芯片、电路，使得有关功在单片机芯片外加相应的芯片

22、、电路，使得有关功能得以扩充，我们称为系统扩展（即系统资源的扩充）。能得以扩充，我们称为系统扩展（即系统资源的扩充）。3、系统扩展分类系统扩展分类-单一功能的扩展和综合功能的扩展单一功能的扩展和综合功能的扩展4、系统扩展需要解决的问题系统扩展需要解决的问题 单片机与相应芯片的接口电路连接与编程。单片机与相应芯片的接口电路连接与编程。2.3 2.3 单片机一般接口扩展单片机一般接口扩展测量与机电控制核心课程1、访问外部程序存储器的时序访问外部程序存储器的时序2.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程2、总线扩展、总线扩展作用：作用：数据与低数据与低8位地址线进行分离；位地址线进行分离；方

23、法：方法：利用利用ALE的下降沿将地址信号锁存到锁存器中；的下降沿将地址信号锁存到锁存器中；常用芯片：常用芯片：8D触发器触发器74LS273、74LS377；8位锁存器位锁存器74LS373、82822.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程LS373的功能表的功能表LS373的结构的结构2.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程地址锁存器与单片机的连接地址锁存器与单片机的连接2.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程常常用用的的EPROM芯芯片片2.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程3、扩展的基本结构扩展的基本结构MCS-51单片机访问外部程序存储器所使

24、用的单片机访问外部程序存储器所使用的控制信号控制信号有：有：ALE：低低8位地址锁存控制信号位地址锁存控制信号PSEN：外部程序存储器外部程序存储器“读取读取”控制信号控制信号 2.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程4、典型单片典型单片EPROM的扩展电路的扩展电路1注：注：OE为输出允许端，低电平有效；为输出允许端，低电平有效；CE为片允许端，低电平有效为片允许端，低电平有效 2.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程4、典型单片典型单片EPROM的扩展电路的扩展电路22.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程0000H 、4000H、8000H、C000H1FF

25、FH、5FFFH、9FFFH、DFFFH 基本地址范围：基本地址范围：0000H1FFFH，在程序设计时，应注意在程序设计时，应注意把程序和常数放在基本地址范围内，以免出现混乱。把程序和常数放在基本地址范围内，以免出现混乱。2.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程5、线选法线选法多片多片EPROM的扩展电路的扩展电路1 把单根高字节地址线直接连到存储器的把单根高字节地址线直接连到存储器的片选端片选端 例：例：8051与三片（与三片（IC1IC3）2764（8K）的连接）的连接D0D7P2.6P2.7PSENP2.0P2.4P0.0P0.75D0D7锁锁存存器器A8A12OECEA0A

26、7A8A12A0A7OECEIC1OECEA8A12OECEA0A7D0D7IC2IC36000H7FFFHA000HBFFFH 8051C000HDFFFHD0D7P2.588D0D72.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程5、线选法线选法多片多片EPROM的扩展电路的扩展电路2 D0D7P2.6PSENP2.0P2.4P0.0P0.75D0D7锁锁存存器器A8A12OECEA0A7A8A12A0A7OECEIC1OECEA8A12OECEA0A7D0D7IC2IC38051D0D7P2.588D0D72.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程6、译码、译码法法多片多片EP

27、ROM的扩展电路的扩展电路1（全译码）（全译码）A8A12A8A12CEA8A12P2.7P2.6P2.5Y0Y1Y2Y7CBACECE地址锁存器D0D7D0D7A0A7A0A7A0A7E1 E2 E3VCCIC2IC3 0000H1FFFH2000H3FFFH4000H5FFFH VSSOEOEOE8051LS138373858D0D7IC1PSEN P2.0P2.4 P0.0P0.72.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程地址：地址：2.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程6、译码、译码多片多片EPROM的扩展电路的扩展电路2（部分译码）（部分译码）例：例：8051与与

28、2片（片（IC1、IC2）2716的连接的连接法法A8A12CEA8A10P2.7P2.6P2.5Y0Y1Y2Y3GABCE地址锁存器D0D7A0A7A0A7IC2OEOE8051373838D0D7IC1PSEN P2.0P2.2 P0.0P0.72-4译码器译码器2.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程地址重叠：地址重叠：2.3.1 程序存储器的扩展测量与机电控制核心课程1、访问外部访问外部数据数据存储器的时序存储器的时序2.3.2 数据存储器的扩展PCH输出PCL输出指令输入地址输出PCL输出数据输入PCH输出PCH输出DPH输出或P2输出丢弃指令输入测量与机电控制核心课程2、

29、扩展时所用芯片扩展时所用芯片6264引脚功能A0A0A1A12 2地址线 CE选片 OE读D0D7数据线写 WEN.CA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccWECSA8A9A11OEA10CED7D6D5D4D3SRAM 62642.3.2 数据存储器的扩展测量与机电控制核心课程数据总线的连接：数据总线的连接：P0.0P0.7（数据总线）（数据总线）-D0D7 地址总线的连接：地址总线的连接：P0.0P0.7（地址总线低（地址总线低8位）位）-A0A7P2.0P2.4（地址总线高（地址总线高8位中的位中的5位）位）-A8A12控制总线的连接：控制总线的连接：RD（读外部

30、数据）（读外部数据）-OE WR（写外部数据）（写外部数据）-WE ALE（地址锁存允许）（地址锁存允许）-接接373的使能端的使能端 G 经过373 80318031626462643 3、扩展电路连接、扩展电路连接6264WE 8031P2.0:A8.ALERD74LS373GA7.A0P0.0P0.0 :P0.7P0.7OECEQ0.Q7D0.D7A12P2.4WR2.3.2 数据存储器的扩展测量与机电控制核心课程单片机单片机 8031P2.0P2.1P2.2A8A9A10ALERD74LS373G6264A7A6A5A4A3A2A1A0O0O1O2O3O4O5O6O7P0.0P0.1P

31、0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7OECEQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7D0D1D2D3D4D5D6D7WEWRP2.7P2.3P2.4A11A122.3.2 数据存储器的扩展测量与机电控制核心课程2.3.2 数据存储器的扩展测量与机电控制核心课程1 1、EEPROMEEPROM简介：简介：2.3.3 EEPROM存储器的扩展 EEPROM无需外加编程无需外加编程电源和编程脉冲即可完成写电源和编程脉冲即可完成写入工作。若作为程序存储器入工作。若作为程序存储器使用时，使用时，EEPROM应按程序应按程序存储器连接方法编址；若作存储器连接方法编址；若作为数据存储器使用时，可按为数据存

32、储器使用时，可按数据存储器或数据存储器或I/O口编址，也口编址，也可通过扩展可通过扩展I/O口与系统总线口与系统总线连接。连接。测量与机电控制核心课程2、2817A工作方式选择工作方式选择：字节擦除DINVILVILVIHVIL字节写入高阻高阻任意任意VIH维持DOUT高阻VIHVILVIL读I/ORDY/BUSYWEOECE 引脚在擦、写操作期间，在擦、写操作期间，RDY/BUSY脚为低电平，当字脚为低电平，当字节擦写完毕时，节擦写完毕时，RDY/BUSY脚为高电平。脚为高电平。2.3.3 EEPROM存储器的扩展测量与机电控制核心课程3、8031与与2817A的连线：的连线：2.3.3 EEPROM存储器的扩展