单片机输入输出测试.ppt
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1、第二讲(M1-2)单片机输入/输出测试电子信息工程系电子技术教研室一、识别单片机、发光二极管1、MCS-51单片机的三种封装形式外观1封装:PDIP40(PlasticDualInlinePacket40)塑料双列(直插封装)体积大插拔或焊接方便容易加工缺口侧圆形标记处为1脚调试样机建议采用此封装。外观2封装:PLCC44(PlasticJ-leadedChipCarrier)塑料J形引脚芯片载体体积较小插拔或焊接方便。中心正上方圆形标记处为1脚一、识别单片机、发光二极管外观3封装:TQFP44(ThinPlasticGullWingQuadFlatPacket)扁体塑料鸥翼状方形平面封装体积
2、最小只能焊接左下方缺口侧圆形标记处为1脚批量生产设计推荐此封装一、识别单片机、发光二极管2、发光二极管(LightEmittingDiode)二极管:正向导通、反向截止。种类检波二极管具有结电容低,工作频率高和反向电流小等特点。调幅检波。快恢复二极管开关特性好、反向恢复时间短。开关电源。肖特基二极管属于一种快恢复二极管。正向压降低,开关电源。整流二极管电流大,反向耐压高。工频整流。开关二极管开关速度比较快,正向导通反向截止建立时间比较短。稳压二极管利用PN结反向击穿特性所表现出的稳压性能制成的器件齐纳二极管zenerdiodes。是稳压二极管的代名词。发光二极管发光二极管 LED。体积小、功耗
3、低、发光效率高、响应速度快。体积小、功耗低、发光效率高、响应速度快。一、识别单片机、发光二极管2、发光二极管(LightEmittingDiode)外观其他:数码管、点阵模块一、识别单片机、发光二极管2、发光二极管(LightEmittingDiode)驱动(电压,电流10mA)电路设计单个LED单个数码管多位数码管点阵显示屏灰度显示屏51单片机基本结构二、MCS-51单片机介绍二、MCS-51单片机介绍1、MCS-51Intel803180518052各厂商均推出51核单片机Atmel(-),Philips(P89C52),Winbond(W78E52B),AT89C51、AT89C52AT
4、89S51、AT89S52(ISP在线更新)二、MCS-51单片机介绍2、引脚介绍(PDIP)二、MCS-51单片机介绍3、引脚介绍(TQFP)4、引脚定义与说明1)主电源引脚(2根)VCC(Pin40):电源输入,接5V电源GND(Pin20):接地线2)外接晶振引脚(2根)XTAL1(Pin19):片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin18):片内振荡电路的输出端3)控制引脚(4根)RST/VPP(Pin9):复位引脚,引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位初始化。设计单片机应用系统时,这个引脚一定要连接相应复位电路。ALE/PROG(Pin30):地址锁存允许信号。在系统扩展时,A
5、LE用于把P0口输出的低8位地址锁存起来,以实现低位地址和数据的隔离。此外,由于ALE是以晶振的1/6固定频率输出的正脉冲,因此它可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。PSEN(Pin29):外部存储器读选通信号。PSEN有效(低电平)时,可实现对外部ROM单元的读操作。EA/VPP(Pin31):程序存储器的内外部选通,接低电平从外部程序存储器读指令,如果接高电平则从内部程序存储器读指令。当电源发生故障,电压降低到下限值时,备用电源经此端向内部RAM提供电压,以保护内部RAM中的信息不丢失。4)可编程输入/输出引脚(32根)P0P1P2P3(兼做特殊功能口)5、AT89S52主要特性与MCS-5
6、1兼容8K字节可编程FLASH存储器寿命:10,000写/擦次全静态工作:0Hz-33MHz三级程序存储器锁定256*8位内部RAM32可编程I/O线三个16位定时器/计数器8个中断源可编程串行通道片内集成看门狗双数据指针低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路6、内部结构三、MCS-51单片机组成、单片机的组成(1)中央处理器(CPU)CPU是单片机的核心,是计算机的控制和指挥中心,由运算器和控制器等部件组成。运算器包括一个可进行8位算术运算和逻辑运算的单元(ALU)、8位的暂存器、8位的累加器(ACC)、寄存器B和程序状态寄存器(PSW)等。控制器包括程序计数器(PC)、指令寄存器(IR
7、)、指令译码器(ID)、振荡器及定时电路等。(2)内部数据存储器(内部RAM)8051芯片中共有256个RAM单元,后128个单元被专用寄存器占用;前128个单元供用户使用,用于存放可读/写的数据。通常所说的内部数据存储器就是指前128个单元。(3)内部程序存储器(内部ROM)有4KB掩膜ROM,用于存放程序、原始数据或表格。(4)定时/计数器共有两个16位的定时/计数器,可实现定时或计数功能,并以其定时或计数结果对计算机进行控制。(5)并行I/O口共有4个8位的I/O口(P0、P1、P2、P3),可实现数据的并行输入/输出。(6)串行口单片机有一个全双工的串行口,可实现单片机和其它设备之间的
8、串行数据传送。该串行口功能较强,既可作为全双工异步通信收发器使用,也可作为同步移位器使用。(7)中断控制系统共有5个中断源,外中断两个、定时/计数中断两个、串行口中断一个。全部中断分为高级和低级两个优先级别。(8)时钟电路芯片的内部有时钟电路,但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率一般为6MHz和12MHz。2、组成框图CPURAMROMCLKPORTTiUART.内部数据存储器低内部数据存储器低128单元单元单片机的内部RAM共有256个单元,通常把这256个单元按其功能划分为两部分:低128单元(单元地址00H7FH)和高128单元(单元地址80H
9、FFH)。下表为低128单元的配置情况。四、MCS-51内部数据存储器内部数据存储器 RAM的低的低128单元的配置单元的配置低128单元是单片机的真正RAM存储器,按其用途划分为寄存器区、位寻址区和用户RAM区等3个区域。1).寄存器区(通用寄存器、工作寄存器)8051共有4组寄存器,每组8个寄存单元(各为8位),以R0R7作为寄存单元编号。寄存器常用于存放操作数及中间结果等。4组通用寄存器占据内部RAM的00H1FH单元地址。在任一时刻,在任一时刻,CPU只能使用其中的一组寄存器只能使用其中的一组寄存器,正在使用的那组寄存器称为当前寄存器组,由程序状态字寄存器PSW中RS1、RS0位的状态
10、组合来决定。通用寄存器为CPU提供了就近存储数据,有利于提高单片机的运算速度;还能提高程序编制的灵活性。2).位寻址区内部RAM的20H2FH单元。位寻址区共有16个RAM单元,128位,位地址为00H7FH。MCS-51具有布尔处理机功能,这个位寻址区可以构成布尔处理机的存储空间。下表为片内RAM位寻址区的位地址表。3).用户RAM区80个单元供用户使用的一般RAM区,其单元地址为30H7FH。常把堆栈开辟在此区中。片内片内RAM位寻址区的位地址位寻址区的位地址.内部数据存储器高内部数据存储器高128单元单元供给专用寄存器使用,单元地址为80HFFH。这些寄存器的功能已作专门规定,称为专用寄
11、存器(Special Function Register),也称为特殊功能寄存器SFR。AT89S52定义了32个地址为SFR。必须直接寻址。理解并使用各SFR功能,是成功开发应用51单片机的关键。1).专用寄存器(SFR)共有21个专用寄存器:(1)程序计数器(Program Counter,PC):PC是一个16位的计数器,它的作用是控制程序的执行顺序。其寻址范围达64 KB。PC有自动加1功能,从而可实现程序的顺序执行。PC没有地址,不可寻址,无法读/写,可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容,以实现程序的转移。PC因地址不在SFR(专用寄存器)之内,所以一般不用作专用寄存器。(2)累
12、加器(Accumulator,ACC):累加器为8位寄存器,是最常用的专用寄存器,其功能较多,地位重要。(3)B寄存器:B寄存器是一个8位寄存器,主要用于乘/除运算。进行乘法运算时,B存乘数;乘法操作后,乘积的高8位存于B中。进行除法运算时,B存除数;除法操作后,余数存于B中。B寄存器也可作为一般数据寄存器使用。(4)程序状态字(Program Status Word,PSW):是一个8位寄存器,存放程序运行中的各种状态信息。其中有些位的状态是根据程序执行结果,由硬件自动设置的,而有些位的状态则由软件方法设定。PSW的位状态可以用专门指令进行测试,也可以用指令读出。PSW各位的定义如下:除位保
13、留未用外,其余各位的定义及使用如下:CY(PSW.7)进位标志位。功能有二个:一是存放算术运算的进位标志,在进行加或减运算时,如果操作结果的最高位有进位或借位,则CY由硬件置“1”,否则被清“0”;二是在位操作中作累加位使用。位传送、位与位或等位操作,操作位之一固定是进位标志位。AC(PSW.6)辅助进位标志位。在进行加或减运算中,若低4位向高4位进位或借位,则AC由硬件置“1”,否则被清“0”。在BCD码调整中也要用到AC位状态。F0(PSW.5)用户标志位。这是一个供用户定义的标志位,需要利用软件方法置位或复位,用来控制程序的转向。RS1和,PSW.3)寄存器组选择位。它们被用于选择CPU
14、当前使用的通用寄存器组。通用寄存器共有4组,其对应关系:单片机上电或复位后,RS1 RS0=00。OV(PSW.2)溢出标志位。在带符号数加减运算中,OV=1表示加减运算超出了累加器A所能表示的符号数有效范围(-128+127),即产生了溢出,因此运算结果是错误的;OV=0表示运算正确,即无溢出产生。在乘法运算中,OV=1表示乘积超过255,即乘积分别在B与A中;OV=0表示乘积只在A中。在除法运算中,OV=1表示除数为0,除法不能进行;OV=0表示除数不为0,除法可正常进行。P(PSW.0)奇偶标志位。P标志位表明累加器A中内容的奇偶性,如果A中有奇数个“1”,则P置“1”,否则置“0”。凡
15、是改变累加器A中内容的指令均会影响P标志位。此标志位对串行通信中的数据传输有重要的意义,因为在串行通信中常采用奇偶校验的办法来校验数据传输的可靠性。(5)数据指针(DPTR)。DPTR为16位寄存器。编程时,DPTR既可以按16位寄存器使用,也可以按两个8位寄存器分开使用,即:DPH DPTR高位字节DPL DPTR低位字节DPTR通常在访问外部数据存储器时用作地址指针。由于外部数据存储器的寻址范围为64 KB,故把DPTR设计为16位。(6)堆栈指针(Stack Pointer,SP)。堆栈是一个特殊的存储区,用来暂存数据和地址,它是按“先进后出”的原则存取数据的。堆栈共有两种操作:进栈和出
16、栈。MCS-51单片机的堆栈设在内部RAM中,因此SP是一个8位寄存器。系统复位后,SP的内容为07H,因而复位后堆栈实际上是从08H单元开始的。但08H1FH单元分别属于工作寄存器13区,如程序要用到这些区,最好把SP值改为1FH或更大的值。一般在内部RAM的30H7FH单元中开辟堆栈。SP的内容一经确定,堆栈的位置也就跟着确定下来。2).专用寄存器中的字节寻址和位地址MCS-51系列单片机有21个可寻址的专用寄存器,其中有11个专用寄存器是可以位寻址的。下面把各寄存器的字节地址及位地址一并列于下表中。专用寄存器地址表专用寄存器地址表对专用寄存器的字节寻址问题作如下几点说明:(1)21个可字
17、节寻址的专用寄存器是不连续地分散在内部RAM高128单元之中的,尽管还余有许多空闲地址,但用户并不能使用。(2)程序计数器PC不占据RAM单元,它在物理上是独立的,因此是不可寻址的寄存器。(3)对专用寄存器只能使用直接寻址方式,书写时既可使用寄存器符号,也可使用寄存器单元地址。RAM总结:51单片机内部有256字节RAM。地址范围00H7FH,80HFFH。对于80HFFH,必须采用间接寻址方式。以区别于SFR区。00H1FH为四组工作寄存器区。一般不用做通用RAM。而是间接寻址的操作区。20H2FH,共16个字节,128位,支持位寻址,位寻址地址范围为:00H7FH。SFR寄存器也支持位寻址
18、。位寻址地址范围为:80HFFH。可位寻址是51系列单片机布尔处理的特色。MCS-51的程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。8051片内:4 KB的ROM;8751片内:4 KB的EPROM;8031片内:无ROM;89C51片内:4 KB的FPEROM。MCS-51片外最多能扩展64 KB程序存储器。EA=1,0000H0FFFH地址,片内ROM;1000HFFFFH地址,片外ROM。EA=0,0000H0FFFH地址,片外ROM。五、MCS-51内部程序存储器内部程序存储器MCS-51的程序存储器中有特殊功能单元。0000H0002H:系统复位后,(PC)=0000H,单片机从0000
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