單片機基礎(chǔ)知識及最小系統(tǒng)

1、總線總線（Bus）:就是將多個裝置或部件連接起來并傳送信息的公共通道?？偩€實際上是一組傳輸信號的線路。系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線: :一般分為三種類型，即地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，有時也稱為三大總線。（1）地址總線地址總線(Address Bus(Address Bus簡稱簡稱AB)AB) 傳輸CPU發(fā)出的地址信息，選擇需要訪問的存貯單元和IO接口電路。 地址總線是單向的地址總線是單向的，只能由CPU向外傳送地址信息。（2）數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線(Data Bus(Data Bus簡稱簡稱DB)DB) 用來在微處理器和存貯器以及輸入輸出（I/O）接口之間傳送數(shù)據(jù)，如從存貯器中取數(shù)據(jù)到CPU，把運算結(jié)果從C

2、PU送到外部輸出設(shè)備等。 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線是雙向的總線是雙向的，即數(shù)據(jù)可從CPU傳出，也可以從外部送入CPU。 可以是CPU的控制信號或狀態(tài)信號送往外界，也可以是外部設(shè)備的請求信號或聯(lián)絡(luò)信號輸入到CPU。對于每一條具體的控制線，信號的傳送方向則是固定的，個別信號線還兼有雙向功能。 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線是傳送信息的通道，非常繁忙。其使用特點如下： 在某一時刻，只能由一個總線主控設(shè)備控制總線，其它總線主控設(shè)備必須放棄總線的控制權(quán)。 在連接系統(tǒng)總線的各個設(shè)備中，同時只能有一個發(fā)送者向總線發(fā)送信號，但可以從總線上同時獲取信號。 存儲器就是存放程序和數(shù)據(jù)的部件。有了存儲器，計算機才能進行程序的運行和數(shù)據(jù)的處理。

3、 微機上的存儲器分為“主存”和“輔存”兩類，當前它們主要由半導體存儲器和磁盤、光盤存儲器等分別構(gòu)成。 比較比較： （1）半導體存儲器造價高、速度快、但容量小，主要用來存放當前正在運行的程序和正在待處理的數(shù)據(jù)；磁盤、光盤造價低、容量大、信息可長期保存，但速度慢，主要用來存放暫不運行的程序和暫不處理的數(shù)據(jù)。 （2）半導體存儲器被安排在機內(nèi)的電路板上，CPU可以通過總線直接存取，因而也稱“內(nèi)存”； 磁盤、光盤被安裝在主機箱內(nèi)或主機箱外，CPU通過I/O接口進行存取，所以也稱“外存”。 半導體存儲器分為“只讀存儲器”ROM （Read Only Memory）和“隨機存取存儲器”RAM（Random

4、Access Memory）。 ROM只允許只讀操作，即在正常工作時只能讀取其中的信息；RAM可進行讀寫操作，除讀出外也可寫入，所以又稱為“讀寫存儲器”。 一般的RAM在斷電后原存放信息將會丟失，而ROM中的信息可在斷電后長期保存。 I/O設(shè)備:是指微機上配備的輸入輸出設(shè)備，也稱外部設(shè)備或外圍設(shè)備（簡稱外設(shè)），其功能是為微機提供具體的輸入輸出手段。 微機配置的常見I/O設(shè)備： 鍵盤、顯示器、鼠標器、打印機、繪圖儀、掃描儀磁盤驅(qū)動器等。 I/O接口：匹配外設(shè)與CPU的工作速度、完成信號變換、數(shù)據(jù)緩沖和CPU聯(lián)絡(luò)等工作。 在微機系統(tǒng)中，較復雜的I/O接口電路一般都被做在電路插板上，這種電路插板又被

5、稱為“卡”（Card），只要將它們插入總線插槽(I/O通道)就等于將它們連到了系統(tǒng)總線。單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機存儲器組織片外總線和復位單片機的基本I/O端口單片機的基本組成震蕩器和時序OSC程序存儲器 4KB ROM數(shù)據(jù)存儲器 128B RAM 2x16位 定時/計數(shù)器64KB總線擴展控制器I/O接口全雙工串行口8051CPU外部時鐘源外部事件計數(shù)外中斷內(nèi)中斷控制并行口串行通信8 位的 CPU， 片內(nèi)有振蕩器和時鐘電路片內(nèi)有 128/256字節(jié) RAM片內(nèi)有 0K/4K/8K字節(jié) 程序存儲器ROM可尋址片外 64K字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲器RAM可尋址片外 64K字節(jié) 程序存儲器ROM片內(nèi) 21個 特殊

6、功能寄存器（SFR）4個8位 的并行I/O口（P0-P3）1個 全雙工串行口（SIO/UART）2個16位 定時器/計數(shù)器（TIMER/COUNTER）可處理 5個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級內(nèi)置1個布爾處理器和1個布爾累加器單片機CPU結(jié)構(gòu)CPU是單片機的核心，是計算機的控制和指揮中心，80C51內(nèi)部CPU是一個字長為8位二進制的中央處理單元，即它對數(shù)據(jù)的處理是按字節(jié)為單位進行的。80C51內(nèi)部CPU是由運算器（ALU）、布爾處理器和控制器（定時控制部件等）兩部分電路組成。（1）運算器（ALU）ALU可以對4位、8位、16位數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯運算，并能完成數(shù)據(jù)傳送、移位、判斷和程序轉(zhuǎn)移等操作。

7、（2）控制器控制器是用來控制計算機工作的部件。它包括程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、堆棧指示器SP、數(shù)據(jù)指針DPTR、時鐘發(fā)生器和定時控制邏輯等。單片機的工作工程是：取指令、譯碼、執(zhí)行指令，一步步地完成各種指令規(guī)定的功能。各指令的操作順序在時間上有嚴格的次序，這種操作的時間順序稱為時序。單片機的時鐘信號用來為單片機芯片內(nèi)部各種操作提供時間基準。 80C51單片機指令的取指和執(zhí)行的時序ALE時鐘S1S4S6S5S3S2讀操作碼讀操作碼(無效)(a) 1字節(jié)1周期指令讀下一指令S1S4S6S5S3S2讀操作碼讀第二字節(jié)(b) 2字節(jié)1周期指令讀下一指令S1S4S6S5S3S2讀操作

8、碼讀操作碼(無效)(c) 1字節(jié)2周期指令讀下一指令S1S4S6S5S3S2數(shù)據(jù)存儲器RAM（Random Access Memory）程序存儲器ROM（Read Only Memory）閃速存儲器Flash MemoryEPROMErasable Programmable ROMEEPROM/E2PROMElectrical Erasable Programmable ROM按字節(jié)尋址：每個字節(jié)(8個位)占一個地址按位尋址：有的存儲器每一個位就有一個地址8031內(nèi)部沒有片內(nèi)ROM存儲器，8051/8751有4KB片內(nèi)ROM/EPROM存儲器，地址范圍為0000HFFFFH。無論8031還是8

9、051/8751，都可外接外部ROM。但片內(nèi)外之和不能超過64KB。EA接+5V高電平，則機器使用片內(nèi)4KB ROM； 若EA接地，則機器自動使用片外ROM。 80C51的RAM存儲器有片內(nèi)和片外之分：片內(nèi)RAM 128字節(jié)（00H7FH）片外RAM共有64K字節(jié)（0000HFFFFH）80C51 RAM的實際存儲容量是超過64KB的，片內(nèi)、外的0000H00FFH是重疊的。I/O引腳（48=32條）8051共有四個并行端口，每個端口有8條引腳線，用于傳送數(shù)據(jù)、地址。 P0.0P0.7:8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復用口 (復用時是雙向口；不復用時也是準雙向口) P1.0P1.7: 通用I/O口

10、（準雙向口） P2.0P2.7: 輸出高8位地址（用于尋址時是輸出口；不尋址時是準雙向口） P3.0P3.7: 具有特定的第二功能（準雙向口）注意：在不外擴ROM/RAM時，P0P3均可作通用I/O口使用，而且都是準雙向I/O口！80C51雙列直插式封裝和引腳分配80C51單片機40腳Vcc, GND 2XTAL1, XTAL2 2RST/Vp 1EA/Vpp 1ALE/PROG 1PSEN 1P0.0P0.7 8 P1.0P1.7 8 P2.0P2.7 8 P3.0P3.7 8返回控制引腳（4條）ALE/PROG: 地址鎖存允許控制端。 EA/Vpp: 尋址外部ROM控制端。低有效片內(nèi)有RO

11、M時 應(yīng)當接高電平。PSEN：選通外部ROM的讀(OE)控制端。 低電平有效RESET: 復位端 正脈沖有效（寬度8 mS）時鐘引腳（2條）XTAL1, XTAL2: 片內(nèi)振蕩電路輸入、輸出端電源引腳（2條）Vcc, VSS: 電源端80C51單片機的引腳（電源、晶振端）VCC, VSS: 正電源端與接地端（+5V/3.3V/2.7V)不同 的單片機可以允許不同的工作電壓，不同 的單片機表現(xiàn)出的功耗也不同。XTAL1, XTAL2: 片內(nèi)振蕩電路輸入/輸出端80C51單片機的時序CPU總是按照一定的時鐘節(jié)拍與時序工作：振蕩周期/時鐘周期： Tc=晶振頻率fosc（或外加頻率）的倒數(shù)狀態(tài)周期：T

12、s=2個時鐘周期(Tc)（很少用到此概念）機器周期：Tm=6個狀態(tài)周期(Ts)=12個振蕩周期(Tc)指令周期: Ti:執(zhí)行一條指令所需的機器周期(Tm)數(shù)牢牢記住：1個振蕩周期 = 晶振頻率fosc的倒數(shù)； 1個機器周期 = 12個振蕩周期； 1個指令周期 = 1、2、4個機器周期 80C51單片機的周期示例 以AT89S52為例：12MHz 的晶振振蕩周期/時鐘周期：1/12MHz=1/12uS=0.0833uS狀態(tài)周期：1/6uS=1.167uS機器周期：1uS指令周期: 14uS80C51單片機的引腳（復位端）VCC；VSS : 電源端 （+5V；地線)XTAL1, XTAL2: 片內(nèi)

13、振蕩電路輸入、輸出端RST/VPD: 復位端（高電平有效，寬度兩個機器周期）復位是使單片機的CPU或系統(tǒng)中的其它部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這一狀態(tài)開始工作。當在8051的RST引腳輸入高電平并保持2個機器周期，單片機就執(zhí)行復位操作。80C51單片機的引腳（EA端）VCC VSS : 電源端 （+5V；地線)XTAL1 XTAL2: 片內(nèi)振蕩電路輸入、輸出端RST/VPD: 復位端（高電平有效，寬度兩個機器周期）EA/Vpp: 尋址外部ROM控制端/編程電源輸入端。片內(nèi)無ROM時必須接地;片內(nèi)有ROM時應(yīng)當接高電平;對片內(nèi)ROM編程時編程正電源加到此端。80C51單片機的引腳（ALE端）V

14、CC VSS : 電源端 （+5V；地線)XTAL1 XTAL2: 片內(nèi)振蕩電路輸入、輸出端RST/VPD: 復位端（高電平有效，寬度兩個機器周期）EA/Vpp: 尋址外部ROM控制端/編程電源輸入端。ALE/PROG: 地址鎖存允許/編程脈沖輸入端。 P0口尋址外部低8位地址時接外部鎖存器 G端； ALE端平時會輸出周期正脈沖：f fosc/6 ； 對片內(nèi)ROM編程時編程脈沖由此端加入。 一般情況下，微機的CPU的外部都有單獨的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。而單片機由于引腳數(shù)量的限制，數(shù)據(jù)線和地址線是復用的，并與I/O口線兼用。8051的40條引腳，除電源、晶振接入和通用I/O端口外，其余引

15、腳都是為系統(tǒng)擴展而設(shè)置的。地 址鎖存器地址線數(shù)據(jù)線控制線P2P0PSENALERDWR8051片外總線配置圖地址總線P2口提供高8位地址A8 - A15，P0口經(jīng)地址鎖存器提供低8位地址A7 -A0 。共16位地址，外部尋址空間為64K。數(shù)據(jù)總線P0口提供數(shù)據(jù)總線D7 -D0 。P0口是分時復用線，它既輸送低8位地址信息（經(jīng)地址鎖存器鎖存），又要傳送數(shù)據(jù)信息?？刂瓶偩€主要由ALE、PSEN、WR、RD組成，其中WR、RD是P3口的第二功能。 I/O端口又稱為I/O接口，也叫I/O通道或通路。I/O端口是80C51單片機對外部實現(xiàn)控制和信息交換的必經(jīng)之路，用于信息的傳送。 I/O端口有并行和串行

16、之分，串行I/O端口一次只能傳送一位二進制信息，并行I/O端口一次可傳送一組二進制信息。 8051有4個8位并行I/O端口，稱為P0、P1、P2和P3，每個端口有8條I/O線。 每個端口內(nèi)部都有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，作輸出時數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時數(shù)據(jù)可以緩沖。 下面分別對各端口結(jié)構(gòu)加以說明。I/O端口結(jié)構(gòu)（P0口）P0.0P0.7: 雙向I/O （內(nèi)置場效應(yīng)管上拉） 尋址外部程序存儲器時分時作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復用口；不接外部程序存儲器時可作為8位準雙向I/O口使用。P1.0P1.7: 準雙向I/O口（內(nèi)置了上拉電阻） 輸出時一切照常，僅在作輸入口用時要先對其 寫“1”。讀鎖存器讀鎖存器I/O端口結(jié)構(gòu)（P2口）P2.0P2.7: 雙向I/O （內(nèi)置了上拉電阻） 尋址外部程序存儲器時輸出高8位地址；不接外部程序存儲器時可作為8位準雙向I/O口使用。I/O端口結(jié)構(gòu)（P3口）P3.0P3.7: 雙