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二、原理说明
A8051单片机介绍
2.1基本特性
8051单片机主要功能特点如下:
(1)8位CPU;
片内128BRAM
(2)片内4KBROM/EPROM;
特殊功能寄存器区
(3)2个优先级的5个中断源结构;
4个8位并行I/O口(P0、P1、P2、
P3)
(4)2个16位定时/计数器(MCS-52子系列为3个);
全双工串行口
(5)布尔处理器;
64KB外部数据存储器地址空间
(6)64KB外部程序存储器地址空间;
片内振荡器及时钟电路
8051片内程序存储器为掩膜ROM,可根据特殊要求和用途在制造芯片是将专用程序固化进去,成为专用单片机。
引脚功能
MCS-51系列单片机大多都采用40条引脚双列直插式器件,引脚除+5V(
Vcc40脚)和电源地(Vss20引脚)外,按其功能主要由以下三大部分组成。
右图为为8051的引脚图。
2.2时钟电路
XTAL1(19脚)――芯片内部振荡电路(单极反相放大器)输入端。
TAL2(18脚)――芯片内部振荡电路(单极反相放大器)输出端。
MCS-51的时钟可由内部方式或外部方式产生。
2.3控制信号
2.3.1RST/Vpd(9脚)复位信号
时钟电路工作后,在此引脚上出现两个机器周期的高电平,芯片内部进行初始复位,复位后片内寄存器状态如下表所示。
复位后内部寄存器状态
寄存器
内容
PC
0000H
TMOD
00H
ACC
OOH
TCON
B
TH0
PSW
TL0
SP
07H
TH1
dptr
TL1
P0~P3
0FFH
SCON
IP
XXX)0000
SBUF
不定
IE
0XX)0000
PCON
0XXX0000
P0~P3口输出高电平,初值07H写入堆栈指针SP、清0程序计数器
PC和其余特殊功能寄存器。
但初始复位不影响片内RAM状态,只要该
引脚保持高电平,MCS-51将循环复位。
RST/Vpd从高电平变成低电平时,单片机将从0号单元开始执行程序。
另外该引脚还具有复用功能。
只要将Vpd接
+5v电源,一旦Vcc电位突然或断电,能保护片内RAM中的信息不会丢失,复电后能正常工作。
2.3.2ALE/PrOG(30引脚)地址锁存信号
当访问外部存储器时,P0口输出的低八位地址由ALE输出的控制信号锁存到片外地址锁存器,P0口输出地址低八位后,又能与片外地址/数据复用口,那么P0口上的信息究竟时地址还是数据完全又ALE来定义,ALE高电平期间,P0口上一般出现地址信息,在ALE下降沿是,将P0口上地址信息锁存到片外地址锁存器,在ALE低电平期间P0口上一般出现指令和数据信息。
平时不访问片外存储器时,该端也以六分之一的时钟频率固定输出正脉冲。
因
而亦可作系统其它芯片的时钟源。
ALE可驱动8个TTL门。
2.3.3PSEN(29脚)片外程序存储器读选通
PSEN低电平有效,8051访问片外程序存储器时,程序计数器PC通过P2口和P0口输出十六位指令地址,作为程序存储器读信号,PSEN输出负脉冲
将相应存储单元的指令读出并送到P0口上,供8051执行。
PSEN同样可驱动8个TTL门输入。
2.3.4EA/Vpp(31脚)内部和外部程序存储器选择信号
对于8051来说,内部有4K字节的程序存储器,当EA为高时,CPU访问程序存储器有两种情况:
a、地址小于4K时访问内部程序存储器。
b、地址大于4K时访问外部程序存储器。
若EA接地,则不使用内部程序存储器,不管地址大小,取指时总是访问外部程序存储器。
对于EPROM型的单片机,在EPROM编程时,此引脚用于施加21伏编程电压VPP。
2.4I/O口
8051单片机有4个双向8位I/O口P0~P3,P0n为三态双向口,负载能力为8个LSTTL门电路,P1~P3为准双向口(用作输入时,口锁存器必须先写1”,
负载能力为4个LSTTL门电路。
2.58051定时/计数器
一般单片机内部都设有定时/计数器,因为有的测控系统是按时间间隔定时控制的,如定时对物理过程(如温度)的采样测量等,虽然可以通过延时程序实现定时,但这会降低CPU的工作效率。
如果能利用一个可编程的实时时钟获得延时定时,就可以提高CPU的工作效率。
另外,也有一些测控系统时根据外部信号的计数结果来实现控制的,必须对外部随机时间(往往为脉冲信号)进行计数。
因此,单片机内部一般都设置可变成的定时/计数器,以
Tcy为机器周期。
不管时定时还是计数工作方式,定时器TO或T1再对内部时钟或外部脉冲计数时,不占用CPU的时间,除非产生溢出才可能中断CPU的当前操作由此可见,定时/计数器是单片机内部效率高且工作灵活的部件。
另外,每个定时/计数器还有四种工作方式,即有四种逻辑结构模式。
其中工作方式0〜2对TO和T1都是一样的,而方式3对两者是不同的【。
2.5.28051定时器模式的工作
8051内含有2个16位的定时计数器,称为定时器0及定时器1,如同一般定时计数器的功能,其主要有两种作用:
第一、执行一段特定时间长短的计时。
第二、可以计算由T0或T1引脚输入的脉冲数。
前者在应用上可以产生正确的时间延迟及定时去执行中断服务例程,这是单片机在软件控制程序上常用到的技巧,而后者的应用则是计数器或是计数器的设计。
这两个定时器本身都有4种工作模式可供使用:
(1)模式0:
13位计时工作模式。
(2)模式1:
16位计时工作模式。
(3)模式2:
具有自动重新加载计数值的8位计时工作模式。
(4)模式3:
在此模式工作时,定时器1本身停止计时的工作。
而定时器0分为两个独立的8位定时器由TL0及TH0来负责计时的任务。
模式0到模式2中,定时器0和定时器1的使用方法都一样,只有在模式3时才不同。
2.5.3定时计数器相关控制寄存器
设计定时器相关控制寄存器说明如下表所示.
(1)TCON寄存器
每个位都可按位寻址,可分别设置或清除,适当地控制这些位便可控制定时器地动作
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0IE0
其中有关符号说明如下:
a.TF1:
TC0N.7,定时器1溢位标志,当定时器计时终止产生溢位时,硬件会自动设为1,而在执行过中断服务程序后,硬件会自动清除该位。
b.TR1:
TCON.6,定时器1计时启动位,通过软件来设置或清除做启动或停止计数的功能。
c.TF0:
TCON.5,定时器0溢位标志,其功能同TF1。
d.TR0:
TCON.4,定时器0定时启动位,其功能同TR1。
e.IE1:
TCON.3,外部中断1(引脚INT1)的中断设置标志。
当INT1引脚由外部送入中断信号,而硬件检测到此信号时,会将此位设置。
在
执行过中断服务例程后,硬件会自动清除此位。
f.IT1:
TCON.2,外部中断1的中断信号类型设置,当IT1=1时,中断信号位负缘触发。
若IT仁0时则为低电平触发。
g.IE0:
TCON.1,外部中断0(引脚INT0)的中断设置,当INT0引脚由
外部送入中断信号,而硬件检测到此信号时将此位设置,在执行过中
断服务程序后,硬件自动清除此位。
h.IT0:
TCON.0,外部中断0的中断信号类型设置,当IT0=1时,中断信号为负缘触发。
若IT0=0时,则为低电平触发。
定时计数器相关控制寄存器及其说明
名称
地址
功能
88H
定时器控制寄存器
89H
定时器工作模式选择寄存器
8CH
定时器0高8位计时寄存器
8AH
定时器0低8位计时寄存器
8DH
定时器1高8位计时寄存器
8BH
定时器1低8位计时寄存器
(2)TMOD计时模式选择寄存器
此寄存器不可按位寻址,其结构如下:
GATE
C/T
M1
M0
1
|
.定时器1
定时器0
其中的有关符号说明如下:
a.GATE:
定时器动作的开关控制位,当GATE=0时,定时器在TR0=1或TR1=1时会工作。
而当GATE=1时,且TR0=1或TR1=1,定时器要在INTO或INT1引脚成为高电平时才会执行计时的工作。
b.C/T:
计时功能或计数功能的选择位,C/T=0执行计时工作,而C/T=1时才执行计数的功能。
c.MO、M1:
工作模式选择,其设置情况说明如表1-4所示。
TMOD寄存器的B1、B0位的设置及其说明
工作模式
模式0
模式1
模式2
模式3
(3)IE:
中断启用寄存器
可按位寻址,地址A8H,用来启用各种中断信号的产生,各个位说明如
ET0
EA
EX0
ET2
ES
ET1
EX1
a.EA(IE.7):
EA=0时,所有中断禁用(中断不产生);
EA=1时,各中
下:
断的产生由个别的启用位决定。
b.—(IE.6):
保留。
c.ET2(IE.5):
启用定时器2溢位的中断(8052用)。
d.ES(IE.4):
启用串行端口的中断(ES=1启用,ES=O禁用)
e.ET1(IE.3):
启用定时器1中断。
f.EX1(IE.2):
启用外部中断INT1的中断。
g.ETO(IE.I):
启用定时器0中断。
h.EXO(IE.O):
启用外部中断INTO的中断。
B.LED原理
选用的是共阴极的LED
型
37
4-
—*■
pnmcn
FD.1JAC1
和曲闪PD4^,C*
PD5f\D5pne^cePDT^CT
发光二极管的阴极连在一起的称为共阴极显示器。
通常的七段LED显示
块中有八个发光二极管,故也称为八段显示器。
其中七个发光二极管构成七笔字型“8”一个发光二极管构成小数点。
七段显示块与单片机接口非常容易。
只要将一个八位并行输出口与显示块的发光二极管相连即可。
八位并行输出
口输出不同的字
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