《单片机原理及应用》课程教案Word下载.docx

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2.5.1 

P0端口 

（讲解时强调端口完成的功能）

P0口某一位的电路包括：

（1）一个数据输出锁存器，用于数据位的锁存

（2）两个三态的数据输入缓冲器。

（3）一个多路转接开关MUX，设置多路转接开关的目的:

P0口既作通用I/O口，又可作为系统的地址/数据线口。

（4）数据输出的驱动和控制电路，由两只场效应管（FET）组成，上面的场效应管构成上拉电路。

P0口传送地址或数据时，CPU发出控制信号为高电平，打开上面的与门，使多路转接开关MUX打向上边，使内部地址/数据线与下面的场效应管处于反相接通状态。

这时的输出驱动电路由于上下两个FET处于反相，形成推拉式电路结构，大大提高负载能力。

P0口作通用的I/O口使用。

这时，CPU发来的“控制”信号为低电平，上拉场效应管截止，多路转接开关MUX打向下边，与D锁存器的Q*端接通。

（1）作输出口使用

来自CPU的“写入”脉冲加在D锁存器的CP端，内部总线上的数据写入D锁存器，并向端口引脚P0.x输出。

注意：

由于输出电路是漏极开路（因为这时上拉场效应管截止），必须外接上拉电阻才能有高电平输出。

（2）作输入口使用

应区分“读引脚”和“读端口”（或称“读锁存器”）。

“读引脚”信号把下方缓冲器打开，引脚上的状态经缓冲器读入内部总线；

“读锁存器”信号打开上面的缓冲器把锁存器Q端的状态读入内部总线。

2.5.2 

P1端口

字节地址90H，位地址90H～97H。

P1口只作为通用的I/O口使用，在电路结构上与P0口有两点区别：

（1）因为P1口只传送数据，不再需要多路转接开关MUX。

（2）由于P1口用来传送数据，因此输出电路中有上拉电阻，这样电路的输出不是三态的，所以P1口是准双向口。

因此：

（1）P1口作为输出口使用时，外电路无需再接上拉电阻。

（2）P1口作为输入口使用时，应先向其锁存器先写入“1”，使输出驱动电路的FET截止。

2.5.3P2端口

字节地址为A0H，位地址A0H～A7H。

在实际应用中，因为P2口用于为系统提供高位地址，有一个多路转接开关MUX。

但MUX的一个输入端不再是“地址/数据”，而是单一的“地址”，因为P2口只作为地址线使用。

当P2口用作为高位地址线使用时，多路转接开关应接向“地址”端。

正因为只作为地址线使用，口的输出用不着是三态的，所以，P2口也是一个准双向口。

P2口也可以作为通用I/O口使用，这时，多路转接开关接向锁存器Q端。

2.5.4P3端口

P3口的字节地址为B0H，位地址为B0H～B7H。

P3口的第二功能定义，应熟记。

P3口的第二功能定义：

口引脚 

第二功能

P3.0 

RXD（串行输入口）

P3.1 

TXD（串行输出口）

P3.2 

INT0*（外部中断0）

P3.3 

INT1*（外部中断1） 

P3.4 

T0（定时器0外部计数输入）

P3.5 

T1（定时器1外部计数输入）

P3.6 

WR*（外部数据存储器写选通）

P3.7 

RD*（外部数据存储器读选通）

2.5.5P0～P3端口功能总结

使用中应注意的问题：

（1）P0～P3口都是并行I/O口，都可用于数据的输入和输出，但P0口和P2口除了可进行数据的输入/输出外，通常用来构建系统的数据总线和地址总线，所以在电路中有一个多路转接开关MUX，以便进行两种用途的转换。

而P1口和P3口没有构建系统的数据总线和地址总线的功能，因此，在电路中没有多路转接开关MUX。

由于P0口可作为地址/数据复用线使用，需传送系统的低8位地址和8位数据，因此MUX的一个输入端为“地址/数据”信号。

而P2口仅作为高位地址线使用，不涉及数据，所以MUX的一个输入信号为“地址”。

（2）在4个口中只有P0口是一个真正的双向口，P1～P3口都是准双向口。

原因:

P0口作为系统的数据总线使用时，为保证数据的正确传送，需要解决芯片内外的隔离问题，即只有在数据传送时芯片内外才接通；

不进行数据传送时，芯片内外应处于隔离状态。

为此，要求P0口的输出缓冲器是一个三态门。

在P0口中输出三态门是由两只场效应管（FET）组成，所以是一个真正的双向口。

而其它的三个口P1～P3中，上拉电阻代替P0口中的场效应管，输出缓冲器不是三态的，因此不是真正的双向口，只能称其为准双向口

（3）P3口的口线具有第二功能，为系统提供一些控制信号。

因此在P3口电路增加了第二功能控制逻辑。

这是P3口与其它各口的不同之处。

2.6时钟电路与时序

时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必需的时钟控制信号。

2.6.1 

时钟电路

时钟频率直接影响单片机的速度，电路的质量直接影响系统的稳定性。

常用的时钟电路有两种方式：

内部时钟方式和外部时钟方式。

2.6.2机器周期、指令周期与指令时序

单片机执行的指令的各种时序均与时钟周期有关

一、时钟周期

单片机的基本时间单位。

若时钟的晶体的振荡频率为fosc，则时钟周期Tosc=1/fosc。

如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。

二、机器周期

CPU完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。

执行一条指令分为几个机器周期。

每个机器周期完成一个基本操作。

MCS-51单片机每12个时钟周期为一个机器周期，一个机器周期又分为6个状态：

S1～S6。

每个状态又分为两拍：

P1和P2。

因此，一个机器周期中的12个时钟周期表示为：

S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P2。

三、指令周期

执行任何一条指令时，都可分为取指令阶段和指令执行阶段。

取指令阶段，PC中地址送到程序存储器，并从中取出需要执行指令的操作码和操作数。

指令执行阶段，对指令操作码进行译码，以产生一系列控制信号完成指令的执行。

ALE信号是为地址锁存而定义的，以时钟脉冲1/6的频率出现，在一个机器周期中，ALE信号两次有效（但要注意，在执行访问外部数据存储器的指令MOVX时，将会丢失一个ALE脉冲）

2.7.1 

复位操作

单片机的初始化操作，摆脱死锁状态。

引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可使MCS-51复位。

复位时，PC初始化为0000H，使MCS-51单片机从0000H单元开始执行程序。

除PC之外，复位操作还对其它一些寄存器有影响，见表2-6（P34）。

SP=07H，P0-P3的引脚均为高电平。

在复位有效期间，ALE脚和PSEN*脚均为高电平，内部RAM的状态不受复位的影响。

2.7.2复位电路

片内复位结构：

复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。

最简单的上电自动复位电路:

按键手动复位，有电平方式和脉冲方式两种。

电平方式：

脉冲方式：

两种实用的兼有上电复位与按钮复位的电路。

图2-19中（b）的电路能输出高、低两种电平的复位控制信号，以适应外围I/O接口芯片所要求的不同复位电平信号。

74LS122为单稳电路，实验表明，电容C的选择约为0.1mF较好。

第四次课 

第三部分 

寻址方式，指令系统

（1）

3.1 

指令系统概述

3.2 

指令格式

3.3 

指令系统的寻址方式

3.4.1 

数据传送类指令

指令系统的寻址方式 

数据传送类指令

指令系统的寻址方式

介绍MCS-51汇编语言的指令系统。

指令系统概述

MCS-51的基本指令共111条，按指令所占的字节来分：

（1）单字节指令49条；

（2）双字节指令45条；

（3）三字节指令17条。

按指令的执行时间来分：

（1）1个机器周期（12个时钟振荡周期）的指令64条；

（2）2个机器周期（24个时钟振荡周期）的指令45条；

（3）只有乘、除两条指令的执行时间为4个机器周期（48个时钟振荡周期）。

12MHz晶振:

机器周期为1ms。

两部分组成，即操作码和操作数。

操作码用来规定指令进行什么操作，操作数则是指令操作的对象，

有单字节指令、双字节指令、三字节不同长度的指令，格式不同。

（1）单字节指令：

指令只有一个字节，操作码和操作数同在一个字节中。

（2）双字节指令：

一个字节为操作码，另一个字节是操作数。

（3）三字节指令：

操作码占一个字节，操作数占二个字节。

其中操作数既可能是数据，也可能是地址。

寻址方式就是在指令中说明操作数所在地址的方法。

共7种寻址方式。

1．寄存器寻址方式

操作数在寄存器中MOV 

A，Rn 

；

（Rn）→A，n=0～7 

表示把寄存器Rn的内容传送给累加器A寻址范围包括：

（1）4组通用工作寄存区共32个工作寄存器。

（2）部分特殊功能寄存器，例如A、B以及数据指针寄存器DPTR等。

2．直接寻址方式

操作数直接以单元地址的形式给出：

MOV 

A，40H

寻址范围：

（1）内部RAM的128个单元

（2）特殊功能寄存器。

除了以单元地址的形式外,还可用寄存器符号的形式给出。

例如：

A，80H与 

A，P0是等价的。

直接寻址方式是访问特殊功能寄存器的唯一寻址方式

3.寄存器间接寻址方式

寄存器中存放的是操作数的地址，在寄存器的名称前面加前缀标志“@”访问内部RAM或外部数据存储器的低256个字节时，只能采用R0或R1作为间址寄存器。

MOV 

A，@Ri；

i=0或1其中Ri中的内容为40H，把内部RAM中40H单元的内容送到A。

寻址范围：

（1）访问内部RAM低128个单元，其通用形式为@Ri

（2）对片外数据存储器的64K字节的间接寻址，例如：

MOVX 

A，@DPTR

（3）片外数据存储器的低256字节，例如：

MOVX 

A，@Ri

（4）堆栈区，堆栈操作指令PUSH（压栈）和POP（出栈）使用堆栈指针（SP）作间址寄存器。

4．立即寻址方式

操作数在指令中直接给出，需在操作数前面加前缀标志“#”。

A，#40H

5．基址寄存器加变址寄存器间址寻址方式

本寻址方式是以DPTR或PC作基址寄存器，以累加器A作为变址寄存器。

指令MOVCA，@A+DPTR其中A的原有内容为05H，DPTR的内容为0400H，该指令执行的结果是把程序存储器0405H单元的内容传送给A。

说明：

（1）本寻址方式是专门针对程序存储器的寻址方式，寻址范围可达到64KB。

（2）本寻址方式的指令只有3条：