单片机学习笔记——51单片机引脚功能

                                            

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单片机的基本组成

  1. 单片机包括一个8位的微处理器(CPU),CPU共有八个输入,三个内中断,两个外中断,两个频率基准源信号,一个内部总线信号。CPU包括运算器和控制器,并且增加了面向控制的处理功能,可以处理字节数据位变量。三个内中断包括两个定时器一个串行口,外中断是计算机感受外部的重要方式,从控制角度来说,外中断越多越好

  1. 片内数据存储器RAM/SFR(128B/256B)—— RAM可以读写数据,如运算的工作变量,计算过程的中间变量,数据暂存和缓冲,标志位等,8位机是128 B,16位机是256 B,最多可以片外扩展至64KB。特殊功能寄存器(SFR)是各功能部件对应的寄存器,用于存放相应部件的控制命令,状态或数据

  1. 片内程序存储器ROM/EPROM(4KB/8KB)—— ROM存放一些原始数据和表格,然也有一些单片机内部不带ROM/EPROM,如8031,8032,80C31,外扩ROM最多可以扩展至64KB

  1. 四个8位并行IO接口P0~P3 —— 四个IO口既可以按字节操作,也可以按操作,IO没有单独的地址,占用了部分ROM地址工作

单片机学习笔记——51单片机引脚功能_第1张图片

  1. 两个定时器/计数器 —— 每个定时器,计数器都可以设置成计数方式,用于对外部事件进行计数,也可以设置成定时方式,并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制

  1. 五个中断源的中断控制系统 ——三个在片内两个在片外,它们在程序存储器中有自己固定的中断入口地址,由此可进入中断程序服务,五个中断有两个优先级,可以形成中断嵌套

  1. 一个全双工UART串行IO口 —— UART,即通用异步接收发送器,用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信,具有四种工作方式

  1. 片内振荡器和时钟产生电路 —— 石英晶体与两个30pf左右的电容外接,最高允许震荡频率24MHz,单片机的时钟信号用于提供各种微操作的时间基准,有两种方法可以得到时钟信号——内部振荡方式外部振荡方式,振荡器的频率越高计算速度越快,振荡器的目的是:产生一个单一的可用信号,定时电路对振荡器信号分频产生其他电路所需的信号

以上各部分通过内部数据总线相连接

单片机的内部结构

89C51与早期Intel的8051、8751、8031芯片的外部引脚(89C51有40个引脚)和指令系统完全兼容,只是使用Flash ROM代替了ROM/EPROM

一个完整的计算机应该由运算器,控制器,存储器(ROM/RAM)及IO接口组成

单片机包括运算器,控制器,片内存储器(RAM/ROM/EPROM),IO串并行口,定时/计数器,中断系统,振荡器电路等功能部件

运算器以算数逻辑运算单元(ALU)核心,包括累加器A,B寄存器,暂存器,程序状态寄存器PSW等部件;控制器含指令寄存器,指令译码器,定时和控制电路等,能根据不同的指令产生操作时序控制信号

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微处理器(CPU)

CPU是单片机的核心,决定了单片机的主要功能特性是计算机的指挥和控制中心,由运算器和控制器等部分组成

运算器

运算器包括一个可进行8位算数运算和逻辑运算的ALU,8位的暂存器1,8位的暂存器2,,8位的累积器ACC(在字节运算里用助记符A表示,在指令操作中表示为ACC),寄存器B和程序状态寄存器PSW

ALU——可对4位(半字节),8位(一个字节),16位(两个字节)的数据进行操作,主要功能是 加,减,乘,除,加一,减一, BCD数十进制调整,比较等算数运算,与、或、异或,求补及循环移位(高级语言没有此功能)等逻辑操作 ,进行的是整数运算,浮点数不进行计算
ACC——累加器, 8位,一个运算数经 暂存器2进入ALU的输入端,与另一个来自 暂存器1的运算数进行运算, 结果 送回 ACC
PSW——程序状态寄存器,用于 指示指令执行后的状态信息,相当于一般微处理器的标志寄存器,一般用于检查是否有 溢出,程序执行结束后先根据PSW的状态判定 结果是否准确
B——8位寄存器,在 乘除运算中,B寄存器用于 存放一个操作数,也用于存放一部分结果,若不做乘除法运算,则可以作为通用寄存器使用

 控制器

控制器包括程序计数器PC,指令寄存器IR,指令译码器ID,振荡器和定时电路

程序计数器PC——由两个8位的计数器PCH及PLC组成,共16位。PC实际上是程序的字节地址计数器, PC中的内容是将要执行的下一条指令的地址
指令寄存器IR和指令译码器ID( 指令的执行过程
从程序寄存器ROM( 程序写好或者下载都存放在ROM里,一般不能修改)中读出指令之后,送至指令寄存器ID保存,然后送到指令译码器IR进行译码,译码的结果送到定时控制逻辑电路,由定时控制逻辑电路产生各种定时信号和控制信号,最后送到各部件去执行相应的操作

振荡器及定时电路——单片机内有振荡电路,只需外接石英晶体和两个30pf的频率微调电容,频率范围为0~24MHz。该脉冲信号就会作为单片机工作的基本节拍(即最小时间)控制协调其工作

存储器

单片机有ROM(程序存储器,只读)和RAM(数据存储器,读写)组成,它们有各自的存储和地址空间

ROM(程序存储器)

89C51的片内存储是4KB,地址从0000H开始,用于存放程序表格

RAM(数据存储器)

89C51片内数据存储器为128B,地址为00H~7FH,用于存放中间结果,数据暂存和数据缓冲

在这128B的RAM中,有32个字节单元可指定为工作寄存器,且——片内RAM和工作寄存器排在一个队列里统一编址,单片机内部有21个SFR(不包括P0~P3锁存器)也和128字节RAM在一个队列编址,地址为80H~FFH

哈佛结构和冯诺依曼结构
哈佛结构——程序和数据 分开存储的体系结构,目的是为了减轻程序运行时的访问瓶颈
冯诺依曼结构——程序和数据 合并在一起存储的存储器结构

ROM和RAM共有三种地址,四个结构——ROM(片内外联合编址),片内RAM,片外RAM;片内、外ROM,片、内外RAM

I/O接口

89C51有4个8位的并行接口,即P0~P3,它们都是双向端口,每个端口有8条IO线,均可输入输出,P0~P3四个锁存器和RAM统一编址,可以把IO口当作SFR来寻址

89C51的引脚及其功能

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RST/Vpd

高电平有效,振荡器运行时,在此引脚加两个机器周期的高电平就会使单片机复位,复位后应使此引脚电平保持在不高于0.5V的低电平以保持单片机正常工作

第二功能,Vpd是备用电源输入端,掉电期间,此引脚会接备用电源,以保持RAM内数据不丢失

EA/VPP

EA外存地址允许输入端:接高电平,只访问EPROM/ROM,但当PC的值超过0FFFH,会自动转到片外ROM;接低电平时,CPU只访问外存ROM,无论内部是否有存储器,外扩,此脚接地

第二功能Vpp是8751片内EPROM固化编程时,作为较高编程电压(12-21V)输入端

ALE/PROG

访问外部存储器时,ALE输出脉冲用于锁存16位地址的低8位,不访问外存,仍有周期性正脉冲输出,频率为振荡器频率的1/6,作为对外输出的时钟(定时信号),可以驱动8个LS型TTL

第二功能PROG在对片内带有4KB EPROM的8751编程写入(固化程序)时,作为程序脉冲输入

PSEN

可用于检查CPU是否能正常到外部存储器读取指令码,PSEN有效时,允许读出EPROM/ROM 中的指令码,可以负载8个LS型TTL

8951上电后,①可通过示波器检查ALE端是否有脉冲信号输出,②看CPU是否正常到EPROM/ROM中读取指令码——如果有,则89C51基本是好的

IO端口

P0

P0是一个漏极开路(作通用IO口内部需加上拉电阻)的8位准双向(作输入口要先写1)IO口

每个能驱动8个LS型TTL负载,作为输入口时,应先向80H的口锁存器写入全1,此时P0口引脚全部浮空,可作为高阻抗输入,访问片外存储器时,是分时提供低8位地址和8位数据复用总线

P1

P1是一个带内部上拉电阻的8位准双向IO口,每一位能驱动4个LS型TTL(灌入或输出电流)负载

作输入口使用时,应先向地址为90H的P1口锁存器写入全1,此时P1引脚内部的上拉电阻拉成高电平

P2

P2是一个带上拉电阻的8位准双向IO端口,每位能驱动4个负载,访问片外ROM时,输出高8位地址

P3

P3是一个带内部上拉电阻的8位准双向IO口,每位驱动4个负载,且每个引脚还具有第二功能

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