8051单片机I/O口的工作原理
8051单片机I/O口的工作原理
一、P0端口的结构及工作原理
P0端口8位中的一位结构图见下图：
由上图可见，P0端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关、一个与非门、一个与门及场效应管驱动电路构成。
下面，先分析组成P0口的各个部分：
先看输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，在其的输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种就是高阻状态（或称为禁止状态），上面一个是读锁存器的缓冲器，下面一个是读引脚的缓冲器，读取P0.X引脚上的数据，要使这个三态缓冲器有效，引脚上的数据才会传输到内部数据总线上。
D锁存器：在51单片机的32根I/O口线中都是用一个D触发器来构成锁存器的。D端是数据输入端，CP是控制端（也就是时序控制信号输入端），Q是输出端，Q 非是反向输出端。
多路开关：在51单片机中，不需要外扩展存储器时，P0口可以作为通用的输入输出端口（即I/O）使用，对于8031（内部没有ROM）的单片机或者编写的程序超过了单片机内部的存储器容量，需要外扩存储器时，P0口就作为‘地址/数据’总线使用。这个多路选择开关就是用于选择是做为普通I/O口使用还是作为‘数据/地址’总线使用的选择开关了。当多路开关与下面接通时，P0口是作为普通的I/O口使用的，当多路开关是与上面接通时，P0口是作为‘地址/数据’总线使用的。
输出驱动部份：P0口的输出是由两个MOS管组成的推拉式结构，也就是说，这两个MOS管一次只能导通一个，当V1导通时，V2就截止，当V2导通时，V1截止。
P0口作为I/O端口使用时，多路开关的控制信号为0（低电平），V1管截止，多路开关是与锁存器的Q非端相接的（即P0口作为I/O口线使用）。作为地址/数据线使用时，多路开关的控制信号为1，V1管由地址/数据线决定，多路开关与地址/数据线连接。
输出过程：
1、I/O输出工作过程：当写锁存器信号CP有效，数据总线的信号→锁存器的输入端D→锁存器的反向输出Q非端→多路开关→V2管的栅极→V2的漏极到输出端P0.X。这时多路开关的控制信号为低电平0，V1管是截止的，所以作为输出口时，P0是漏极开路输出，类似于OC门，当驱动上接电流负载时，需要外接上拉电阻。下图就是由内部数据总线向P0口输出数据的流程图（红色箭头）。
2、地址输出过程
控制信号为1，地址信号为“0”时，与门输出低电平，V1管截止；反相器输出高电平，V2管导通，输出引脚的地址信号为低电平。
反之，控制信号为“1”、地址信号为“1”，“与门”输出为高电平，V1管导通；反相器输出低电平，V2管截止，输出引脚的地址信号为高电平。请看下图（兰色字体为电平）：
可见，在输出“地址/数据”信息时，V1、V2管是交替导通的，负载能力很强，可以直接与外设存储器相连，无须增加总线驱动器。
3、作为数据总线的输出过程
如果该指令是输出数据，如MOVX @DPTR，A（将累加器的内容通过P0口数据总线传送到外部RAM中），则多路开关“控制”信号为‘1’，“与门”解锁，与输出地址信号的工作流程类似，数据据由“地址/数据”线→反相器→V2场效应管栅极→V2漏极输出。
输入过程：
1、I/O读引脚工作过程：
读芯片引脚上的数据时，读引脚缓冲器打开，通过内部数据总线输入，请看下图（红色简头）。
2、I/O读锁存器工作过程：
通过打开读锁存器三态缓冲器读取锁存器输出端Q的状态，请看下图（红色箭头）：
3、地址/数据时读指令码和数据过程
作为数据总线使用。在访问外部程序存储器时，P0口输出低8位地址信息后，将变为数据总线，以便读指令码（输入）。在取指令期间，“控制”信号为“0”，V1管截止，多路开关也跟着转向锁存器反相输出端Q非；CPU自动将0FFH （11111111，即向D锁存器写入一个高电平‘1’）写入P0口锁存器，使V2管截止，在读引脚信号控制下，通过读引脚三态门电路将指令码读到内部总线，这个过程和I/O读引脚过程是一样的。
在输入状态下，从锁存器和从引脚上读来的信号一般是一致的，但也有例外。例如，当从内部总线输出低电平后，锁存器Q＝0，Q非＝1，场效应管T2开通，端口线呈低电平状态。此时无论端口线上外接的信号是低电乎还是高电平，从引脚读入单片机的信号都是低电平，因而不能正确地读入端口引脚上的信号。又如，当从内部总线输出高电平后，锁存器Q＝1，Q非＝0，场效应管T2截止。如外接引脚信号为低电平，从引脚上读入的信号就与从锁存器读入的信号不同。为此，8031单片机在对端口P0一P3的输入操作上，有如下约定：为此，8051单片机在对端口P0一P3的输入操作上，有如下约定：凡属于读-修改-写方式的指令，从锁存器读入信号，其它指令则从端口引脚线上读入信号。读-修改-写指令的特点是，从端口输入(读)信号，在单片机内加以运算(修改)后，再输出(写)到该端口上。这样安排的原因在于读-修改-写指令需要得到端口原输出的状态，修改后再输出，读锁存器而不是读引脚，可以避免因外部电路的原因而使原端口的状态被读错。当P0作为地址/数据总线使用时，在读指令码或输入数据前，CPU自动向P0口锁存器写入0FFH，破坏了P0口原来的状态。因此，不能再作为通用的I/O端口。在系统设计时务必注意，即程序中不能再含有以P0口作为操作数（包含源操作数和目的操作数）的指令。
AT89C51单片机的主要工作特性： ·内含4KB的FLASH存储器，擦写次数1000次； ·内含28字节的RAM； ·具有32根可编程I/O线； ·具有2个16位可编程定时器； ·具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构； ·具有1个全双工的可编程串行通信接口； ·具有一个数据指针DPTR; ·两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式； ·具有可编程的3级程序锁定定位； AT89C51的工作电源电压为5（1±0.2）V且典型值为5V,最高工作频率为24MHz. AT89C51各部分的组成及功能： 1.单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和操作控制，主要包括运算器和控制器两部分。
（1）运算器 运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。其中包括算术和逻辑运算单元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器等。 ALU是运算电路的核心，实质上是一个全加器，完成基本的算术和逻辑运算。算术运算包括加、减、乘、除、增量、减量、BCD码运算；逻辑运算包括“与”、“或”、“异或”、左移位、右移位和半字节交换，以及位操作中的位置位、位复位等。 暂存器1和暂存器2是ALU的两个输入，用于暂存参与运算的数据。ALU的输出也是两个：一个是累加器，数据经运算后，其结果又通过内部总线返回到累加器；另一个是程序状态字PSW，用于存储运算和操作结果的状态。 累加器是CPU使用最频繁的一个寄存器。ACC既是ALU处理数据的来源，又是ALU运算结果的存放单元。单片机与片外RAM或I/O扩展口进行数据交换必须通过ACC来进行。 B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一，另一个输入来自ACC。运算结果存于AB寄存器中。 （2）控制器 控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件，主要包括程序计数器PC、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等，其功能是控制指令的读入、译码和执行，并对指令执行过程进行定时和逻辑控制。AT89C51单片机中，PC是一个16位的计数器，可对64KB程序存储器进行寻址。复位时PC的内容是0000H. (3)存储器 单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。AT89C51单片机的程序存储器采用4KB的快速擦写存储器Flash Memory,编程和擦除完全是电器实现。 （4）外围接口电路 AT89C51单片机的外围接口电路主要包括：4个可编程并行I/O口,1个可编程串行口，2个16位的可编程定时器以及中断系统等。 AT89C51的工作原理： 1.引脚排列及功能 AT89C51的封装形式有PDIP,TQFP,PLCC等，现以PDIP为例。 （1）I/O口线 ·P0口 8位、漏极开路的双向I/O口。 当使用片外存储器及外扩I/O口时，P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时，P0口可用于接收指令代码字节；程序校验时，可输出指令字节。P0口也可做通用I/O口使用，但需加上拉电阻。作为普通输入时，应输出锁存器配置1。P0口可驱动8个TTL负载。 ·P1口 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P1口是为用户准备的I/O双向口。在编程和校验时，可用作输入低8位地址。用作输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。 ·P2 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 当使用外存储器或外扩I/O口时，P2口输出高8位地址。在编程和校验时，P2口接收高字节地址和某些控制信号。 ·P3 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P3口可作为普通I/O口。用作输入时，应先将输出锁存器置1。在编程/校验时，P3口接收某些控制信号。它可驱动4个TTL负载。 （2）控制信号线
第1章思考题及习题1参考答案 一、填空 1. 除了单片机这一名称之外，单片机还可称为或。答：微控制器，嵌入式 控制器. 2.单片机与普通微型计算机的不同之处在于其将、、和三部分，通 过内部连接在一起，集成于一块芯片上。答：CPU、存储器、I/O口、总线 3. AT89S52单片机工作频率上限为 MHz。答：33 MHz。 4. 专用单片机已使系统结构最简化、软硬件资源利用最优化，从而大大降低和提 高。答：成本，可靠性。 二、单选 1. 单片机内部数据之所以用二进制形式表示，主要是 A．为了编程方便B．受器件的物理性能限制 C．为了通用性D．为了提高运算速度 答：B 2. 在家用电器中使用单片机应属于微计算机的。 A．辅助设计应用B．测量、控制应用 C．数值计算应用D．数据处理应用 答： B 3. 下面的哪一项应用，不属于单片机的应用范围。 A．工业控制 B．家用电器的控制 C．数据库管理 D．汽车电子设备 答：C 三、判断对错 1. STC系列单片机是8051内核的单片机。对 2. AT89S52与AT89S51相比，片内多出了4KB的Flash程序存储器、128B的RAM、1个中断 源、1个定时器（且具有捕捉功能）。对 3. 单片机是一种CPU。错 4. AT89S52单片机是微处理器。错
5. AT89C52片内的Flash程序存储器可在线写入，而AT89S52则不能。错 6. 为AT89C51单片机设计的应用系统板，可将芯片AT89C51直接用芯片AT89S51替换。对 7. 为AT89S51单片机设计的应用系统板，可将芯片AT89S51直接用芯片AT89S52替换。对 8. 单片机的功能侧重于测量和控制，而复杂的数字信号处理运算及高速的测控功能则是DSP 的长处。对 四、简答 1. 微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机、嵌入式处理器它们之间有何区别？ 答：微处理器、微处理机和CPU它们都是中央处理器的不同称谓，微处理器芯片本身不是计算机。而微计算机、单片机它们都是一个完整的计算机系统，单片机是集成在一个芯片上的用于测控目的的单片微计算机。 2. AT89S51单片机相当于MCS-51系列单片机中的哪一型号的产品？“S”的含义是什么？ 答：相当于MCS-51系列中的87C51，只不过是AT89S51芯片内的4K字节Flash存储器取代了87C51片内的4K字节的EPROM。 3. 单片机可分为商用、工业用、汽车用以及军用产品，它们的使用温度范围各为多少？ 答：商用：温度范围为0～+70℃；工业用：温度范围为-40～+85℃；汽车用：温度范围为-40～+125℃；军用：温度范围为-55～+150℃。 4. 解释什么是单片机的在系统编程（ISP）与在线应用编程（IAP）。 答：单片机的在系统编程ISP（In System Program），也称在线编程，只需一条与PC机USB口或串口相连的ISP下载线，就可把仿真调试通过的程序代码从PC机在线写入单片机的Flash存储器内，省去了编程器。在线应用编程（IAP）就是可将单片机的闪存内的应用程序在线修改升级。 5. 什么是“嵌入式系统”? 系统中嵌入了单片机作为控制器，是否可称其为“嵌入式系统”? 答：广义上讲，凡是系统中嵌入了“嵌入式处理器”，如单片机、DSP、嵌入式微处理器，都称其为“嵌入式系统”。但多数人把“嵌入”嵌入式微处理器的系统，称为“嵌入式系统”。目前“嵌入式系统”还没有一个严格和权威的定义。目前人们所说的“嵌入式系统”，多指后者。 6. 嵌入式处理器家族中的单片机、DSP、嵌入式微处理器各有何特点？它们的应用领域有何 不同？ 答：单片机体积小、价格低且易于掌握和普及，很容易嵌入到各种通用目的的系统中，
单片机原理及应用 第一章绪论 1.什么叫单片机？其主要特点有哪些？ 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。 特点：控制性能和可靠性高、体积小、价格低、易于产品化、具有良好的性价比。 第二章80C51的结构和原理 1.80C51的基本结构 a.CPU系统 ●8位CPU，含布尔处理器； ●时钟电路； ●总线控制逻辑。 b.存储器系统 ●4K字节的程序存储器 （ROM/EPROM/FLASH，可外扩至 64KB）； ●128字节的数据存储器（RAM，可 外扩至64KB）； ●特殊功能寄存器SFR。 c.I/O口和其他功能单元 ●4个并行I/O口； ●2个16位定时/计数器； ●1个全双工异步串行口； ●中断系统（5个中断源，2个优先 级） 2.80C51的应用模式 a.总线型单片机应用模式 ◆总线型应用的“三总线”模式； ◆非总线型应用的“多I/O”模式 3.80C51单片机的封装和引脚 a.总线型DIP40引脚封装 ●RST/V PO：复位信号输入引脚/备用 电源输入引脚； ●ALE/PROG：地址锁存允许信号输 出引脚/编程脉冲输入引脚； ●EA/V PP：内外存储器选择引脚/片 内EPROM编程电压输入引脚； ●PSEN：外部程序存储器选通信号
输出引脚 b.非总线型DIP20封装的引脚 ●RST：复位信号输入引脚 4.80C51的片内存储器 增强型单片机片内数据存储器为256字节，地址范围是00H~FFH。低128字节的配情况与基本型单片机相同。高128字节一般为RAM，仅能采用寄存器间接寻址方式询问。注意：与该地址范围重叠的特殊功能寄存器SFR 空间采用直接寻址方式询问。 5.80C51的时钟信号 晶振周期为最小的时序单位。一个时钟周期包含2个晶振周期。晶振信号12分频后形成机器周期。即一个机器周期包含12个晶振周期或6个时钟周期。 6.80C51单片机的复位 定义：复位是使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的初始状态。a.复位电路 两种形式：一种是上电复位；另一种是上电与按键均有效的复位。 b.单片机复位后的状态 单片机的复位操作使单片机进入初始化状态。初始化后，程序计数器 PC=0000H，所以程序从0000H地址单元开始执行。 特殊功能寄存器复位后的状态是确定的。P0~P3为FFH，SP为07H，SBUF 不定，IP、IE和PCON的有效位为0，其余的特殊功能寄存器的状态为00H.相应的意义为： ●P0~P3=FFH，相当于各口锁存器已 写入1，此时不但可用于输出，也 可以用于输入； ●SP=07H，堆栈指针指向片内RAM 的07单元； ●IP、IE和PCON的有效位为0，各 中断源处于低优先级且均被关断、 串行通讯的波特率不加倍； ●PSW=00H，当前工作寄存器为0 组。 7.80C51的存储器组织
精品资料 注意事项: 1. 把此试题重命名为“第 X 组X 号XXX ” 2. 所有的图要用笔画在纸上用手机拍下，再粘贴到试题上; 3. 试题中凡是提到解释原因的或者是为什么的都要详细解释，不要用一句话了事; 4. 解答时直接在问题下面解答就可以了，字体必须要用蓝色的宋体五号字；否则后果自负! 电路分析、解释 1. 电阻的作用？为什么用这么大阻值？写出 计算公式？如果指示灯换成一个① 10mm 的大 led (电流值20ma,压降2V),这个电阻需要接 多大值？写出计算公式如何算？ 答：电阻作用是限流。 因为LED 的有效电流在 3mA-20mA 之间， 压降为1.7V 。计算公式为： R= ( 5V-1.7V ) /(0.003A~0.02A),所以计算出来，限流电阻为 165欧 到1100欧之间。 R= ( 5V-2V ) /0.02A=150 欧。 2. 如果供电电压变成 12v 指示灯换成一个① 10mn t 勺大led (电流值20mA 压降2V ),这个电 阻需 要接多大值？写出计算公式？ 答：R= (12V-2V ) /0.02A=500 欧。 3、电阻电容大小的的选取及计算? 答：因为充电时间必须超过经过两个机器周 期，又T=RC 所以，对电阻电容的选取具有 参数要求。 单片机初始状态各10 口电平状态如何？ 答：高电平 单片机复位的条件？ “复位”指复位什么？ 答：RST 引脚输入高电平，而且必须超过来两 个机器周期；“复位”指单片机程序从 0000H 物理地址开始执行 复位电平要维持多长时间单片机才复位? 2 复位电路 (要求附 有电容充 电坐标 图，分别 详细解释 上电复位 和手动复 位的关键 1、 手动复位的复位过程及解释： 答：1、RST 引脚由接近于0V 经过超过两个机 器周期，变成高电平，超过时间大约为200mso 因为按键按下后，5V 电源经过1K 电阻然后经 过10K 电阻到 地，电容慢慢充电，经过两个机 器周期，电压到达 4.5V 左右，单片机实现高 电平复位。 2、 上电复位的复位过程及解释： 答：电源上电后，VCC 对电容充电，RST 引脚 由1点几伏慢慢变成将近 5V ,高电平复位。 原理图 点的电位 变化) 1 供电电路
51单片机I/O口工作原理 一、P0端口的结构及工作原理 P0端口8位中的一位结构图见下图： 由上图可见，P0端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关、一个与非门、一个与门及场效应管驱动电路构成。再看图的右边，标号为P0.X引脚的图标，也就是说P0.X引脚可以是P0.0到P0.7的任何一位，即在P0口有8个与上图相同的电路组成。 下面，我们先就组成P0口的每个单元部份跟大家介绍一下： 先看输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，在学数字电路时，我们已知道，三态门有三个状态，即在其的输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种就是高阻状态（或称为禁止状态），大家看上图，上面一个是读锁存器的缓冲器，也就是说，要读取D锁存器输出端Q的数据，那就得使读锁存器的这个缓冲器的三态控制端（上图中标号为…读锁存器?端）有效。下面一个是读引脚的缓冲器，要读取P0.X引脚上的数据，也要使标号为…读引脚?的这个三态缓冲器的控制端有效，引脚上的数据才会传输到我们单片机的内部数据总线上。 D锁存器：构成一个锁存器，通常要用一个时序电路，时序的单元电路在学数字电路时我们已知道，一个触发器可以保存一位的二进制数（即具有保持功能），在51单片机的32根I/O口线中都是用一个D触发器来构成锁存器的。大家看上图中的D锁存器，D端是数据输入端，CP是控制端（也就是时序控制信号输
入端），Q是输出端，Q非是反向输出端。 对于D触发器来讲，当D输入端有一个输入信号，如果这时控制端CP没有信号（也就是时序脉冲没有到来），这时输入端D的数据是无法传输到输出端Q及反向输出端Q非的。如果时序控制端CP的时序脉冲一旦到了，这时D端输入的数据就会传输到Q及Q非端。数据传送过来后，当CP时序控制端的时序信号消失了，这时，输出端还会保持着上次输入端D的数据（即把上次的数据锁存起来了）。如果下一个时序控制脉冲信号来了，这时D端的数据才再次传送到Q端，从而改变Q端的状态。 多路开关：在51单片机中，当内部的存储器够用（也就是不需要外扩展存储器时，这里讲的存储器包括数据存储器及程序存储器）时，P0口可以作为通用的输入输出端口（即I/O）使用，对于8031（内部没有ROM）的单片机或者编写的程序超过了单片机内部的存储器容量，需要外扩存储器时，P0口就作为…地址/数据?总线使用。那么这个多路选择开关就是用于选择是做为普通I/O口使用还是作为…数据/地址?总线使用的选择开关了。大家看上图，当多路开关与下面接通时，P0口是作为普通的I/O口使用的，当多路开关是与上面接通时，P0口是作为…地址/数据?总线使用的。 输出驱动部份：从上图中我们已看出，P0口的输出是由两个MOS管组成的推拉式结构，也就是说，这两个MOS管一次只能导通一个，当V1导通时，V2就截止，当V2导通时，V1截止。 与门、与非门：这两个单元电路的逻辑原理我们在第四课数字及常用逻辑电路时已做过介绍，不明白的同学请回到第四节去看看。 前面我们已将P0口的各单元部件进行了一个详细的讲解，下面我们就来研究一下P0口做为I/O口及地址/数据总线使用时的具体工作过程。 1、作为I/O端口使用时的工作原理 P0口作为I/O端口使用时，多路开关的控制信号为0（低电平），看上图中的线线部份，多路开关的控制信号同时与与门的一个输入端是相接的，我们知道与门的逻辑特点是“全1出1，有0出0”那么控制信号是0的话，这时与门输出的也是一个0（低电平），与让的输出是0，V1管就截止，在多路控制开关的控制信号是0（低电平）时，多路开关是与锁存器的Q非端相接的（即P0口作为I/O口线使用）。 P0口用作I/O口线，其由数据总线向引脚输出（即输出状态Output）的工作过程：当写锁存器信号CP 有效，数据总线的信号→锁存器的输入端D→锁存器的反向输出Q非端→多路开关→V2管的栅极→V2的漏极到输出端P0.X。前面我们已讲了，当多路开关的控制信号为低电平0时，与门输出为低电平，V1管是截止的，所以作为输出口时，P0是漏极开路输出，类似于OC门，当驱动上接电流负载时，需要外接上拉
A T C单片机的基本结构 和工作原理 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
AT89C51单片机的主要工作特性： ·内含4KB的FLASH存储器，擦写次数1000次； ·内含28字节的RAM； ·具有32根可编程I/O线； ·具有2个16位可编程定时器； ·具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构； ·具有1个全双工的可编程串行通信接口； ·具有一个数据指针DPTR; ·两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式； ·具有可编程的3级程序锁定定位； AT89C51的工作电源电压为5（1±）V且典型值为5V,最高工作频率为24MHz. AT89C51各部分的组成及功能：
1.中央处理器 1.单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和操作控制，主要包括运算器和控制器两部分。 以及位操作中的位置位、位复位等。 暂存器1和暂存器2是ALU的两个输入，用于暂存参与运算的数据。ALU的输出也是两个：一个是累加器，数据经运算后，其结果又通过内部总线返回到累加器；另一个是程序状态字PSW，用于存储运算和操作结果的状态。
累加器是CPU使用最频繁的一个寄存器。ACC既是ALU处理数据的来源，又是ALU运算结果的存放单元。单片机与片外RAM或I/O扩展口进行数据交换必须通过ACC来进行。 B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一，另一个输入来自ACC。运算结果存于AB寄存器中。 （2）控制器 控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件，主要包括程序计数器PC、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等，其功能是控制指令的读入、译码和执行，并对指令执行过程进行定时和逻辑控制。AT89C51单片机中，PC是一个16位的计数器，可对64KB程序存储器进行寻址。复位时PC的内容是0000H. (3)存储器 单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。AT89C51单片机的程序存储器采用4KB的快速擦写存储器Flash Memory,编程和擦除完全是电器实现。 （4）外围接口电路 AT89C51单片机的外围接口电路主要包括：4个可编程并行I/O 口,1个可编程串行口，2个16位的可编程定时器以及中断系统等。 AT89C51的工作原理： 1.引脚排列及功能 AT89C51的封装形式有PDIP,TQFP,PLCC等，现以PDIP为例。
中断：是指CPU在处理某一事件A时，发生了事件B，请求CPU迅速去处理（中断发生）；CPU暂时停止当前的工作（中断响应）， 转去处理事件B（中断服务）；待CPU将事件B处理完毕后， 再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A（中断返回）， 这一过程称为中断。 图单片机中断过程 52单片机一共有6个中断源，它们的符号、名称及产生的条件分别解释如下： INT0—外部中断0，由P3.2端口线引入，低电平或下降沿引起INT1—外部中断1，由P3.3端口线引入，低电平或下降沿引起T0—定时器/计数器0中断，由T0计数器计满回零引起 T1—定时器/计数器1中断，由T1计数器计满回零引起 T2—定时器/计数器2中断，由T2计数器计满回零引起
EA—全局中断允许位 EA=1，打开全局中断控制，在此条件下，由各个中断控制位确定相应中断的打开或关闭。 EA=0，关闭全部中断 —无效位 ET2—定时器/计数器2中断允许位 ES—串行口中断允许位 ET1—定时器/计数器1中断允许位 EX1—外部中断1中断允许位 ET0—定时器/计数器0中断允许位 PS PT1—定时器1/计数器1中断优先级控制位 PX1—外部中断1中断优先级控制位 PT0—定时器0/计数器0中断优先级控制位 PX0—外部中断0中断优先级控制位 为1时，定义为高优先级中断；为0时，定义为低优先级中断 51系列中，高优先级中断能够打断低优先级中断以形成中断嵌套。单片机的定时器中断 单片机定时器/计数器的实质：加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。TMOD是定时器/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能。TCON是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。 定时器中断原理：加1计数器输入的计数脉冲有两个来源，一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；另一种是T0或T1引脚输入的外部脉冲源，每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器全为1时（即65536），再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON控制寄存器中TF0或TF1置1，向CPU 发出中断请求（定时器/计数器中断允许时）。若定时器/计数器工作于定时模式，则表示定时时间到；若工作于计数模式，则表示计数值已满。 装载值：溢出时计数器减去计数器初值就是加1计数器的计数值。 ①设置为计数器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（一个机 器周期等于12个震荡周期，即计数频率（机器周期）为晶振频
广西工学201 2011学年 2学期课程考核试 考核课单片机技卷）考核班通08082 考核类闭学生人 8 打印份 8 一、填空题（每小分，2分 1．若累加器A中的数据为67H，则PSW中的P=_1__。 2. 一个机器周期＝ _6_个状态周期＝12个振荡周期。 3．89C51的堆栈是按照先进后出的原则进行存取的RAM区。 4. 用一条指令实现以下功能: 若A中数据不等于200，则程序转至PROM_ CJNZ A，#200H，PROM__。 5. 为了使10H—17H作工作寄存器使用RS1， RS0的取值为__1，0。 6. 89C51中21个特殊功能寄存器，其地址凡是能被8整除的都有位寻址功能。 7. 89C51单片机有片内ROM容量_4KB , RAM容量128。 8. 某串行通信中有1个起始位,8个数据位和1个停止位,应选择的异步串行通信方式为方式1。 9. 在89C51单片机初始化时，SP存放的是07H。 10. 当89C51引脚ALE信号有效时,表示从P0口稳定地送出了_数据和地信息。 四、判断题（每小题2分，共20分） 1．如果发生除法溢出错误，则PSW标志位P置1。（∨） 5．对于89C51单片机，当CPU对内部程序存储器寻址超过4K时，系统会自动在外部程序存储器中寻址（∨）。 6．外加晶振频率越高，系统运算速度也就越快，系统性能也就越好（∨）。 7. 位TF0是定时器T1的溢出中断标志位。（∨） 8．在定时器T0和外部中断1都设为高优先级时，外部中断1优先级高于定时器T0。（×） 9．子程序的返回指令是RETI ，中断程序的返回指令是RET。（×） 10．波特率是数据传输的速率，指每秒传送的字节数。（∨） 3、51有 5个中断源，有2个中断优先级，优先级由软件填写特殊功能寄存器 IP 加以选择 4、中断请求信号有电平触发和脉冲触发两种触发方式。 6、74LS273通常用来作简单输出接口扩展；而74LS244则常用来作简单输入接口扩展。 7、A/D转换器的三个重要指标是转换速度、分辨率和转换精度。 二、选择题（从备选答案中选择一个正确答案，并将代号写在括号内。每题2分，共10分） 1、MCS-51单片机外扩存储器芯片时，4个I/O口中用作数据总线的是（ B ）。 （A）P0和P2口（B）P0口（C）P2和P3口（D）P2口 2、访问外部数据存储器时，不起作用的信号是（ C ）。 WRPSENRD（D）（CA））（B）ALE （3、使用定时器T1时，有几种工作模式（ C ）。 （A）1种（B）2种（C）3种（D）4种 4、MCS-51响应中断时，下面哪一个条件不是必须的（ C ）。 A、当前指令执行完毕 B、中断是开放的 C、没有同级或高级中断服务 D、必须有RETI指令 5、当MCS-51进行多机通讯时，串行接口的工作方式应选为（ C ）。 （A）方式0 （B）方式1 （C）方式2 （D）方式0或方式2 三、简答题（每题15分，共30分） 1、MCS-51单片机内部有几个定时/计数器？它们由哪些寄存器组成？ 答：MCS-51单片机内部有两个16位可编程的定时/计数器，简称定时器0（T0）和定时器1（T1）。它们分别由方式寄存器TMOD、控制寄存组成。TL1、TH1，TL0、TH0和数据寄存器TCON器． 一、填空题（每空1分，共20分） 1、计算机的系统总线有地址总线、控制总线和数据总线。 2、通常、单片机上电复位时PC= 0000H ，SP= 07H ；而工作寄存器则缺省采用第 00 组，这组寄存器的地址范围是从000H~007H 。 3、JZ e 的操作码地址为1000H，e=20H，它转移的目标地址为 1022H 。 4、汇编语言中可以使用伪指令，它们不是真正的指令，只是用来对汇编过程进行 某种控制进行某种控制。
51单片机的电子钟以及lcd1602显示器的工作原理 基于51单片机的电子钟C语言程序 #include
第二章单片机的基本结构与工作原理 2·1 80C51 系列单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能都件?各个逻辑部件的主要功能是 什么? 答:80C51 系列单片机在片内集成了以下主要逻辑功能部件及分别有如下的主要功能。 (l)CPU(中央处理器):8 位 功能:中央处理器由中央控制器与运算器一起构成。中央控制器是识别指令，并根据指 令性质控制计算机各组成部件进行工作的部件。 (2)片内RAM:128B 功能:在单片机中，用随机存取存储器(RAM)来存储程序在运行期间的工作变量和数据， 所以称为数据存储器。一般，在单片机内部设置一定容量(64B 至256B)的RAM。这样小容 量的数据存储器以高速RAM 的形式集成在单片机内，以加快单片机运行的速度。同时， 这种结构的RAM 还可以使存储器的功耗下降很多。 (3)特殊功能寄存器:21 个 功能:特殊功能寄存器(SFR)是80C51 单片机中各功能部件所对应的寄存器，用以存放 相 应功能部件的控制命令、状态或数据的区域。这是80C51 系列单片机中最有特色的部分。 现在所有80C51 系列功能的增加和扩展几乎都是通过增加特殊功能寄存器(SFR)来达到的。 80C51 系列单片机设有128B 内部数据RAM 结构的特殊功能寄存器(SFR)空间区。除 程序计数器PC 和 4 个通用工作寄存器组外，其余所有的寄存器都在这个地址空间之内。(4)程序存储器:4KB 功能:80C51 单片机的程序存储器用于存放经调试正确的应用程序和表格之类的固定常 数。由于采用16 位的程序计数器PC 和16 位的地址总线，因而其可扩展的地址空间为 64KB，而且这64KB 地址空间是连续、统一的。 (5)并行I/O 口:8位，4 个 功能:为了满足面向控制实际应用的需要，80C51 系列单片机提供了数量多、功能强、 使用灵活的并行I/O 口。80C51 系列单片机的并行I/O 口，不仅可灵活地选作输人或输出，而且还具有多种功能。例如，它既是I/O 口，又是系统总线或是控制信号线等，从而为扩展外部存储器和I/O 接口提供了方便，大大拓宽了单片机的应用范围。 (6)串行接口:全双工，1 个 功能:全双工串行I/O 口，提供了与某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能 的器件相连的能力;甚至可用多个单片机相连构成多机系统，使单片机的功能更强和应用更 广。 (7)定时器/计数器:16 位，2 个 功能:在单片机的实际应用中，定时器/计数器提供精确的定时，或者对外部事件进行 计 数。为了减少软件开销和提高单片机的实时控制能力，因而均在单片机内部设置定时器/计 数器电路，通过中断，实现定时/计数的自动处理。 (8)片内时钟电路:1 个 功能:计算机的整个工作是在时钟信号的驱动下，按照严格的时序有规律地一个节拍一 个节拍地执行各种操作的。各种计算机均有自己的固定时序和定时电路。同样，80C51 系
单片机的工作过程以及原理单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令(这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令)，这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件--存储器中。存储器由许多存储单元(最小的存储单位)组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。 程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器PC(包含在CPU中)，在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。 单片机介绍 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit)，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到
1602LCD 分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别 1602LCD 主要技术参数： 显示容量:16×2 个字符 芯片工作电压:4.5—5.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm 引脚功能说明 1602LCD 采用标准的 14脚（无背光）或 16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 10-13所示: 编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1 VSS 电源地 9 D 2 数据 2 VDD 电源正极 10 D 3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D 4 数据 4 RS 数据/命令选择 12 D 5 数据 5 R/W 读/写选择 13 D 6 数据 6 E 使能信号 14 D 7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 表 10-13：引脚接口说明表 第 1 脚：VSS 为地电源。 第 2 脚：VDD接 5V正电源。 第 3 脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W为低电平时可以写入数据。 第 6 脚：E端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 7～14脚：D0～D7为 8 位双向数据线。 第 15脚：背光源正极。 第 16脚：背光源负极。 LCD寄存器的选择
第2章80C51单片机内部结构和工作原理 本章要点 80C51系列单片机内部结构 外部引脚功能 存储空间配置和功能 片内RAM结构和功能 特殊功能寄存器的用途和功能 程序计数器PC的作用和基本工作方式 I/O端口结构、工作原理及功能 时钟和时序 复位电路、复位条件和复位后状态 低功耗工作方式的作用和进入退出的方法 §2-1 内部结构和引脚功能 一、 二、引脚功能 40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。
⒈电源: ⑴VCC - 芯片电源，接+5V； ⑵VSS - 接地端； ⒉时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 ⒊控制线:控制线共有4根， ⑴ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ①ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 ②PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 ⑵PSEN:外ROM读选通信号。 ⑶RST/VPD:复位/备用电源。 ①RST（Reset）功能：复位信号输入端。 ②VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 ⑷EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 ①EA功能：内外ROM选择端。 ②Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 ⒋I/O线 80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。 P3.0 ——RXD：串行口输入端； P3.1 ——TXD：串行口输出端； P3.2 ——INT0：外部中断0请求输入端； P3.3 ——INT1：外部中断1请求输入端； P3.4 ——T0：定时/计数器0外部信号输入端； P3.5 ——T1：定时/计数器1外部信号输入端； P3.6 ——WR：外RAM写选通信号输出端； P3.7 ——RD：外RAM读选通信号输出端。 §2-1 存储空间配置和功能 80C51的存储器组织结构可以分为三个不同的存储空间，分别是： ⑴64KB程序存储器(ROM),包括片内ROM和片外ROM； ⑵64KB外部数据存储器（外RAM）； ⑶256B内部数据存储器(内RAM) (包括特殊功能寄存器）。 80C51存储空间配置图 一、程序存储器（ROM） 地址范围：0000H～FFFFH，共64KB。其中:
AD0809在51单片机中的应用 我们在做一个单片机系统时，常常会遇到这样那样的数据采集，在这些被采集的数据中，大部分可以通过我们的I/O口扩展接口电路直接得到，由于51单片机大部分不带AD转换器，所以模拟量的采集就必须靠A/D或V/F实现。下现我们就来了解一下AD0809与51单片机的接口及其程序设计。 1、AD0809的逻辑结构 ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成（见图1）。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 2、AD0809的工作原理 IN0－IN7：8条模拟量输入通道
ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0 －5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换 过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入 前增加采样保持电路。 地址输入和控制线：4条 ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A， B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。 C B A 选择的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 数字量输出及控制线：11条 ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。 CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ， VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。 3、ADC0809应用说明 （1）． ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 （2）．初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 （3）．送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 （4）．在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 （5）．是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。
51单片机I/O引脚IO口工作原理 一、P0端口的结构及工作原理 P0端口8位中的一位结构图见下图： 由上图可见，P0端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关、一个与非门、一个与门及场效应管驱动电路构成。再看图的右边，标号为P0.X引脚的图标，也就是说P0.X引脚可以是P0.0到P0.7的任何一位，即在P0口有8个与上图相同的电路组成。 下面，我们先就组成P0口的每个单元部份跟大家介绍一下： 先看输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，在学数字电路时，我们已知道，三态门有三个状态，即在其的输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种就是高阻状态（或称为禁止状态），大家看上图，上面一个是读锁存器的缓冲器，也就是说，要读取D锁存器输出端Q的数据，那就得使读锁存器的这个缓冲器的三态控制端（上图中标号为‘读锁存器’端）有效。下面一个是读引脚
的缓冲器，要读取P0.X引脚上的数据，也要使标号为‘读引脚’的这个三态缓冲器的控制端有效，引脚上的数据才会传输到我们单片机的内部数据总线上。 D锁存器：构成一个锁存器，通常要用一个时序电路，时序的单元电路在学数字电路时我们已知道，一个触发器可以保存一位的二进制数（即具有保持功能），在51单片机的32根I/O口线中都是用一个D触发器来构成锁存器的。大家看上图中的D锁存器，D端是数据输入端，CP是控制端（也就是时序控制信号输入端），Q是输出端，Q非是反向输出端。 对于D触发器来讲，当D输入端有一个输入信号，如果这时控制端CP没有信号（也就是时序脉冲没有到来），这时输入端D的数据是无法传输到输出端Q 及反向输出端Q非的。如果时序控制端CP的时序脉冲一旦到了，这时D端输入的数据就会传输到Q及Q非端。数据传送过来后，当CP时序控制端的时序信号消失了，这时，输出端还会保持着上次输入端D的数据（即把上次的数据锁存起来了）。如果下一个时序控制脉冲信号来了，这时D端的数据才再次传送到Q端，从而改变Q端的状态。 多路开关：在51单片机中，当内部的存储器够用（也就是不需要外扩展存储器时，这里讲的存储器包括数据存储器及程序存储器）时，P0口可以作为通用的输入输出端口（即I/O）使用，对于8031（内部没有ROM）的单片机或者编写的程序超过了单片机内部的存储器容量，需要外扩存储器时，P0口就作为‘地址/数据’总线使用。那么这个多路选择开关就是用于选择是做为普通I/O口使用还是作为‘数据/地址’总线使用的选择开关了。大家看上图，当多路开关与下面接通时，P0口是作为普通的I/O口使用的，当多路开关是与上面接通时，P0口是
51单片机原理介绍 单片机是一种控制芯片，一个微型的计算机，而加上晶振，存储器，地址锁存器，逻辑门，七段译码器（显示器），按钮（类似键盘），扩展芯片，接口等那是单片机系统，以下是8051系列单片机原理和内部结构基础介绍 外部引脚功能 存储空间配置和功能 片内RAM结构和功能 特殊功能寄存器的用途和功能 程序计数器PC的作用和基本工作方式 I/O端口结构、工作原理及功能 时钟和时序 复位电路、复位条件和复位后状态 低功耗工作方式的作用和进入退出的方法§2-1 单片机原理简介和引脚功能 一、内部结构
二、引脚功能
40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O 引脚。 ⒈ 电源: ⑴ VCC - 芯片电源，接+5V； ⑵ VSS - 接地端； ⒉ 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 ⒊ 控制线:控制线共有4根， ⑴ ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ① ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 ② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 ⑵ PSEN:外ROM读选通信号。 ⑶ RST/VPD:复位/备用电源。 ① RST（Reset）功能：复位信号输入端。 ② VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 ⑷ EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 ① EA功能：内外ROM选择端。
② Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 ⒋ I/O线 80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。 §2-1 存储空间配置和功能 80C51的存储器组织结构可以分为三个不同的存储空间，分别是： ⑴ 64KB程序存储器(ROM),包括片内ROM和片外ROM； ⑵ 64KB外部数据存储器（外RAM）； ⑶ 256B内部数据存储器(内RAM) (包括特殊功能寄存器）。 8051单片机存储空间配置原理 一、程序存储器（ROM）