第7章80C51单片机的系统扩展
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《单片机应用系统设计》课程教学大纲一、本课程的地位、作用和任务本课程是在学生学完电子技术类基础课程和微机应用类基础课程之后,为加强对学生技术应用能力的培养而开设的体现电子技术、计算机技术综合应用的综合性课程。
本课程的任务是使学生获得单片机应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能,掌握单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法,并了解单片机在测量、控制等电子技术应用领域的应用。
初步具备应用单片机进行设备技术改造、产品开发的能力。
二、理论教学内容绪论单片机概述0.1 引言0.2 单片机的特点0.3 单片机的发展0.4 MCS-51单片机系列简介第一章MCS–51单片机的结构和原理1. 1 单片机的内部结构1. 2 MCS–51的外部引脚及功能1. 3 MCS–51的存储器配置1. 4 并行输入/输出接口电路1. 5 时钟电路与时序1. 6 MCS –51最小系统设计第二章MCS-51的指令系统2.1 MCS-51指令系统概述2.2 数据传送类指令2.3 算术运算类指令2.4逻辑运算及移位类指令2.5 控制转移类指令2.6 布尔变量操作类指令第三章汇编语言程序设计3.1 汇编语言源程序的格式3.2 伪指令3.3 汇编语言程序举例第四章MCS—51的中断与定时4.1 MCS—51单片机的中断系统4.2 MCS–51的定时/计数器第五章存储器扩展技术5.1 概述5.2 程序存储器的扩展5.3 数据存储器的扩展5.4 PROME2及其扩展第六章I/O扩展技术6.1 I/O接口概述6.2 MCS-51并行I/O口的直接使用6.3 简单I/O扩展6.4 8255并行I/O口6.5 8155简介第七章键盘/显示器扩展技术7.1 单片机应用系统中的人机通道7.2 键盘及其接口7. 3 显示器及接口7.4 专用的8279键盘/显示器接口第八章模拟量输入/输出通道8.1 模拟量输入通道8.2 模拟量输出通道第九章MCS-51的串行通信9.1 串行通信基础9.2 串行接口的构成与工作方式9.3 串行口的典型应用9.4 单片机的多机通信9.5 RS-232C串行总线第十章应用程序设计技术10.1 智能仪表的一般结构10.2 单片机应用系统设计举例第十一章高性能单片机PIC16F8XX介绍11.1 PIC16F87X的特点11.2 PIC16F87X的结构与配置11.3 PIC16F87X的功能部件11.4 PIC16F87X的应用举例三、实践教学的内容和要求实验一联机仿真操作练习实验目的:进一步掌握开发工具的应用实验内容:学习PC机与开发机联机仿真的操作方法实验二指令系统和编程练习实验目的:掌握8051单片机常用指令的使用和编程实验内容:用8051单片机的常见指令编写简单的多字节加减法程序。
单片机80C5180C51单片机的典型产品有80C51﹑80C31和87C51,80C51是ROM型单片机,内部有4KB ROM;80C31无片内ROM;87C51片内有4KB EPROM。
除此外三者的内部结构和引脚完相同。
图1-1 为80C51的内部结构80C51的内部结构包括:【中央处理器(CUP)】主要完成运算和控制功能,80C51的CPU 是一个字节为8位的中央处理器,即它对数据的处理是按字节为单位的;【内部数据处理器(内部RAM】)80C51中共有256个RAM单元,但其中能作为寄存器供用户使用的仅有前面128个,后128个被专用寄存器占用;【内部程序储存器(内部ROM)】80C51共有4KB的掩膜ROM,用于存放程序、原始数据;【定时器/计数器】80C51有2个16位的定时器/计数器;【并行I/O口】80C51共有4个8位I/O口(P0P1P2P3)可实现数据并行输入输出;【串行口】80C51有1个全双工的可编程的串行口,以实现单片机与其他设备之间的串行数据传送;【时钟电路】80C51单片机内部有时钟电路,但晶振和微调电容要外接,为其产生时钟脉冲序列;【中断系统】它共有5个中断源:2个是外部中断源/INTO和/INT1,3个内部中断源,即2个定时/计数中断,1个串行口中断;还有驱动器、锁存器、缓冲器、地址寄存器等。
图1-2 为80C51的引脚图功能说明:主电源引脚Vss(20脚)和Vcc(40脚);时钟电路引脚XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚),用法见图1-2;控制信号引脚如下:RST复位(9脚)输入24个时钟脉冲周期宽度以上H电平复位,接法见图1-3;ALE或/PROG、(30脚)锁存扩展地址低位字节控自信号,或EPROM编程时输入编程脉冲;/PSEN、(29脚)访问片外程序存储器是输出负脉冲作片选控制信号,12个始终周期2次生效,但访问片外RAM时无效,见时序图图1-3;/EA或Vpp(31)程序储存地址的选择,H时先选片内超址时自动跳到片外ROM,或编程时施加编程电压。
单片机 80C51单片机的软件基础_2在现代电子技术领域,单片机扮演着至关重要的角色。
80C51 单片机作为其中的经典代表,其软件基础是我们深入理解和应用它的关键。
首先,让我们来了解一下 80C51 单片机的指令系统。
指令是单片机能够执行的基本操作命令,就如同我们日常做事的具体步骤。
80C51单片机的指令系统丰富多样,包括数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、控制转移指令等等。
数据传送指令用于在单片机内部的寄存器、存储器之间进行数据的移动。
比如说,将一个数值从一个寄存器传送到另一个寄存器,或者将存储单元中的数据读取到寄存器中。
算术运算指令则能实现加法、减法、乘法、除法等基本的数学运算。
这在处理各种数据计算的任务中是必不可少的。
逻辑运算指令用于对数据进行逻辑与、或、异或等操作,帮助我们实现对数据的逻辑判断和处理。
控制转移指令则决定了程序的执行流程。
它可以让程序根据特定的条件跳转到指定的地址继续执行,从而实现分支和循环等功能。
接下来,我们说一说 80C51 单片机的编程语言。
常见的编程语言有机器语言、汇编语言和高级语言。
机器语言是单片机能够直接识别和执行的二进制代码。
它由一连串的 0 和 1 组成,虽然执行效率高,但编写和阅读都非常困难。
汇编语言是一种符号化的机器语言,使用助记符来代替机器指令的操作码,用地址符号或标号来代替地址码。
相比机器语言,汇编语言更易于理解和编写,但仍然需要对单片机的硬件结构有较深入的了解。
高级语言,如 C 语言,具有更高的可读性和可维护性。
它能够让开发者更专注于解决问题的逻辑,而不必过多地关注单片机的底层硬件细节。
使用高级语言编写的程序,经过编译后可以在 80C51 单片机上运行。
在软件开发过程中,编程工具也是不可或缺的。
Keil 就是一款常用的 80C51 单片机编程软件。
它提供了方便的代码编辑、编译、调试环境,能够大大提高开发效率。
编写好程序后,我们需要将其下载到单片机中。
80C51单片机原理RAM地址寄存器 RAM 128B 程序地址寄存器P0驱动器 P2锁存器 P2驱动器P1锁存器 暂存器2 B 寄存器 4KB ROM暂存器1ACC SP P0锁存器 PC PC 增1 缓冲器 P3锁存器 OSC中断、串行口及定时器PSW ALU DPTRP1驱动器 P3驱动器XTAL1XTAL2 P0.0~P0.7 P2.0~P2.7 P3.0~P3.7 P1.0~P1.7 RST ALEV CCV SS定时控制 指令译码器 指令寄存器 PSEN EA表2-1 P3口各引脚与第二功能表PSW 的各位定义见表80C51 P0~P3接口功能简见大多数口线都有双重功能,介绍如下: 1、P0口具有双重功能:(1) 作为通用I/O ,外接I/O 设备。
(2) 作为地址/数据总线。
在有片外扩展存储器的系统 中,低8位地址和数据由P0口分时传送。
PSW 位地址 PS W.7PSW .6PSW .5 PSW .4 PSW .3 PSW .2 PSW .1 PSW .0 位标志CY ACF0RS1RS0OVF1P2、P1口是唯一的单功能口:作为输入/输出口,P1口的每一位都可作为输入/输出口。
3、P2口具有双重功能:(1)作为输入/输出口。
(2)作为高8位地址总线。
在有片外扩展存储器的系统中,高8位地址由P2口传送。
4、P3口具有双重功能:(1)作第一功能使用时,其功能为输入/输出口。
(2)作第二功能使用时,每一位功能定义如表2.1所示。
80C51单片机的4个I/O口都是8位双向口,这些口在结构和特性上是基本相同的,但又各具特点,以下将分别介绍之。
图2-9 P0口某位的结构图2-10 P1口某位的结构1D CPQQ MUX& T1T2锁存器地址/数据控制信号C V CC内部总线写锁存器读锁存器读引脚P0.X引脚12DCPQQ T锁存器V CC内部总线写锁存器读锁存器读引脚P1.X引脚12图2-11 P2口某位的结构图2-12 P3口某位的结构P0~P3口使用时应注意事项1、如果80C51单片机内部程序存贮器ROM 够用,不需要扩展外部存贮器和I/O接口,80C51的四个口均可作I/O 口使用。
80C51单片机原理RAM地址寄存器 RAM 128B 程序地址寄存器P0驱动器 P2锁存器 P2驱动器P1锁存器 暂存器2 B 寄存器 4KB ROM暂存器1ACC SP P0锁存器 PC PC 增1 缓冲器 P3锁存器 OSC中断、串行口及定时器PSW ALU DPTRP1驱动器 P3驱动器XTAL1XTAL2 P0.0~P0.7 P2.0~P2.7 P3.0~P3.7 P1.0~P1.7 RST ALEV CCV SS定时控制 指令译码器 指令寄存器 PSEN EA表2-1 P3口各引脚与第二功能表PSW 的各位定义见表80C51 P0~P3接口功能简见大多数口线都有双重功能,介绍如下: 1、P0口具有双重功能:(1) 作为通用I/O ,外接I/O 设备。
(2) 作为地址/数据总线。
在有片外扩展存储器的系统 中,低8位地址和数据由P0口分时传送。
PSW 位地址 PS W.7PSW .6PSW .5 PSW .4 PSW .3 PSW .2 PSW .1 PSW .0 位标志CY ACF0RS1RS0OVF1P2、P1口是唯一的单功能口:作为输入/输出口,P1口的每一位都可作为输入/输出口。
3、P2口具有双重功能:(1)作为输入/输出口。
(2)作为高8位地址总线。
在有片外扩展存储器的系统中,高8位地址由P2口传送。
4、P3口具有双重功能:(1)作第一功能使用时,其功能为输入/输出口。
(2)作第二功能使用时,每一位功能定义如表2.1所示。
80C51单片机的4个I/O口都是8位双向口,这些口在结构和特性上是基本相同的,但又各具特点,以下将分别介绍之。
图2-9 P0口某位的结构图2-10 P1口某位的结构图2-11 P2口某位的结构图2-12 P3口某位的结构P0~P3口使用时应注意事项1、如果80C51单片机内部程序存贮器ROM够用,不需要扩展外部存贮器和I/O接口,80C51的四个口均可作I/O口使用。
《单片机原理及应用》课程标准适用专业:五年制高职楼宇智能化工程技术专业(560404)课程类别:□A类(纯理论课);RB类(理论+实践);□C类(纯实践课)课程性质:G1必修课;口专业选修课;口公共选修课教学时数:72学时总学分数:4学分一、课程概述(一)课程性质地位单片机课程是高职高专电子类相关专业的的一门专业课程。
可作为(高中后大专、对口单招、五年制高职)层次学生的教学参考。
它以MCS-51单片机为例,详细介绍片内结构、工作原理、接口技术和单片机在各领域中的应用。
为学生进一步学习微机在智能仪表、工业控制领域中的应用技术奠定必要的基础。
(二)课程基本理念《单片机原理及应用》是一门实践性很强的课程,它服务于工程实际,其主要任务是通过学习单片机的结构、工作原理、接口技术和单片机汇编语言程序设计的知识,使学生掌握单片机的基本结构、接口技术以及汇编语言程序设计方法,熟悉单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法,并了解单片机在测量、控制、机电一体化等领域的应用,初步具备应用单片机进行机电设备技术改造、产品开发的能力。
本课程的教学重在培养学生的创新意识和学习能力以及分析问题、解决问题的能力,形成以学生为中心的教学模式,采用启发式教学方法,突出教师的指导作用,突出能力培养,体现实用性原则,采用多煤体教学手段,强化作业的设计性、连续性、综合性,倡导研究性学习,激发学生创造欲望和专业学习兴趣。
(≡)课程设计思路本课程主要以80C51系列单片机为体系,通过学习单片机的结构、工作原理、接口技术和单片机汇编语言程序设计的知识,使学生掌握单片机的基本结构、接口技术以及汇编语言程序设计方法,熟悉单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法,并了解单片机在测量、控制、机电一体化等领域的应用,初步具备应用单片机进行机电设备技术改造、产品开发的能力。
主要内容可以分为四个大的模块:(1)8051系列单片机的结构和工作原理;(2)单片机主要接口芯片的结构及工作原理;(3)单片机的指令系统和汇编程序设计;(4)单片及应用系统的开发设计二、课程目标知识教学目标:C语言是一种通用程序设计语言,具有表达简洁、控制流与数据结构先进和操作功能丰富等特点。
第7章单片机的典型外围接口技术7.1键盘接口7.2显示接口7.3DAC接口7.4ADC接口7.1键盘接口(1)独立连接式键盘优点:结构简单、使用方便。
缺点:占用的I/O口线多。
(2)矩阵式键盘⏹键盘上的键按行列构成矩阵,在行列的交点上都对应有一个键。
⏹所谓键实际上就是一个机械开关,被按下则其交点的行线和列线接通。
⏹非编码键键盘接口技术的主要内容就是如何确定被按键的行列位置,并根据此产生键码。
1.键输入过程与软件结构键扫描有无键按下查键号JMP @A+DPTR00#按键应用程序01#按键应用程序NN #按键应用程序A=00H A=01H A=NNH...N Y2.键盘输入接口与软件应解决的任务⏹(1)键开关的可靠输入⏹抖动的处理有硬件处理和软件处理两种。
⏹(2)按键编码与键号定义⏹(3)键盘检测与编制键盘程序3.矩阵式键盘电路的结构及工作原理一个4×4的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘。
0123106759841114151312+5V X3X2X1X0Y3Y0Y2Y1扫描方法:先令列线Y0为低电平(0),其余3根列线Y1、Y2、Y3都为高电平,读行线状态。
如果X0、X1、X2、X3都为高电平,则Y0这一列上没有键闭合,如果读出的行线状态不全为高电平,则为低电平的行线和Y0相交的键处于闭合状态;如果Y0这一列上没有键闭合,接着使列线Y1为低电平,其余列线为高电平。
用同样的方法检查Y1这一列上有无键闭合,依次类推,最后使列线Y3为低电平,其余列线为高电平,检查Y3这一列有无键闭合。
按键开关的抖动问题组成键盘的按键有触点式和非触点式两种,单片机中应用的一般是由机械触点构成的。
P1.0由于按键是机械触点,当机械触点断开、闭合时,会有抖动,P1.0输入端的波形如图所示。
常用去抖动方法:⏹(1)硬件方法增加去抖动电路。
⏹(2)软件方法采用软件延时(10ms)躲过抖动(3)键盘的接口电路7.2显示接口⏹7.2.1 基本LED 显示原理⏹1.LED显示器的结构与原理d 1234a b c dp f e c dpd e g f b a GND GND abcdefgdp a b c d e f g dp +5v 8R ⨯8R ⨯g 共阴极共阳极2. 十六进制数字形代码表字型共阳极代码共阴极代码字型共阳极代码共阴极代码0C0H3FH990H6FH1F9H06H A88H77H2A4H5BH B83H7CH3B0H4FH C C6H39H 499H66H D A1H5EH 592H6DH E86H79H 682H7DH F84H71H7F8H07H灭FFH00H 880H7FH7.2.2 LED 显示方式在单片机应用系统中使用LED 显示块构成N 位LED 显示器。
注黑体的题要重点掌握。
练习题一1. 选择(1) 单片机片内集成了基本功能单元( ③)①微处理器②运算器③中央处理单元(2) 工业自动化设备采用工控机实现自动控制,工控机属于( ①)①通用计算机②嵌入式计算机③微处理器(3) 单片机的英文缩写为( ②)①SCM ②MCU ③PCL2. 叙述单片机的含义答:利用大规模集成技术,将计算机的各个基本功能单元集成在一块硅片上,这块芯片就具有一台计算机的属性,因而被称为单片微型计算机,简称单片机。
3. 叙述计算机发展的两大分支及其特点。
答:计算机形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。
通用计算机系统以高速数值计算为已任,不必兼顾控制功能,其数据总线宽度不断更新,通用操作系统不断完善,以突出发展海量、高速数值计算能力。
以单片机为代表的嵌入式系统,以面向对象控制为已任,不断增加控制功能,提高可靠性,降低成本,减小体积,改善开发环境。
4. 叙述半导体工艺MOS、HMOS、CMOS和HCMOS的特点,说明新型单片机广泛采用HCMOS工艺的目的。
提示:从速度、密度和功耗三个方面比较。
答:HMOS工艺(高速MOS),即高密度短沟道MOS工艺,虽然有较高的集成度和速度,但其功耗较大。
HCMOS工艺,即互补金属氧化物的HMOS工艺,是CMOS和HMOS的结合,除了具有HMOS的高速高密度之外,还具有CMOS的低功耗的特点。
5. 试述单片机应用系统低功耗设计的主要内容。
答:(1)对于那些采用电池供电的单片机应用系统,降低功耗尤为必要。
降低功耗的重要手段是采用CMOS技术。
新型单片机广泛采用了HCMOS工艺,大大降低了功耗。
(2)降低单片机的工作电源电压也可降低功耗。
(3)选用低功耗的外围芯片及设备,也是降低功耗的措施之一。
过去单片机的外围扩展多采用74TTL芯片,其功耗较大。
为了降低功耗,应选用CMOS(HCMOS)工艺外围芯片。
6. MCS-51、80C51、80C51系列这三个概念有何区别?答:(1)MCS-51指Intel公司推出的利用HMOS或HCMOS工艺制造的一个单片机系列,它又分成51和52两个子系列,其中51子系列是基本型,而52子系列属于增强型。
作业习题答案《单片机应用技术》部分习题与参考答案第1章单片机概述1-1什么是嵌入式系统?嵌入式系统的硬件和软件各包括哪些内容?答: 以应用为中心,以计算机技术为基础,软/硬件可剪裁,针对具体应用系统,对功能、可靠性,成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统称为嵌入式计算机系统。
简称为嵌入式系统。
嵌入式系统的硬件包括:嵌入式处理器、存储器和外部设备器件、输入输出接口、图形控制器等。
软件包括操作系统和应用程序。
嵌入式系统是专用的计算机系统,嵌入式系统的核心是嵌入式处理器,单片机是嵌入式处理器的典型代表。
1-2 什么叫单片机?一个完整的单片机芯片至少有哪些部件?答:将微处理器(CPU)、存储器、定时/计数器及输入输出接口电路等部件集成在一块集成电路上,称为单片微型计算机,简称单片机。
一个完整的单片机芯片至少有中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、定时/计数器及I/O接口等部件。
1-3嵌入式处理器有何特点?嵌入式处理器分为哪几类?答:嵌入式处理器对实时和多任务系统有和强的支持能力、对存储区保护功能强、具有可扩展的处理器结构及低功耗等特点。
嵌入式处理器分为:嵌入式微处理器、微控制器、嵌入式DSP处理器和片上系统等。
1-4 单片机系统的开发过程分为那几步进行?答:1.硬件的设计与调试。
2 应用程序的设计和调试。
3系统联调。
4程序的固化。
5.脱机运行。
1-5 Intel 公司的主要单片机产品分为哪几大系列?各系列的区别何在?答:Intel公司的MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列产品;48系列的单片机在片内集成4位CPU,片内含有多种I/O接口,有的根据不同用途还配有许多专用接口,价格便宜,控制功能强。
51系列的单片机在片内集成8位CPU、片内RAM为128字节,ROM为4K字节,4个并行I/O口、2个16位定时/计数器、串行接口、5个中断源。
96系列单片机CPU为16位,片内RAM为232字节,ROM为8K字节,片内带有高速输入输出部件,多通道10位A/D转换部件,中断处理为8级。
章7 80C51单片机的系统扩展1.以80C31为主机,用2片27C256扩展64K EPROM,试画出接口电路。
答:2.以80C31为主机,用1片27C512扩展64K EPROM,试画出接口电路。
答:3.以80C31为主机,用1片27C256扩展32K RAM,同时要扩展8K的RAM,试画出接口电路。
答:4.当单片机应用系统中数据存储器RAM地址和程序存储器EPROM地址重叠时,它们内容的读取是否会发生冲突,为什么?答:不会。
由于80C51对ROM的读操作由PSEN控制,指令用MOVC类;对RAM读操作用RD控制,指令用MOVX。
所以,尽管ROM与RAM的逻辑地址是重叠的,它们内容的读取也不会发生冲突。
5.根据图7.14电路,编程完成对81C55的操作:a、读81C55的80H单元。
b、将立即数88H写入81C55的30H单元。
答:a、MOV DPTR,#7E80HMOVX A,@DPTRb、MOV A,#88HMOV DPTR,#7E30HMOVX A,@DPTR6.I2C总线的特点是什么?答:a、二线制传输。
器件引脚少,器件间连接简单,电路板体积减小,可靠性提高。
b、传输速率高标准模式传输速率为100Kb/s,快速模式为400Kb/s,高速模式为3.4Mb/s。
c、支持主/从和多主两种工作方式7、I2C总线的起始信号和终止信号是如何定义的?答:SCL线为高电平期间,SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号;SCL线为高电平期间,SDA 线由低电平向高电平的变化表示终止信号。
起始和终止信号如图所示。
起始信号 S终止信号 P8、I2C总线的数据传送方向如何控制?答:在主机发出起始信号后要再传输1个控制字节:7位从器件地址,1位传输方向控制位(用“0”表示主机发送数据,“1”表示主机接收数据)。
9、具备I2C总线接口的E2PROM芯片有哪几种型号?容量如何?答:典型产品如A TMEL公司的AT24C系列:型号容量AT24C01A 128AT24C02 256AT24C04 512AT24C08A 1KAT24C16A 2KAT24C32A 4KAT24C64A 8KAT24C128B 16KAT24C256B 32KAT24C512B 64K10、A T24C系列芯片的读写格式如何?答:a、写操作过程对A T24C02写入时,单片机发出起始信号之后再发送的是控制字节,然后释放SDA线并在SCL线上产生第9个时钟信号。