第三章单片机的并行口
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华中科技大学光学与电子信息学院单片机( 2015 -- 2016学年度第一学期)题目:MCS-51单片机并行端口结构与操作院系:光学与电子信息学院班级:学号:学生姓名:指导教师:成绩:日期: 2015年 9月 21日MCS—51单片机并行口的结构与操作一、MCS—51单片机简介MCS—51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品,与MCS-48单片机相比,它的结构更先进,功能更强,在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条,MCS-51单片机可以算是相当成功的产品,一直到现在,MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品,各高校及专业学校的培训教材仍与MCS—51单片机作为代表进行理论基础学习.MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品,其主要功能如下:8位CPU、4kbytes 程序存储器(ROM)、128bytes的数据存储器(RAM)、32条I/O口线、111条指令,大部分为单字节指令、21个专用寄存器、2个可编程定时/计数器、5个中断源,2个优先级、一个全双工串行通信口、外部数据存储器寻址空间为64kB、外部程序存储器寻址空间为64kB、逻辑操作位寻址功能、双列直插40PinDIP封装、单一+5V电源供电。
如图所示:1。
结构(1)中央处理单元(8位)数据处理、测试位,置位,复位位操作(2)只读存储器(4KB或8KB)永久性存储应用程序,掩模ROM、EPROM、EEPROM(3)随机存取内存(128B、128B SFR)在程序运行时存储工作变量和资料(4)并行输入/输出口(I / O)(32条)作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片(5)串行输入/输出口(2条)串行通信、扩展I / O接口芯片(6)定时/计数器(16位、加1计数)计满溢出、中断标志置位、向CPU提出中断请求,与CPU之间独立工作(7)时钟电路内振、外振。
(8)中断系统五个中断源、2级优先。
第一章习题1.什么是单片机?单片机和通用微机相比有何特点?答:单片机又称为单片微计算机,它的结构特点是将微型计算机的基本功能部件(如中央处理器(CPU)、存储器、输入接口、输出接口、定时/计数器及终端系统等)全部集成在一个半导体芯片上。
虽然单片机只是一个芯片,但无论从组成还是从逻辑功能上来看,都具有微机系统的定义。
与通用的微型计算机相比,单片机体积小巧,可以嵌入到应用系统中作为指挥决策中心,是应用系统实现智能化。
2.单片机的发展有哪几个阶段?8位单片机会不会过时,为什么?答:单片机诞生于1971年,经历了SCM、MCU、SOC三大阶段,早期的SCM单片机都是8位或4位的。
其中最成功的是INTEL的8031,此后在8031上发展出了MCS51系列MCU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很广泛的应用。
90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提高。
随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。
然而,由于各应用领域大量需要的仍是8位单片机,因此各大公司纷纷推出高性能、大容量、多功能的新型8位单片机。
目前,单片机正朝着高性能和多品种发展,但由于MCS-51系列8位单片机仍能满足绝大多数应用领域的需要,可以肯定,以MCS-51系列为主的8位单片机,在当前及以后的相当一段时间内仍将占据单片机应用的主导地位。
3.举例说明单片机的主要应用领域。
答:单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:智能仪器单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
单⽚机课后习题答案单⽚机课后习题答案1.89C51单⽚机内包含哪些主要逻辑功能部件?答:80C51系列单⽚机在⽚内集成了以下主要逻辑功能部件:(l)CPU(中央处理器):8位(2)⽚内RAM:128B(3)特殊功能寄存器:21个(4)程序存储器:4KB (5)并⾏I/O⼝:8位,4个(6)串⾏接⼝:全双⼯,1个(7)定时器/计数器:16位,2个(8)⽚内时钟电路:1个2.89C51的EA端有何⽤途?答:/EA端接⾼电平时,CPU只访问⽚内flash Rom并执⾏内部程序,存储器。
/EA端接低电平时,CPU只访问外部ROM,并执⾏⽚外程序存储器中的指令。
/EA端保持⾼电平时,CPU执⾏内部存储器中的指令。
3.89C51的存储器分哪⼏个空间?如何区别不同空间的寻址?答:ROM(⽚内ROM和⽚外ROM统⼀编址)(使⽤MOVC)(数据传送指令)(16bits地址)(64KB)⽚外RAM(MOVX)(16bits地址)(64KB)⽚内RAM (MOV)(8bits地址)(256B)4.简述89C51⽚内RAM的空间分配。
答:⽚内RAM有256B,低128B是真正的RAM区,⾼128B是SFR(特殊功能寄存器)区。
5.简述布尔处理存储器的空间分配,⽚内RAM中包含哪些可位寻址单元。
答:⽚内RAM区从00H~FFH(256B)其中20H~2FH(字节地址)是位寻址区对应的位地址是00H~7FH6. 如何简捷地判断89C51正在⼯作?答:⽤⽰波器观察8051的XTAL2端是否有脉冲信号输出(判断震荡电路⼯作是否正常?)ALE(地址锁存允许)(Address Latch Enable)输出是fosc的6分频⽤⽰波器观察ALE是否有脉冲输出(判断8051芯⽚的好坏?)观察PSEN(判断8051能够到EPROM 或ROM中读取指令码?)因为/PSEN接外部EPROM(ROM)的/OE端⼦OE=Output Enable(输出允许)7. 89C51如何确定和改变当前⼯作寄存器组?答:PSW(程序状态字)(Program Status Word)中的RS1和RS0 可以给出4中组合,⽤来从4组⼯作寄存器组中进⾏选择PSW属于SFR(Special Function Register)(特殊功能寄存器)9.读端⼝锁存器和“读引脚”有何不同?各使⽤哪种指令?答:读锁存器(ANLP0,A)就是相当于从存储器中拿数据,⽽读引脚是从外部拿数据(如MOV A,P1这条指令就是读引脚的,意思就是把端⼝p1输⼊数据送给A)传送类MOV,判位转移JB、JNB、这些都属于读引脚,平时实验时经常⽤这些指令于外部通信,判断外部键盘等;字节交换XCH、XCHD算术及逻辑运算ORL、CPL、ANL、ADD、ADDC、SUBB、INC、DEC控制转移CJNE、DJNZ都属于读锁存器。
单片机教案(讲稿)第一章:单片机概述1.1 单片机的定义与发展历程介绍单片机的概念及其发展历程讲解单片机在我国的应用与发展现状1.2 单片机的组成与结构介绍单片机的组成结构,包括CPU、存储器、输入/输出接口等讲解单片机的硬件系统设计与应用1.3 单片机的特点与分类讲解单片机的主要特点,如体积小、成本低、功耗低等介绍单片机的分类及应用领域第二章:单片机编程基础2.1 计算机组成原理与数制转换讲解计算机组成原理,包括二进制、八进制、十六进制等数制转换方法介绍ASCII码、GB2312等字符编码标准2.2 单片机指令系统与编程语法讲解单片机的指令系统,包括数据传输、逻辑运算、算术运算等指令介绍单片机编程语法,如寄存器、立即寻址、间接寻址等2.3 程序设计方法与技巧讲解程序设计方法,包括顺序结构、分支结构、循环结构等介绍编程技巧,如变量命名、代码优化、模块化设计等第三章:单片机接口技术3.1 并行接口设计与应用讲解并行接口的原理与设计方法介绍并行接口在单片机中的应用案例,如键盘、LED显示等3.2 串行接口设计与应用讲解串行接口的原理与设计方法介绍串行接口在单片机中的应用案例,如串口通信、USB接口等3.3 其他接口技术介绍讲解ADC、DAC、PWM等接口技术的原理与应用介绍这些接口技术在单片机中的应用案例第四章:单片机应用系统设计4.1 系统设计流程与方法讲解单片机应用系统设计的流程,包括需求分析、硬件选型、软件设计等介绍系统设计方法,如模块化设计、层次化设计等4.2 硬件系统设计与调试讲解硬件系统设计的方法与技巧介绍硬件调试工具与方法,如示波器、逻辑分析仪等4.3 软件系统设计与调试讲解软件系统设计的方法与技巧介绍软件调试工具与方法,如调试器、仿真器等第五章:单片机项目实践5.1 项目实践概述讲解项目实践的目的与意义介绍项目实践的内容与要求5.2 项目实践案例一:温度控制系统讲解温度控制系统的原理与设计方法介绍使用单片机实现温度控制的具体步骤与技巧5.3 项目实践案例二:智能家居系统讲解智能家居系统的原理与设计方法介绍使用单片机实现智能家居的具体步骤与技巧5.4 项目实践案例三:小型讲解小型的原理与设计方法介绍使用单片机控制小型的具体步骤与技巧展望单片机技术在未来的发展趋势与应用前景第六章:单片机中断与定时器/计数器6.1 中断系统讲解单片机的中断系统概念、类型及优先级介绍中断服务程序的编写方法与中断响应过程6.2 定时器/计数器原理讲解定时器/计数器的结构、工作模式及编程方法介绍定时器/计数器在工业控制中的应用案例6.3 中断与定时器/计数器应用实例结合具体案例,讲解中断与定时器/计数器在实际项目中的应用第七章:单片机串行通信技术7.1 串行通信基础讲解串行通信的概念、分类及标准介绍串行通信的物理层、数据链路层及网络层协议7.2 单片机串行通信接口讲解单片机串行通信接口的原理与编程方法介绍单片机串行通信在各种应用场景中的案例7.3 串行通信技术应用实例结合具体案例,讲解串行通信技术在实际项目中的应用第八章:单片机接口扩展技术8.1 并行扩展技术讲解并行扩展芯片的选型及接口设计方法介绍并行扩展在存储器、IO接口等方面的应用8.2 串行扩展技术讲解串行扩展芯片的选型及接口设计方法介绍串行扩展在ADC、DAC、显示模块等方面的应用8.3 接口扩展技术应用实例结合具体案例,讲解接口扩展技术在实际项目中的应用第九章:单片机嵌入式系统设计9.1 嵌入式系统概述讲解嵌入式系统的概念、特点及分类介绍嵌入式系统的设计流程与方法9.2 嵌入式操作系统讲解嵌入式操作系统的概念、特点及分类介绍常见的嵌入式操作系统及其应用案例9.3 嵌入式系统设计实例结合具体案例,讲解嵌入式系统在实际项目中的应用第十章:单片机技术发展趋势与应用前景10.1 单片机技术发展趋势讲解单片机技术的发展趋势,如性能提升、集成度增加等介绍新兴的单片机技术,如片上系统(SoC)、物联网(IoT)等10.2 单片机应用前景探讨单片机技术在各个领域的应用前景,如工业控制、智能家居、医疗设备等分析单片机技术对我国经济社会发展的重要意义重点和难点解析重点环节一:单片机的定义与发展历程单片机作为微控制器的核心,其定义和发展历程是理解微控制器应用的基础。
1.2 单片机内部主要部件单片机内部电路比较复杂,MCS-51系列的8051型号单片机的内部电路根据功能可以分为CPU、RAM、ROM/EPROM、并行口、串行口、定时/计数器、中断系统及特殊功能寄存器(SFR)等8个主要部件,如图1-2-1所示。
这些部件通过片内的单一总线相连,采用CPU加外围芯片的结构模式,各个功能单元都采用特殊功能寄存器集中控制的方式。
其他公司的51系列单片机与8051结构类似,只是根据用户需要增加了特殊的部件,如A/D转换器等。
在设计程序过程中,寄存器的使用非常频繁。
本节内容在了解单片机内部的组成机构基础上,重点介绍单片机内部常用的寄存器的作用。
图1-2-1 MCS-51架构1.2.1中央处理器(CPU)中央处理器是单片机的核心,主要功能是产生各种控制信号,根据程序中每一条指令的具体功能,控制寄存器和输入/输出端口的数据传送,进行数据的算术运算、逻辑运算以及位操作等处理。
MCS-51系列单片机的CPU字长是8位,能处理8位二进制数或代码,也可处理一位二进制数据。
单片机的CPU从功能上一般可以分为运算器和控制器两部分。
一、控制器控制器由程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、定时控制与条件转移逻辑电路等组成。
其功能是对来自存储器中的指令进行译码,通过定时电路,在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部的控制信号,使各部分协调工作,完成指令所规定的功能。
各部分功能部件简述如下。
1.程序计数器PC(Program Counter)程序计数器是一个16位的专用寄存器,用来存放下一条指令的地址,具有自动加1的功能。
当CPU要取指令时,PC的内容送地址总线上,从存储器中去取出一个指令码后,PC 内容自动加1,指向下一个指令码,以保证程序按顺序执行。
PC是用来指示程序的执行位置,在顺序执行程序时,单片机每执行一条指令,PC就自动加1,以指示出下一条要取的指令的存储单元的16位地址。
也就是说,CPU总是把PC 的内容作为地址,根据该地址从存储器中取出指令码或包含在指令中的操作数。
8051具有4个p1—p3并行口。
P0口锁存器构成一个锁存器通常用时序电路(时序的单元电路是触发器,一个触发器可保存一位二进制数)。
D触发器构造了一个锁存器,cp控制端,q、Q输出端。
对于d触发器,输入端存信号,cp信号不来,无法传送到q上。
Cp一旦到了,相应d输入端数据传送到输出端。
Cp写入信号小时之后,q端还会保留上一次d的输出,马上cp写入信号又来,q的内容跟着变化。
多路开关(数据选择器MUX)p0口有8位,有8个同样的电路。
缓冲器三态门组合电路(TTL门)有一个控制端控制着缓冲器是不是连通。
一旦控制器有效,缓冲器打开,输入端内容反应到输出端,如果控制端无效,输出端是高阻抗状态(即不是高电平也不是低电平,是悬空的状态)P0口做普通I/O口p0.x输入某个数据读引脚有效读锁存器q。
读锁存器有效Mux多路开关两个输入端可通过系统的选择,可将输入端接在锁存器上还是地址/数据上,如果是接在锁存器上,p0口输出端和锁存器通过2个mos管(2个mos管构成推拉式的输出结构,特征:两个管如果一个管导通,另一个截止),推拉式的输出电流大,负载强。
P0口做I/O口用输出将内部总线的数据通过d输出到p0口,在写入脉冲的控制下,将输入信号输入端到q(输出端),由Q端输出,到q——d输入两种形式1、p0口直接读端口(8个)读引脚要有效,进入数据总线。
2、读锁存器将锁存器口输出端的内容读。
由于mux的存在,p0复用口,I/O读锁存器有效,另一种数据/地址复用线,对于p0口,一般不把它作为简单的I/O。
而是作为复用线,控制端(控制、一端引入与门进去,一端接入mux。
地址/数据有数据,一端接与门的输入端,专门的另一端接控制。
通过反相器进入mux,地址/数据信号和mux信号相反)锁存器数据输出80514个并行口p0——p3,共32根I/O4个口每个都具有双向I/O,均可作数据输入/输出使用,每个接口内部都有8位数据输出锁存器、一个输出驱动器和一个数据输入缓冲器。
单片机原理及应用(第3版)参考答案《单片机原理及应用(第3版)》习题参考答案姜志海黄玉清刘连鑫编著电子工业出版社目录第1章概述 ............................................................. 2 第2章 MCS,51系列单片机硬件结构 . (5)第3章 MCS,51系列单片机指令系统 .......................................10 第4章 MCS,51系列单片机汇编语言程序设计 ............................... 13 第5章 MCS,51系列单片机硬件资源的应用 ................................. 18 第6章 MCS,51系列单片机并行扩展接口技术 ............................... 23 第7章 MCS,51系列单片机串行总线扩展技术 ............................... 28 第8章单片机应用系统设计 . (30)第1章概述1(简述微型计算机的结构及各部分的作用微型计算机在硬件上由运算器、控制器、存储器、输入设备及输出设备五大部分组成。
运算器是计算机处理信息的主要部分;控制器控制计算机各部件自动地、协调一致地工作;存储器是存放数据与程序的部件;输入设备用来输入数据与程序;输出设备将计算机的处理结果用数字、图形等形式表示出来。
通常把运算器、控制器、存储器这三部分称为计算机的主机,而输入、输出设备则称为计算机的外部设备(简称外设)。
由于运算器、控制器是计算机处理信息的关键部件,所以常将它们合称为中央处理单元CPU(Central Process Unit)。
2(微处理器、微型计算机、微型计算机系统有什么联系与区别,微处理器是利用微电子技术将计算机的核心部件(运算器和控制器)集中做在一块集成电路上的一个独立芯片。