MCS51单片机学习开发板原理图
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多功能MCS-51单片机开发板设计
（ ）数码管 显 示接 口电路 七 系 统数 码管 显示 及键 盘显示 均 比较灵 活 ，提 供 了专 门的 ＩＯ ／ 接 口，可 以用 ８５ 来控 制 ，也可 以用单 片机来 控制 。开发板 支持 １５ ４位七 段示 Ｌ Ｄ 码显 示器 。 Ｅ数 四、结 束语 限于篇 幅 ，本 文关 于 Ｄ １０ 、ＬＤ显 示接 口以及 系统软 件设 Ｓ３ ２ Ｃ 计 等方 面未 能介 绍 。本文 设计 的单片 机开 发板在 实 际中发挥 了重 要 作用 ，适合 于单 片机 学 习者 及 简单 的工程应 用 。 参 考文 献 ： 【 杨光 友 ． 片微 型计 算机 原理 及 接 口技 术【 ． 利 水 电 出 １ １ 单 Ｍ】 水
社 ．０ ７ ２０
【 Ｘ５ ４ ｔ ｈ ｅ． ｔ ｓ ｃ ０ ６ ５ ０ ５ ａ ｅｔｎｅ ｉｉ ． ０ ］ Ｄａ ｓ Ｉ ｒｌｎ ２
［ 者简 介］ 作 张道 德 （９ ３ ） １７一 ，男 ，博 士 ，研 究方 向：从 事嵌 入 式系 统 、智能控 制等领 域 的研 究。
（ 接第 １７页 ） 上 ６
计 算机 光盘 软件 与应用
２ １ 年 第 ８期 ０１
Ｃ ｍ ｕ ｅ ＤＳ ｆｗ ｒ ｎ ｐ ｌｃ ｔ ｏ ｓ ｏｐ ｔｒＣ ｏ ｔ ａ ｅ
（ ）键盘 接 口电路 六 在 单 片机应 用系 统 中通 常应 具有 人机 对话 功能能 随时 发 出各 种控 制 指 令 和数 据 输 入 以及 报 告 应用 系 统 的运 行 状 态 与运 行 结 果 。本文 所采用 的是 独立 式键盘 ， 中 ｋ ｙ 其 ｅ 代表 阻值 为 Ｉ ｋ Ｑ的排
版 社 ．０ ２ ２ ０
目 … 午
图 ５ 看 门狗 接 口电路
【］ Ｔ ９ ５ ｔ ｈ ｅ Ａ ｍ ｌｎ ． ０ ２ ８ Ｓ １ ａ ｅｔ ｔ ｅ Ｉｃ ０ ６ Ａ Ｄａ ｓ ２
2-MCS51单片机原理-定时器解析
MOV TL0,#9CH ；T0置初值
MOV TH0,#9CH
SETB TR1 ；启动T1
HERE: AJMP HERE
方式3的应用
T0工作在方式3时，TL0和TH0被分成两个独立的8位
定时器/计数器。其中，TL0可作为8位的定时器/计
数器；而TH0只能作为8位的定时器。
33
当T1用作串行口波特率发生器时，T0才设置为方式3。 此时，常把T1设置为方式2，用作波特率发生器。
31
外部信号由T1(P3.5) 脚输入,每发生一次负跳变计数 器加1，每输入100个脉冲，计数器产生溢出中断， 在中断服务程序中将P1.0取反一次。
T1工作在方式2的控制字为TMOD=60H。不使用T0 时，TMOD的低4位可任取，但不能使T0进入方式 3，这里取全0。
（2）计算T1的初值
X=28-100=156=9CH
18
定时器/计数器的编程和应用 4种工作方式中，方式0与方式1基本相同，由于方式0
是为兼容MCS-48而设，其计数初值计算复杂，在 实际应用中，一般不用方式0，而采用方式1。 方式1应用 例1 假设系统时钟频率采用6MHz，要在P1.0上输出 一个周期为2ms的方波，如图所示。
19
方波的周期用T0来确定，让T0每隔1ms计数溢出1次， 既T0每隔1ms产生一次中断，CPU相应中断后， 在中断服务程序中对P1.0取反。
(2) C/T*——计数器模式和定时器模式选择位 0：定时器模式。 1：计数器模式。
6
（3） GATE——门控位 0：以运行控制位TRX（X=0,1）来启动 定时器/计数器运行。 1： 用 外 中 断 引 脚 ( INT0* 或 INT1* ) 上 的 高电平来启动定时器/计数器运行。
第2章MCS--51系列单片机的结构及原理
（3）软件标志FO（PSW.5）：这是可由用户定义的一个 状态标志，可由用户置位或复位。F1的定义与F0相同。
（4）工作寄存器组选择位RS1、RS0（PSW.4，
PSW.3）： RS1、RS0与工作寄存器组的对应关系
如下：
RS1 RS0 工作寄存器组 片内RAM地址
00
第0组
00H～07H
01
第1组
指令执行后，A=D1H最高位无进位，故Ｃ=0；低半字节有进位，AC=1； OV=0 1=1，发生溢出；A中1的个数为偶数，故P=0。
CPU时序
一．振荡器
CPU执行指令的一系列动作是在时序电路的控制下一拍一拍进行的。 其节拍信号由振荡器产生，MCS--51系列单片机的内部有一个高增益的反 相放大器。外接晶体后可构成自激振荡器产生节拍信号，接法见图2-1, 也可使用片外振荡器，采用不同工艺制造的单片机芯片接法不同：
RST/VPO：双功能引脚，在单片机工作期间， 当此引脚上出现连接2个机器周期的高电平时可 实现复位操作，详见2.4节。
在Vcc掉电期间，若该引脚接备用电源 （+5v），可向片内RAM供电，以保存片内RAM中 的信息。
2.2 MCS—51系列单片机的微处理器与CPU时序
运算器由算逻运算单元ALU、累加器A、B寄存器、暂存器1、 暂存器2、及程序状态字PSW构成。程序状态字PSW是1个8位 的专用寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息，可 进行位寻址，
P
图2—3 程序状态字各位的含义
（1）进位标志C（PSW.7）；很多算术逻辑运算指令执行 后都会影响进位标志C。例如加减运算，若运算结果有进 位或借位，则C=1，若无，则C=0。可用专门的指令或硬件 将C置位或清零，在进行位操作时，C又起着位累加器的作 用，类似于累加器A。
（4）工作寄存器组选择位RS1、RS0（PSW.4，
PSW.3）： RS1、RS0与工作寄存器组的对应关系
如下：
RS1 RS0 工作寄存器组 片内RAM地址
00
第0组
00H～07H
01
第1组
指令执行后，A=D1H最高位无进位，故Ｃ=0；低半字节有进位，AC=1； OV=0 1=1，发生溢出；A中1的个数为偶数，故P=0。
CPU时序
一．振荡器
CPU执行指令的一系列动作是在时序电路的控制下一拍一拍进行的。 其节拍信号由振荡器产生，MCS--51系列单片机的内部有一个高增益的反 相放大器。外接晶体后可构成自激振荡器产生节拍信号，接法见图2-1, 也可使用片外振荡器，采用不同工艺制造的单片机芯片接法不同：
RST/VPO：双功能引脚，在单片机工作期间， 当此引脚上出现连接2个机器周期的高电平时可 实现复位操作，详见2.4节。
在Vcc掉电期间，若该引脚接备用电源 （+5v），可向片内RAM供电，以保存片内RAM中 的信息。
2.2 MCS—51系列单片机的微处理器与CPU时序
运算器由算逻运算单元ALU、累加器A、B寄存器、暂存器1、 暂存器2、及程序状态字PSW构成。程序状态字PSW是1个8位 的专用寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息，可 进行位寻址，
P
图2—3 程序状态字各位的含义
（1）进位标志C（PSW.7）；很多算术逻辑运算指令执行 后都会影响进位标志C。例如加减运算，若运算结果有进 位或借位，则C=1，若无，则C=0。可用专门的指令或硬件 将C置位或清零，在进行位操作时，C又起着位累加器的作 用，类似于累加器A。
MCS51系列单片机芯片结构
（2）控制器电路
控制器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄 存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以 及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协调单 片机各部分正常工作。
2. 定时器/计数器
MCS－51单片机片内有两个16位的定时/计数器，即定 时器0和定时器1。它们可以用于定时控制、延时以及对外 部事件的计数和检测等。
电源引脚Vcc和Vss
Vcc：电源端，接＋5V。
Vss：接地端。
时钟电路引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡 器倒相放大器的输入，若使用外部TTL时钟时，该引脚必须接 地。
XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振 荡器倒相放大器的输出，若使用外部TTL时钟时，该引脚为外 部时钟的输入端。
5. 串行I/O口
MCS－51单片机具有一个采用通用异步工作方式的全双 工串行通信接口，可以同时发送和接收数据。
6. 中断控制系统
8051共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个 ，串行中断1个。
7. 时钟电路
MCS－51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调电 容必须外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，振荡器 的频率范围为1.2MHz～12MHz，典型取值为6MHz。
地址锁存允许ALE
系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低 8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。
外部程序存储器读选通信号
是读外部程序存储器的选通信号，低电平有效。
程序存储器地址允许输入端 /VPP 当为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC 中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令 。当为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。
控制器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄 存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以 及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协调单 片机各部分正常工作。
2. 定时器/计数器
MCS－51单片机片内有两个16位的定时/计数器，即定 时器0和定时器1。它们可以用于定时控制、延时以及对外 部事件的计数和检测等。
电源引脚Vcc和Vss
Vcc：电源端，接＋5V。
Vss：接地端。
时钟电路引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡 器倒相放大器的输入，若使用外部TTL时钟时，该引脚必须接 地。
XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振 荡器倒相放大器的输出，若使用外部TTL时钟时，该引脚为外 部时钟的输入端。
5. 串行I/O口
MCS－51单片机具有一个采用通用异步工作方式的全双 工串行通信接口，可以同时发送和接收数据。
6. 中断控制系统
8051共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个 ，串行中断1个。
7. 时钟电路
MCS－51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调电 容必须外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，振荡器 的频率范围为1.2MHz～12MHz，典型取值为6MHz。
地址锁存允许ALE
系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低 8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。
外部程序存储器读选通信号
是读外部程序存储器的选通信号，低电平有效。
程序存储器地址允许输入端 /VPP 当为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC 中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令 。当为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。
MCS-51单片机
MCS-51单片机 原理及应用
电子科技大学物理电子学院 信息科学教研室 邓兴成
MCS-51单片机结构
CPU结构
1、算术逻辑单元ALU 完成加、减、乘、除，与、或、非、 异或等。最大指令执行周期为4机器周期。 2、定时控制部件 由定时控制逻辑、指令寄存器IR与振 荡器等组成。AT89S52的晶振频率最大为 36MHz。
相对寻址 SJMP rel；PC←PC+2+rel rel的取值范围：-128～+127 位寻址 MOV C，7FH；Cy←（7FH） MOV C，2FH.7 MOV C，ACC.1
数据传递指令
内部数据传送指令（15）
指令格式： MOV 目的地址，源地址 1、立即寻址 MOV A，#data MOV Rn，#data MOV @Ri，#data MOV direct，#data
PUSH POP direct 例：设（30H）=x和（40H）=y，试利用堆栈作为媒体编出 30H和40H单元中内容相交换的程序。 MOV SP, #70H PUSH 30H PUSH 40H POP 30H POP 40H 注意：堆栈操作是直接寻址指令。 PUSH ACC PUSH A PUSH 00H PUSH R0 POP ACC POP A POP 00H POP R0
例： 试分析8031/8051执行如下指令后累 加器A和PSW中各标志位的变化情况。 MOV A， #19H ADD A， #66H
例： 试分析8031/8051执行如下指令后累 加器A和PSW中各标志位的变化情况。 MOV A， #5AH ADD A， #6BH
例：已知：R1=32H，（30H）=AAH， （31H）=BBH，（32H）=CCH，试问如 下指令执行后，累加器A、50H、R6、32H 和P1口中的内容是什么？ MOV A，30H MOV 50H，A MOV R6，31H MOV @R1，30H MOV P1，32H
电子科技大学物理电子学院 信息科学教研室 邓兴成
MCS-51单片机结构
CPU结构
1、算术逻辑单元ALU 完成加、减、乘、除，与、或、非、 异或等。最大指令执行周期为4机器周期。 2、定时控制部件 由定时控制逻辑、指令寄存器IR与振 荡器等组成。AT89S52的晶振频率最大为 36MHz。
相对寻址 SJMP rel；PC←PC+2+rel rel的取值范围：-128～+127 位寻址 MOV C，7FH；Cy←（7FH） MOV C，2FH.7 MOV C，ACC.1
数据传递指令
内部数据传送指令（15）
指令格式： MOV 目的地址，源地址 1、立即寻址 MOV A，#data MOV Rn，#data MOV @Ri，#data MOV direct，#data
PUSH POP direct 例：设（30H）=x和（40H）=y，试利用堆栈作为媒体编出 30H和40H单元中内容相交换的程序。 MOV SP, #70H PUSH 30H PUSH 40H POP 30H POP 40H 注意：堆栈操作是直接寻址指令。 PUSH ACC PUSH A PUSH 00H PUSH R0 POP ACC POP A POP 00H POP R0
例： 试分析8031/8051执行如下指令后累 加器A和PSW中各标志位的变化情况。 MOV A， #19H ADD A， #66H
例： 试分析8031/8051执行如下指令后累 加器A和PSW中各标志位的变化情况。 MOV A， #5AH ADD A， #6BH
例：已知：R1=32H，（30H）=AAH， （31H）=BBH，（32H）=CCH，试问如 下指令执行后，累加器A、50H、R6、32H 和P1口中的内容是什么？ MOV A，30H MOV 50H，A MOV R6，31H MOV @R1，30H MOV P1，32H
第二章 MCS-51系列单片机结构与工作
• （1）地址总线（AB）：地址总线为16位，可寻址范围为 216=64KB。16位地址总线由并口P0经地址锁存器提供低8位地址 （A0至A7）；并口P2直接提供高8位地址（A8至A15）。由于P0口 还要作数据总线，只能分时用作低8位地址线，所以P0输出的低8位 地址必须用锁存器锁存。锁存器的锁存控制信号为ALE输出信号。P2 口具有输出锁存功能，所以不需外加锁存器。 • （2）数据总线（DB）：数据总线为8位，由并口P0提供，用于单片 机与外部存储器和I/O设备之间传送数据。P0口为三态双向口，可以 进行双方向的数据传送。 • （3）控制总线（CB）：由并口P3的第二功能状态和4根独立控制线 RESET、EA、ALE、PSEN组成。
2.3.1运算器 2.3.1运算器
• 4．程序状态字寄存器PSW • 程序状态字寄存器PSW是8位寄存器，用来存储当前指令执行后的状 态，便于程序查询和判别。程序状态字寄存器各位的定义如表2-2。
• （1）进位标志位C：又名CY，在加法和减法运算时， 表示运算结果 最高位的进位或借位情况。
2.3.1运算器 2.3.1运算器
2.2.1 MCS-51系列单片机的引脚与功能 MCS-51系列单片机的引脚与功能
• （8）XTAL2（18脚）：片内振荡电路反向放大器的输出端，采用外 部时钟时该引脚为振荡信号的输入端。 • （9）P0口：P0.0～P0.7依次为第39～32脚，P0口除了可以作普通 的双向I/O口使用外，也可以在访问外部存储器时用作低8位地址线和 数据总线。 • （10）P1口：P1.0～P1.7依次为第1～8脚，P1口是带内部上拉电 阻的双向I/O口，向P1口写入“1” 时，P1口被内部上拉为高电平， 可用作输入口。当作为输出脚时，被外部拉低的P1口会因为内部上拉 电阻的存在而输出电流。
2.3.1运算器 2.3.1运算器
• 4．程序状态字寄存器PSW • 程序状态字寄存器PSW是8位寄存器，用来存储当前指令执行后的状 态，便于程序查询和判别。程序状态字寄存器各位的定义如表2-2。
• （1）进位标志位C：又名CY，在加法和减法运算时， 表示运算结果 最高位的进位或借位情况。
2.3.1运算器 2.3.1运算器
2.2.1 MCS-51系列单片机的引脚与功能 MCS-51系列单片机的引脚与功能
• （8）XTAL2（18脚）：片内振荡电路反向放大器的输出端，采用外 部时钟时该引脚为振荡信号的输入端。 • （9）P0口：P0.0～P0.7依次为第39～32脚，P0口除了可以作普通 的双向I/O口使用外，也可以在访问外部存储器时用作低8位地址线和 数据总线。 • （10）P1口：P1.0～P1.7依次为第1～8脚，P1口是带内部上拉电 阻的双向I/O口，向P1口写入“1” 时，P1口被内部上拉为高电平， 可用作输入口。当作为输出脚时，被外部拉低的P1口会因为内部上拉 电阻的存在而输出电流。
MCS-51单片机结构和原理
整理课件 15
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7FH 30H
2FH
7F
7E
7D
7C
7B
7A
79
78
2EH
77
76
75
74
73
72
71
70
2DH
6F
6E
6D
6C
6B
6A
69
68
2CH
67
66
65
64
63
62
61
60
2BH
5F
5E
5D
5C
5B
5A
59
58
2AH
57
56
55
54
53
52
51
50
29H
4F
4E
4D
4C
4B
4A
P2.1
P2.0
9F
9E
9D
9C
9B
9A
SCON
SM0
SM1
SM2
REN
TB8
RB8
99
98
98H
TI
RI
97
96
95
94
93
92
91
90
P1
90H
P1.7
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0
8F
8E
8D
8C
8B
8A
89
88
TCON
88H
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
整理课件 4
MCS系列单片机的结构和原理
MCS－51系列单片机有十多个品种， 其性能如表2－1所示
《单片微机原理及应用》教学课件
8
《单片微机原理及应用》教学课件
2.1.2 MCS－51单片机内部结构
9
《单片微机原理及应用》教学课件
P0.0～P0.7
P2.0～P2.7
VCC (+5V)
GND
RAM地址 锁存器
RAM
通道0驱动器
通道0锁 存器
ALE/PROG 地址锁存允许信号，输出正脉冲 1/6fosc;
《单片微机原理及应用》教学课件
三、I/O接口
8051由4个8位的并行接口：P0～P3。 均为双向端口，可输入/输出。
14
P0～P3口四个锁存器同RAM统一编址 （80H，90H，0A0H，0B0H）, 可以把 I/O当作特殊功能寄存器来寻址。
《单片微机原理及应用》教学课件
2.2 MCS－51单片机引脚及其功能
ALE/PROG
1
PSEN
1
P0.0—P0.7 8 P1.0—P1.7 8 P2.0—P2.7 8 P3.0—P3.7 8
《单片微机原理及应用》教学课件
单片机的引脚
1、Vcc, GND: 正电源端与接地端（+5V/3.3V/2.7V) 不同的单片机可以允许不同的工作电压，不同的 单片机表现出的功耗也不同。
《单片微机原理及应用》教学课件
（5）2个16位的定时器/计数器，每个定时器/ 计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事 件进行计数；也可以设置成定时方式，对内部 脉冲进行计数，并可以根据计数或定时的结果 实现计算机控制；
（6）5个中断源的中断控制系统，二级嵌套的中 断结构；
（7）一个全双工UART（通用异步接收发送器） 6 的串行I/O口，用以实现单片机之间或单片机 与微机之间的串行通讯；
第1章 MCS-51单片机结构
第1章 MCS-51单片机结构
1.2.2
外部数据存储器
用于存放随机读写的数据。 外部I/O口地址影像区。 MCS-51单片机的外部数据存储器和外部I/O口实行统一编址 ， 并使用相同的RD WR作选通控制信号，均使用 MOVX 指令访 问。 MCS-51 单片机最多可扩展64KB外部数据存储器
1.2.3 内部数据储存器
MCS-51仅能实现两个8位二进 制数的算术逻辑运算！
第1章 MCS-51单片机结构
2. 控制器
（1）组成： 定时与控制部件，复位电路，程序计数器 （PC），指令寄存器、指令译码器，数据指针 （DPTR）,堆栈指针（SP）等 （2）作用：产生计算机所需的时序，控制程序自动执行。
外RAM, EPROM, 外I/O CPU
第1章 MCS-51单片机结构
程序存储器中的几个特殊地址的使用：
地址
0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H
用途
复位操作后的程序入口 外部中断0服务程序入口 定时器0中断服务程序入口 外部中断1服务程序入口 定时器1中断服务程序入口 串行口中断服务程序入口
串行口中断入口 T1中断入口 T0中断入口 中断入口 INT1
在8051/8751/89C51 片内，分别内置最低地 址空间的4KB ROM/EPROM程序储存器（内部程序储 存器），而在8031片内，则无内部程序储存器， 必须外部扩展EPROM。MCS-51单片机中64KB内、外 程序储存器的地址是统一编排的。
第1章 MCS-51单片机结构
8031单片机无内部程序存储器，地址从0000H～ EA 应始终接地， FFFFH都是外部程序存储空间。 对于内部有ROM的单片机（51、52系列） ， EA 引脚接高电平，使程序从内部ROM开始执行。当PC 值超出内部ROM的容量时，会自动转向外部程序存 储器空间。外部程序存储器地址空间为1000H～ FFFFH。 访问程序存储器使用MOVC指令。 单片机执行程序时由PC 指示地址, 复位时PC内 容为0000H, 由此, 程序必须从0号单元开始存放.
第二章.MCS-51单片机结构和原理
* 由于T1的作用，不需外接上拉电阻。
②输入数据
类似于读引线
控制：C=0，MUX下通，与门4输出为0。T1截止，预臵Q=1， T2截止。 P0.X→三态门2→内总线
二、P1口
通用8位准双向端口。 ⑴ 输出：Q→FET（反相）→P1.X
* 有内部上拉电阻，不必外接。
⑵ 输入： 读引线：预臵Q=1，FET截止，P1.X→下三态门→内部总线 读锁存器：Q→上三态门→内部总线
3
ATmega8 RISC,SPEED,power,a/d,spi,i2c,uart,pwm,内时钟 C8051F310 debug,speed,power,ram,外设 PIC16F87X 指令，存储器，外设，a/d
MC68HC908JB16 i/o,usb,mul&div
ADuC812 12bit a/d 凌阳SPCE061A
㈢.P2.0－P2.7：P2端口
⑴.无外存：通用准8位双向I／O口（有内部上拉电阻）
⑵.有外存：地址总线高8位
*EPROM编程时，接收地址高8位
㈣.P3.0－3.7：P3端口
⑴.通用8位准双向I／O口（有内部上拉电阻）
⑵.专用功能：
串行口： P3.0－RXD，接收 P3.1－TXD， 发送 中断申请：P3.2－ INT0 P3.3－INT1 CTC： P3.4－T0 ， CTC0时钟输入 P3.5－T1 ， CTC1时钟输入 读写控制： P3.6－ WR， 外部RAM写 P3.7－ RD， 外部RAM读.
三. I／O接口电路：
并行口：4个8位端口 P0－P3，32根I／O线 串行口：1个
四．CTC：
16位CTC 2个／3个（52）
五.中断功能：