MCS-51单片机的并行接口
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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。
单片机并行I/O口的扩展方法摘要:由于在MCS-51单片机开发中P0口经常作为地址/数据复用总线使用,P2口作为高8位地址线使用,P3口用作第二功能(定时计数器、中断等)使用,所以对于51单片机的4个I/O口,其可以作为基本并行输入/输出口使用的只有P1口。
因此在单片机的开发中,对于并行I/O口的扩展十分重要,主要分析3种扩展并行I/O口的方法。
关键词: MCS-51单片机; 并行I/O口; 扩展MCS-51单片机有4个并行的I/O口,分别为P0口、P1口、P2口和P3口,4个并行I/O 口在单片机的使用中非常重要,可以说对单片机的使用就是对这4个口的使用。
这4个并行I/O口除了作为基本的并行I/O口使用,还常作为其他功能使用,如P0口经常作为地址/数据复用总线使用[1], P2口作为高8位地址线使用,P3口用作第二功能(定时计数器、中断等等)使用。
这样,单片机只有P1口作为基本的并行I/O口使用,如果在单片机的使用中对并行I/O口需求较多,对于并行I/O口的扩展就非常重要了。
下面通过具体的实例(8位流水灯设计)来给出几种不同的并行I/O口扩展方法。
为了更好地说明以下几种不同的并行I/O口扩展方法,假设利用单片机实现流水灯的设计。
采用单片机的P1口设计流水灯,电路。
由图1可知,8只LED直接连接在单片机的P1口上,通过对单片机进行编程即可以实现8只发光二极管产生流水灯。
1 使用单片机的串行口扩展并行I/O口单片机有一个全双工的串行口[2],这个口既可以用于网络通信,也可以实现串行异步通信,还可以作为移位寄存器使用。
当单片机的串行口工作在模式0时,若外接一个串入/并出的移位寄存器(74LS164),就可以扩展一个8 bit并行输出口;若外接一个并入/串出的移位寄存器(74LS165),就可以扩展一个8 bit并行输入口。
,单片机外接一个串入/并出的移位寄存器(74LS164),这样就可以扩展8 bit并行输出口。
1、MCS-51单片机的时钟周期与振荡周期之间有什么关系?一个机器周期的时序如何划分?答:时钟周期是单片机最基本的时间单位。
机器周期则是完成某一个规定操作所需的时间。
一个机器周期为6个时钟周期,共12个振荡周期性,依次表示为S1P1、S1P2、……S6P1、S6P2。
2、MCS-51内部四个并行I/O口各有什么异同?作用是什么?答:MCS-51单片机共有四个8位双向并行的I/O端口,每个端口都包括一个锁存器、一个输出驱动器和一个输入缓冲器。
但这四个端口的功能不全相同,P0口既可作一般I/O端口使用,又可作地址/数据总线使用;P1口是一个准双向并行口,作通用并行I/O口使用;P2口除了可作为通用I/O使用外,还可在CPU访问外部存储器时作高八位地址线使用;P3口是一个多功能口除具有准双向I/O功能外,还具有第二功能。
3、简述MCS-51单片机的中断响应过程。
答:CPU在每个机器周期的S5P2期间顺序采样每个中断源,在下一个机器周期S6区间按优先级顺序查询中断标志,如查询到某个中断定标志为1,将在接下来的机器周期S1期间按优先级进行中断处理,中断系统通过硬件自动将相应的中断矢量地址装入 PC,以便进入相应的中断服务程序。
一旦响应中断,CPU首先置位相应的中断“优先级触发器”,然后由硬件执行一条长调用指令,把当前的PC值压入堆栈,以保护断点,再将相应的中断服务的入口地址送入PC,于是CPU接着从中断服务程序的入口处开始执行。
对于有些中断源,CPU在响应中断后会自动清除中断标志。
5、MCS-51单片机内部包括哪些主要逻辑功能部件?答:MCS-51单片机主要由下列部件组成: 1个8位CPU;1个片内振荡器及时钟电路;4KB ROM程序存储器,256BRAM;21个特殊功能寄存器;2个16位定时/计数器;4个8位并行I/O口及1个可编程全双工串行接口;可寻址64KB的外部程序存储器空间;可寻址64KB的外部数据存储器空间;5个中断源、两个优先级中断嵌套中断结构。
MCS-51单⽚机的硬件结构MCS-51单⽚机的基本组成MCS-51是Intel公司⽣产的⼀个单⽚机系列的总称.在功能上,该系列单⽚机有基本型和增强型两⼤类,通常以芯⽚型号的末位数字来区别。
末位数字位“1”的型号是基本型,为“2”的信号是增强型。
MCS-51单⽚机的内部结构如图所⽰,基本结构包括:⼀个8位的CPU及⽚内振荡器;4KB掩膜ROM(8051),4KB EPROM(8751),⽆ROM(8031);128B RAM,21个特殊功能寄存器SFK;4个(P0~P3)8位并⾏I/O接⼝,⼀个可编程全双⼯通⽤异步串⾏接⼝(UART);具有5个中断源,2个优先级;可寻址64KB 的⽚外ROM和64KB的⽚外RAM;两个16位的定时/计数器;具有位操作功能的布尔处理机及位寻址功能。
MCS-51单⽚机的引脚及其功能MCS-51单⽚机的引脚封装MCS-51单⽚机有普通的HMOS芯⽚和CMOS低功耗芯⽚。
HMOS芯⽚采⽤双列直插封装⽅式,⽽CMOS芯⽚采⽤的封装⽅式有双列直插也有⽅形封装的。
尽管封装的⽅式不同,但是它们的结构完全⼀样。
输⼊/输出接⼝MCS-51单⽚机有4个双向8位I/O接⼝,它们是P0、P1、P2、P3。
在⽆外接存储器时,这4个I/O接⼝均可以作为通⽤I/O接⼝使⽤,CPU既可以对它们进⾏字节操作也可以进⾏位操作。
当外接程序存储器或数据存储器时,P0⼝和P2⼝不再作为通⽤I/O⼝使⽤。
此时,P0⼝传送存储器地址的低8位以及双向的8位数据,P2⼝传送存储器地址的⾼8位。
P0⼝和P2共同组成MCS-51单⽚机的16位地址总线,⽽低8位地址总线与8位双向数据总线分时复⽤。
P0⼝P0⼝有8位,每⼀位由⼀个锁存器、两个三态输⼊缓冲器、控制电路和驱动电路组成。
P0⼝有两种功能,⼀是作为通⽤I/O⼝;⼆是当外接存储器时,作为低8位地址总线和8位双向数据总线。
P0 ⼝作为通⽤I/O ⼝作为通⽤I/O ⼝时,P0 ⼝既可以做输⼊⼝,也可以做输出⼝,并且每⼀位都可以设定为输⼊或输出。