《接口技术概述》PPT课件.ppt

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1、,单片机,单片机原理,单片机接口技术,单片机应用技术,单片机原理,单片机基础知识,MCS-51系列单片机结构,MCS-51单片机指令系统,汇编语言程序设计,教 室,单片机,温度传感器,信号放大,A/D转换,空调,驱动电路,传感器,单片机内部结构,单片机接口技术,单片机内部并行口,显示器接口,键盘接口,中断系统,定时计数器,单片机扩展技术,A/D和D/A转换接口,单元1,单元2,单元3,单元4,单元5,单元6,单元7,单元8,记笔记重视实验利用网上资源 认真完成作业,学习接口技术的几点要求：,第一章 接口技术概述,1.1 微机系统的组成 1.2 MCS-51系列单片机,1.1 微机系统的组成,1

2、.1.1 微机系统的硬件组成1.1.2 单片机系统的硬件组成1.1.3 微机系统的软件组成,微机系统的硬件组成,任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。其基本结构框图如下：,CPU,存储器,I/O口,外设,DB,AB,CB,微机的工作过程,微机系统的硬件组成,任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。其基本结构框图如下：,CPU,存储器,I/O口,外设,DB,AB,CB,数据处理和发送控制信号，指挥CPU内、外各部件协调工作。,微机系统的硬件组成,任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。其基本结构框图如下：,CPU,存储器,I/O口,外设,DB,AB,CB,存放数据和程序。,微机系统的硬件

3、组成,任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。其基本结构框图如下：,CPU,存储器,I/O口,外设,DB,AB,CB,协调CPU与外设之间的交换数据。,微机系统的硬件组成,任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。其基本结构框图如下：,CPU,存储器,I/O口,外设,DB,AB,CB,将外界的数据送给CPU进行处理，将CPU的处理结果送到外界，共人们识别和存储。,微机系统的硬件组成,任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。其基本结构框图如下：,CPU,存储器,I/O口,外设,DB,AB,CB,DB、AB、CB分别传送数据信息、地址信息和控制信息。,微机的工作过程,微机的工作过程就是CPU不

4、断执行指令的过程，CPU在执行指令的过程中要与存储器和外设交换信息。1CPU与存储器的信息交换过程包括：CPU 向存储器写入信息，称之为写操作；CPU从存储器读取信息，称之为读操作。2CPU与外设的信息交换过程包括：CPU 向外设输出信息，称之为输出；CPU从外设输入信息，称之为输入。,CPU,存储器,I/O口,外设,DB,AB,CB,CPU从存储器读取信息的过程,1 CPU发送存储单元的地址码-AB-存储器2 CPU发送RD控制信号-CB-存储器3 存储器送出选中单元的内容-DB-CPU,CPU,I/O口,外设,DB,AB,CB,02H,01H,50H,：,FFH,地址译码器,输入输出电路,

5、读写控制,0000H,RD,02H,CPU向存储器写入信息的过程,1 CPU发送存储单元的地址码-AB-存储器2 CPU发送WR控制信号-CB-存储器3 CPU送出欲写入的内容-DB-进入存储器的选中单元,CPU,I/O口,外设,DB,AB,CB,FFH,FFH,FFH,：,FFH,地址译码器,输入输出电路,读写控制,0000H,WR,65H,CPU从输入外设输入信息的过程,1 CPU发送端口的地址码-AB-端口2 CPU发送RD控制信号-CB-端口3 端口送出选中外设的内容-DB-CPU,CPU,存储器,输入外设,DB,AB,CB,FFH,地址译码器,读写控制,2010H,RD,数据缓冲器,

6、FFH,FFH,输出外设,20H,CPU向输出外设输出信息的过程,1 CPU发送端口的地址码-AB-端口2 CPU发送WR控制信号-CB-端口3 CPU送出欲写入的内容-DB-进入选中端口,CPU,存储器,输入外设,DB,AB,CB,FFH,地址译码器,读写控制,2011H,WR,数据缓冲器,FFH,FFH,输出外设,43H,1.1.2 单片机系统的硬件组成,单片机是指集成了CPU、存储器、I/O口以及其他辅助电路大规模集成电路芯片。单片机内部资源够用时，不需要外扩芯片，通过I/O口直接与外设连接。单片机内部资源不够用时，需要外扩芯片，外扩芯片通过三总线与CPU交换信息。,单片机最小控制系统,

7、单片机扩展控制系统,单片机最小控制系统的结构图,X1 X2 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1,返回,CPU,RAM,ROM,中断系统,串行口,并 行 口,定时计数器,振荡电路,T0 T1,外设,外设,外设,RST,+5V,CPU,RAM,ROM,定时,中断,串口,CB,P2,P3,P1,P0,P0P2P3P1,锁存器,ALE,单片机扩展系统的结构图,RST,+5V,X1 X2,AB,DB,存储器,I/O口,外设,返回,1.1.3 微机系统的软件组成,微机系统的软件分成2类：系统软件和应用软件。(1).系统软件 一般由专门的计算机软件技术人员设计和编制，如操作系统，各种

8、语言的编译程序，监控程序。(2).应用软件 用户为解决自己的问题而编制的程序。在单片机控制系统中，为实现某一功能而编制的驱动程序属于应用软件的范畴。在接口技术中我们常常编制外设的驱动程序。,1.2 MCS-51系列单片机,1.2.1 MCS-51系列单片机的分类1.2.2 MCS-51系列单片机的结构1.2.3 MCS-51系列单片机的引脚,习 题,1.2.1 MCS-51系列单片机的分类,常用的MCS51系列单片机有2种类型的产品：8051/8751/89C51和8031。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上的不同：8051内设有4KB的掩膜ROM。8751内设有4KB的EPR

9、OM。89C51内设有4KB的E2PROM。8031内没有ROM。,1.2.2 MCS-51系列单片机的结构,X1 X2 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1,8位CPU,256BRAM,4KBROM,中断系统,1个串行口,4 个 并 行 口,2个定时计数器,振荡电路,T0 T1,RST,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,PLA,ID,振荡,ALU,作用：PC存放CPU将要执行的指令所在的ROM单元的地址。特点：具有自动加1功能。CPU复位时PC=0000H，当8051脱离复位状态时，开始从000

10、0H 处执行程序，因此，用户程序应该从0000H ROM单元存放。PC的值可以用转移和调用/返回指令修改。无条件 转移指令：ALMP/LJMP/SJMP 标号 JMP A+DPTR条件转移指令：JZ/JNZ 标号 JC/JNC 标号 JB/JNB BIT，标号 DJNZ Rn/direct/A/Ri,标号 CJNE A/Rn/Ri,#DATA8,标号 CJNE A,direct,标号调用指令:LCALL/ACALL 标号返回指令：RET,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,PLA,ID,振荡,ALU,89C51内有256

11、B的RAM单元，其地址范围为00HFFH，分为两大部分:低 128 字节（00H7FH）为真正的RAM区;高 128 字节（80HFFH）为特殊功能寄存器区SFR。,7FH RAM区00H,FFH SFR区80H,21个SFG分散在高128B的地址空间内，分别是：A，B，PSW，SP，DPH，DPL，P0，P1，P2，P3，IP，IE，TCON，TMOD，TH0，TL0，TH1，TL1，SCON，SBUF，PCON。,低128B的RAM应用最为灵活，可用于暂存用户的数据，它分为独立的且性质不同的3部分：工作寄存器区（00H-1FH）位寻址区（20H-2FH）普通RAM 区（30H-7FH）,7

12、FH 真正RAM区00H,MCS-51 单片机片内RAM的配置图,FFH SFR区80H,7FH 普通RAM区30H,2FH 位寻址区20H,1FH 工作寄存器区00H,返回,07H 0组00H,0FH 1组08H,17H 2组10H,1FH 3组18H,1、工作寄存器区 是指00H1FH区,共分4个组,每组有8个单元,共32个内部RAM单元。2、每次只能有1组作为工作寄存器使用,其它各组可以作为一般的数据缓冲区使用。3、作为工作寄存器使用的8个单元，又称为R0R74、程序状态字PSW中的PSW.3（RS0）和PSW.4（RS1）两位来选择哪一组作为工作寄存器使用。CPU通过软件修改PSW中R

13、S0和RS1两位的状态,就可任选一个工作寄存器工作。,RS1、RS0与片内工作寄存器组的对应关系,返回,工作寄存器和RAM地址对照表,返回,7FH 真正RAM区00H,MCS-51 单片机片内RAM的配置下图 所示：,FFH SFR区80H,7FH 普通RAM区30H,2FH 位寻址区20H,1FH 工作寄存器区00H,20H,21H,22H,23H,24H,25H,26H,27H,2FH,1、位寻址区是指 20H2FH单元，共16个单元。2、位寻址区的 16个单元（共计128位）的每1位都有一个8位表示的位地址,位地址范围为00H1FH。如表所示。3、其位地址的表示方法有2种：直接位地址（用

14、8位二进制数表示）和 单元地址.位号。对于这些位有专门的位操作指令，如 SETB，CLR，CPL，JB，JNB等。4、同样,位寻址的RAM单元也可以按字节操作作为一般的数据缓冲 区。,返回,内部RAM中位地址表,返回,7FH 真正RAM区00H,FFH SFR区80H,7FH 普通RAM区30H,2FH 位寻址区20H,1FH 工作寄存器区00H,用于存储一般的8位数据，这部分单元只能按字节操作。通常，堆栈都置于这部分空间。,返回,X1X2,PSEN RST ALE EA,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,PLA,ID

15、,振荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,累加器在微处理器中占有很重要的位置。很多指令都是对A操作的。ADD A，Rn/direct/Ri/#DATAADDC A，Rn/direct/Ri/#DATASUBB A，Rn/direct/Ri/#DATAMUL ABDIV ABRL/RLC/RR/RLC AANL A，Rn/direct/Ri/#DATAORL A，Rn/direct/Ri/#DATAXRL A，Rn/direct/Ri/#DATACPL/CLR AMOVX A,DPTR/RiMOVX DPTR/Ri,AMOVC A,A+DPTR/A+PC,返回,ALU,

16、89C51单片机的内部结构,X1X2,PSEN RST ALE EA,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,PLA,ID,振荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,ALU,1、在进行乘除法运算时，存放参与运算的一个操作数。MUL AB；将累加器A的内容与寄存器B的内容相乘,乘积 的低 8 位存放在累加器A中,高 8 位存放于寄存 器B中。DIV AB；将累加器 A中的内容除以寄存器 B中的8位无 符号整数,所得商的整数部分存放在累加器A中,余数部分存放在寄存器 B中。2、除此之外，作为一般REG使用

17、。,返回,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,PLA,ID,振荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,1、PSW称为程序状态字寄存器，是一个8位寄存器。存放运算结果的一些特征，也用于指定工作寄存器组。2、D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Cy Ac F1 RS1 RS0 Ov-P,ALU,返回,X1X2,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,PLA,ID,振荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P

18、2P3,1、SP称为堆栈指针，SP用来存放堆栈栈顶的地址。2、CPU复位时SP=08H，可以用MOV SP，#DATA8修改SP的值。,返回,89C51单片机的内部结构,PSEN RST ALE EA,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,PLA,ID,振荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,1、数据指针DPTR是一个 16 位的专用寄存器,主要用来存放 16位地址，其高位字节寄存器用DPH表示,低位字节寄存器用DPL表示。2、既可作为一个 16 位寄存器DPTR来处理,也可作为两个独立的 8 位

19、寄存器DPH和DPL来处理。3、CPU复位时DPTR=0000H，可以用 MOV DPTR，#DATA16或 MOV DPH，#DATA8，MOV DPL，#DATA8修改DPTR的值。当CPU与外RAM或外设交换信息时，外RAM单元的地址或外设的地址由DPTR给出。,返回,1.3.3 MCS-51单片机的引脚,(a)管脚图；(b)引脚功能分类,P2P0ALEPSENEARSTVCCGND,P1P3X1X2,(a)管脚图；(b)引脚功能分类,MCS51单片机形成三总线的电路图,习 题,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,

20、PLA,ID,振荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,ALU,返回,1、没有外扩芯片时，作为一般的INOUT线,直接与外设通信。2、有外扩Mem时,先送出外Mem的地址码的低八位,然后传送数据信息。外ROM:PC的低8位由P0.0-P0.7送出。外RAM:DPL由送出。,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,PLA,ID,振荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,ALU,1、没有外扩芯片时，作为一般的INOUT线,直接与外设通信 2、有外扩Mem时,送出外Mem的地址码的高

21、八位 外ROM:PC的高8位由P2.0-P2.7送出 外RAM:DPH由送出,返回,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,PLA,ID,振荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,ALU,1、作为一般的INOUT线,与外设通信。2、可以接外设。,返回,89C51单片机的内部结构,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,PLA,ID,振荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,ALU,1、作为一般的INOUT线,

22、与外设通信2、还有第二功能。P3口的第二功能如下：P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0 RD WR T1 T0 INT1 INT0 TXD RXD外RAM的R/W 记数脉冲输入端 中请输入端 串出 串入,返回,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,PLA,ID,振荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,ALU,ALE 地址锁存允许 1、当8051由P0口送出低8位地址码时,8051由ALE送出一高电平信号,作为外部锁存器的触发信号。在单片机(CPU)与外界交

23、换信息的过程中,地址信息必须维持不变,而P0口不能维持低8位地址的不变,所以应该外接锁存器,将低8位地址锁住。当8051 送出低8位地址的时候,锁存器应该处于送数状态;在低8位地址消失之前,锁存器应该处于锁存状态。2、当片外存储器存取数据时，ALE为低8位地址输出锁存信号；当片外存储器不存取数据时，ALE输出固定频率的脉冲信号，频率为1/6的fosc,返回,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,PLA,ID,振荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,ALU,PSEN 外ROM的读选通信号，在从片外R

24、OM中读取指令时，PSEN送出片外ROM的读信号（低电平），一般接到外ROM的读控制端,返回,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,PLA,ID,振荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,ALU,EA 访问外ROM控制信号，当EA为高电平时，加电后8051从片内ROM的0000H单元开始取指令，即从片内ROM的0000H开始执行程序；若EA为的低电平，则加电后8051从片外ROM的0000H单元开始取指令，故此时片外ROM的编制应该从0000H开始；对于8031来说，由于其内部无ROM，程序必须放在

25、片外ROM中，所以EA应接地。,返回,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,PLA,ID,振荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,ALU,RST 复位信号输入端 该引脚得到高电平,并维持一段时间后,8051复位,进入复位状态(初始化状态),复位状态下,各REG取值如下:PC=0000H，PSW=00H，SP=07HP0=FFH,P1=FFH,P2=FFH,P3=FFH,其余都为0,返回,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,P

26、LA,ID,振荡,X1X2,PSEN RST ALE EA,P0P1P2P3,ALU,外接晶振,产生时钟信号,控制CPU的工作速度。1个机器周期=12个时钟周期,返回,P2P0ALEPSENEARSTVCCGND,P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3X1X2,+5V,+5V,返回,DPTR0003H,34H A,TMP,PSW,B,SP,00H,RAM,PC,ROM,定时,中断,串口,返回,ALU,读写控制,输入输出电路,地址译码器,RAM芯片,单片机,DB,CB,AB0-7,0003H,DPTR 03H,WR,34H,P2,P3,P1,P0,P0P2P3P1,

27、锁存器,AB8-15,0003H,ALE,1,DPTR0003H,34H A,TMP,PSW,B,SP,RAM,ROM,定时,中断,串口,返回,ALU,读写控制,输入输出电路,地址译码器,ROM芯片,单片机,DB,CB,AB0-7,0003H,DPTR,RD,34H,P2,P3,P1,P0,P0P2P3P1,锁存器,AB8-15,ALE,00H,03H,PC0003H,PSEN,1,CB,P0,锁存器,ALE,单片机三总线形成示意图,AB,DB,存储器,I/O口,外设,返回,P2,P1,PSEN,RD,WR,习题与思考：,1、画出单片机的内部结构框图，简要说明各部分作用。2、8031单片机上有

28、哪些资源？3、一个完整的微机系统由 和 两大部分组成。4、8051内部硬件结构包括了、串行口、和时钟电路等部件。5、MCS51单片机的P0口既可以做 使用，又可以做 复用口。6、MCS51单片机的P0P3口均是 IO口，其中的P0口和P2口除了可以进行数据的输入、输出外，通常还用来构建系统的 和。7、8051有 A）4个并行口，1个串行口 B）2个并行口，1个串行口 C)1个并行口，2个串行口 D)2个并行口，2个串行口8、8051CPU具有（）A、8K字节的程序存储器B、32线并行I0C、全双工串行I02个 D、1个16位定时器计数器9、8051CPU在访问外部存储器时，地址的输出是（）A、

29、P1口输出高8位地址B、P2口输出低8位地址 C、P1口输出低8位地址D、P0口输出低8位地址10、判断正误，若错，则改正。8031内部有CPU、RAM、ROM、I/O口、定时计数器和中断系统等部件。P2口既可以作为I/O使用，又可以作地址/数据复用口使用。8051内部有CPU、RAM、ROM、I/O口、定时计数器和中断系统等部件。,返 回,习题与思考：,1、8051 的引脚RST是（IN脚还是OUT脚），当其端出现2个机器周期的 电平时8051复位。2、8031 的引脚EA脚是（IN脚还是OUT脚），其应该接 电平。3、8051 的引脚ALE脚是（IN脚还是OUT脚），当8051的ALE引脚有效时，既ALE引脚上为 电平时，表示从P0口稳定地送出了 信号。4、MCS51单片机扩展ROM时所用的控制信号为。5、MCS51单片机在什么条件下进入复位状态？在复位状态下，PC的值是多少？如果主程序欲从0500H单元开始存放，如何处理？试写出有关指令。,返 回,