片机结构和系统扩展.ppt

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1、第第2章章 单片机的结构与系统扩展单片机的结构与系统扩展电气工程学院硬件微型机系统外围设备过程控制I/O通道A/D,D/A转换器开关量等外部设备键盘、鼠标等输入设备显示器、打印机等输出设备 软驱、硬盘及磁带等外存储器主 机输入输出(I/O)接口电路微处理器(CPU)运算器(算术逻辑运算单元ALU)控制器(控制单元CU)寄存器阵列(RA)内存储器RAM,ROM,EPROMEEPROM等系统软件软件用户（应用）软件基本组成部件基本组成部件电气工程学院1 1、运算器运算器运算器运算器运算器由算术逻辑单元（运算器由算术逻辑单元（运算器由算术逻辑单元（运算器由算术逻辑单元（Arithmetric&Log

2、icalArithmetric&Logical Unit Unit）和寄存器组）和寄存器组）和寄存器组）和寄存器组成。成。成。成。数学运算：加、减、乘、除等数学运算：加、减、乘、除等数学运算：加、减、乘、除等数学运算：加、减、乘、除等逻辑运算：与、或、非等逻辑运算：与、或、非等逻辑运算：与、或、非等逻辑运算：与、或、非等2 2、控制器、控制器、控制器、控制器控制器由程序计数器、指令译码器、时序产生器和操作控制器等控制器由程序计数器、指令译码器、时序产生器和操作控制器等控制器由程序计数器、指令译码器、时序产生器和操作控制器等控制器由程序计数器、指令译码器、时序产生器和操作控制器等组成。组成。组成

3、。组成。控制器的主要功能有：控制器的主要功能有：控制器的主要功能有：控制器的主要功能有：a a 从存储器中取出一条指令，并指出下一条指令在存储器中的位从存储器中取出一条指令，并指出下一条指令在存储器中的位从存储器中取出一条指令，并指出下一条指令在存储器中的位从存储器中取出一条指令，并指出下一条指令在存储器中的位置置置置b b 对以二进制格式存储的指令代码翻译，根据指令的内容来产生对以二进制格式存储的指令代码翻译，根据指令的内容来产生对以二进制格式存储的指令代码翻译，根据指令的内容来产生对以二进制格式存储的指令代码翻译，根据指令的内容来产生相应操作信号。相应操作信号。相应操作信号。相应操作信号。

4、c c 指挥并控制指挥并控制指挥并控制指挥并控制CPUCPU、存储器和输入、存储器和输入、存储器和输入、存储器和输入/输出设备之间的数据流动输出设备之间的数据流动输出设备之间的数据流动输出设备之间的数据流动3 3、存储器、存储器、存储器、存储器存储存储存储存储CPUCPU运行的指令代码（不可变），以及数据变量（可变）运行的指令代码（不可变），以及数据变量（可变）运行的指令代码（不可变），以及数据变量（可变）运行的指令代码（不可变），以及数据变量（可变）核心部件基本解释核心部件基本解释电气工程学院衡量计算机性能的主要指标1、运算字长、运算字长：8位、位、16位、位、32位、位、64位位2、存储量

5、：、存储量：64K、128K、256K、512K、1M3、指令执行速度、指令执行速度4、外部设备配置、外部设备配置5、电磁兼容性和性价比、电磁兼容性和性价比性能指标性能指标电气工程学院数据传递方式数据传递方式 主要有两种方式：主要有两种方式：并行数据传递和并行数据传递和串行数据传递串行数据传递 串行数据传递的串行数据传递的特点：硬件结构特点：硬件结构简单，数据传递简单，数据传递速度慢速度慢 并行数据传递的并行数据传递的特点：硬件结构特点：硬件结构相对复杂，数据相对复杂，数据传递速度快传递速度快单片机系统总线结构单片机系统总线结构1电气工程学院单片机系统总线结构单片机系统总线结构2电气工程学院完

6、整的完整的完整的完整的CPUCPU体系结构：体系结构：体系结构：体系结构：数据总线数据总线数据总线数据总线（DBDB）、）、）、）、地址总线地址总线地址总线地址总线（ABAB）、）、）、）、控制总线控制总线控制总线控制总线（CBCB）单片机系统总线结构单片机系统总线结构3电气工程学院5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构（1 1）运算器：算术逻辑单元）运算器：算术逻辑单元）运算器：算术逻辑单元）运算器：算术逻辑单元ALUALU（2 2）控制器：定时控制逻辑、指令寄存器）控制器：定时控制逻辑、指令寄存器）控制器：定时控制逻辑、指令寄存器）控制器：定时控制逻辑

7、、指令寄存器IRIR、指令译码器、指令译码器、指令译码器、指令译码器IDID 时序部件时序部件时序部件时序部件(时钟、脉冲分配器时钟、脉冲分配器时钟、脉冲分配器时钟、脉冲分配器)、微操作控制部件、微操作控制部件、微操作控制部件、微操作控制部件（3 3）专用寄存器组：程序计数器）专用寄存器组：程序计数器）专用寄存器组：程序计数器）专用寄存器组：程序计数器(PC)(PC)、累加器、累加器、累加器、累加器(A)(A)、通用寄存器、通用寄存器、通用寄存器、通用寄存器(B)(B)、程序状态字程序状态字程序状态字程序状态字(PSW)(PSW)、堆栈指针、堆栈指针、堆栈指针、堆栈指针(SP)(SP)、数据指

8、针、数据指针、数据指针、数据指针(DPTR)(DPTR)电气工程学院5151系列单片机分类系列单片机分类系列单片机分类系列单片机分类 ROM型无ROM型EPROM型片内ROM 片内RAM16位定时器制造工艺8051803187514KB128B2HMOS8051AH8031AH8751H4KB128B2HMOS8052AH8032AH8752BH4KB256B2HMOS80C51BH80C31BH87C514KB128B2CHMOS电气工程学院5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构专用寄存器组专用寄存器组专用寄存器组专用寄存器组电气工程学院5151系列单片

9、机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构程序计数器程序计数器程序计数器程序计数器PC 1PC 1 程序计数器PC(program counter)是一个二进制16位的程序地址寄存器，专门用来存放下一条需要执行指令的地址（通常处于程序存储器中），能自动加1。工作过程：CPU执行指令时，先是根据程序计数器PC中的地址从存储器中取出当前需要执行的指令码，并把它送给控制器分析执行，随后程序计数器PC中的地址自动加1，以便为CPU取下一个需要执行的指令码作准备。正常情况下程序会按指令代码在存储器的存放顺序执行，当程序代码修改指针中的内容，程序会发生跳转。（跳转指令和条件判断指令等）电

10、气工程学院 8051的程序计数器PC由16位寄存器构成，故它的编码范围为0000HFFFFH0000HFFFFH，共64K。也就是说，8051对程序存储器的寻址范围为64KB。上电复位后PC的值为0000H，所以程序的第一条被执行的指令在程序存储器的存放位置为0000H。一般情况下在0000H开始的存储器位置上存放一条跳转指令，指向程序的首行代码，首行代码要放在0030H之后，因为从0003H0030H之间的存储器空间被中断向量占用。5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构程序计数器程序计数器程序计数器程序计数器PC 2PC 2电气工程学院 累加器是一个具有

11、特殊用途的二进制8位寄存器，专门用来存放操作数或运算结果。在CPU执行某种运算前，两个操作数中的一个通常应放在累加器A中，运算完成后累加器A中便可得到运算结果。MOV A,#03H;ADD A,#05H;5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构累加器累加器累加器累加器ACCACC电气工程学院 通用寄存器B是专门为乘法和除法设置的寄存器，也是一个二进制8位寄存器，由8个触发器组成。该寄存器在乘法或除法前，用来存放乘数或除数，在乘法或除法完成后用于存放乘积的高8位或除法的余数。MOV A,#05H;MOV B,#03H;MUL AB;5151系列单片机系列单片机

12、系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构通用寄存器通用寄存器通用寄存器通用寄存器B B电气工程学院CyACF0RS1RS0OV-P 程序状态字程序状态字PSW是一个是一个8位标志寄存器，用位标志寄存器，用来存放指令执行后的有关状态。来存放指令执行后的有关状态。PSW是在指令执是在指令执行过程中自动形成的，但也可以根据需要采用传行过程中自动形成的，但也可以根据需要采用传送指令的方式加以改变。送指令的方式加以改变。1.进位标志位进位标志位Cy2.辅助进位位辅助进位位AC3.用户标志位用户标志位F04.寄存器选择位寄存器选择位RS1和和RS05.溢出标志位溢出标志位OV6.奇偶标志位奇偶标志

13、位P5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构程序状态字程序状态字程序状态字程序状态字PSW 1PSW 1电气工程学院 用于表示加减运算过程中累加器最高位用于表示加减运算过程中累加器最高位A7有无进位或借位。有无进位或借位。加法：加法：若若A7有进位，则有进位，则Cy=1；否则；否则Cy=0；减法：减法：若若A7有借位，则有借位，则Cy=1；否则；否则Cy=0；移位操作也会影响该标志位。移位操作也会影响该标志位。5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构程序状态字程序状态字程序状态字程序状态字PSW PSW 进位标志位进位标志

14、位进位标志位进位标志位CyCy电气工程学院 用于表示加减运算时累加器低用于表示加减运算时累加器低4位位（A3）有无向高）有无向高4位（位（A4）进位或借位。）进位或借位。加法：加法：若若A3-A4有进位，则有进位，则AC=1；否则否则AC=0；减法：减法：若若A3-A4有借位，则有借位，则AC=1；否则否则AC=0；5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构程序状态字程序状态字程序状态字程序状态字PSW PSW 辅助进位位辅助进位位辅助进位位辅助进位位ACAC电气工程学院 位状态通常不是机器在执行指令的过程位状态通常不是机器在执行指令的过程中自动形成的，而是由

15、用户根据程序执行中自动形成的，而是由用户根据程序执行的需要通过传送指令确定的。该标志位状的需要通过传送指令确定的。该标志位状态一经设定，便由用户程序直接检测，以态一经设定，便由用户程序直接检测，以决定用户程序的流向。决定用户程序的流向。自定义标志位自定义标志位5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构程序状态字程序状态字程序状态字程序状态字PSW PSW 用户标志位用户标志位用户标志位用户标志位F0F0电气工程学院8031共有共有8个个8位工作寄存器，位工作寄存器，R0R7 但他们在RAM中的实际物理地址是可以根据需要选定的。用户通过改变RS1和RS0之间的状

16、态可以方便地决定R0R7的实际物理地址。采用工作寄存器的好处减小指令代码的长度和缩短指令代码的执行时间，所以在编程时经常将常用的临时数据存放在工作寄存器组内，提高程序执行的效率和缩短程序所占用的存储器空间，同时在一些寻址方式中只能利用工作寄存器寻址（例如：寄存器间接寻址）RS1|RS0RS1|RS0R0R7R0R7的的的的组组组组号号号号R0R7R0R7的的的的物理地址物理地址物理地址物理地址00000 000H07H00H07H01011 108H0FH08H0FH10102 210H17H10H17H11113 318H1FH18H1FH采用这种方式可以扩大工作寄存采用这种方式可以扩大工作

17、寄存器的使用范围，在不同的代码段器的使用范围，在不同的代码段采用不同地址的工作寄存器，这采用不同地址的工作寄存器，这样可以保证原有在工作寄存器内样可以保证原有在工作寄存器内部的内容保持不变部的内容保持不变。5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构 程序状态字程序状态字程序状态字程序状态字PSW PSW 寄寄寄寄存器选择位存器选择位存器选择位存器选择位RS1RS1和和和和RS0RS0电气工程学院 可以指示补码运算过程中是否发生了溢出，可以指示补码运算过程中是否发生了溢出，由机器执行指令过程中自动形成。由机器执行指令过程中自动形成。若累加器A中运算结果超出了8位

18、数能表示的范围（28），即-128+127，则OV标志自动置1；否则OV=0。通常采用双符号法对溢出标志位进行判断，溢出标志位不等同于进位标志位，溢出标志位是对补码运算的溢出判断，而进位标志位是对原码的进位进行判断，通常在程序中采用补码表示的数的运算中利用溢出标志位进行判断，而运算的数据若是用原码表示则利用进位标志位进行判断5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构 溢出标志位溢出标志位溢出标志位溢出标志位OV 1OV 1电气工程学院 OVOV标志判断方法标志判断方法1、将补码数据转换成正负数，进行数学运算后，再按照运算结果是否超过-128+127来判断OV标

19、志。（人工判断方法）2、双符号位判断方法 将计算数据的最高位扩展一位，变成9位数据所有数据参与运算，将计算结果的最高进位位去掉，若第九位和第八位数据是00（正）或11（负）表示无溢出，若是01表示正溢出，10表示负溢出。（人工判断方法或计算机内部判断方法）5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构 溢出标志位溢出标志位溢出标志位溢出标志位OV 2OV 2电气工程学院5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构 溢出标志位溢出标志位溢出标志位溢出标志位OV 3OV 3电气工程学院用于指示运算结果中用于指示运算结果中1的个数的奇偶性

20、。的个数的奇偶性。若若P=1，则累加器，则累加器A中的中的1的个数为奇数；的个数为奇数；若若P=0，则累加器，则累加器A中的中的1的个数为偶数。的个数为偶数。PSW1位无定义，用户不可以使用。位无定义，用户不可以使用。5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构 奇偶标志位奇偶标志位奇偶标志位奇偶标志位P P电气工程学院例子例子例子例子程序执行前F0=0,RS1RS0=00B,执行如下程序MOV A,#0FH;ADD A,#F8H;后，PSW中各位的状态CyACF0RS1RS0OV-P 1 1 0 0 0 0 0 1PSW=C1H电气工程学院 堆栈指针是一个堆栈

21、指针是一个堆栈指针是一个堆栈指针是一个8 8位寄存器，能自动加位寄存器，能自动加位寄存器，能自动加位寄存器，能自动加1 1或减或减或减或减1 1，专门用存放堆栈的，专门用存放堆栈的，专门用存放堆栈的，专门用存放堆栈的栈栈栈栈顶地址顶地址顶地址顶地址。堆栈存储是一种数据存储的方法，主要用于中断程序中一些。堆栈存储是一种数据存储的方法，主要用于中断程序中一些。堆栈存储是一种数据存储的方法，主要用于中断程序中一些。堆栈存储是一种数据存储的方法，主要用于中断程序中一些数据的保存，堆栈存储最主要的特点是：在堆栈存储指令中无需在指数据的保存，堆栈存储最主要的特点是：在堆栈存储指令中无需在指数据的保存，堆栈

22、存储最主要的特点是：在堆栈存储指令中无需在指数据的保存，堆栈存储最主要的特点是：在堆栈存储指令中无需在指令代码加入数据的存储地址，存储地址由堆栈指针制定。令代码加入数据的存储地址，存储地址由堆栈指针制定。令代码加入数据的存储地址，存储地址由堆栈指针制定。令代码加入数据的存储地址，存储地址由堆栈指针制定。例如：例如：例如：例如：MOVMOV40H40H，30H 30H；常规数据存储方式常规数据存储方式常规数据存储方式常规数据存储方式MOVMOVSP,#40H SP,#40H ；堆栈数据存储方式堆栈数据存储方式堆栈数据存储方式堆栈数据存储方式PUSH 30HPUSH 30HPOPPOP30H30H

23、 符合符合符合符合“先进后出先进后出先进后出先进后出”或或或或“后进先出后进先出后进先出后进先出”的规律的规律的规律的规律 80518051片内片内片内片内RAMRAM共有共有共有共有128B128B，地址范围为，地址范围为，地址范围为，地址范围为00H7FH00H7FH，此区域中任何子区域都可以，此区域中任何子区域都可以，此区域中任何子区域都可以，此区域中任何子区域都可以作为堆栈区。作为堆栈区。作为堆栈区。作为堆栈区。5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构 堆栈指针堆栈指针堆栈指针堆栈指针SP 1SP 1电气工程学院 数据指针是一个数据指针是一个数据指针

24、是一个数据指针是一个1616位的寄存器，由两个位的寄存器，由两个位的寄存器，由两个位的寄存器，由两个8 8位寄存器位寄存器位寄存器位寄存器DPHDPH和和和和DPLDPL组成。也可以作为两个独立的组成。也可以作为两个独立的组成。也可以作为两个独立的组成。也可以作为两个独立的8 8位寄存位寄存位寄存位寄存器来用。器来用。器来用。器来用。DPTRDPTR可以用来存放片外可以用来存放片外可以用来存放片外可以用来存放片外RAMRAM和片外和片外和片外和片外ROMROM的地址，的地址，的地址，的地址，也可以用来存放片内也可以用来存放片内也可以用来存放片内也可以用来存放片内ROMROM的地址的地址的地址的

25、地址.例如：例如：例如：例如：MOVMOVDPTR,#4000HDPTR,#4000HMOVXMOVXA A，DPTRDPTRMOVMOVDPTR,#5000HDPTR,#5000HMOVCMOVCA,DPTRA,DPTR5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU结构结构结构结构 数据指针数据指针数据指针数据指针DPTRDPTR电气工程学院MCS-51MCS-51的内部组成及引脚描述的内部组成及引脚描述的内部组成及引脚描述的内部组成及引脚描述 中央处理器（CPUCPU）；）；数数 据据 存存 储储 器器（RAMRAM）；）；程程 序序 存存 储储 器器（ROMROM）；）；2

26、 2个个l6l6位位的的定定时时器器/计计数器；数器；并并行行I/OI/O口口（3232根根I/OI/O线，线，4 4个个P P口）；口）；外外部部存存贮贮器器寻寻址址范范围围ROMROM、RAMRAM各各64K64K；全双工串行口；全双工串行口；中中断断系系统统（5 5个个中中断源，断源，2 2个中断优先级）个中断优先级）电气工程学院1.振荡周期振荡周期/时钟周期时钟周期是是时序中最小的时间单位，由单片机振荡电路时序中最小的时间单位，由单片机振荡电路OSC产生，为时钟脉冲频率的倒数产生，为时钟脉冲频率的倒数。XTAL2XTAL1振荡振荡电路电路内部时内部时钟电路钟电路MCS-511个个振荡周

27、期振荡周期MCS-51MCS-51的晶振电路的晶振电路的晶振电路的晶振电路电气工程学院2.机器周期机器周期1个个机器周期机器周期=12个振荡周期个振荡周期3.指令周期指令周期执行一条指令所需的时间执行一条指令所需的时间.参看参考书的附录每参看参考书的附录每条指令的执行时间条指令的执行时间电气工程学院RST/VPD:复位复位/备用电源。备用电源。RST（Reset）功能：复位信号输入端。）功能：复位信号输入端。VPD功能：在功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。掉电情况下，接备用电源。80518051的复位电路和主要的复位电路和主要的复位电路和主要的复位电路和主要寄存器复位后的状态寄存器复位后的

28、状态寄存器复位后的状态寄存器复位后的状态 1 1 51系列单片机的复位信系列单片机的复位信号是高电平有效，持续号是高电平有效，持续时间要有时间要有24个时钟周期个时钟周期以上。例：若时钟频率以上。例：若时钟频率为为6MHz，复位脉冲的宽，复位脉冲的宽度至少度至少=24/6，4uS电气工程学院电气工程学院3.控制线控制线2.电源线电源线VCC、VSS ALE/PROG:地址锁存允许地址锁存允许/片内片内EPROM编程脉冲编程脉冲 ALE功能：用来锁存功能：用来锁存P0口送出的低口送出的低8位地址位地址 PROG功能：片内有功能：片内有EPROM的芯片，在的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编

29、程脉冲。（编程期间，此引脚输入编程脉冲。（8751）PSEN:片外片外ROM读选通信号。读选通信号。80518051的电源线和控制线的电源线和控制线的电源线和控制线的电源线和控制线 1 1电气工程学院 EA/Vpp:内外内外ROM选择选择/片内片内EPROM编程电源。编程电源。EA功能：内外功能：内外ROM选择端。选择端。EA=1，允许使用片内，允许使用片内ROM;EA=0，允许使用片外，允许使用片外ROM.Vpp功能：片内有功能：片内有EPROM的芯片，在的芯片，在 EPROM编程期间，施加编程电源编程期间，施加编程电源Vpp。(8751)80518051的电源线和控制线的电源线和控制线的电

30、源线和控制线的电源线和控制线 2 2电气工程学院80518051的存储器结构的存储器结构的存储器结构的存储器结构 1 1 51系列单片机的存储器结构采用的是数据存储器和程系列单片机的存储器结构采用的是数据存储器和程序存储器分开寻址的方式，通过序存储器分开寻址的方式，通过PSEN信号线来区分信号线来区分寻址的是程序存储器还是数据存储器，当寻址程序存寻址的是程序存储器还是数据存储器，当寻址程序存储器时储器时PSEN信号为低电平，其他条件下信号为低电平，其他条件下PSEN为高为高电平。在程序中通过指令代码来区分是寻址程序存储电平。在程序中通过指令代码来区分是寻址程序存储器和数据存储器。器和数据存储器

31、。例：例：MOVDPTR,#4000H MOVCA，DPTR;同样是同样是4000H，但不同，但不同 MOVXA，DPTR;的指令寻址的位置不一样的指令寻址的位置不一样 电气工程学院专用寄存器专用寄存器内部内部RAM007F80FF0000FFFF内部数据存储器内部数据存储器外部数据存储器外部数据存储器数据存储器数据存储器外部外部内部内部00000FFF1000FFFF程序存储器程序存储器EA=1外部外部EA=080518051的存储器结构的存储器结构的存储器结构的存储器结构 2 2对于内部无程序存储对于内部无程序存储器的系列，如器的系列，如8031EA必须接地必须接地电气工程学院片内片内 R

32、AM存储存储器器80518051的存储器结构的存储器结构的存储器结构的存储器结构 3 3电气工程学院特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR(Special Function Register)80518051的存储器结构的存储器结构的存储器结构的存储器结构 4 4电气工程学院80318031和外部总线扩展和外部总线扩展和外部总线扩展和外部总线扩展 1 1锁存器锁存器8031EAPSENRDWRP2ALEP0数据线数据线D7D0低低8位地址线位地址线A7A0高高8位地址线位地址线A15A8控制线控制线8031外部总线结构外部总线结构 8031单片机的单片机的P0口，作为低八位的地址线和数据线，分口，

33、作为低八位的地址线和数据线，分时复用，时复用，P2口作为高八位的地址线，所以共有口作为高八位的地址线，所以共有16条地址条地址线和线和8条数据线，由于低八位的地址线和数据线分时复用，条数据线，由于低八位的地址线和数据线分时复用，所以必须在单片机外部加锁存电路，将低位地址信号锁所以必须在单片机外部加锁存电路，将低位地址信号锁存，保证在整个读写周期内地址信号一致有效。存，保证在整个读写周期内地址信号一致有效。电气工程学院 利用利用利用利用74LS37374LS373和和和和ALEALE信号，信号，信号，信号，分离低八位地址线和数据分离低八位地址线和数据分离低八位地址线和数据分离低八位地址线和数据线

34、，在线，在线，在线，在ALEALE的下降沿将低的下降沿将低的下降沿将低的下降沿将低八位的地址数据锁存起来。八位的地址数据锁存起来。八位的地址数据锁存起来。八位的地址数据锁存起来。在锁存器的输出端形成独在锁存器的输出端形成独在锁存器的输出端形成独在锁存器的输出端形成独立的地址线和数据线立的地址线和数据线立的地址线和数据线立的地址线和数据线地址数据P0.0P0.7P2.0P2.7地址ALE80318031和外部总线扩展和外部总线扩展和外部总线扩展和外部总线扩展 2 2电气工程学院 存储器类型存储器类型存储器类型存储器类型 A A、RAMRAM（随机存储器）（随机存储器）（随机存储器）（随机存储器）

35、特点：可读、可写，掉电数据丢失。特点：可读、可写，掉电数据丢失。特点：可读、可写，掉电数据丢失。特点：可读、可写，掉电数据丢失。分类：静态分类：静态分类：静态分类：静态RAMRAM，动态，动态，动态，动态RAMRAM，动态，动态，动态，动态RAMRAM需要定时刷新。需要定时刷新。需要定时刷新。需要定时刷新。用途：主要存放程序用到的可变数据。用途：主要存放程序用到的可变数据。用途：主要存放程序用到的可变数据。用途：主要存放程序用到的可变数据。B B、ROMROM（只读存储器）（只读存储器）（只读存储器）（只读存储器）特点：只读、掉电数据不丢失特点：只读、掉电数据不丢失特点：只读、掉电数据不丢失特

36、点：只读、掉电数据不丢失 分类：掩膜分类：掩膜分类：掩膜分类：掩膜ROMROM、OTPROMOTPROM、EPROMEPROM 用途：主要存放程序代码用途：主要存放程序代码用途：主要存放程序代码用途：主要存放程序代码 C C、EEPROMEEPROM（电可擦除存储器）（电可擦除存储器）（电可擦除存储器）（电可擦除存储器）特点：可读、可写，掉电数据不丢失特点：可读、可写，掉电数据不丢失特点：可读、可写，掉电数据不丢失特点：可读、可写，掉电数据不丢失 用途：主要存放程序代码和需要保存的可变数据。用途：主要存放程序代码和需要保存的可变数据。用途：主要存放程序代码和需要保存的可变数据。用途：主要存放程

37、序代码和需要保存的可变数据。存储器原理简介存储器原理简介存储器原理简介存储器原理简介 1 1电气工程学院存储器原理简介存储器原理简介存储器原理简介存储器原理简介 2 2电气工程学院存储器实例存储器实例存储器实例存储器实例 8K8K8 8静态静态静态静态RAMRAM 8K8K8EPROM8EPROM存储器原理简介存储器原理简介存储器原理简介存储器原理简介 3 3电气工程学院80318031对程序存储器和数据存储器的对程序存储器和数据存储器的对程序存储器和数据存储器的对程序存储器和数据存储器的寻址原理寻址原理寻址原理寻址原理电气工程学院80318031外部存储器总线时序外部存储器总线时序外部存储器

38、总线时序外部存储器总线时序举例：读外部数据存储器举例：读外部数据存储器MOVX A，DPTR；机器码；机器码 E0H，存储地址为，存储地址为2000H其中其中DPTR里内容为里内容为4000H，4000H内容为内容为0AAHT1：ALE的下降沿锁存程序代码的下降沿锁存程序代码地址地址 P2P0（2000H）T2：读程序代码内容：读程序代码内容 P0（0E0H）T3：锁存程序代码制定外部存储：锁存程序代码制定外部存储器的地址器的地址 P15P0（4000H）T4：读外部存储器内容：读外部存储器内容 P0（0AAH）电气工程学院译码器译码器译码器译码器74LS138/13974LS138/139框

39、图框图框图框图3-82-4电气工程学院译码器译码器译码器译码器74LS138/13974LS138/139功能表功能表功能表功能表电气工程学院四四-十六译码器十六译码器译码器译码器译码器译码器74LS154 74LS154 框图和功能表框图和功能表框图和功能表框图和功能表电气工程学院(1)(1)对于不同的外部存储器芯片，不能有相同的地对于不同的外部存储器芯片，不能有相同的地对于不同的外部存储器芯片，不能有相同的地对于不同的外部存储器芯片，不能有相同的地址范围址范围址范围址范围(2)(2)对于每一个芯片，所分配的地址范围大于等于对于每一个芯片，所分配的地址范围大于等于对于每一个芯片，所分配的地址

40、范围大于等于对于每一个芯片，所分配的地址范围大于等于芯片的存储容量芯片的存储容量芯片的存储容量芯片的存储容量(3)(3)由高位地址线通过地址译码电路按照外围存储由高位地址线通过地址译码电路按照外围存储由高位地址线通过地址译码电路按照外围存储由高位地址线通过地址译码电路按照外围存储器的数量将整个存储空间划分成不同的区域器的数量将整个存储空间划分成不同的区域器的数量将整个存储空间划分成不同的区域器的数量将整个存储空间划分成不同的区域 (4)(4)按照每个存储器的需要将按照每个存储器的需要将按照每个存储器的需要将按照每个存储器的需要将CPUCPU的低位地址线连的低位地址线连的低位地址线连的低位地址线

41、连接到存储器的地址线上，用来寻址存储器的每个存接到存储器的地址线上，用来寻址存储器的每个存接到存储器的地址线上，用来寻址存储器的每个存接到存储器的地址线上，用来寻址存储器的每个存储单元储单元储单元储单元 地址译码器存储器1存储器2存储器2n CE1 CE2 CE2n 高 位 地址线（n条）A0 A15 A0 AmA0 Ap A0 Aq 扩展外部存储器的扩展外部存储器的扩展外部存储器的扩展外部存储器的步骤步骤步骤步骤 利用锁存器分离利用锁存器分离利用锁存器分离利用锁存器分离低位地址线和数低位地址线和数低位地址线和数低位地址线和数据线据线据线据线 数据线的连接数据线的连接数据线的连接数据线的连接

42、地址线的连接地址线的连接地址线的连接地址线的连接 读写信号线的连读写信号线的连读写信号线的连读写信号线的连接接接接 根据需要设计地根据需要设计地根据需要设计地根据需要设计地址译码电路址译码电路址译码电路址译码电路80318031外部存储器扩展外部存储器扩展外部存储器扩展外部存储器扩展 1 1电气工程学院 74LS13874LS138，其中，其中，其中，其中 A A、B B、C C分别是三条输入线，分别是三条输入线，分别是三条输入线，分别是三条输入线，Y0Y7Y0Y7是是是是八条输出线。八条输出线。八条输出线。八条输出线。E1E1、E2E2、E3E3分别是三个使能端。分别是三个使能端。分别是三个

43、使能端。分别是三个使能端。80318031外部存储器扩展外部存储器扩展外部存储器扩展外部存储器扩展 2 2电气工程学院 非均匀译码非均匀译码 80318031外部存储器扩展外部存储器扩展外部存储器扩展外部存储器扩展 3 3电气工程学院80318031外部存储器扩展外部存储器扩展外部存储器扩展外部存储器扩展例例例例1 1扩展一片扩展一片6264（8000H9FFFH）和）和一片一片2764（0000H1FFFH）程序存储器的地址范围必须包程序存储器的地址范围必须包含含0000H到到0030H，因为程，因为程序上电复位后要从序上电复位后要从0000H单单元开始运行，同时中断向量元开始运行，同时中断

44、向量要占据要占据0003H0030H地址地址电气工程学院日历日历/时钟显示调整系统时钟显示调整系统80318031应用系统设计实例应用系统设计实例应用系统设计实例应用系统设计实例电气工程学院4个个并行并行I/O 口口 P0、P1、P2、P3P0:数据总线数据总线/低低8位地址线或者通用位地址线或者通用I/O口口P2:高高8位地址线或者通用位地址线或者通用I/O口口P3:多功能口，例如：串口、定时器、外中多功能口，例如：串口、定时器、外中断输入等断输入等P1:通用通用I/O口口 MCS-51MCS-51内部并行内部并行I/OI/O口口 1 1电气工程学院输出：输出：输入输入(读引脚读引脚)：输入

45、（读锁存器）输入（读锁存器）MOV P1，AMOV P1，#0FFHMOV A，P1MOV A，P1 MCS-51MCS-51内部并行内部并行I/OI/O口口 2 2电气工程学院 并行并行I/OI/O口扩展口扩展 1 1MCS-51单片机系统中单片机系统中,扩展扩展I/O是是与外部数据存储器统一编址的与外部数据存储器统一编址的,占占用外部数据存储器的单元地址用外部数据存储器的单元地址,使使用用MOVX指令进行读写指令进行读写(RD、WR控制信号）控制信号）.扩展扩展I/O有以下三种基本方法：有以下三种基本方法：0000FFFF外部数据存储器外部数据存储器RAMI/O（1）专用）专用I/O口扩展

46、芯片口扩展芯片（2）串行口扩展并行口）串行口扩展并行口（3）利用锁存器进行简单利用锁存器进行简单I/O扩展（扩展（P247 图图7-10）电气工程学院 Intel 8155可编程并行可编程并行I/O 接口芯片接口芯片1.8155 的内部结的内部结构和引脚功能构和引脚功能 并行并行I/OI/O口扩展口扩展 2 2电气工程学院 并行并行I/OI/O口扩展口扩展 3 3电气工程学院(2)8155命令寄存器命令寄存器0 0 0 0 0 0 0 0 并行并行I/OI/O口扩展口扩展 4 4电气工程学院采用采用8155 扩展扩展I/O 口举例口举例 并行并行I/OI/O口扩展口扩展 5 5电气工程学院(1

47、)RAM地址地址:7E00H7EFFH(2)I/O地址地址:命令寄存器命令寄存器:7FF8HA口口:7FF9HB口口:7FFAHC口口:7FFBH地址范围分析地址范围分析A15A14A13A12 A11A10A9A8 A7A6 A5A4 A3A2A1A00 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1A15A14A13A12 A11A10A9A8 A7A6 A5A4 A3A2A1A00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 10 1 1 1

48、 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1定时器低定时器低8位位:7FFCH定时器高定时器高6位位:7FFDH 并行并行I/OI/O口扩展口扩展 6 6电气工程学院MOVDPTR，#7E0AHMOVA，30HMOVXDPTR，A；写操作写操作MOVDPTR，#7E0AHMOVXA，DPTRMOV40H，A；读操作读操作对对8155 RAM的读写操作的读写操作 并行并行I/OI/O口扩展口扩展 7 7电气工

49、程学院MOVDPTR，#7FF8H ;命令寄存器命令寄存器MOVA，#00000001B ;PA输出输出,PB输入输入MOVXDPTR,AMOVDPTR,#7FF9H ;PA口口MOVA,#55HMOVXDPTR,AINCDPTR ;PB口口MOVXA,DPTRMOV30H,A8155 I/O口的读写操作口的读写操作 并行并行I/OI/O口扩展口扩展 8 8电气工程学院LED 数码显示管工作原理数码显示管工作原理 并行并行I/OI/O口扩展口扩展 9 9电气工程学院MCS-51对对LED显示管的控制显示管的控制（1）静态方式显示原理）静态方式显示原理I/O口口(1)I/O口口(3)I/O口口(

50、2)abdpabdpabdp 并行并行I/OI/O口扩展口扩展 1010电气工程学院动态显示的原理动态显示的原理I/O口口(1)字段口字段口I/O口口(2)字位口字位口abdpI/O1.0I/O1.1I/O2.1I/O1.7I/O2.0I/O2.2 并行并行I/OI/O口扩展口扩展 1111电气工程学院 并行并行I/OI/O口扩展口扩展 1212电气工程学院A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A00010000100000110000000101命令寄存器命令寄存器PAPBPC2100H2101H2102H2103H 并行并行I/