单片机硬件知识点汇总

.第一章 绪论第一节 单片机单片机即单片机微型计算机，是将计算机主机(CPU、存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。第二节 单片机的历史与现状第一阶段19761978年：低性能单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表，采用了单片构造，即在一块芯片含有8位CPU、定时/计数器、并行I/O口、RAM和ROM等。主要用于工业领域。第二阶段19781982年：高性能单片机阶段，这一类单片机带有串行I/O口，8位数据线、16位地址线可以寻址的围到达64K字节、控制总线、较丰富的指令系统等。这类单片机的应用围较广，并在不断的改进和开展。第三阶段19821990年：16位单片机阶段。16位单片机除CPU为16位外，片RAM和ROM容量进一步增大，实时处理能力更强，表达了微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96主振频率为12M，片RAM为232字节，ROM为8K字节，中断处理能力为8级，片带有10位A/D转换器和高速输入/输出部件等。第四阶段1990年：微控制器的全面开展阶段，各公司的产品在尽量兼容的同时，向高速、强运算能力、寻址围大以及小型廉价方面开展。第三节 单片机的应用领域一、单片机在仪器仪表中的应用二、单片机在机电一体化中的应用三、单片机在智能接口和多机系统中的应用四、单片机在生活中的应用第二章 硬件构造第一节 MCS-51单片机及其演变特点1一个8位微处理器CPU。2数据存储器RAM和特殊功能存放器SFR。3部程序存储器ROM。4两个定时/计数器，用以对外部事件进展计数，也可用作定时器。5四个8位可编程的I/O输入/输出并行端口，每个端口既可做输入，也可做输出。6一个串行端口，用于数据的串行通信。7中断控制系统。8部时钟电路。第二节 80C51单片机的根本构造1) 中央处理器CPU中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。MCS-51的CPU能处理8位二进制数或代码。2) 部数据存储器部RAM8051芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用存放器占用，能作为存放器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的部数据存储器就是指前128单元，简称部RAM。3) 部程序存储器部ROM8051共有4 KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称部ROM。4) 定时/计数器8051共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进展控制。5) 并行I/O口MCS-51共有4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3，以实现数据的并行输入/输出。在实训中我们已经使用了P1口，通过P1口连接8个发光二极管。第三节 80C51单片机的引脚功能MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列请参见图P0.0 P0.7： P0口8位双向口线。P1.0 P1.7 ：P1口8位双向口线。P2.0 P2.7 ：P2口8位双向口线。P3.0 P3.7 ：P3口8位双向口线。ALE：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外，由于ALE是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲，因此,可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。PSEN：外部程序存储器读选通信号。在读外部ROM时，PSEN有效低电平，以实现外部ROM单元的读操作。EA：程序存储控制信号。当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；当信号为高电平时，对ROM的读操作是从部程序存储器开场，并可延至外部程序存储器。RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。 *TAL1和*TAL2：外接晶体引线端。当使用芯片部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 VSS：地线。 VCC：+5 V电源。以上是MCS-51单片机芯片40条引脚的定义及简单功能说明，读者可以对照实训电路找到相应引脚，在电路中查看每个引脚的连接使用。P3口线的第二功能。P3的8条口线都定义有第二功能第四节 存储器构造MCS-51单片机的芯片部有RAM和ROM两类存储器，即所谓的部RAM和部ROMMCS-51部程序存储器MCS-51的程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。8051片有4 KB的ROM，8751片有4 KB的EPROM，8031片无程序存储器。 MCS-51的片外最多能扩展64 KB程序存储器，片外的ROM是统一编址的。如端保持高电平，8051的程序计数器PC在0000H0FFFH地址围 (即前4 KB地址) 是执行片ROM中的程序，当PC在1000HFFFFH地址围时，自动执行片外程序存储器中的程序；当保持低电平时，只能寻址外部程序存储器，片外存储器可以从0000H开场编址。MCS-51的程序存储器中有些单元具有特殊功能，使用时应予以注意。其中一组特殊单元是0000H0002H。系统复位后，(PC)=0000H，单片机从0000H单元开场取指令执行程序。如果程序不从0000H单元开场，应在这三个单元中存放一条无条件转移指令，以便直接转去执行指定的程序。还有一组特殊单元是0003H002AH，共40个单元。这40个单元被均匀地分为5段，作为5个中断源的中断地址区。其中：0003H000AH 外部中断0中断地址区000BH0012H 定时/计数器0中断地址区0013H001AH 外部中断1中断地址区001BH0022H 定时/计数器1中断地址区0023H002AH 串行中断地址区中断响应后，按中断种类，自动转到各中断区的首地址去执行程序，因此在中断地址区中理应存放中断效劳程序。但通常情况下，8个单元难以存下一个完整的中断效劳程序，因此通常也是从中断地址区首地址开场存放一条无条件转移指令，以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断效劳程序的实际入口地址。MCS-51部数据存储器部数据存储器低128单元8051的部RAM共有256个单元，通常把这256个单元按其功能划分为两局部：低128单元单元地址00H7FH和高128单元单元地址80HFFH。如以下图为低128单元的配置图。 存放器区 8051共有4组存放器，每组8个存放单元各为8，各组都以R0R7作存放单元编号。存放器常用于存放操作数中间结果等。由于它们的功能及使用不作预先规定，因此称之为通用存放器，有时也叫工作存放器。4组通用存放器占据部RAM的00H1FH单元地址。在任一时刻，CPU只能使用其中的一组存放器，并且把正在使用的那组存放器称之为当前存放器组。到底是哪一组，由程序状态字存放器PSW中RS1、RS0位的状态组合来决定。 通用存放器为CPU提供了就近存储数据的便利，有利于提高单片机的运算速度。此外，使用通用存放器还能提高程序编制的灵活性，因此，在单片机的应用编程中应充分特殊功能寄存器通用RAM区位寻址区00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特殊功能存放器中位寻址外部ROM内部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外 部RAM(I/O口地址)0000HFFFFH内部数据存储器a外部数据存储器b程序存储器c工作存放器区利用这些存放器，以简化程序设计，提高程序运行速度。位寻址区部RAM的20H2FH单元，既可作为一般RAM单元使用，进展字节操作，也可以对单元中每一位进展位操作，因此把该区称之为位寻址区。位寻址区共有16个RAM单元，计128位，地址为00H7FH。MCS-51具有布尔处理机功能，这个位寻址区可以构成布尔处理机的存储空间。这种位寻址能力是MCS-51的一个重要特点。 用户RAM区在部RAM低128单元中，通用存放器占去32个单元，位寻址区占去16个单元，剩下80个单元，这就是供用户使用的一般RAM区，其单元地址为30H7FH。对用户RAM区的使用没有任何规定或限制，但在一般应用中常把堆栈开辟在此区中。部数据存储器高128单元部RAM的高128单元是供给专用存放器使用的，其单元地址为80HFFH。因这些存放器的功能已作专门规定，故称之为专用存放器Special Function Register，也可称为特殊功能存放器。第五节 特殊功能存储器SFR8051共有21个专用存放器，现把其中局部存放器简单介绍如下：程序计数器PCProgram Counter。在实训中，我们已经知道PC是一个16位的计数器，它的作用是控制程序的执行顺序。其容为将要执行指令的地址，寻址围达64 KB。PC有自动加1功能，从而实现程序的顺序执行。PC没有地址，是不可寻址的，因此用户无法对它进展读写，但可以通过转移、调用、返回等指令改变其容，以实现程序的转移。因地址不在SFR专用存放器之，一般不计作专用存放器。累加器ACCAccumulator。累加器为8位存放器，是最常用的专用存放器，功能较多，地位重要。它既可用于存放操作数，也可用来存放运算的中间结果。MCS-51单片机局部单操作数指令的操作数就取自累加器，许多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。B存放器。B存放器是一个8位存放器，主要用于乘除运算。乘法运算时，B存乘数。乘法操作后，乘积的高8位存于B中，除法运算时，B存除数。除法操作后，余数存于B中。此外，B存放器也可作为一般数据存放器使用。程序状态字PSWProgram Status Word。程序状态字是一个8位存放器，用于存放程序运行中的各种状态信息。其中有些位的状态是根据程序执行结果，由硬件自动设置的，而有些位的状态则使用软件方法设定。PSW的位状态可以用专门指令进展测试，也可以用指令读出。一些条件转移指令将根据PSW有些位的状态，进展程序转移。PSW的各位定义如下：PSW位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H字节地址 CY ACF0RS1RS0OVF1P除PSW.1位保存未用外，其余各位的定义及使用如下：CYPSW.7进位标志位。CY是PSW中最常用的标志位。其功能有二：一是存放算术运算的进位标志，在进展加或减运算时，如果操作结果的最高位有进位或借位时，CY由硬件置“1，否则清“0；二是在位操作中，作累加位使用。位传送、位与位或等位操作，操作位之一固定是进位标志位。ACPSW.6辅助进位标志位。在进展加减运算中，当低4位向高4位进位或借位时，AC由硬件置“1，否则AC位被清“0。在BCD码调整中也要用到AC位状态。F0PSW.5用户标志位。这是一个供用户定义的标志位，需要利用软件方法置位或复位，用以控制程序的转向。RS1和RS0PSW.4，PSW.3存放器组选择位。它们被用于选择CPU当前使用的通用存放器组。通用存放器共有4组，其对应关系如下：00：0组 01：1组 10：2组 11：3组这两个选择位的状态是由软件设置的，被选中的存放器组即为当前通用存放器组。但当单片机上电或复位后，RS1 RS0=00。OVPSW.2溢出标志位。在带符号数加减运算中，OV=1表示加减运算超出了累加器A所能表示的符号数有效围-128 +127，即产生了溢出，因此运算结果是错误的，否则，OV=0表示运算正确，即无溢出产生。PPSW.0奇偶标志位。说明累加器A中容的奇偶性。如果A中有奇数个“1，则P置“1，否则置“0。但凡改变累加器A中容的指令均会影响P标志位。此标志位对串行通信中的数据传输有重要的意义。在串行通信中常采用奇偶校验的方法来校验数据传输的可靠性。数据指针DPTR。数据指针为16位存放器。编程时，DPTR既可以按16位存放器使用，也可以按两个8位存放器分开使用，即：DPH DPTR高位字节，DPL DPTR低位字节。DPTR通常在外部数据存储器时作地址指针使用。由于外部数据存储器的寻址围为64 KB，故把DPTR设计为16位。堆栈指针SPStack Pointer。堆栈是一个特殊的存储区，用来暂存数据和地址，它是按“先进后出的原则存取数据的。堆栈共有两种操作：进栈和出栈。由于MCS-51单片机的堆栈设在部RAM中，因此SP是一个8位存放器。系统复位后，SP的容为07H，从而复位后堆栈实际上是从08H单元开场的。但08H1FH单元分别属于工作存放器13区，如程序要用到这些区，最好把SP值改为1FH或更大的值。对专用存放器的字节寻址问题作如下几点说明： (1)21个可字节寻址的专用存放器是不连续地分散在部RAM高128单元之中，尽管还余有许多空闲地址，但用户并不能使用。 (2) 程序计数器PC不占据RAM单元，它在物理上是独立的，因此是不可寻址的存放器。 (3)对专用存放器只能使用直接寻址方式，书写时既可使用存放器符号，也可使用存放器。第六节 输入输出端口单片机芯片还有一项主要容就是并行I/O口。MCS-51共有4个8位的并行I/O口，分别记作P0、P1、P2、P3。每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。实际上，它们已被归入专用存放器之列，并且具有字节寻址和位寻址功能。在片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口分时传送，高8位地址由P2口传送。在无片外扩展存储器的系统中，这4个口的每一位均可作为双向的I/O端口使用。第七节 时钟电路在MCS-51芯片部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚*TAL1，其输出端为引脚*TAL2 。而在芯片的外部，*TAL1和*TAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路。*TAL2*TAL1MCS-51C1C2CYS*TAL2*TAL1MCS-51+5VVSSTTL外部时钟源1振荡周期：为单片机提供时钟信号的振荡源的周期。2时钟周期：是振荡源信号经二分频后形成的时钟脉冲信号。3机器周期：通常将完成一个根本操作所需的时间称为机器周期。4指令周期：是指CPU执行一条指令所需要的时间。一个指令周期通常含有14个机器周期。P1P2S1P2振荡周期时钟周期机器周期机器周期指令周期*TAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2第八节 复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开场工作，例如复位后PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。实训中已经看出，无论是在单片机刚开场接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位，所以我们必须弄清楚MCS-51型单片机复位的条件、复位电路和复位后状态。第三章 定时器/计数器第一节 概述实质是计数器，脉冲每一次下降沿，计数存放器数值将加1。计数的脉冲如果来源于单片机部的晶振,由于其周期极为准确，这时称为定时器。计数的脉冲如果来源于单片机外部的引脚，由于其周期一般不准确，这时称为计数器。第二节 构造和工作原理定时/计数器方式存放器TMOD(1) M1和M0：方式选择位。(2) c/T：功能选择位。时，设置为定时器工作方式；时，设置为计数器工作方式。(3) GATE：门控位。当GATE=0时，软件控制位TR0或TR1置1即可启动定时器；当GATE=1时，软件控制位TR0或TR1须置1，同时还须P3.2或P3.3为高电平方可启动定时器，即允许外中断、启动定时器。定时器/计数器控制存放器TCON(1) TCON.7 TF1：定时器1溢出标志位。当定时器1计满数产生溢出时，由硬件自动置TF1=1。在中断允许时，向CPU发出定时器1的中断请求，进入中断效劳程序后，由硬件自动清0。在中断屏蔽时，TF1可作查询测试用，此时只能由软件清0。(2) TCON.6 TR1：定时器1运行控制位。由软件置1或清0来启动或关闭定时器1。当GATE=1，且为高电平时，TR1置1启动定时器1；当GATE=0时，TR1置1即可启动定时器1。(3) TCON.5 TF0：定时器0溢出标志位。其功能及操作情况同TF1。(4) TCON.4 TR0：定时器0运行控制位。其功能及操作情况同TR1。(5) TCON.3 IE1：外部中断1请求标志位。(6)TCON.2 IT1：外部中断1触发方式选择位。(7)TCON.1 IE0：外部中断0 请求标志位。(8) TCON.0 IT0：外部中断0触发方式选择位。第三节 定时/计数器的工作方式1方式0方式0构成一个13位定时/计数器。图是定时器0在方式0时的逻辑电路构造，定时器1的构造和操作与定时器0完全一样。2方式1定时器工作于方式1时。由图可知，方式1构成一个16位定时/计数器，其构造与操作几乎完全与方式0一样，惟一差异是二者计数位数不同。3方式2 定时/计数器工作于方式2时，。由图可知，方式2中，16位加法计数器的TH0和TL0具有不同功能，其中，TL0是8位计数器，TH0是重置初值的8位缓冲器。4方式3定时/计数器工作于方式3时，其逻辑构造图如以下图。第四节 编程和使用1计数器初值的计算把计数器计满为零所需要的计数值设定为C，计数初值设定为TC，由此可得到公式：TC=M-C式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为213；在方式1时M为216；在方式2和方式3时M为28。2定时器初值的计算在定时器模式下，计数器由单片机主脉冲经12分频后计数。因此，定时器定时时间T的公式：T=M-TCT计数，上式也可写成：TC=M-T/ T计数。式中，M为模值，和定时器的工作方式有关；T计数是单片机振荡周期TCLK的12倍；TC为定时器的定时初值。第六章 中断系统第一节 概述中断是通过硬件来改变CPU的运行方向的。计算机在执行程序的过程中，当出现CPU以外的*种情况时，由效劳对象向CPU发出中断请求信号，要求CPU暂时中断当前程序的执行而转去执行相应的处理程序，待处理程序执行完毕后，再继续执行原来被中断的程序。这种程序在执行过程中由于外界的原因而被中间打断的情况称为“中断。与中断有关的存放器有4个，分别为中断源存放器TCON和SCON、中断允许控制存放器IE和中断优先级控制存放器IP；中断源有5个，分别为外部中断0请求、外部中断1请求、定时器0溢出中断请求TF0、定时器1溢出中断请求TF1和串行中断请求RI或TI。5个中断源的排列顺序由中断优先级控制存放器IP和顺序查询逻辑电路共同决定，5个中断源分别对应5个固定的中断入口地址。第二节 中断源与中断申请标志中断源(1)外部中断0请求，由P3.2脚输入。通过IT0脚TCON.0来决定是低电平有效还是下跳变有效。一旦输入信号有效，就向CPU申请中断，并建立IE0标志。(2)外部中断1请求，由P3.3脚输入。通过IT1脚TCON.2来决定是低电平有效还是下跳变有效。一旦输入信号有效，就向CPU申请中断，并建立IE1标志。(3)TF0：定时器T0溢出中断请求。当定时器0产生溢出时，定时器0中断请求标志位TCON.5置位由硬件自动执行，请求中断处理。(4)TF1：定时器1溢出中断请求。当定时器1产生溢出时，定时器1中断请求标志位TCON.7置位由硬件自动执行，请求中断处理。(5) RI或TI：串行中断请求。当接收或发送完一串行帧时，部串行口中断请求标志位RISCON.0或TISCON.1置位由硬件自动执行，请求中断。中断标志TCON存放器中的中断标志TCON为定时器0和定时器1的控制存放器，同时也锁存定时器0和定时器1的溢出中断标志及外部中断和的中断标志等。与中断有关位如下：(1) TCON.7 TF1：定时器1的溢出中断标志。T1被启动计数后，从初值做加1计数，计满溢出后由硬件置位TF1，同时向CPU发出中断请求，此标志一直保持到CPU响应中断后才由硬件自动清0。也可由软件查询该标志，并由软件清0。(2) TCON.5 TF0：定时器0溢出中断标志。其操作功能与TF1一样。(3) TCON.3 IE1：中断标志。IE1 = 1，外部中断1向CPU申请中断。(4) TCON.2 IT1：中断触发方式控制位。当IT1 = 0时，外部中断1控制为电平触发方式。(5) TCON.1 IE0：中断标志。其操作功能与IE1一样。(6) TCON.0 IT0：中断触发方式控制位。其操作功能与IT1一样。SCON存放器中的中断标志SCON是串行口控制存放器，其低两位TI和RI锁存串行口的发送中断标志和接收中断标志。(1) SCON.1 TI：串行发送中断标志。CPU将数据写入发送缓冲器SBUF时，就启动发送，每发送完一个串行帧，硬件将使TI置位。但CPU响应中断时并不去除TI，必须由软件去除。第三节 中断控制IE存放器中断的开放和制止标志(1) IE.7 EA：总中断允许控制位。EA = 1，开放所有中断，各中断源的允许和制止可通过相应的中断允许位单独加以控制；EA = 0，制止所有中断。(2) IE.4 ES：串行口中断允许位。ES = 1，允许串行口中断；ES = 0，制止串行口中断。(3) IE.3 ET1：定时器1中断允许位。ET1 = 1，允许定时器1中断；ET1 = 0，制止定时器1中断。(4) IE.2 E*1：外部中断1中断允许位。E*1 = 1，允许外部中断1中断；E*1 = 0，制止外部中断1中断。(5) IE.1 ET0：定时器0中断允许位。ET0 = 1，允许定时器0中断；ET0 = 0，制止定时器0中断。(6) IE.0 E*0: 外部中断0中断允许位。E*0 = 1，允许外部中断0中断；E*0 = 0，制止外部中断0中断。8051单片机系统复位后，IE中各中断允许位均被清0，即制止所有中断。IP存放器中断优先级标志8051单片机有两个中断优先级，每个中断源都可以通过编程确定为高优先级中断或低1IP.4 PS：串行口中断优先控制位。PS = 1，设定串行口为高优先级中断；PS = 0，设定串行口为低优先级中断。2IP.3 PT1：定时器T1中断优先控制位。PT1 = 1，设定定时器T1中断为高优先级中断；PT1 = 0，设定定时器T1中断为低优先级中断。3IP.2 P*1：外部中断1中断优先控制位。P*1 = 1，设定外部中断1为高优先级中断；P*1 = 0，设定外部中断1为低优先级中断。4IP.1 PT0：定时器T0中断优先控制位。PT0 = 1，设定定时器T0中断为高优先级中断；PT0 = 0，设定定时器T0中断为低优先级中断。5IP.0 P*0：外部中断0中断优先控制位。P*0 = 1，设定外部中断0为高优先级中断；P*0 = 0，设定外部中断0为低优先级中断。当系统复位后，IP低5位全部清0，所有中断源均设定为低优先级中断。如果几个同一优先级的中断源同时向CPU申请中断，CPU 通过部硬件查询逻辑，按自然优先级顺序确定先响应哪个中断请求。自然优先级由硬件形成，排列如下：中断源同级自然优先级外部中断0 最高级定时器T0中断外部中断1定时器T1中断串行口中断最低级第四节 中断响应中断处理过程可分为中断响应、中断处理和中断返回三个阶段。中断响应中断响应是CPU对中断源中断请求的响应，包括保护断点和将程序转向中断效劳程序的入口地址通常称矢量地址。中断响应过程中断响应过程包括保护断点和将程序转向中断效劳程序的入口地址。首先，中断系统通过硬件自动生成长调用指令LACLL，该指令将自动把断点地址压入堆栈保护不保护累加器A、状态存放器PSW和其它存放器的容，然后，将对应的中断入口地址装入程序计数器PC由硬件自动执行，使程序转向该中断入口地址，执行中断效劳程序。MCS-51系列单片机各中断源的入口地址由硬件事先设定，分配如下：中断源入口地址外部中断0 0003H定时器T0中断 000BH外部中断1 0013H定时器T1中断 001BH串行口中断 0023H使用时，通常在这些中断入口地址处存放一条绝对跳转指令，使程序跳转到用户安排的中断效劳程序的起始地址上去。中断返回中断返回是指中断效劳完后，计算机返回原来断开的位置即断点，继续执行原来的程序。中断返回由中断返回指令RETI来实现。该指令的功能是把断点地址从堆栈中弹出，送回到程序计数器PC，此外，还通知中断系统已完成中断处理，并同时去除优先级状态触发器。特别要注意不能用“RET指令代替“RETI指令。中断请求的撤除CPU响应中断请求后即进入中断效劳程序，在中断返回前，应撤除该中断请求，否则，会重复引起中断而导致错误。MCS-51各中断源中断请求撤消的方法各不一样，分别为：1定时器中断请求的撤除对于定时器0或1溢出中断，CPU在响应中断后即由硬件自动去除其中断标志位TF0或TF1，无需采取其它措施。2串行口中断请求的撤除对于串行口中断，CPU在响应中断后，硬件不能自动去除中断请求标志位TI、RI，必须在中断效劳程序中用软件将其去除。3外部中断请求的撤除外部中断可分为边沿触发型和电平触发型。对于边沿触发的外部中断0或1，CPU在响应中断后由硬件自动去除其中断标志位IE0或IE1，无需采取其它措施。第四章 MCS_51与键盘、显示器的接口设计第一节 LED接口原理常用的LED显示器有LED状态显示器俗称发光二极管、LED七段显示器俗称数码管和LED十六段显示器。发光二极管可显示两种状态，用于系统状态显示；数码管用于数字显示；LED十六段显示器用于字符显示。1. 数码管简介 1) 数码管构造数码管由8个发光二极管以下简称字段构成，通过不同的组合可用来显示数字0 9、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符号“-及小数点“.。数码管的外形构造如以下图所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种构造。2) 数码管工作原理共阳极数码管的8个发光二极管的阳极二极管正端连接在一起。通常，公共阳极接高电平一般接电源，其它管脚接段驱动电路输出端。当*段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。共阴极数码管的8个发光二极管的阴极二极管负端连接在一起。通常，公共阴极接低电平一般接地，其它管脚接段驱动电路输出端。当*段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。3) 数码管字形编码要使数码管显示出相应的数字或字符，必须使段数据口输出相应的字形编码。对照图7.10a，字型码各位定义为：数据线D0与a字段对应，D1与b字段对应，依此类推。如使用共阳极数码管，数据为0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。如要显示“0，共阳极数码管的字型编码应为：11000000B即C0H；共阴极数码管的字型编码应为：00111111B即3FH。依此类推。2静态显示接口静态显示是指数码管显示*一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地共阴极或接正电源共阳极。每个数码管的8个字段分别与一个8位I/O口地址相连，I/O口只要有段码输出，相应字符即显示出来，并保持不变，直到I/O口输出新的段码。采用静态显示方式，较小的电流即可获得较高的亮度，且占用CPU时间少，编程简单，显示便于监测和控制，但其占用的口线多，硬件电路复杂，本钱高，只适合于显示位数较少的场合。3动态显示接口动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。通常，各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的I/O口控制；各位的位选线公共阴极或阳极由另外的I/O口线控制。动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示，必须采用扫描方式，即在*一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码。依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符。虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。采用动态显示方式比较节省I/O口，硬件电路也较静态显示方式简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU较多的时间。第二节键盘接口原理1 键的分类按键按照构造原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。2输入原理在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能，键信息输入是与软件构造密切相关的过程。对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与CPU相连。CPU可以采用查询或中断方式了解有无将键输入，并检查是哪一个键按下，将该键号送入累加器ACC，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序3按键构造与特点微机键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如以下图所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510 ms。在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是屡次操作，这种情况是不允许出现的。为了抑制按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。2. 按键编码一组按键或键盘都要通过I/O口线查询按键的开关状态。根据键盘构造的不同，采用不同的编码。无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的跳转。5 制键盘程序一个完善的键盘控制程序应具备以下功能： (1) 检测有无按键按下，并采取硬件或软件措施，消除键盘按键机械触点抖动的影响。 (2) 有可靠的逻辑处理方法。每次只处理一个按键，其间对任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序。 (3) 准确输出按键值或键号，以满足跳转指令要求。独立式按键单片机控制系统中，往往只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键构造。1独立式按键构造独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键的典型应用如图7.4所示。独立式按键电路配置灵活，软件构造简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。2 立式按键的软件构造独立式按键的软件常采用查询式构造。先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如*一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。矩阵式按键单片机系统中，假设使用按键较多时，通常采用矩阵式也称行列式键盘。1 矩阵式键盘的构造及原理矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的穿插点上，其构造如以下图所示。由图可知，一个44的行、列构造可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到5V上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。2式键盘按键的识别识别按键的方法很多，其中，最常见的方法是扫描法。按键按下时，与此键相连的行线与列线导通，行线在无键按下时处在高电平。显然，如果让所有的列线也处在高电平，则，按键按下与否不会引起行线电平的变化，因此，必须使所有列线处在低电平。只有这样，当有键按下时，该键所在的行电平才会由高电平变为低电平。CPU根据行电平的变化，便能判定相应的行有键按下。3 盘的编码对于独立式按键键盘，因按键数量少，可根据实际需要灵活编码。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号惟一确定，因此可分别对行号和列号进展二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。4. 键盘的工作方式对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中CPU的工作状况而定，其选取的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。通常，键盘的工作方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。1) 编程扫描方式编程扫描方式是利用CPU完成其它工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求，直到CPU重新扫描键盘为止。2) 定时扫描方式定时扫描方式就是每隔一段时间对键盘扫描一次，它利用单片机部的定时器产生一定时间例如10 ms的定时，当定时时间到就产生定时器溢出中断。CPU响应中断后对键盘进展扫描，并在有键按下时识别出该键，再执行该键的功能程序。3) 中断扫描方式采用上述两种键盘扫描方式时，无论是否按键，CPU都要定时扫描键盘，而单片机应用系统工作时，并非经常需要键盘输入，因此，CPU经常处于空扫描状态。为提高CPU工作效率，可采用中断扫描工作方式。其工作过程如下：当无键按下时，CPU处理自己的工作，当有键按下时，产生中断请求，CPU转去执行键盘扫描子程序，并识别键号。1