单片机原理及应用 第六章 单片机系统的扩展
单片机原理及应用第6章80C51单片机的串行口
单片机原理及应用第6章80C51单片机的串行口80C51单片机是一种基于哈佛架构的8位单片机，具有强大的串行口功能。
串行口是一种通信接口，可以通过单根线传输数据。
本章将介绍80C51单片机的串行口原理及其应用。
一、80C51单片机的串行口原理80C51单片机的串行口包含两个寄存器，分别是SBUF（串行缓冲器）和SCON（串行控制寄存器）。
SBUF寄存器用来存储待发送或接收到的数据，SCON寄存器用来配置和控制串行口的工作模式。
80C51单片机的串行口有两种工作模式：串行异步通信模式和串行同步通信模式。
1.串行异步通信模式串行异步通信是指通信双方的时钟频率不同步，通信的数据按照字符为单位进行传输，字符之间有起始位、数据位、校验位和停止位组成。
80C51单片机的串行口支持标准的RS-232通信协议和非标准通信协议。
在串行异步通信模式下，SCON寄存器需要配置为相应的工作模式。
首先，需要选择串行口的工作模式。
80C51单片机支持第9位，即扩展模式，可以用来检测通信错误。
其次，需要设置波特率。
波特率是指数据每秒传输的位数，用波特率发生器（Baud Rate Generator，BRGR）来控制。
然后，需要设置起始位、数据位和停止位的配置，包括数据长度（5位、6位、7位或8位）、停止位的个数（1位或2位）。
在发送数据时，将待发送的数据通过MOV指令传送到SBUF寄存器，单片机会自动将数据发送出去。
在接收数据时，需要检测RI（接收中断）标志位，如果RI为1，表示接收到数据，可以通过MOV指令将接收到的数据读取到用户定义的变量中。
2.串行同步通信模式串行同步通信是指通信双方的时钟频率同步，在数据传输时需要时钟信号同步。
80C51单片机的串行同步通信支持SPI（串行外设接口）和I2C（串行总线接口）两种协议。
在串行同步通信模式下，SCON寄存器需要配置为相应的工作模式。
首先，需要选择串行口的工作模式。
80C51单片机支持主从模式，可以作为主设备发送数据，也可以作为从设备接收数据。
单片机课程教案
单片机课程教案一、课程概述单片机原理及应用是一门涉及微处理器、数字电路和计算机接口技术的综合性课程。
本课程的目标是使学生掌握单片机的原理和应用，了解单片机在嵌入式系统设计中的地位和作用，为学生进一步深入学习和应用单片机打下坚实的基础。
二、课程目标1、理解单片机的内部结构和工作原理。
2、掌握单片机的基本操作和编程方法。
3、熟悉单片机在嵌入式系统中的应用和设计方法。
4、培养学生的创新能力和实践操作能力。
三、课程内容第一章：单片机概述1、1单片机的基本概念及发展历程2、2单片机的特点和应用领域3、3单片机的主要产品和发展趋势第二章：单片机的基本结构和工作原理2、1单片机的内部结构和主要部件功能介绍21、2单片机的引脚和信号说明211、3单片机的存储器和寄存器介绍2111、4单片机的时钟系统和定时器/计数器介绍第三章：单片机的编程语言和开发环境3、1单片机的编程语言概述和特点31、2 C语言在单片机编程中的应用311、3 Keil C51开发环境和程序设计流程介绍3111、4程序调试和下载方法说明第四章：单片机的应用实例和实验指导4、1单片机在LED闪烁和流水灯控制中的应用实例41、2单片机在按键输入和数码管显示中的应用实例411、3单片机在A/D和D/A转换中的应用实例4111、4单片机在电机控制和红外线遥控中的应用实例本文5单片机的实验指导和实验报告要求说明第五章：单片机的发展趋势和应用领域的扩展本文1单片机在物联网和智能家居中的应用扩展本文2单片机在汽车电子和医疗设备中的应用扩展本文3单片机在工业控制和智能制造中的应用扩展本文4单片机在人工智能和机器人技术中的应用扩展第六章：课程总结和答疑解惑本文1课程总结和学习方法分享本文2答疑解惑和常见问题解答1、3学生自我评估和改进建议收集四、教学方法与手段本课程采用理论教学和实践操作相结合的方法，以案例分析和程序示范为主要手段，通过课堂讲解、小组讨论、实验指导等多种形式，使学生更好地理解和掌握单片机的原理和应用。
《单片机原理及应用》课后习题答案
答案：ALE是地址锁存使能信号，是机器周期的二倍。当不使用单字节双周期的指令，如MOVX类指令时，可以作为外部设备的定时信号。
2.13 有那几种方法能使单片机复位？复位后各寄存器的状态如何？复位对内部RAM有何影响？
2.6 8051如何确定和改变当前工作寄存器组？
2.7 MCS-51单片机的程序存储器中0000H、0003H、000BH、0013H、001BH和0023H这几个地址具有什么特殊的功能？
2.8 8051单片机有哪几个特殊功能寄存器？可位寻址的SFR有几个？
2.9 程序状态寄存器PSW的作用是什么？常用标志有哪些位？作用是什么？
TH1、TL1、TH0、TL0的内容为00H，定时器/计数器的初值为0。
(TMOD)=00H，复位后定时器/计数器T0、T1为定时器方式0，非门控方式。
(TCON)=00H，复位后定时器/计数器T0、T1停止工作，外部中断0、1为电平触发方式。
(T2CON)=00H，复位后定时器/计数器T2停止工作。
可位寻址的SFR有11个。
2.9 程序状态寄存器PSW的作用是什么？常用标志有哪些位？作用是什么？
答案：PSW—程序状态字。主要起着标志寄存器的作用。常用标志位及其作用如下：
Cy——进（借）位标志，其主要作用是保存算术运算的进或借位并在进行位操作时做累加器。
在执行某些算术和逻辑指令时，可以被硬件或软件置位或清零。在算术运算中它可作为进位标志，在位运算中，它作累加器使用，在位传送、位与和位或等位操作中，都要使用进位标志位。
2.14 MCS-51的时钟振荡周期、机器周期和指令周期之间有何关系？
《单片机应用系统设计》教学大纲及知识点
《单片机应用系统设计》课程教学大纲一、本课程的地位、作用和任务本课程是在学生学完电子技术类基础课程和微机应用类基础课程之后，为加强对学生技术应用能力的培养而开设的体现电子技术、计算机技术综合应用的综合性课程。
本课程的任务是使学生获得单片机应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能，掌握单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法，并了解单片机在测量、控制等电子技术应用领域的应用。
初步具备应用单片机进行设备技术改造、产品开发的能力。
二、理论教学内容绪论单片机概述0．1 引言0．2 单片机的特点0．3 单片机的发展0．4 MCS-51单片机系列简介第一章MCS–51单片机的结构和原理1. 1 单片机的内部结构1. 2 MCS–51的外部引脚及功能1. 3 MCS–51的存储器配置1. 4 并行输入／输出接口电路1. 5 时钟电路与时序1. 6 MCS –51最小系统设计第二章MCS-51的指令系统2．1 MCS-51指令系统概述2．2 数据传送类指令2．3 算术运算类指令2．4逻辑运算及移位类指令2．5 控制转移类指令2．6 布尔变量操作类指令第三章汇编语言程序设计3．1 汇编语言源程序的格式3．2 伪指令3．3 汇编语言程序举例第四章MCS—51的中断与定时4.1 MCS—51单片机的中断系统4.2 MCS–51的定时/计数器第五章存储器扩展技术5.1 概述5.2 程序存储器的扩展5.3 数据存储器的扩展5.4 PROME2及其扩展第六章Ｉ/Ｏ扩展技术6．1 Ｉ/Ｏ接口概述6．2 MCS-51并行Ｉ／Ｏ口的直接使用6．3 简单Ｉ／Ｏ扩展6．4 8255并行Ｉ／Ｏ口6．5 8155简介第七章键盘/显示器扩展技术7．1 单片机应用系统中的人机通道7．2 键盘及其接口7. 3 显示器及接口7．4 专用的8279键盘/显示器接口第八章模拟量输入/输出通道8.1 模拟量输入通道8.2 模拟量输出通道第九章MCS-51的串行通信9.1 串行通信基础9.2 串行接口的构成与工作方式9.3 串行口的典型应用9.4 单片机的多机通信9.5 RS-232C串行总线第十章应用程序设计技术10.1 智能仪表的一般结构10.2 单片机应用系统设计举例第十一章高性能单片机PIC16F8XX介绍11．1 PIC16F87X的特点11．2 PIC16F87X的结构与配置11．3 PIC16F87X的功能部件11．4 PIC16F87X的应用举例三、实践教学的内容和要求实验一联机仿真操作练习实验目的：进一步掌握开发工具的应用实验内容：学习PC机与开发机联机仿真的操作方法实验二指令系统和编程练习实验目的：掌握8051单片机常用指令的使用和编程实验内容：用8051单片机的常见指令编写简单的多字节加减法程序。
单片机系统扩展技术
单片机系统扩展技术1. 引言单片机是一种集成了处理器、存储器和各种输入输出接口的微型计算机系统。
单片机系统的应用范围广泛，涵盖了从工业自动化到家电控制等多个领域。
然而，随着应用需求的不断增加，单片机系统的功能往往面临着限制。
为了满足更高的要求，需要使用扩展技术来增强单片机系统的功能。
本文将介绍一些常见的单片机系统扩展技术。
2. 外部存储器扩展技术在某些应用场景中，单片机的内部存储器容量可能不足以存储所有的数据和程序。
这时可以通过外部存储器扩展技术来扩大系统的存储容量。
常见的外部存储器包括SD卡、EEPROM和闪存等。
2.1 SD卡扩展SD卡是一种常用的便携式存储介质，具有容量大、速度快和易于移植的特点。
通过使用SD卡模块，可以将SD卡连接到单片机系统中，并使用相应的驱动程序实现对SD卡的读写操作。
这样可以使单片机系统具备更大的存储容量，以便存储更多的数据和程序。
2.2 EEPROM扩展EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）是一种可擦写的非易失性存储器。
通过使用外部连接的EEPROM芯片，可以在单片机系统中实现额外的存储容量。
EEPROM的读写速度相对较慢，但具有较高的可擦写次数和较低的功耗，适合存储一些需要长期保存的数据。
2.3 闪存扩展闪存是一种常见的存储介质，具有容量大、读写速度快和抗震动的特点。
通过使用外部连接的闪存芯片，可以在单片机系统中实现更大的存储容量。
闪存的读写速度相对较快，适合存储需要频繁读写的数据和程序。
3. 通信接口扩展技术在一些应用中，单片机系统需要与外部设备进行通信，例如传感器、执行器和其他单片机等。
为了实现与这些外部设备的通信，可以通过扩展通信接口来满足需求。
3.1 UART扩展UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种常见的串行通信接口。
单片机的基本原理及应用
单片机的基本原理及应用单片机（Microcontroller）是一种集成电路，内部集成了处理器核心、存储器、输入/输出接口以及各种外设等功能模块，常用于嵌入式系统中。
它具有体积小、功耗低、成本较低、可编程性强等特点，被广泛应用于工业控制、家电、汽车电子、通信设备等领域。
本文将介绍单片机的基本原理及其在各个领域的应用。
一、单片机的基本原理单片机的基本原理是通过内部的处理器核心来执行指令，控制其他功能模块的工作。
其内部核心主要由运算器、控制器和时钟电路组成。
1. 运算器（ALU）运算器是单片机的核心部件，负责执行各种算术和逻辑运算。
它通常由逻辑门电路构成，能够进行加减乘除、与或非等运算。
2. 控制器控制器是单片机的指令执行单元，负责控制各个部件的工作。
它根据程序存储器中的指令，逐条执行并控制其他模块的工作。
3. 存储器存储器用于存储程序指令和数据。
单片机通常包含闪存（Flash）和随机存储器（RAM）。
闪存用于存储程序，RAM用于存储运行时数据。
4. 时钟电路时钟电路提供单片机的时钟信号，控制指令和数据的传输和处理速度。
它通常由晶体振荡器和分频器组成。
二、单片机的应用领域1. 工业控制单片机在工业控制领域应用广泛。
它可以控制工业生产中的各种设备，如温度控制、压力控制、自动化装置等。
通过编程，单片机能实现精确控制和监测，提高生产效率和产品质量。
2. 家电在家用电器中，单片机也有着广泛的应用。
例如，微波炉、洗衣机、空调等均采用单片机来实现控制功能。
通过编写程序，单片机可以根据用户的需求自动调节设备的工作状态，实现智能化控制。
3. 汽车电子单片机在汽车电子领域扮演着重要角色。
它被用于发动机控制、车载娱乐、安全系统等各个方面。
通过单片机的实时控制，汽车性能得到提升，驾驶安全得到保障。
4. 通信设备单片机广泛应用于通信设备中，如手机、调制解调器等。
它可以实现信号处理、数据存储和传输等功能，提升通信设备的性能和稳定性。
第六章 MCS-51系统扩展技术2(8255、74LS)
3、MCS-51系统扩展示意图 、 系统扩展示意图
单 片 微 型 机 原 理 与 应 用
为了唯一地选中外部某一存储单元(I/O接口芯片已作为数据存储器的一 接口芯片已作为数据存储器的一 为了唯一地选中外部某一存储单元 部分)，必须进行两种选择：一是必须选择出该存储器芯片(或 接口芯片 接口芯片)， 部分 ，必须进行两种选择：一是必须选择出该存储器芯片 或I/O接口芯片 ， 称为片选；二是必须选择出该芯片中的某一存储单元(或 接口芯片中的寄 称为片选；二是必须选择出该芯片中的某一存储单元 或I/O接口芯片中的寄 存器)，称为字选。 存器 ，称为字选。 常用的选址方法有两种：线选法和译码法， 常用的选址方法有两种：线选法和译码法，其中译码法又分为全译码和 部分译码两种。 部分译码两种。
四、部分译码法
单 片 微 型 机 原 理 与 应 用
以上也可采用全译码法， 以上也可采用全译码法，电路更简单
五、扩展存储器时应考虑的几个问题
1. 地址锁存器的选用 2. MCS-51对存储容量的要求 对存储容量的要求 3. 地址线的连接和地址译码方式 4. 工作速度匹配
单 片 微 型 机 原 理 与 应 用
第二节 程序存储器的扩展
一、 常用的程序存储器
单 片 微 型 机 原 理 与 应 用
1. EPROM芯片 芯片 ROM芯片分为 类，即掩膜 芯片分为3类 即掩膜ROM、可编程 芯片分为 、可编程PROM和可擦除 和可擦除 可编程ROM(包括 包括EPROM和E2PROM)。前面两组在实际中使用 可编程 包括 和 。 得很少，因此这里只介绍最常用的可擦除可编程ROM。 得很少，因此这里只介绍最常用的可擦除可编程 。 EPROM芯片：可通过专用的紫外线光源进行照射以擦除其 芯片： 芯片 原有内容，而后用专门的编程器向其写入新的内容。 原有内容，而后用专门的编程器向其写入新的内容。 E2PROM芯片：电可擦除 。 芯片： 芯片
单片机原理课程教案
（一）课程教学目的和要求随着科学技术的不断进步，计算机在社会各个领域中的应用也不断得以发展，本课程是信息类基础课程之一，是一门学生学习掌握计算机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程。
通过本课程的学习使学生从理论和实践两方面掌握单片机的基本结构、工作原理、汇编语言程序设计方法、接口电路及单片机应用系统的设计方法，以求达到初步的单片机软硬件设计开发能力。
并为以后从事电子控制类的设计奠定理论基础和实践能力。
《单片机原理及应用》是信息类专业的一门重要专业基础必修课，是一门理论与实际紧密结合并对学生进行工程训练的课程。
通过本课程的教学，学生应掌握51系列单片机CPU、定时/计数器、存储器、串行通信、中断系统、I/O口的硬件结构，能用汇编语言进行程序设计，具备应用单片机知识分析解决工程实际问题，设计较复杂的单片机应用系统能力。
（二）课程教学重点和难点1、重点：硬件结构；指令系统；系统扩展和应用；外围接口技术。
2、难点：指令系统；外围接口技术。
（三）教学方法理论与实验相结合（四）课时安排总课时：64课时，其中：理论课时48，实验课时16。
（五）考核方式本课程的考核采取平时的形成性考核和课程结束时的笔试闭卷考试相结合的考核办法。
平时的考核主要有三个方面：课堂、课外、实验。
课堂考核依据出勤率、听课态度、课堂讨论表现等；课外考核主要依据作业、平时测试、课外的创新和发明等；实验考核依据实验完成的质量和数量等情况来评定。
（六）参考教材刘湘涛.江世明编著《单片机原理与应用》.电子工业出版社. 2006.第一章单片机基础知识教研室：计算机教研室教师姓名：申寿云教学过程1、问题牵引、导入新课（1）单片机是什么？它的主要特点和应用的领域。
（2）计算机中数据有哪些表示？二进制、八进制、十进制、十六进制；原码、反码、补码；ASCII码、BCD码。
2、课程内容本章的主要知识点有：知识点1：单片机的概念。
知识点2：单片机主流机型。
知识点3：80C51系列简介。
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第六章 单片机系统的扩展
第六章 单片机系统的扩展
对于简单的应用场合，80C51的最小系统就能满足要求； 对于复杂的应用场合，就需要利用单片机的扩展功能，构 成功能强，规模较大的系统。
系统扩展是指单片机内部各功能部件不能满足应用系统要 求时，在片外连接相应的外围芯片以满足应用系统要求。
XTAL1
ALE PSEN
P2
PCH
PCH
PCH
P0
PCL 指令 PCL 指令 PCL 指令
P2口连续输出PC高8位地址，剩余位线不能再作为I/O口使用
80C51扩展2732为程序存储器
2732
+5V VCC
4K×8位EPROM
EA
4
P2.0~P2.3
12位地址线
+5V
A8~A11 VCC
+5V
8位数据线 片选线CE 输出允许端OE
扩展内容
外部程序存储器ROM / EPROM的扩展 外部数据存储器RAM的扩展 I/O接口的扩展 中断系统扩展 其它特殊功能扩展
6.1 概述
扩展方法
并行扩展 串行扩展
利用三总线结构 利用SPI三线总线和I2C双总线
一、80C51的总线结构
当单片机进行外部并行扩展时，其外部连线就成为一 般微型机的三总线结构形式
机器周期1
机器周期2
s1 s2 s3 s4 s5 s6 s1 s2 s3 s4 s5 s6
XTAL1
ALE PSEN
P2
PCH
P2口锁存器内容
P0
PCL 指令 Ri
数据输入
RD
P0
PCL 指令 Ri
数据输出
WR
2、扩展片外数Biblioteka 存储器的硬件电路在80C51的扩展系统中，片外数据存储器一般由随机存取 存储器组成，最大可扩展64 KB 由于面向控制，实际上扩展的容量都不会太大，一般采用 静态RAM，如6116（2 K×8位）和6264（8 K×8位） 地址锁存器与扩展程序存储器时一样，采用8D锁存器 74HC273或锁存缓冲器74HC373
80C51总线结构
控制总线作用简述
ALE：当访问外部存储器时，ALE信号的负跳变将P0口 上的低8位地址送入地址锁存器
PSEN：在访问外部程序存储器读取指令码时，每个机器 周期产生两次PSEN信号，与地址信号配合，选通相应的 外部程序存储单元，读取指令码，指令码从P0口输入 WR、RD：外部数据存储器读、写选通，低电平有效。由 MOVX指令产生
80C31扩展两片8 K×8位片外程序存储器
2764地址范围 P2.5=0, 选中片1：0000H～1FFFH P2.5=1, 选中片2：2000H～3FFFH
二、外部数据存储器扩展
1、扩展概述 最大可扩展64K字节，连接方法与程序存储器连接方 法大致相同
地址线、数据线对应相连 存储器读输入RD与单片机读输出RD（P3·7）相连 存储器写输入WR与单片机写输出WR（P3·6）相连 ALE连接方法同程序存储器
EA：访问内部或外部程序存储器选择信号。EA=1，访问 内部程序存储器，当PC超过片内存储器空间，自动转向外 部；EA=0，访问外部程序存储器。
二、外部串行扩展性能（略）
6.2 单片机的外部并行扩展
一、外部程序存储器的扩展
单片微机的内外程序存储器最大可扩展至64KB 扩展芯片可采用EPROM 1、扩展的基本方法 地址线、数据线对应相连 单片机的PSEN线与扩展芯片的MEMR（OE）线相连 扩展芯片的片选线可接地或与线性选择线或译码输出线相连 ALE与地址锁存器选通相连 EA接地或接+5V
程序存储器扩展框图
EA接地，外部程序存储器地址从0000H开始
2、锁存器
74HC373：锁存缓冲器
D0 ~ D7：数据输入 Q0 ~ Q7：数据输出 LE：锁存允许端
OE ：输出允许端
74HC373真值表 74HC373逻辑图
单片机外部程序存储器取指 操作时序
机器周期1
机器周期2
s1 s2 s3 s4 s5 s6 s1 s2 s3 s4 s5 s6
ALE 80C51
LE VCC Q0
74HC373 ~ Q7
OE D0~D7
2732
8 A0~A7 CE
EA上拉到+5 V PC小于0FFFH时，
P0 GND PSEN
88
O0~O7 GND OE
访问片内程序存储器；
PC大于0FFFH时， 访问片外程序存储器2732。
2732的地址范围 1000H~1FFFH
写
LH
写
L
H
读
L
H
未选中 H 任意
未选中 任意 L
输出禁止 L
H
OE H L L
任意 任意
H
WE IO0－－IO7
L
Din
L
Din
H 任意
Dout 高阻
任意 高阻
H
高阻
6264引脚
6264逻辑图
13 A12 CE A0 OE WE
8 IO8 VCC 5V
MOVX A, @DPTR 和 MOVX @DPTR,A 操作时序
机器周期1
机器周期2
s1 s2 s3 s4 s5 s6 s1 s2 s3 s4 s5 s6
XTAL1
ALE PSEN
P2
PCH
DPH
P0
PCL 指令 DPL
数据输入
RD
P0
PCL 指令 DPL
WR
数据输出
MOVX A, @Ri 和 MOVX @Ri, A 操作时序
IO7
IO0 GND
IO6
IO5 IO4
IO3
扩展2K＊8位片外数据存储器
静态数据存储器6264
6264 ， 采 用 CMOS 工 艺 制 作 ， 单 一 ＋ 5V 电 源 ， 额 定 功 耗 200mw，典型存取时间为200ns，增加了两根地址线，28线 双列直插式封装。
操作方式 CE1 CE2
扩展片外数据存储器的硬件电路
静态数据存储器（6116）
常用的静态数据存储器： 6116（2K＊8）； 6264（8K＊8）
静态数据存储器的特点： 1）无需考虑保持数据而设置的刷新电路，扩展电路简单 2）通过有源电路来保持存储器中的数据，消耗较多功率 3）价格高
操作方式
6116，采用CMOS工艺制作，单一＋5V电源，额定功耗 160mw，典型存取时间为200ns，24线双列直插式封装。
操作方式
写 读 未选中 写
CE OE WE
IO0－－IO7
L
H
L
Din
L
L
H
Dout
H
任意 任意
高阻
L
L
L
Din
6116引脚及逻辑符号
A7
1
24
A6
A5
A4 A3 A2
A1 A0 IO0
IO1
IO2
GND
12
13
ACC
A8
A9
11
A10 CE
WE OE
A0 OE
A10
WE 8 IO7
CE
VCC 5V