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51單片機(一)—— 51單片機簡介

2021-07-19 來源:eefocus

一、51單片機標識信息

        通常我們所說的51單片機是指以51內核擴展出的單片機。生產51單片機的廠商很多,51單片機的型號也很多。下表列出了一些51單片機的廠商和型號。

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        以上提到的單片機都是51內核擴展出來的單片機,只要學會了51單片機的應用,這些單片機也就基本都能使用了。單片機都是相通的,不管是51單片機還是其它單片機,都是用戶編程控制來實現一定的功能。


        接下來的一個系列的文章中以STC89C516RD+單片機為基礎進行講解。下面我們對這個單片機的標識進行解釋:


       STC—前綴,表示芯片為STC公司生成的產品。


       8—表示該芯片為8051內核的芯片。


       9—表示內部含FLASH存儲器,還有如80C51中的0表示內部含Mask ROM(掩模ROM)存儲器;如87C51中7表示內部焊EPROM存儲器(紫外線可擦除ROM)。


       C—表示該器件為CMOS產品。還有如89LV52和89LE58中的LV和LE都表示該芯片為低電壓產品(通常為3.3V電壓供電);而89S52表示該芯片含有可串行下載功能的FLASH存儲器,即具有ISP可在線編程功能。


        5—固定不變。


        16—表示該芯片內部程序存儲空間的大小。16為63KB,還有如1為4KB,2為8KB,3為13KB,4為16KB,8為32KB。程序空間大小決定了一個芯片所能裝入執行代碼的多少。一般來說,程序存儲空間越大芯片價格也越高,所以我們在選擇芯片時要根據自己需要對單片機型號進行選擇。只要程序能裝的下,同類芯片的不同型號不會影響其功能。


        RD+—表示單片機內部RAM的代銷,RD+表示內部RAM為1280B,還有如RC為512B。


二、 51單片機外部引腳介紹

51單片機有多種封裝,我們這個系列文章對應的單片機是40腳的PDIP封裝。該封裝的引腳圖如下圖所示。

PDIP封裝的單片機的實物圖如下圖所示。

另外,還有20,28,32,44等不同引腳數的51單片機。44腳PQFP/LQFP封裝的單片機的引腳圖如下圖所示。

PQFP/LQFP封裝的單片機的實物圖如下圖所示。

44引腳的單片機還有PLCC封裝,引腳圖如下圖所示。

PLCC封裝單片機的實物圖如下圖所示。

       雖然單片機的封裝和引腳定義不同,但是其只是外在形式的不同,內部結構和使用方法是相同的,接下來我們以PDIP封裝的單片機為例對單片機的引腳進行講解。


        VCC(40腳)、VSS(20腳)—單片機的電源引腳,不同型號的單片機需要接入對應的電源電源電壓。開發板上配帶的單片機的供電電壓為5V,低壓單片機的電壓為3.3V,用戶在使用時要查看芯片手冊,確保接入正確的電壓。


        XTAL1(19腳)、XTAL2(18腳)—外部時鐘引腳,XTAL1為內部振蕩電路的輸入端,XTAL2為內部振蕩電路的輸出端。8051的時鐘有兩種方式,一種是片內時鐘振蕩方式,需要在這兩個引腳上外接石英晶體和振蕩電容,振蕩電容的值一般為10pf~30pf;另一種是外部時鐘方式,需要將XTAL1接地,外部時鐘信號由XTAL2腳輸入。


        RST(9腳)—單片機復位引腳。當輸入連續兩個機器周期以上為高電平時為有效,用來完成單片機的復位初始化操作,復位后程序計數器PC=0000H,即復位后將從程序存儲器的0000H單元讀取第一條指令碼,通俗的講,就是單片機從頭開始執行程序。


       PSEN(29腳)—程序存儲器允許輸出控制端。在讀外部程序存儲器時PSEN低電平有效,以實現外部程序存儲器單元的讀操作,由于現在我們使用的單片機內部已經有足夠大的ROM,所以幾乎沒有人再去擴展外部ROM,因此這個引腳大家只需了解即可。


       ALE/PROG(30腳)—在單片機擴展外部RAM時,ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來,以實現低位地址和數據的隔離。ALE有可能是高電平也可能是低電平,當ALE是高電平時,允許地址鎖存信號,當訪問外部存儲器時,ALE信號會跳變(即由正變負)將P0口上低8位地址信號送入鎖存器;當ALE是低電平時,P0口上的內容和鎖存器輸出一致。關于鎖存器的內容,我們后面會有詳細介紹。在沒有訪問外部存儲器期間,ALE以1/6振蕩周期頻率輸出(即6分頻),當訪問外部存儲器時,以1/12振蕩周期輸出(即12分頻)。從這里可以看到,當系統沒有進行擴展時,ALE會以1/6振蕩周期的固定頻率輸出,因此可以作為外部時鐘,或作為外部定時脈沖使用。PROG為編程脈沖的輸入端,單片機的內部有程序存儲器(ROM),它的作用是用來存放用戶需要執行的程序,那么我們怎樣才能將寫好的程序存入這個ROM中呢?實際上,我們是通過編程脈沖輸入才寫進去的,這個脈沖的輸入端口就是PROG。現在有很多單片機都已經不需要編程脈沖引腳往內部寫程序了,比如我們用的STC單片機,它可以直接通過串口往里面寫程序,只需要三條線與計算機相連即可。而且現在的單片機內部都已經帶有豐富的RAM,所以也不需要再擴展RAM了,因此ALE/PROG這個引腳的用處也已經不大。


        EA(31腳)— EA接高電平時,單片機讀取內部程序存儲器。當擴展有外部ROM時,當讀取完內部ROM后自動讀取外部ROM。EA接低電平時,單片機直接讀取外部ROM。8031單片機內部是沒有ROM的,所以在使用8031單片機時,這個引腳是一直接低電平的。8751單片機燒寫內部EPROM時,利用此引腳輸入21V的燒寫電壓。因為現在我們用的單片機都有內部ROM,所以一般在設計電路時此引腳始終接高電平。


        I/O口引腳—P0口、P1口、P2口和P3口。


        P0口(32腳~39腳)—雙向8位三態I/O口,每個口可獨立控制。51單片機P0口內部沒有上拉電阻,為高阻狀態,所以不能正常地輸出高/低電平,因此該組I/O口在使用時務必要外接上拉電阻,一般我們選擇接入10k歐的上拉電阻。


        P1口(1腳~8腳)—準雙向8位I/O口,每個口可獨立控制,內帶上拉電阻,這種接口輸出沒有高阻狀態,輸入也不能鎖存,故不是真正的雙向I/O口。之所以稱它為“準雙向”是因為該口在作為輸入使用前,要先向該口進行寫1操作,然后單片機內部才可正確讀出外部信號,也就是要使其先有個“準”備過程,所以才稱為準雙向口。單片機P1.0引腳的第二功能為T2定時器/計數器的外部輸入,P1.1引腳的第二功能為T2EX捕捉、重裝觸發,即T2的外部控制端。


        P2口(21腳~28腳)—準雙向8位I/O口,每個口可獨立控制,內帶上拉電阻,與P1口相似。


        P3口(10腳~17腳)—準雙向8位I/O口,每個口可獨立控制,內帶上拉電阻,作為第一功能使用時就當做普通I/O口,與P1口相似,作為第二功能使用時,各引腳的定義如下表所示。值得強調的是,P3口的每一個引腳均可獨立定義為第一功能的輸入/輸出或第二功能。

  


P3口的第二功能定義

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