《微机原理及应用》单片机
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25
§ 1.4 常用集成门电路简介
• 与门、或门、非门、与非门、或非门 • OC门 • 三态门 • 译码器 • 多路模拟开关 • 数据选择器 • 光电耦合器
26
基本概念
数字电路中的“0”和“1”常用TTL电平表示
TTL(Transistor -Transistor Logic)电平 晶体管-晶体管逻辑电平
21
MCS-51系列单片机分类
资源 配置
子 系列
51子系列 52子系列
片内ROM形式
无 ROM EPR E2PR OM OM
片片 内内 ROM RAM 容容 量量
中
定时/ 断 计数器 源
8031 8051 8751 8951 4KB 128B 2×16 5
8032 8052 8752 8952 8KB 256B 3×16 6
20
21
P2.0
23
§1.3 单片机的开发过程
编写软件 用编译器对源程序文件编译、查错, 直到没有语法错误
程序下载到芯片
24
课程特点
①知识点既分散又连贯,结构和指令系统是基础 ②与电子线路尤其是数字电子线路关系密切 ③实用性、实践性强
学习方法
①课堂教学为主 ②做好实验 ④其它(上课、作业、答疑、参考书)
表达式 Y= A B
或非门真值表
A
+ B
Y
A
B
Y
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
37
6、异或门
能完成异或逻辑运算的、多端输入、 单端输出的逻辑电路
• Y=A B
异或门真值表
A
B
Y
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
38
7、OC门(Open Collector)
A=“0” ,Y=“1” ,D:亮 A=“1” ,Y=“0” ,D:灭 I =Vcc / (R+RD) Imax=Vcc / R
8031,8051,8751, 8951,8032,8052, 8752,8952等
20
8051是最早最典型的产品,该系列其它单片机都是 在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的
所以人们习惯于用8051来称呼MCS-51系列单片机 8031是前些年在我国最流行的单片机, 所以很多场合会看到8031的名称。
盘驱动器;传真机、复印机、电话机、考勤机)
⑤在军事方面(飞机、大炮、坦克、军舰、导弹、火
箭、雷达等)
1
微型计算机与单片机
微型计 算机 硬 件
CPU(奔腾) 内存 I/O接口
总线
微 机
外
硬盘
系
设
显示器
统 软 系统软件 件
按键
应用软件
2
地址总线AB
数据总线DB
微
控制总线CB
处
理
器
CPU
ROM RAM I/O接口
操作 Y→A A→Y 隔离44
9、译码器——将输入的二进制代码转
换成相应输出信号的器件
74LS138 (三-八)译码器 •三个输入端A,B,C •八个输出端Y0-Y7 •三个控制端E1,E2, E3 •负逻辑:低电平有效
U1
1 2 3
A B C
6 4 5
E1 E2 E3
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
又称为微控制器MCU(MicroController Unit)
12
时钟OSC
程序存储器 ROM
数据存储器 RAM
CPU
中断
各种I/O 定时器/计数器
MCS-51单片机组成框图
13
二、单片机的特点 (1)优异的性能价格比。 (2)集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上,内部 采用总线结构,减少了各芯片之间的连线,大大提 高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外,其体积 小,对于强磁场环境易于采取屏蔽措施,适合于在 恶劣环境下工作。
“高阻”状态(输出电阻无限大)
A
Y
A
Y
C
C
42
作 用: 可控数据“开关”
A
Y
C
A
Y
C
正逻辑关系: C=“1”时 Y=A C=“0”时 Y与A无关
负逻辑关系: C=“0”时Y=A C=“1”时 Y与A无关
43
74LS245 ——双向三态输出总线收发器
G
A0-A7
DIR
Y0-Y7
G DIR 01 00 1x
6h 0111b
1000b
8h 1001b
1010b
Ah 1011b
1100b
Ch 1101b
一位十六进制数
1h
3h
5h
1111b
7h
9h
Fh
Bh
Dh
58
化、高精度、小体积、低成本、便于增加显示报警和自诊
断功能) ③在家用电器方面(冰箱、洗衣机、空调机、微波炉、 电视机、音像设备等) ④信息和通信产品方面(计算机的键盘、打印机、磁 盘驱动器;传真机、复印机、电话机、考勤机) ⑤在军事方面(飞机、大炮、坦克、军舰、导弹、火箭、 雷达等)
17
§1.2 常用单片机系列介绍
▲
D
39
集电极输出端悬空的门电路通过外接
上拉电阻可增强电路的负载驱动能力
I =Vcc / (R+RD) Imax=Vcc / R
40
▲
74LS06
有6个独立的集电极开路输出的反向驱动器 可加30V电压,可带40mA的负载
V+
D
R
计算机输出端口
41
8、三态门——三态输出门电路
三种输出状态:“0”、“1”和“高 阻”
50
51
★ × 1
典型应用
52
★
0
• 用于隔离现场的高电压,大电流或强电干扰噪声的串 入
• 既隔离了现场的干扰,又把现场接点信号转换为标准
高/低电平的变化。
53
无符号数的表示 1 .十进制数的(Decimal) 2.二进制数(Binary) 4.十六进制数(Hexadecimal)
54
1 、十进制数(Decimal) Di 为十进制数字符号0-9
H L LL LL L H H H H H H H
H L LL LH H L H H H H H H
H L LL HL H H L H H H H H
H L LL HH H H H L H H H H
H L LH LL H H H H L H H H
H L LH LH H H H H H L H H
1、综述
自单片机诞生以来的近30年中,单片机已有70多个 系列的近500个机种。国际上较有名、影响较大的公司 及他们的产品如下所述:
Intel公司的MCS—48、MCS—51、MCS—96系列;★ Motorola公司的6801、6802、6803、6805、 68HCll系列产品; Zilog公司的Z8、Super8系列产品; 仙童(Fairchild)公司和Mostek公司的F8、3870系 列产品;
9
第一章 概述
巨
大 计
算
中
机
小 多片机(PC)
微 单片机
10
世界上第一台计算机ENIAC
世界上第一 台计算机用 1.8万只电子 管,占地 170m2,重 30t,耗电 150kW。
11
★单片机SCMC(Single Chip MicroComputer) ----属于微型机的一种 ----具有一般微机的基本组成和功能
15 14 13 12 11 10 9 7
74LS138
45
集成译码器功表能
输
入
输
出
E1 E2 E3 A2 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
× H ×× ×× H H H H H H H H
× X H ××× H H H H H H H H
L × ×× ×× H H H H H H H H
单片机的应用领域
①在工业自动化方面(过程控制、数据采集和测控
技术、机器人技术、机械电子计算机一体化技术)
②仪器仪表方面(测试仪表和医疗仪器--数字化、智能
化、高精度、小体积、低成本、便于增加显示报警和自
诊断功能)
③在家用电器方面(冰箱、洗衣机、空调机、微波
炉、电视机、音像设备等)
④信息和通信产品方面(计算机的键盘、打印机、磁
• “0” ——TTL的低电平0.2V(允许范围00.8V)
• “1” ——TTL的高电平3V(允许范围25V)
27
数字电路中的晶体管工作在开关状态——饱合,截止
0(0.3v)
×
1(3.3v)
28
1(3.3v)
0(0.3v)
29
1、与门
当决定一事件的各个条件全部具备时,这件事 才会发生,这种因果关系——“与”逻辑
22
P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6
40
Vcc
39
P0.0
38
P0.1
37
P0.2
36
P0.3
35
P0.4
P1.6 7
34
P0.5
P1.7 8
33
P0.6
RST/VPD
9
32
P0.7
RXD/ P3.0 TXD/ P3.1
10 11
8051
31 30
55
2、二进制数(Binary) Bi为二进制数字符号0,1
56
3、十六进制数(Hexadecimal)
Hi为二进制数字符号0,1,……9,A,B, C,D,E,F
57
3.二进制数转换为十六进制数
四位二进制数
0000b
0h 0001b
0010b
2h 0011b
0100b
4h 0101b
0110b
H L LH HL H H H H H H L H
H L LH HH H H H H H H H L
46
10、多路模拟开关(多路开关)
•可实现把多个模拟量分时接通功能的器件
转换开关
一到多
多到一
47
CD4051
(八选一)
八个输入端
四个控制端
U2
13 14 15 12
1 5 2 4
X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7
A
&
Y
B
表达式 Y=AB
与门真值表
A
B
Y
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
30
2、或门
当决定一件事情的各个条件中,只要具备一 个或一个以上条件,这件事情就会发生,这 样的因果关系——”或”逻辑
表达式 Y=A+B
或门真值表
A
+
Y
B
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
31
3、非门(反向器)
非就是反,即输入与输出互为相反关系
11 10
9 6
A B C INH
4051
X3
一个 输出端
48
11、数据选择器
与多路模拟开关不同的另一种多路开关, 它传送的信号是0、1逻辑电平,而不是传送模拟信号
八个 输入端
四个 控制端
一个 输出端
49
13、光电耦合器
+
发光二级管
★
-
光电二级管
• 一种以光为控制信号的电子器件 • 输入和输出端在电器上是完全隔离的
此外,程序多采取固化形式也可以提高可靠性。
14
(3)控制功能强。
为了满足工业控制要求,一般单片机的指令系统 中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位 处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于 同一档次的微机。
(4)单片机的系统扩展、系统配置较典型、规 范,容易构成各种规模的应用系统。
表达式 Y = A
非门真值表
A
Y
1
0
0
1
32
• 六非门
74LS06
33
综合应用举例
34
4、与非门
• “与”逻辑和“非”逻辑构成的关系——与“非逻”
辑
表达式 Y= AB
与非门真值表
A
&
Y
B
A
B
Y
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
35
74LS00
36
5、或非门
•“或”逻辑和“非”逻辑构成的关系——“或非”逻辑
15
三、单片机的应用
1.单片机应用的特点 软硬件结合、多学科交叉; 应用现场环境恶劣(电磁干扰、电源波动、
冲击振动、高低温湿度等)
应用领域广泛且意义重大(硬件软化--微控
制技术)
16
2 .单片机的应用领域 ①在在工业自动化方面(过程控制、数据采集和测控 技术、机器人技术、机械电子计算机一体化技术) ②仪器仪表方面(测试仪表和医疗仪器--数字化、智能
18
NEC公司的μCOM—87系列产品; Rockwell公司的6500、6501系列产品。 Atmel、PHILIPS 、LG等公司的51兼容机。
Intel公司的单片机在市场上占有 量为67%, 其中MCS—51系列产品又占54%
19
MCS-51系列
由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称 这一系列单片机包括如下品种———
外 设
微型机组成框图
作业1 微型计算机组成 3
单片机
存储器
CPU
I / O口
时钟电路 控制电路
定时器
晶 片
单 硅
4
5
6
7
CPU—— MCS-51单片机
各种芯片CPU工作原理较为相似 MCS-51单片机简单通用
8
主要内容
• 第一章 概述 • 第二章 MCS-51单片机的结构和原理 • 第三章 MCS-51单片机的指令系统 • 第四章 MCS-51单片机的程序设计 • 第五章 MCS-51单片机的中断系统 • 第七章 MCS-51单片机的系统扩展
EA/Vpp ALE/PROG
INT0/ P3.2 12
29
PSEN
INT1/ P3.3 13
28
P2.7
T0/ P3.4 14
27
P2.6
T1/ P3.5 15
26
P2.5
WR/ P3.6 16
25
P2.4
RD/ P3.7 17
24
P2.3
XTAL2 18
23
P2.2
XTAL1 19
22
P2.1
Vss
§ 1.4 常用集成门电路简介
• 与门、或门、非门、与非门、或非门 • OC门 • 三态门 • 译码器 • 多路模拟开关 • 数据选择器 • 光电耦合器
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基本概念
数字电路中的“0”和“1”常用TTL电平表示
TTL(Transistor -Transistor Logic)电平 晶体管-晶体管逻辑电平
21
MCS-51系列单片机分类
资源 配置
子 系列
51子系列 52子系列
片内ROM形式
无 ROM EPR E2PR OM OM
片片 内内 ROM RAM 容容 量量
中
定时/ 断 计数器 源
8031 8051 8751 8951 4KB 128B 2×16 5
8032 8052 8752 8952 8KB 256B 3×16 6
20
21
P2.0
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§1.3 单片机的开发过程
编写软件 用编译器对源程序文件编译、查错, 直到没有语法错误
程序下载到芯片
24
课程特点
①知识点既分散又连贯,结构和指令系统是基础 ②与电子线路尤其是数字电子线路关系密切 ③实用性、实践性强
学习方法
①课堂教学为主 ②做好实验 ④其它(上课、作业、答疑、参考书)
表达式 Y= A B
或非门真值表
A
+ B
Y
A
B
Y
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
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0
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6、异或门
能完成异或逻辑运算的、多端输入、 单端输出的逻辑电路
• Y=A B
异或门真值表
A
B
Y
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
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7、OC门(Open Collector)
A=“0” ,Y=“1” ,D:亮 A=“1” ,Y=“0” ,D:灭 I =Vcc / (R+RD) Imax=Vcc / R
8031,8051,8751, 8951,8032,8052, 8752,8952等
20
8051是最早最典型的产品,该系列其它单片机都是 在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的
所以人们习惯于用8051来称呼MCS-51系列单片机 8031是前些年在我国最流行的单片机, 所以很多场合会看到8031的名称。
盘驱动器;传真机、复印机、电话机、考勤机)
⑤在军事方面(飞机、大炮、坦克、军舰、导弹、火
箭、雷达等)
1
微型计算机与单片机
微型计 算机 硬 件
CPU(奔腾) 内存 I/O接口
总线
微 机
外
硬盘
系
设
显示器
统 软 系统软件 件
按键
应用软件
2
地址总线AB
数据总线DB
微
控制总线CB
处
理
器
CPU
ROM RAM I/O接口
操作 Y→A A→Y 隔离44
9、译码器——将输入的二进制代码转
换成相应输出信号的器件
74LS138 (三-八)译码器 •三个输入端A,B,C •八个输出端Y0-Y7 •三个控制端E1,E2, E3 •负逻辑:低电平有效
U1
1 2 3
A B C
6 4 5
E1 E2 E3
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
又称为微控制器MCU(MicroController Unit)
12
时钟OSC
程序存储器 ROM
数据存储器 RAM
CPU
中断
各种I/O 定时器/计数器
MCS-51单片机组成框图
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二、单片机的特点 (1)优异的性能价格比。 (2)集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上,内部 采用总线结构,减少了各芯片之间的连线,大大提 高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外,其体积 小,对于强磁场环境易于采取屏蔽措施,适合于在 恶劣环境下工作。
“高阻”状态(输出电阻无限大)
A
Y
A
Y
C
C
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作 用: 可控数据“开关”
A
Y
C
A
Y
C
正逻辑关系: C=“1”时 Y=A C=“0”时 Y与A无关
负逻辑关系: C=“0”时Y=A C=“1”时 Y与A无关
43
74LS245 ——双向三态输出总线收发器
G
A0-A7
DIR
Y0-Y7
G DIR 01 00 1x
6h 0111b
1000b
8h 1001b
1010b
Ah 1011b
1100b
Ch 1101b
一位十六进制数
1h
3h
5h
1111b
7h
9h
Fh
Bh
Dh
58
化、高精度、小体积、低成本、便于增加显示报警和自诊
断功能) ③在家用电器方面(冰箱、洗衣机、空调机、微波炉、 电视机、音像设备等) ④信息和通信产品方面(计算机的键盘、打印机、磁 盘驱动器;传真机、复印机、电话机、考勤机) ⑤在军事方面(飞机、大炮、坦克、军舰、导弹、火箭、 雷达等)
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§1.2 常用单片机系列介绍
▲
D
39
集电极输出端悬空的门电路通过外接
上拉电阻可增强电路的负载驱动能力
I =Vcc / (R+RD) Imax=Vcc / R
40
▲
74LS06
有6个独立的集电极开路输出的反向驱动器 可加30V电压,可带40mA的负载
V+
D
R
计算机输出端口
41
8、三态门——三态输出门电路
三种输出状态:“0”、“1”和“高 阻”
50
51
★ × 1
典型应用
52
★
0
• 用于隔离现场的高电压,大电流或强电干扰噪声的串 入
• 既隔离了现场的干扰,又把现场接点信号转换为标准
高/低电平的变化。
53
无符号数的表示 1 .十进制数的(Decimal) 2.二进制数(Binary) 4.十六进制数(Hexadecimal)
54
1 、十进制数(Decimal) Di 为十进制数字符号0-9
H L LL LL L H H H H H H H
H L LL LH H L H H H H H H
H L LL HL H H L H H H H H
H L LL HH H H H L H H H H
H L LH LL H H H H L H H H
H L LH LH H H H H H L H H
1、综述
自单片机诞生以来的近30年中,单片机已有70多个 系列的近500个机种。国际上较有名、影响较大的公司 及他们的产品如下所述:
Intel公司的MCS—48、MCS—51、MCS—96系列;★ Motorola公司的6801、6802、6803、6805、 68HCll系列产品; Zilog公司的Z8、Super8系列产品; 仙童(Fairchild)公司和Mostek公司的F8、3870系 列产品;
9
第一章 概述
巨
大 计
算
中
机
小 多片机(PC)
微 单片机
10
世界上第一台计算机ENIAC
世界上第一 台计算机用 1.8万只电子 管,占地 170m2,重 30t,耗电 150kW。
11
★单片机SCMC(Single Chip MicroComputer) ----属于微型机的一种 ----具有一般微机的基本组成和功能
15 14 13 12 11 10 9 7
74LS138
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集成译码器功表能
输
入
输
出
E1 E2 E3 A2 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
× H ×× ×× H H H H H H H H
× X H ××× H H H H H H H H
L × ×× ×× H H H H H H H H
单片机的应用领域
①在工业自动化方面(过程控制、数据采集和测控
技术、机器人技术、机械电子计算机一体化技术)
②仪器仪表方面(测试仪表和医疗仪器--数字化、智能
化、高精度、小体积、低成本、便于增加显示报警和自
诊断功能)
③在家用电器方面(冰箱、洗衣机、空调机、微波
炉、电视机、音像设备等)
④信息和通信产品方面(计算机的键盘、打印机、磁
• “0” ——TTL的低电平0.2V(允许范围00.8V)
• “1” ——TTL的高电平3V(允许范围25V)
27
数字电路中的晶体管工作在开关状态——饱合,截止
0(0.3v)
×
1(3.3v)
28
1(3.3v)
0(0.3v)
29
1、与门
当决定一事件的各个条件全部具备时,这件事 才会发生,这种因果关系——“与”逻辑
22
P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6
40
Vcc
39
P0.0
38
P0.1
37
P0.2
36
P0.3
35
P0.4
P1.6 7
34
P0.5
P1.7 8
33
P0.6
RST/VPD
9
32
P0.7
RXD/ P3.0 TXD/ P3.1
10 11
8051
31 30
55
2、二进制数(Binary) Bi为二进制数字符号0,1
56
3、十六进制数(Hexadecimal)
Hi为二进制数字符号0,1,……9,A,B, C,D,E,F
57
3.二进制数转换为十六进制数
四位二进制数
0000b
0h 0001b
0010b
2h 0011b
0100b
4h 0101b
0110b
H L LH HL H H H H H H L H
H L LH HH H H H H H H H L
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10、多路模拟开关(多路开关)
•可实现把多个模拟量分时接通功能的器件
转换开关
一到多
多到一
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CD4051
(八选一)
八个输入端
四个控制端
U2
13 14 15 12
1 5 2 4
X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7
A
&
Y
B
表达式 Y=AB
与门真值表
A
B
Y
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
30
2、或门
当决定一件事情的各个条件中,只要具备一 个或一个以上条件,这件事情就会发生,这 样的因果关系——”或”逻辑
表达式 Y=A+B
或门真值表
A
+
Y
B
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
31
3、非门(反向器)
非就是反,即输入与输出互为相反关系
11 10
9 6
A B C INH
4051
X3
一个 输出端
48
11、数据选择器
与多路模拟开关不同的另一种多路开关, 它传送的信号是0、1逻辑电平,而不是传送模拟信号
八个 输入端
四个 控制端
一个 输出端
49
13、光电耦合器
+
发光二级管
★
-
光电二级管
• 一种以光为控制信号的电子器件 • 输入和输出端在电器上是完全隔离的
此外,程序多采取固化形式也可以提高可靠性。
14
(3)控制功能强。
为了满足工业控制要求,一般单片机的指令系统 中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位 处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于 同一档次的微机。
(4)单片机的系统扩展、系统配置较典型、规 范,容易构成各种规模的应用系统。
表达式 Y = A
非门真值表
A
Y
1
0
0
1
32
• 六非门
74LS06
33
综合应用举例
34
4、与非门
• “与”逻辑和“非”逻辑构成的关系——与“非逻”
辑
表达式 Y= AB
与非门真值表
A
&
Y
B
A
B
Y
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
35
74LS00
36
5、或非门
•“或”逻辑和“非”逻辑构成的关系——“或非”逻辑
15
三、单片机的应用
1.单片机应用的特点 软硬件结合、多学科交叉; 应用现场环境恶劣(电磁干扰、电源波动、
冲击振动、高低温湿度等)
应用领域广泛且意义重大(硬件软化--微控
制技术)
16
2 .单片机的应用领域 ①在在工业自动化方面(过程控制、数据采集和测控 技术、机器人技术、机械电子计算机一体化技术) ②仪器仪表方面(测试仪表和医疗仪器--数字化、智能
18
NEC公司的μCOM—87系列产品; Rockwell公司的6500、6501系列产品。 Atmel、PHILIPS 、LG等公司的51兼容机。
Intel公司的单片机在市场上占有 量为67%, 其中MCS—51系列产品又占54%
19
MCS-51系列
由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称 这一系列单片机包括如下品种———
外 设
微型机组成框图
作业1 微型计算机组成 3
单片机
存储器
CPU
I / O口
时钟电路 控制电路
定时器
晶 片
单 硅
4
5
6
7
CPU—— MCS-51单片机
各种芯片CPU工作原理较为相似 MCS-51单片机简单通用
8
主要内容
• 第一章 概述 • 第二章 MCS-51单片机的结构和原理 • 第三章 MCS-51单片机的指令系统 • 第四章 MCS-51单片机的程序设计 • 第五章 MCS-51单片机的中断系统 • 第七章 MCS-51单片机的系统扩展
EA/Vpp ALE/PROG
INT0/ P3.2 12
29
PSEN
INT1/ P3.3 13
28
P2.7
T0/ P3.4 14
27
P2.6
T1/ P3.5 15
26
P2.5
WR/ P3.6 16
25
P2.4
RD/ P3.7 17
24
P2.3
XTAL2 18
23
P2.2
XTAL1 19
22
P2.1
Vss