1、1/109,第三章 STC15F2K60S2單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握STC15F2K60S2單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 掌握單片機(jī)I/O口的使用 掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的典型構(gòu)成,2/109,一、單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱單片機(jī)）在一片芯片上集成了前述微型計(jì)算機(jī)的功能結(jié)構(gòu)，有些單片機(jī)不僅集成了CPU、存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器、I/O接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器等常規(guī)資源，而且還集成了工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中常用的模擬量模塊。,3.1 STC15F2K60S2單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu),3/109,單片機(jī)產(chǎn)品 8051內(nèi)核是Intel 8051系列單片機(jī)的基本標(biāo)準(zhǔn)，許多參考書上將這種單片機(jī)稱為MCS-51系列單片機(jī)。

2、 MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品為8051，它有4K8ROM，128字節(jié)RAM，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，4個(gè)8位I/O口，一個(gè)串行口。 二十世紀(jì)80年代，Intel將8051內(nèi)核轉(zhuǎn)讓或出售給幾家著名的IC廠商，如Philips，Atmel等。這樣，8051單片機(jī)就變成眾多制造廠家支持的，發(fā)展成為上百個(gè)產(chǎn)品的大家族。 最常用的宏晶STC系列單片機(jī)，Atmel公司的AT89系列等51系列，等等。只要是8051內(nèi)核的單片機(jī)，它們的最基本結(jié)構(gòu)是相同的，并且，指令系統(tǒng)完全兼容標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)。,4/109,以目前市場(chǎng)上常見的8051內(nèi)核單片機(jī)STC15F2K60S2為例，說明單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。STC

3、12C5A60S2單片機(jī)主要集成了以下資源： 增強(qiáng)型8051內(nèi)核，單時(shí)鐘機(jī)器周期，速度比傳統(tǒng)8051內(nèi)核單片機(jī)快812倍 60KB Flash程序存儲(chǔ)器;1KB數(shù)據(jù)Flash;2048字節(jié)的SRAM 3個(gè)16位可自動(dòng)重裝載的定時(shí)/計(jì)數(shù)器（T0、T1、T2） 可編程時(shí)鐘輸出功能 至多42根I/O口線 2個(gè)全雙工異步串行口（UART） 1個(gè)高速同步通信端口（SPI） 8通道10位ADC 3通道PWM/可編程計(jì)數(shù)器陣列/捕獲/比較單元 內(nèi)部高可靠上電復(fù)位電路和硬件看門狗 內(nèi)部集成高精度R/C時(shí)鐘，常溫工作時(shí)，可以省去外部晶振電路。,5/109,圖3- 7 STC15F2K60S2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,

4、STC15F2K60S2單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,6/109,STC15F2K60S2單片機(jī)的內(nèi)部資源 中央處理器（CPU） 程序存儲(chǔ)器（Flash） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） 數(shù)據(jù)Flash存儲(chǔ)器 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 I/O接口 通用異步串行通信接口（UART） 中斷系統(tǒng) SPI接口 高速A/D轉(zhuǎn)換模塊 PWM（或捕獲/比較單元） 看門狗電路 電源監(jiān)控 片內(nèi)RC振蕩器等模塊 幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊， 可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)（SOC）,7/109,1、CPU結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的中央處理器（CPU）由運(yùn)算器和控制器組成。 （1）運(yùn)算器 以8位算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件ALU為核心，加上通過內(nèi)部總線而掛在其

5、周圍的暫存器TMP1、TMP2、累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW以及布爾處理機(jī)組成了整個(gè)運(yùn)算器的邏輯電路。,8/109,算術(shù)邏輯單元ALU：用來完成二進(jìn)制數(shù)的四則運(yùn)算和布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)算。 累加器ACC又記作A：是一個(gè)具有特殊用途的8位寄存器，在CPU中工作最頻繁，用來存放操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果。 寄存器B：是專門為乘、除法設(shè)置的寄存器，也是一個(gè)8位寄存器，用來存放乘法和除法中的操作數(shù)及運(yùn)算結(jié)果，對(duì)于其他指令，它只作暫存器用。 程序狀態(tài)字（PSW）：又稱為標(biāo)志寄存器，一個(gè)8位寄存器，用來存放執(zhí)行指令后的有關(guān)狀態(tài)信息，供程序查詢和判別之用。,9/109,PSW中有些位的狀態(tài)是在指令執(zhí)行

6、過程中自動(dòng)形成的，有些位可以由用戶采用指令加以改變。 PSW的各位定義如下所示：,10/109,CY（PSW.7）：進(jìn)位標(biāo)志位 當(dāng)執(zhí)行加/減法指令時(shí)，如果操作結(jié)果的最高位D7出現(xiàn)進(jìn)/借位，則CY置“1”，否則清“0”。執(zhí)行乘除運(yùn)算后，CY清零。此外，CPU在進(jìn)行移位操作時(shí)也會(huì)影響這個(gè)標(biāo)志位。,11/109,AC（PSW.6）：輔助進(jìn)位標(biāo)志位 當(dāng)執(zhí)行加/減法指令時(shí)，如果低四位數(shù)向高四位數(shù)產(chǎn)生進(jìn)/借位，則AC置“1”，否則清零。,12/109,F0（PSW.5）：用戶標(biāo)志0。 該位是由用戶定義的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志。可以用軟件來使它置“1”或清“0”，也可以由軟件測(cè)試F0控制程序的流向。 F1（PSW.1

7、）：用戶標(biāo)志1。 該位是由用戶定義的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志。與F0類似，可以用軟件來使它置“1”或清“0”，也可以由軟件測(cè)試F1控制程序的流向。,13/109,RS1，RS0（PSW.4PSW.3）：工作寄存器組選擇控制位，其詳細(xì)介紹見后續(xù)內(nèi)容。 OV（PSW.2）：溢出標(biāo)志位。指示運(yùn)算過程中是否發(fā)生了溢出，在執(zhí)行指令過程中自動(dòng)形成。,14/109,P（PSW.0）：奇偶標(biāo)志位 累加器ACC中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，P=0；否則P=1。每個(gè)指令周期都由硬件來置“1”或清“0”。在具有奇偶校驗(yàn)的串行數(shù)據(jù)通信中，可以根據(jù)P設(shè)置奇偶校驗(yàn)位。,15/109,布爾處理機(jī)是單片機(jī)CPU中運(yùn)算器的一個(gè)重要組成部分。 功能：為

8、用戶提供豐富的位操作功能，有相應(yīng)的指令系統(tǒng)，硬件有自己的“累加器”（進(jìn)位位C，即CY），和自己的位尋址RAM和I/O空間，是一個(gè)獨(dú)立的位處理機(jī)。 大部分位操作均圍繞著其累加器進(jìn)位位C完成。對(duì) 任何可直接尋址的位，布爾處理機(jī)可執(zhí)行置位、取反、轉(zhuǎn)移、位的讀寫等操作。在任何可尋址的位（或該位內(nèi)容取反）和進(jìn)位標(biāo)志C之間，可執(zhí)行邏輯與、或操作，其結(jié)果送回到進(jìn)位標(biāo)志C。,16/109,（2）控制器 控制器是CPU的大腦中樞，包括定時(shí)控制邏輯、指令寄存器、譯碼器、地址指針DPTR及程序計(jì)數(shù)器PC、堆棧指針SP、RAM地址寄存器、16位地址緩沖器等。,17/109,程序計(jì)數(shù)器PC 是一個(gè)16位的程序地址寄存器

9、，專門用來存放下一條需要執(zhí)行的指令的內(nèi)存地址，能自動(dòng)加1。 當(dāng)CPU執(zhí)行指令時(shí)，根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC中的地址從存儲(chǔ)器中取出當(dāng)前需要執(zhí)行的指令碼，并把它送給控制器分析執(zhí)行，隨后程序計(jì)數(shù)器中的地址自動(dòng)加1，以便為CPU取下一個(gè)需要執(zhí)行的指令碼做準(zhǔn)備。 當(dāng)下一個(gè)指令碼取出執(zhí)行后，PC又自動(dòng)加1。這樣，程序計(jì)數(shù)器PC一次次加1，指令就被一條條執(zhí)行。,18/109,堆棧 主要用于保存臨時(shí)數(shù)據(jù)、局部變量、中斷或子程序的返回地址。 STC15F2K60S2單片機(jī)的堆棧設(shè)在內(nèi)部RAM中，是一個(gè)按照“先進(jìn)后出”規(guī)律存放數(shù)據(jù)的區(qū)域。堆棧指針SP是一個(gè)8位寄存器，能自動(dòng)加1或減1。當(dāng)數(shù)據(jù)壓入堆棧時(shí)，SP自動(dòng)加1；數(shù)據(jù)

10、從堆棧中彈出后，SP自動(dòng)減1。 復(fù)位后，寄存器默認(rèn)值為07H，堆棧區(qū)在08H開始的區(qū)域。用戶通常將堆棧區(qū)域用指令設(shè)置在內(nèi)部RAM的80HFFH之間。,19/109,數(shù)據(jù)指針DPTR 一個(gè)16位專用寄存器，由DPL（低8位）和DPH（高8位）組成。 DPTR可以直接進(jìn)行16位操作，也可分別對(duì)DPL和DPH按字節(jié)進(jìn)行操作。 STC15F2K60S2單片機(jī)有兩個(gè)16位的數(shù)據(jù)指針DPRT0和DPTR1，這兩個(gè)數(shù)據(jù)指針共用同一個(gè)地址，可通過設(shè)置輔助寄存器AUXR1中的DPS（AUXR1.0）位來選擇具體使用哪一個(gè)數(shù)據(jù)指針。,20/109,2、存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)STC15F2K60S2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：程序存儲(chǔ)器和數(shù)

11、據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間是分開的。 結(jié)構(gòu)劃分：片內(nèi)集成有4個(gè)物理上相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器空間：程序Flash存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)Flash存儲(chǔ)器（EEPROM）、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。,21/109,圖3-8 STC15F2K60S2單片機(jī)存儲(chǔ)器配置示意圖,22/109,（1）程序Flash存儲(chǔ)器 功能：存放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息。 空間大?。篠TC15F2K60S2片內(nèi)集成了60KB的程序Flash存儲(chǔ)器，地址為0000HF000H。單片機(jī)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容為0000H，從0000H單元開始執(zhí)行程序。,23/109,特殊單元 在程序Flash存儲(chǔ)器中有些特殊的單元，這些單元是 中斷服務(wù)程

12、序的入口地址： 0003H 外部中斷0中斷服務(wù)程序的入口地址 000BH 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0中斷服務(wù)程序的入口地址 0013H 外部中斷1中斷服務(wù)程序的入口地址 001BH 定時(shí)/計(jì)數(shù)器1中斷服務(wù)程序的入口地址 0023H 串行通信口1中斷服務(wù)程序的入口地址 002BH ADC中斷服務(wù)程序的入口地址 0033H 低電壓檢測(cè)中斷服務(wù)程序的入口地址 003BH PCA中斷服務(wù)程序的入口地址 0043H 串行通信口2中斷服務(wù)程序的入口地址 004BH SPI中斷服務(wù)程序的入口地址,24/109,中斷服務(wù)程序的入口地址 0053H 外部中斷2中斷服務(wù)程序的入口地址 005BH 外部中斷3中斷服務(wù)程序的入口

13、地址 0063H 定時(shí)/計(jì)數(shù)器2中斷服務(wù)程序的入口地址 0083H 外部中斷4中斷服務(wù)程序的入口地址 響應(yīng)中斷時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷入口地址去執(zhí)行程序。由于大部分相鄰中斷入口地址之間只有8個(gè)地址單元，無法保存完整的中斷服務(wù)程序，一般在中斷入口的地址區(qū)存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，指向真正存放中斷服務(wù)程序的空間。中斷響應(yīng)后，CPU執(zhí)行這條轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。,25/109,使用指令 讀取程序存儲(chǔ)器中保存的表格常數(shù)等內(nèi)容時(shí)，使用MOVC指令。 程序Flash存儲(chǔ)器的擦寫次數(shù)為10萬次以上，大大提高了芯片利用率，降低了開發(fā)成本。,26/109,（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器STC15F2K60S2 數(shù)

14、據(jù)存儲(chǔ)器也稱為隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 空間劃分 在物理上和邏輯上都分為兩個(gè)地址空間：內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) 。,27/109,1）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（又稱為內(nèi)部RAM） 256字節(jié)內(nèi)部RAM，存放中間結(jié)果和過程數(shù)據(jù)。內(nèi)部RAM的地址范圍是00HFFH，共256個(gè)單元，分三部分： 低128字節(jié)RAM（00H7FH）：也稱為基本RAM區(qū)?；綬AM區(qū)又分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、用戶RAM和堆棧區(qū)。可以直接尋址和間接尋址。用“MOV”和“MOV Ri”形式的指令訪問。 高128字節(jié)RAM（80HFFH）：只能間接尋址。用“MOV Ri”形式的指令訪問。 特殊功能寄存器（SFR）區(qū)：地址范圍為80

15、HFFH，只可直接尋址，用“MOV”形式的指令訪問。,28/109,圖3-9 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間,工作寄存器區(qū) 位尋址區(qū) 通用用戶RAM和堆棧區(qū) 特殊功能寄存器區(qū),內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間分配,29/109,工作寄存器區(qū) 地址分配：00H1FH共32個(gè)單元。分為四組（每一組稱為一個(gè)寄存器組），每一組包括8個(gè)8位的工作寄存器，分別是R0R7。 功能：通過使用工作寄存器，可以提高運(yùn)算速度，也可以使用其中的R0或R1存放八位地址值，訪問一個(gè)256字節(jié)外部RAM塊中的單元。另外，R0R7也可以用作計(jì)數(shù)器，在指令作用下加1或減1。,30/109,工作寄存器組的選擇：PSW寄存器中的RS1和RS0兩位組

16、合決定當(dāng)前使用的工作寄存器組?？梢酝ㄟ^位操作指令直接修改 RS1和RS0的內(nèi)容，選擇不同的工作寄存器組。,表3-1 工作寄存器組選擇,31/109,位尋址區(qū) 20H2FH之間的單元既可以按字節(jié)存取，也可以按位存取 共128位，地址范圍是00H7FH。,圖3-10 內(nèi)部RAM中的位地址,32/109,除了20H2FH之間的單元可以位尋址外，特殊功能寄存器中，直接地址可被8整除的寄存器（除了IP.7、IP.6和IE.6以外）也可以進(jìn)行位尋址。,圖3-11 特殊功能寄存器中的位地址,33/109,用戶RAM和堆棧區(qū) 內(nèi)部RAM中的30H7FH單元是用戶RAM和堆棧區(qū)。 一個(gè)8位的堆棧指針SP，并且堆

17、棧區(qū)只能設(shè)置在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。當(dāng)有子程序調(diào)用和中斷請(qǐng)求時(shí)，返回地址等信息被自動(dòng)保存在堆棧內(nèi)。 STC15F2K60S2單片機(jī)復(fù)位后，SP為07H，使堆棧事實(shí)上由08H單元開始，考慮08H1FH單元分別屬于工作寄存器組13，若在程序設(shè)計(jì)中用到這些工作寄存器，則在用戶初始化程序中，最好把SP的值改變?yōu)?0H或更大的值。 STC15F2K60S2單片機(jī)的堆棧是朝著地址增大的方向生成的，即將數(shù)據(jù)壓入堆棧后，SP的值增大。,34/109,高128字節(jié)RAM和特殊功能寄存器 對(duì)于STC15F2K60S2單片機(jī)，80HFFH既為高128字節(jié)RAM區(qū)的地址范圍，又為特殊功能寄存器區(qū)(SFR)的地址范圍，地址空

18、間重疊，但物理上是獨(dú)立的。 使用時(shí)，通過不同的尋址方式加以區(qū)分：高128字節(jié)的RAM區(qū)使用間接尋址訪問，特殊功能寄存器使用直接尋址訪問。由于堆棧操作也是間接尋址方式，所以，高 128 位數(shù)據(jù) RAM 亦可作為堆棧區(qū)使用。,35/109,除了程序計(jì)數(shù)器PC和4個(gè)工作寄存器組外，其余的寄存器都在SFR區(qū)中。 特殊功能寄存器大體分為兩類 一類與芯片的引腳有關(guān)。如P0P5，它們實(shí) 際上是6個(gè)鎖存器，每個(gè)鎖存器附加上相應(yīng)的輸 出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器就構(gòu)成了一個(gè)并行口。 另一類為芯片內(nèi)部功能的控制或者內(nèi)部寄 存器。如中斷屏蔽及優(yōu)先級(jí)控制、定時(shí)器、串行 口、SPI接口等。 STC15F2K60S2單片機(jī)的特殊

19、功能寄存器及其復(fù)位值如表3-2所列。,36/109,2）擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)也稱為擴(kuò)展RAM區(qū)（簡(jiǎn)稱，XRAM）。片內(nèi)集成了1792字節(jié)的外部RAM，地址范圍為0000H06FFH，可用于存放數(shù)據(jù)。 注意，這里的“內(nèi)部”和“外部”是邏輯上的概念，不 是指芯片內(nèi)部和外部。 在匯編語言中，XRAM使用“MOVX DPTR” 或者“MOVX Ri”指令訪問。 在C語言中，可使用xdata聲明存儲(chǔ)類型即可。 如：unsigned char xdata i= 0;,37/109,訪問片內(nèi)集成的外部RAM時(shí)，不影響P0口、P2口、P4.2、P4.4和ALE。 STC15F2K60S2單片機(jī)還可以

20、訪問片外擴(kuò)展的64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 STC15F2K60S2單片機(jī)的外部擴(kuò)展I/O端口與擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，因此外部I/O端口的地址占用擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址單元，用MOVX指令訪問。,38/109,單片機(jī)內(nèi)部擴(kuò)展RAM是否可以訪問受輔助寄存器AUXR（地址為8EH，復(fù)位值為01H）中的EXTRAM位控制。 EXTRAM： 0：內(nèi)部擴(kuò)展RAM可以存取；地址小于700H時(shí)，訪問內(nèi)部擴(kuò)展RAM；地址大于或等于700H時(shí)，則訪問單片機(jī)外部擴(kuò)展的RAM或I/O空間。 1：禁止訪問內(nèi)部擴(kuò)展RAM。,39/109,（3）數(shù)據(jù)Flash存儲(chǔ)器 空間大?。杭闪?K字節(jié)的數(shù)據(jù)Flash存儲(chǔ)器，與程序空間

21、是分開的 地址范圍：0000H03FFH。這1K字節(jié)的數(shù)據(jù)Flash存儲(chǔ)器分為2個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)包含512字節(jié)，對(duì)應(yīng)的地址范圍分別為： 第一扇區(qū)：0000H01FFH 第二扇區(qū)：0200H03FFH,40/109,使用方法：建議同一次修改的數(shù)據(jù)放在同一個(gè)扇區(qū)，不是同一次修改的數(shù)據(jù)放在不同的扇區(qū)，不一定用滿。數(shù)據(jù)Flash存儲(chǔ)器的擦除操作是按扇區(qū)進(jìn)行的。 數(shù)據(jù)Flash存儲(chǔ)器可以作為EEPROM使用，擦寫 次數(shù)在10萬次以上，用于保存一些需要在應(yīng)用過程 中修改并且掉電不丟失的參數(shù)數(shù)據(jù)。在用戶程中， 可以對(duì)數(shù)據(jù)Flash區(qū)進(jìn)行字節(jié)讀/字節(jié)編程/扇區(qū)擦除操作。,41/109,二、單片機(jī)的引腳及功能

22、1、STC15F2K60S2單片機(jī)的引腳 封裝 LQFP-44封裝,圖3-12 STC15F2K60S2單片機(jī)的引腳圖,42/109,DIP-40封裝,圖3-12 STC15F2K60S2單片機(jī)的引腳圖,43/109,STC15F2K60S2單片機(jī)的邏輯符號(hào)圖,圖3-13 STC15F2K60S2單片機(jī)的邏輯符號(hào)圖,44/109,DIP-40封裝的STC15F2K60S2單片機(jī)和LQFP-44封裝相比，除了沒有P4.0、P4.3、P4.6、P4.7引腳外，其他資源和的單片機(jī)完全相同。 由于DIP封裝的單片機(jī)焊接比較容易，因此，對(duì)于初學(xué)者，最好選用DIP封裝的單片機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)。 注意：在實(shí)際應(yīng)用中

23、，設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的原理圖時(shí)，一般應(yīng)使用邏輯符號(hào)圖，以便進(jìn)行電路分析，而設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)的印刷電路板圖時(shí)，必須使用單片機(jī)的引腳圖。,45/109,引腳 電源引腳 外接晶體引腳 控制和復(fù)位引腳 輸入/輸出（I/O）引腳,46/109,（1）電源引腳 Vcc：一般接電源的5V。具體的電壓幅度應(yīng)參考單片機(jī)的手冊(cè)。 GND：接電源地。,47/109,（2）外接晶體引腳 XTAL1和XATL2 芯片內(nèi)部一個(gè)反相放大器的輸入端和輸出端。通常用于連接晶體振蕩器。 常見的連接方法如圖所示。,圖3-14 常見的晶振連接方法,48/109,晶體振蕩器M的頻率可以在4MHz48MHz之間選擇，典型值是11.0592M

24、Hz（因?yàn)樵O(shè)計(jì)單片機(jī)通信應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，使用這個(gè)頻率的晶振可以準(zhǔn)確地得到9600bits/s和19200bits/s的波特率）。 電容C1、C2對(duì)時(shí)鐘頻率有微調(diào)作用，可在5100pF之間選擇，典型值是47pF。,49/109,STC15F2K60S2單片機(jī)內(nèi)部集成高精度R/C時(shí)鐘，工作時(shí)鐘可以使用內(nèi)部振蕩器或者外部晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振）產(chǎn)生的時(shí)鐘。 40引腳和44引腳封裝的STC15F2K60S2單片機(jī)出廠標(biāo)準(zhǔn)配置是使用外部時(shí)鐘。內(nèi)部集成的高精度R/C時(shí)鐘工業(yè)環(huán)境下的溫漂為1%，常溫下溫飄5，頻率范圍為5MHz35MHz，可以在編程時(shí)設(shè)置。對(duì)于時(shí)鐘頻率要求不太敏感的場(chǎng)合，內(nèi)部R/C振蕩器完全能夠滿

25、足要求。 使用內(nèi)部R/C振蕩器時(shí)鐘時(shí)，XTAL1和XTAL2引腳懸空。,50/109,使用外部晶振時(shí)，常見的連接方法與圖3-14所示的連接方法相同。 利用在系統(tǒng)編程（In-System Programming，ISP）工具對(duì)STC12C5A60S2單片機(jī)下載用戶程序時(shí)，可以在選項(xiàng)中設(shè)置選擇使用外部晶體振蕩器時(shí)鐘或者使用內(nèi)部R/C振蕩器時(shí)鐘。,51/109,（3）控制和復(fù)位引腳 ALE（與P4.5復(fù)用） 功能：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器或者外部擴(kuò)展的并行I/O口時(shí)，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。 標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)的ALE 腳對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行6分頻輸出，可對(duì)外提供時(shí)鐘。,52/109,

26、當(dāng)8051單片機(jī)時(shí)鐘頻率較高時(shí)，ALE腳是一個(gè)干擾源。 STC15F2K60S2單片機(jī)直接禁止ALE腳對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行6分頻輸出，徹底清除此干擾源，有利于系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。如果設(shè)計(jì)中需要單片機(jī)輸出時(shí)鐘，可以利用STC15F2K60S2單片機(jī)的可編程時(shí)鐘輸出腳對(duì)外輸出時(shí)鐘。 STC15F2K60S2單片機(jī)的ALE引腳在用MOVX指令訪問片外擴(kuò)展器件時(shí)輸出地址鎖存信號(hào)。,53/109,RST（與P5.4復(fù)用） 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 如果需要單片機(jī)接上電源就可以復(fù)位，則需要使用上電復(fù)位電路。,圖3-15 上電復(fù)位電路圖,54/109,P5.4/RST/MC

27、LKO腳出廠時(shí)默認(rèn)為I/O口，可以通過 STC-ISP編程軟件下載程序時(shí)，將其設(shè)置為RST復(fù)位腳。 STC15F2K60S2單片機(jī)內(nèi)部集成了MAX810專用復(fù)位電路，時(shí)鐘頻率在12MHZ以下時(shí)，復(fù)位腳可接1K電阻再接地，也可以使用圖3-15所示的傳統(tǒng)復(fù)位電路。,55/109,（4）輸入/輸出（I/O）引腳 STC12C5A60S2單片機(jī)最多可以有44根I/O口 線，44根I/O口線分別為： P0口（8根）：P0.0P0.7 P1口（8根）：P1.0P1.7 P2口（8根）：P2.0P2.7 P3口（8根）：P3.0P3.7 P4口（8根）：P4.0P4.7 P5口（2根）：P5.4、P5.5。

28、,56/109,1）I/O口的工作模式 4種工作模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，輸入/高阻和開漏模式。 復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口/弱上拉工作模式。 每個(gè)口的工作模式由2個(gè)控制寄存器中的相應(yīng)位控制（PnM0和PnM1，n=0、1、2、3、4、5）。,57/109,例如，P0M0和P0M1用于設(shè)定P0口的工作模式，其 中P0M0.7和P0M1.7用于設(shè)置P0.7的工作模式， P0M0.6和P0M1.6用于設(shè)置P0.6的工作模式，以此類 推。,表3-5 I/O口工作模式設(shè)置,58/109,例如，若設(shè)置P1.7為開漏模式，P1.6為強(qiáng)推挽輸入輸出模式，P1.5為高阻輸入模式，P1.4、P1.3、P1.2

29、、P1.1和P1.0為弱上拉模式，則可以使用下面的代碼進(jìn)行設(shè)置： MOV P1M1,#10100000B MOV P1M0,#11000000B,59/109,STC15F2K60S2單片機(jī)的每個(gè)I/O口在弱上拉時(shí)都能承受20mA的灌電流（最好還是使用限流電阻，如1K） 在強(qiáng)推挽輸出時(shí)都能輸出20mA的拉電流（也要加限流電阻）。 整個(gè)芯片的工作電流推薦不要超過90mA。即從MCU-Vcc流入的電流不超過90mA，從MCU-GND流出的電流不超過90mA，整體流入/流出電流都不能超過90mA。,60/109,2）I/O口的復(fù)用功能 P0口 用作數(shù)據(jù)總線（D7D0）或者地址總線低8位（A7A0）。

30、 用作普通I/O。 P1口 用作普通I/O。 復(fù)用為ADC轉(zhuǎn)換輸入、捕獲/比較/脈寬調(diào)制、SPI通信線、第二串口或者第二時(shí)鐘輸出，如表所示。,61/109,表3-6 P1口的復(fù)用功能,62/109,P2口 用作地址總線的高8位輸出。 用作通用I/O口使用。 用于SPI和捕獲/比較/脈寬調(diào)制的備用切換端口,表3-7 P2口的復(fù)用功能,63/109,P3口 用作通用I/O口使用。 可復(fù)用為外部中斷輸入、計(jì)數(shù)器輸入、時(shí)鐘輸出、第一串口和外部總線的讀/寫控制，如表所示。,64/109,表3-8 P3口的復(fù)用功能,65/109,P4口 作通用I/O口使用。 某些口線具有復(fù)用功能，可配置為SPI通信線、捕

31、捉/比較/脈寬調(diào)制、第二串口線等。,表3-9 P4口的復(fù)用功能,66/109,P5口 P5.4/RST（復(fù)位腳）/MCLKO（內(nèi)部R/C振蕩時(shí)鐘輸出； 輸出的頻率可為MCLK/1或MCLK/2）/SS_3（SPI接口的從機(jī)選擇信號(hào)備用切換引腳）。 該引腳默認(rèn)為I/O口，可以通過ISP編程將其設(shè)置為RST（復(fù)位）引腳。 P5.5沒有復(fù)用功能。,67/109,捕獲/比較/脈寬調(diào)制（CCP）通道的引腳切換、SPI接口的引腳切換以及串口的引腳切換由輔助寄存器AUXR1（也稱為P_SW1，地址為A2H，復(fù)位值為0000 0000B）和外設(shè)功能切換寄存器P_SW2（地址為BAH，復(fù)位值為xxxx xxx0

32、B）確定。,68/109,捕獲/比較/脈寬調(diào)制（CCP）通道可以在三個(gè)地方切換，由CCP_S1和CCP_S0兩個(gè)控制位選擇，其選擇方法如表3-10所示。,表3-10 捕獲/比較/脈寬調(diào)制（CCP）通道的切換,69/109,SPI可以在三個(gè)地方切換，由SPI_S1和SPI_S0兩個(gè)控制位選擇，其選擇方法如表3-11所示。,表3-11 SPI的引腳切換,70/109,串口1可以在三個(gè)地方切換，由S1_S1和S1_S0兩個(gè)控制位選擇，其選擇方法如表3-12示。,表3-12 串口1的引腳切換,71/109,串口2可以在兩個(gè)地方切換，由S2_S0控制位選擇： 0：串口2在P1.0/RxD2，P1.1/T

33、xD2 1：串口2在P4.6/RxD2_2，P4.7/TxD2_2 GF2：通用標(biāo)志位。該位是由用戶定義的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志。可以用軟件來使它置“1”或清“0”，也可以由軟件測(cè)試GF2控制程序的流向。 ADRJ：留作備用。 DPS：數(shù)據(jù)指針選擇位。 0：使用缺省數(shù)據(jù)指針DPTR0； 1：使用另一個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR1。,72/109,3）STC15F2K60S2單片機(jī)I/O口的結(jié)構(gòu) 準(zhǔn)雙向口工作模式的結(jié)構(gòu),圖3-16 準(zhǔn)雙向口工作模式的I/O位結(jié)構(gòu),73/109,I/O口可用作輸出和輸入功能而不需重新配置口線輸出狀態(tài)。 當(dāng)口線輸出為“1”時(shí)I/O口驅(qū)動(dòng)能力很弱，允許外部裝置將其拉低。當(dāng)引腳輸出為低時(shí)，

34、它的驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)，可吸收相當(dāng)大的電流。 每個(gè)端口都包含一個(gè)鎖存器，即特殊功能寄存器P0P5。這種結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)輸出時(shí)，具有鎖存功能，即在重新輸出新的數(shù)據(jù)之前，口線上的數(shù)據(jù)一直保持不變。但對(duì)輸入信號(hào)是不鎖存的，所以外設(shè)輸入的數(shù)據(jù)必須保持到取數(shù)指令執(zhí)行為止。,74/109,為了便于敘述，以后將6個(gè)端口及其鎖存器都表示為P0P5。 準(zhǔn)雙向口有3個(gè)上拉場(chǎng)效應(yīng)管T1、T2、T3，以適應(yīng)不同的需要。其中，T1稱為強(qiáng)上拉，上拉能力可達(dá)20mA；T2稱為極弱上拉，上拉能力一般為30A；T3稱為弱上拉，一般上拉能力為150A 250A，典型值為200A。輸出低電平時(shí)，最大灌電流可達(dá)20mA。,75/109,當(dāng)口線寄

35、存器為1且引腳本身也為1時(shí)，T3導(dǎo)通。T3提供基本驅(qū)動(dòng)電流使準(zhǔn)雙向口輸出為1。如果一個(gè)引腳輸出為“1”而由外部裝置下拉到低時(shí)，T3斷開，而T2維持導(dǎo)通狀態(tài)，為了把這個(gè)引腳強(qiáng)拉為低，外部裝置必須有足夠的灌電流能力使引腳上的電壓降到門檻電壓以下。 當(dāng)口線鎖存為1時(shí)，T2導(dǎo)通。當(dāng)引腳懸空時(shí)，這個(gè)極弱的上拉源產(chǎn)生很弱的上拉電流將引腳上拉為高電平。 當(dāng)口線鎖存為0時(shí)，T1、T2和T3均截止，T4導(dǎo)通，引腳輸出為低電平。,76/109,當(dāng)口線鎖存器由0到1跳變時(shí)，T1用來加快準(zhǔn)雙向口由邏輯0到邏輯1的轉(zhuǎn)換。發(fā)生這種情況時(shí)，T1導(dǎo)通約2個(gè)時(shí)鐘使引腳能迅速地上拉到高電平。 準(zhǔn)雙向口帶有一個(gè)施密特觸發(fā)輸入以及一

36、個(gè)干擾抑制電路。 當(dāng)從端口引腳上輸入數(shù)據(jù)時(shí)，T4應(yīng)一直處于截止?fàn)顟B(tài)。假定在輸入之前曾輸出鎖存過數(shù)據(jù)0，則T4是導(dǎo)通的，這樣引腳上的電位就始終被箝位在0電平，使輸入高電平無法讀入。因此，作為一個(gè)準(zhǔn)雙向口使用時(shí)，輸入數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)先向口寫1，使T4截止，然后方可作高阻抗輸入。這是準(zhǔn)雙向口的主要特點(diǎn)。,77/109,推挽輸入輸出工作模式的結(jié)構(gòu),圖3-17 推挽輸入輸出工作模式的I/O位結(jié)構(gòu),78/109,推挽輸入輸出工作模式的下拉結(jié)構(gòu)與準(zhǔn)雙向口的下拉結(jié)構(gòu)相同，但當(dāng)鎖存器為“1”時(shí)可提供持續(xù)的強(qiáng)上拉。推挽工作模式一般用于需要更大驅(qū)動(dòng)電流的情況。 工作于推挽輸入輸出模式時(shí)，一個(gè)I/O位也帶有一個(gè)施密特觸發(fā)輸

37、入以及一個(gè)干擾抑制電路。此時(shí)，若輸出高電平，拉電流最大可達(dá)20mA；若輸出低電平，灌電流也可達(dá)20mA。,79/109,僅為輸入（高阻）工作模式的結(jié)構(gòu) 輸入口帶有一個(gè)施密特觸發(fā)輸入以及一個(gè)干擾抑制電路。 注意，僅為輸入（高阻）工作模式下，I/O口不提供20mA灌電流的能力。,圖3-18 僅為輸入（高阻）工作模式的I/O位結(jié)構(gòu),80/109,開漏輸出工作模式的結(jié)構(gòu),圖3-19 開漏輸出工作模式的I/O位結(jié)構(gòu),81/109,當(dāng)口線鎖存器為0時(shí)，開漏輸出關(guān)斷所有上拉場(chǎng)效應(yīng)管。當(dāng)作為一個(gè)邏輯輸出時(shí)，這種配置方式必須有外部上拉電阻，即通過電阻外接到Vcc。這種方式的下拉結(jié)構(gòu)與準(zhǔn)雙向口模式的下拉結(jié)構(gòu)相同。

38、 開漏端口帶有一個(gè)施密特觸發(fā)輸入以及一個(gè)干擾抑制電路。這種工作模式下，輸出低電平時(shí)，灌電流也可達(dá)20mA。,82/109,1、P4口和P5口的使用 對(duì)STC15F2K60S2單片機(jī)P4口和P5口的訪問，如同訪問常規(guī)的P0/P1/P2/P3口一樣，并且均可按位尋址，P4的地址C0H，P5口的地址在C8H。,3.2單片機(jī)的I/O口的使用,83/109,2、上拉電阻的連接 雖然作為準(zhǔn)雙向口使用時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)集成了上拉場(chǎng)效應(yīng)管，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般情況下，最好還是外接上拉電阻。例如，當(dāng)外接的是SPI/I2C等漏極開漏的電路時(shí)。,84/109,以P0.0為例，接上拉電阻的電路連接如圖所示。 典型的上

39、拉電阻的阻值為5.1K或者10K。,圖3-20 上拉電阻的連接方法,85/109,3、拉電流方式和灌電流方式 STC15F2K60S2單片機(jī)的I/O口線作為輸出可以提供20mA的驅(qū)動(dòng)能力，在使用時(shí)，可采用拉電流或灌電流方式。 以P0.0控制發(fā)光二極管電路為例說明，電路連接如圖所示。,圖3-21 拉電流方式和灌電流方式,86/109,采用灌電流方式時(shí)，應(yīng)將單片機(jī)的I/O口設(shè)置為弱上拉/準(zhǔn)雙向口工作模式； 采用拉電流方式時(shí)，應(yīng)將單片機(jī)的I/O口設(shè)置為推挽/強(qiáng)上拉工作模式。 在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)盡量采用灌電流方式，這樣可以提高系統(tǒng)的負(fù)載能力和可靠性。有特別需要時(shí)，可以采取拉電流方式，如供電線路要求比較簡(jiǎn)

40、單時(shí)。,87/109,使用時(shí)應(yīng)該特別注意 圖中的限流電阻千萬不能省略，否則，會(huì)毀壞I/O口。 在按鍵掃描電路中的兩側(cè)需要各加300的限流電阻，或者在編程時(shí)不要出現(xiàn)按鍵兩端的I/O口同時(shí)為低的情況。,88/109,4、典型的三極管控制電路 單片機(jī)I/O引腳本身的驅(qū)動(dòng)能力有限，如果需要驅(qū)動(dòng)功率較大的器件，如小型繼電器或者固態(tài)繼電器，可以采用單片機(jī)I/O引腳控制三極管進(jìn)行輸出的方法。以P0.0為例。,圖3-22 典型的三極管控制電路,89/109,如果用弱上拉控制，建議加上拉電阻R1（3.3K10K）；如果不加上拉電阻R1，建議R2的值在15K以上，或用強(qiáng)推挽輸出。 當(dāng)需要驅(qū)動(dòng)的功率器件較多時(shí)，建議

41、采用ULN2008，其內(nèi)部采用達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，是專門用來驅(qū)動(dòng)繼電器的芯片，甚至在芯片內(nèi)部做了一個(gè)消去線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管。ULN2008的輸出端允許通過IC電流200mA，飽和壓降VCE約為1V左右，耐壓BVCEO約為36V。輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器(SSR)。ULN2008可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)繼電器。,90/109,5、I/O外部狀態(tài)的輸入 存在問題：當(dāng)I/O口工作于準(zhǔn)雙向口時(shí)，由于STC15F2K60S2單片機(jī)是1個(gè)時(shí)鐘周期（1T）的8051單片機(jī)，速度很快，如果通過指令執(zhí)行由低變高指令后立即讀外部狀態(tài)，此時(shí)由于實(shí)際輸出還沒有變

42、高，有時(shí)可能讀入的狀態(tài)不對(duì)。 解決方法：在軟件設(shè)置由低變高后加1到2個(gè)空操作指令延時(shí)，然后再讀I/O口的狀態(tài)。,91/109,6、P1.7/XTAL1與P1.6/XTAL2的特別說明 STC15F2K60S2系列單片機(jī)的所有I/O口上電復(fù)位后均為準(zhǔn)雙向口/弱上拉模式。 但是由于P1.7和P1.6口還可以分別作外部晶體或時(shí)鐘電路的引腳XTAL1和XTAL2，所以P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2上電復(fù)位后的模式不一定就是準(zhǔn)雙向口/弱上拉模式。 當(dāng)P1.7和P1.6口作為外部晶體或時(shí)鐘電路的引腳XTAL1和XTAL2使用時(shí)，P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2上電復(fù)位后的模式是高阻輸

43、入。,92/109,每次上電復(fù)位時(shí)，單片機(jī)對(duì)P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2的工作模式按如下步驟進(jìn)行設(shè)置 首先，單片機(jī)短時(shí)間（幾十個(gè)時(shí)鐘）會(huì)將P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2設(shè)置成高阻輸入； 然后，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)判斷上一次用戶是將P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2設(shè)置成普通I/O口還是XTAL1/XTAL2； 如果上一次用戶是將P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2設(shè)置成普通I/O口，則單片機(jī)會(huì)將P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2上電復(fù)位后的模式設(shè)置成準(zhǔn)雙向口/弱上拉； 如果上一次用戶是將P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2設(shè)置成XTAL1/XTAL

44、2，則單片機(jī)會(huì)將P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2上電復(fù)位后的模式設(shè)置成高阻輸入。,93/109,7、管腳P5.4/RST的特別說明 P5.4/RST即可作普通I/O使用，也可作復(fù)位管腳。當(dāng)用戶將P5.4/RST設(shè)置成普通I/O口用時(shí)，其上電后為準(zhǔn)雙向口/弱上拉模式。 每次上電時(shí)，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)判斷上一次用戶是將P5.4/RST設(shè)置成普通I/O口還是復(fù)位腳。如果上一次用戶是將P5.4/RST設(shè)置成普通I/O口，則單片機(jī)會(huì)將P5.4/RST上電后的模式設(shè)置成準(zhǔn)雙向口/弱上拉。如果上一次用戶是將P5.4/RST設(shè)置成復(fù)位腳，則上電后，P5.4/RST仍為復(fù)位腳。,94/109,1、單片機(jī)最小

45、系統(tǒng)構(gòu)成 在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于應(yīng)用條件及控制要求的不同，單片機(jī)外圍電路的組成各不相同。 單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是指在盡可能少的外部電路條件下，能使單片機(jī)獨(dú)立工作的系統(tǒng)。,3.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的典型構(gòu)成,95/109,STC15F2K60S2集成了60KB程序存儲(chǔ)器、2048字節(jié)RAM、高可靠復(fù)位電路和高精度R/C振蕩器，一般情況下，不需要外部復(fù)位電路和外部晶振 只需要接上電源，并在Vcc和GND之間接上濾波電容C1和C2,圖3-23單片機(jī)最小系統(tǒng),96/109,為了能夠給單片機(jī)下載程序，可以在RXD和TXD引腳上連接RS232和TTL的轉(zhuǎn)換電路，以連接計(jì)算機(jī)，通過下載工具將用戶程序下載到單片機(jī)中

46、。RS232和TTL的轉(zhuǎn)換電路如圖所示。,圖3-24 RS232和TTL的轉(zhuǎn)換電路,97/109,2、非總線擴(kuò)展方式的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成 STC15F2K60S2單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)有60KB程序存儲(chǔ)器和2048字節(jié)RAM，這對(duì)于一般應(yīng)用的存儲(chǔ)器需求已經(jīng)足夠。 此時(shí)，單片機(jī)的P0、P2和P4口不用于總線方式，即P0口和P2口用于普通I/O口功能；P4.2和P4.4不用于寫控制信號(hào)和讀控制信號(hào)，也用于普通I/O口功能。,98/109,3、總線擴(kuò)展方式的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成 應(yīng)用背景 組成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，如果存儲(chǔ)器容量不夠，或者需要擴(kuò)展并行I/O，則可以使用端口進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展。,99/109,圖3-25 帶有總線擴(kuò)展的STC15F2K60S2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的連接示意圖,一個(gè)帶有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和并行I/O擴(kuò)展的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的連接示意圖如圖所示。,100/109,由圖中可以看出 使用單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，8位