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  • 中我们可以看出,在51单片机内部有一个CPU用来运算、控制,有四个并行I/O口,分别是P0、P1、P2、 P3,有ROM,用来存放程序,有RAM,用来存放中间结果,此外还有定时/计数器,串行I/O口,中断系统,以及一个内部...

    从图中我们可以看出,在51单片机内部有一个CPU用来运算、控制,有四个并行I/O口,分别是P0、P1、P2、 P3,有ROM,用来存放程序,有RAM,用来存放中间结果,此外还有定时/计数器,串行I/O口,中断系统,以及一个内部的时钟电路。在一个51单片机 的内部包含了这么多的东西。

    对图进行进一步的分析,我们已知,对并行I/O口的读写只要将数据送入到相应I/O口的锁存器就可以了,那么对于定 时/计数器,串行I/O口等怎么用呢?在单片机中有一些独立的存储单元是用来控制这些器件的,被称之为特殊功能寄存器(SFR)。事实上,我们已接触过 P1这个特殊功能寄存器了,还有哪些呢?看表1

    表1
    符号
    地址 功能介绍
    B
    F0H B寄存器
    ACC
    E0H 累加器
    PSW
    D0H 程序状态字
    IP
    B8H 中断优先级控制寄存器
    P3
    B0H P3口锁存器
    IE
    A8H 中断允许控制寄存器
    P2
    A0H P2口锁存器
    SBUF 99H 串行口锁存器
    SCON 98H 串行口控制寄存器
    P1
    90H P1口锁存器
    TH1
    8DH 定时器/计数器1(高8位)
    TH0 8CH
    定时器/计数器1(低8位)
    TL1 8BH 定时器/计数器0(高8位)
    TL0
    8AH 定时器/计数器0(低8位)
    TMOD 89H 定时器/计数器方式控制寄存器
    TCON 88H 定时器/计数器控制寄存器
    DPH
    83H 数据地址指针(高8位)
    DPL 82H 数据地址指针(低8位)
    SP 81H 堆栈指针
    P0 80H P0口锁存器
    PCON 87H 电源控制寄存器

    下面,我们介绍一下几个常用的SFR。

    1、ACC---是累加器,通常用A表示。

    这是个什么东西,可不能从名字上理解,它是一个寄存器,而不是一个做加法的东西,

    为什么给它这么一个名字呢?或许是因为在运算器做运算时其中一个数一定是在ACC中的缘故吧。它的名字特殊,身份也特

    殊,稍后在中篇中我们将学到指令,可以发现,所有的运算类指令都离不开它。自身带有全零标志Z,若A=0则Z=1;若A≠0

    则z=0。该标志常用作程序分枝转移的判断条件。

    2、B--一个寄存器。

    在做乘、除法时放乘数或除数,不做乘除法时,随你怎么用。

    3、PSW-----程序状态字。这是一个很重要的东西,里面放了CPU工作时的很多状态,借此,我们可以了解CPU的当前状态,并

    作出相应的处理。它的各位功能请看表2

    表2
    D7
    D6
    D5
    D4
    D3
    D2
    D1
    D0
    CY
    AC
    F0
    RS1
    RS0
    OV
    P


    下面我们逐一介绍各位的用途

    CY:进位标志。 8051中的运算器是一种8位的运算器,我们知道,8位运算器只能表示到0-255,如果做加法的话,两数相加可能会超过255,这样最高位就会丢失,造成运算的错误,怎么办?最高位就进到这里来。这样就没事了。有进、借位,CY=1;无进、借位,CY=0

    例:78H+97H(01111000+10010111)
    AC:辅助进、借位(高半字节与低半字节间的进、借位)。

    例:57H+3AH(01010111+00111010)

    F0:用户标志位, 由用户(编程人员)决定什么时候用,什么时候不用。

    RS1、RS0:工作寄存器组选择位。 这个我们已知了。

    0V:溢出标志位。 运算结果按补码运算理解。有溢出,OV=1;无溢出,OV=0。什么是溢出我们后面的章节会讲到。

    P:奇偶校验位: 它用来表示ALU运算结果中二进制数位“1”的个数的奇偶性。若为奇数,则P=1,否则为0。 运算结果有奇数个1,P=1;运算结果有偶数个1,P=0。

    例:某运算结果是78H(01111000),显然1的个数为偶数,所以P=0。

    4、DPTR(DPH、DPL)--------数据指针 ,可以用它来访问外部 数据存储器中的任一单元,如果不用,也可以作为通用寄存器来用,由我们自已决定如何使用。 分成DPL(低8位)和DPH(高8位)两个寄存器。用来存放16位地址值,以便用间接寻址或变址寻址的方式对片外数据RAM或程序存储器作64K字节范 围内的数据操作。

    5、P0、P1、P2、P3 ------这个我们已经知道,是四个并行输入/输出口的寄存器。它里面的内容对应着管脚的输出。

    6、IE-----中断充许寄存器

    按位寻址,地址:A8H

    B7
    B6
    B5
    B4
    B3
    B2
    B1
    B0
    EA
    -
    ET2
    ES
    ET1
    EX1
    ET0
    EX0

    EA (IE.7):EA=0时,所有中断禁止(即不产生中断)

    EA=1时,各中断的产生由个别的允许位决定

    - (IE.6):保留

    ET2(IE.5):定时2溢出中断充许(8052用)

    ES (IE.4):串行口中断充许(ES=1充许,ES=0禁止)

    ET1(IE.3):定时1中断充许

    EX1(IE.2):外中断INT1中断充许

    ET0(IE.1):定时器0中断充许

    EX0(IE.0):外部中断INT0的中断允许

    7、IP-----中断优先级控制寄存器

    按位寻址,地址位B8H

    B7
    B6
    B5
    B4
    B3
    B2
    B1
    B0
    -
    -
    PT2
    PS
    PT1
    PX1
    PT0
    PX0

    - (IP.7):保留

    - (IP.6):保留

    PT2(IP.5):定时2中断优先(8052用)

    PS (IP.4):串行口中断优先

    PT1(IP.3):定时1中断优先

    PX1(IP.2):外中断INT1中断优先

    PT0(IP.1):定时器0中断优先

    PX0(IP.0):外部中断INT0的中断优先

    8、TMOD-----定时器控制寄存器

    不按位寻址,地址89H

    B7
    B6
    B5
    B4
    B3
    B2
    B1
    B0
    GATE
    C/T

    M1

    M0
    GATE
    C/T
    M1
    M

    GATE :定时操作开关控制位,当GATE=1时,INT0或INT1引脚为高电平,同时TCON中的TR0或TR1控制位为1时,计时/计数器0或1才开始工作。若GATE=0,则只要将TR0或TR1控制位设为1,计时/计数器0或1就开始工作。

    C/T :定时器或计数器功能的选择位。C/T=1为计数器,通过外部引脚T0或T1输入计数脉冲。C/T=0时为定时器,由内部系统时钟提供计时工作脉冲。

    M1 :模式选择位高位

    M0 :模式选择位低位

    M1
    M0
    工作模式
    0
    0
    13位计数/计时器
    0
    1
    16位计数/计时器
    1
    0
    8位自动加载计数/计时器
    1
    1
    定时器1停止工作,定时器0分为两个独立的8位定时器TH0及TL0

    9、TCON-----定时器控制寄存器

    按位寻址,地址位88H

    B7
    B6
    B5
    B4
    B3
    B2
    B1
    B0
    TF1
    TR1
    TF0
    TR0
    IE1
    IT1
    IE0
    IT0

    10、SP------堆栈指针。

    堆栈介绍:日常生活中,我们都注意到过这样的现象,家里洗的碗,一只一只摞起来,最晚放上去的放在最上面,而最早放 上去 的则放在最下面,在取的时候正好相反,先从最上面取,这种现象我们用一句话来概括:“先进后出,后进先出”。请大家想想,还有什么地方有这种现象?其实比 比皆是,建筑工地上堆放的砖头、材料,仓库里放的货物,都是“先进后出,后进先出”这实际是一种存取物品的规则,我们称之为“堆栈”。

    在单片机中,我们也可以在RAM中构造这样一个区域,用来存放数据,这个区域存放数据的规则就是“先进后出,后进先 出”,我们称之为“堆栈”。为什么需要这样来存放数据呢?存储器本身不是可以按地址来存放数据吗?对,知道了地址的确就可以知道里面的内容,但如果我们需 要存放的是一批数据,每一个数据都需要知道地址那不是麻烦吗?如果我们让数据一个接一个地放置,那么我们只要知道第一个数据所在地址单元就可以了(看图 2)如果第一个数据在27H,那么第二、三个就在28H、29H了。所以利用堆栈这种方法来放数据可以简化操作
    那么51中堆栈什么地方呢?单片机中能存放数据的区域有限,我们不能够专门分配一块地方做堆栈,所以就在内存(RAM)中开辟一块地方,用于堆栈,但是用 内存的哪一块呢?还是不好定,因为51是一种通用的单片机,各人的实际需求各不相同,有人需要多一些堆栈,而有人则不需要那么多,所以怎么分配都不合适, 怎样来解决这个问题?分不好干脆就不分了,把分的权利给用户(编程者),根据自已的需要去定吧,所以51单片机中堆栈的位置是可以变化的。而这种变化就体 现在SP中值的变化,看图2,SP中的值等于27H不就相当于是一个指针指向27H单元吗?当然在真正的51机中,开始指针所指的位置并非就是数据存放的 位置,而是数据存放的前一个位置,比如一开始指针是指向27H单元的,那么第一个数据的位置是28H单元,而不是27H单元,为什么会这样,我们在学堆栈 命令时再说明。

    图2如下图


    803l单片机共有21个字节的特殊功能寄存器(SFR),起着专用寄存器的作用,用来设置片内电路的运行方式,记录电路 的运行状态,并表明有关标志等。此外,特殊功能寄存器中,还有把并行和串行I/O端口映射过来的寄存器,对这些寄存器的读写,可实现从相应I/O端口的输 入、输出操作。

    21个特殊功能寄存器不连续地分布在128个字节的SFR存储空间中,地址空间为80H-FFH,见下图。带*的表 明是有位地址的寄存器。在这片SFR空间中,包含有128个位地址空间,地址也是80H-FFH,但只有83个有效位地址,可对11个特殊功能寄存器的某 些位作位寻址操作。

    由此可见,在特殊功能寄存器中,也有两套地址:字节地址和位地址。两者在地址空间上都是80H-FFH,但对字节地 址只有21个字节是有效的,对位地址只有83位是有效的,可以说,它们是内部数据存储器中字节地址与位地址的不连续延伸。其他无效地址单元是不能被访问 的,在使用时应加以注意。
    21个特殊功能寄存器的名称及主要功用介绍如下,详细的用法在以下各节内容中予以介绍

    IE、IP寄存器 作用:中断控制用

    TMOD、TCON 作用:计时、定时、计数器用

    SCON寄存器 作用:串行传输控制

    PCON寄存器 作用:省电模式操作

     

    转自:http://hi.baidu.com/%B1%BC%CC%DA%C1%F7/blog/item/5ee2c460c9b5e8700d33faf5.html

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  • MIPS 寄存器文件设计——Logisim

    千次阅读 2020-06-19 15:23:53
    利用 logisim 平台中构建一个简化的 MIPS 寄存器文件,内部包含 4 个 32 位寄存器,其具体引脚与功能描述如下表 ####电路框架 storage.circ 三、电路设计 四、运行结果 五、心得体会 通过这次实验,我更加深入的...

    一、实验目的
    了解寄 MIPS 寄存器文件基本概念,进一步熟悉多路选择器、译码器、解复用器等 Logisim 组件的使用,并利用相关组件构建 MIPS 寄存器文件。
    二、实验内容
    利用 logisim 平台中构建一个简化的 MIPS 寄存器文件,内部包含 4 个 32 位寄存器,其具体引脚与功能描述如下表 ####电路框架 storage.circ

    三、电路设计图
    在这里插入图片描述
    四、运行结果
    在这里插入图片描述
    五、心得体会
    通过这次实验,我更加深入的了解了 MIPS 寄存器文件基本概念,进一步熟悉了多路选择器、译码器、解复用器等 Logisim 组件的使用。对Logisim的使用更加熟练了。
    六、logisim编译代码
    需要的可私信我。

    展开全文
  • GPIO电路图以及上拉电阻的作用

    万次阅读 多人点赞 2016-09-17 22:38:57
    GPIO口,通用输入输出,这个大家都知道,但是输入,输出的电路是什么样的,其实并不用太关心,只需配置寄存器即可,但是还是要摸一摸,为了方便理解,引入了单片机的IO口原理来说明(道理是一样的) 认识电路: 一....

    GPIO口的定义:

        GPIO口,通用输入输出,这个大家都知道,但是输入,输出的电路是什么样的,其实并不用太关心,只需配置寄存器即可,但是还是要摸一摸,为了方便理解,引入了单片机的IO口原理图来说明(道理是一样的)

    认识电路:

    一.普通IO口            

           

    如上图所示(红色框是板子内部)

    1.基级(②位置)为低电平时,PNP导通,此时单片机IO口输出的是低电平,当基级(②位置)为电平时,PNP截止,此时单片机IO口输出的是电平

    2.这里注意,④位置上是一个上拉电阻,这里设置上拉电阻的考虑因素是这样的,假设我要在这个单片机IO口输出一个电流来驱动小灯发亮,①的位置电阻一般有20k左右,发出的电流250uA,基本上忽略不计,加上一个上拉电阻后, 总电流 = ①位置电流 + ④位置电流(①与④构成并联电路)

    3.为什么不设置让,①的位置电阻R小一点,这样电流大一点,就不需要上拉电阻了呢? 因为单片机是控制单元,设计时最好把强电流设计到外围电路里,如果设计到单片机内部,会烧坏板子

    这里体现出上拉电阻的其中一个作用--->加大电流,加强了驱动的能力

    二.强推挽输出:

    (意思就是说能输入输出大电流,前面已经说了单片机内部最好不要设计大的电流,所以这个功能的IO要少用)

    1.内部总线输入高电平, 上面的NPN导通,则IO口输出大电流(因为上面的三极管VCC电源下面没有接上拉电阻,  I = VCC/电阻+NPN内部电阻),所以IO出口的地方一般接一个电阻限流。内部总线输入低电平, 下面的NPN导通,则此时如果IO口外面接一个VCC(不带上拉电阻),就会有大电流灌输进来

    这里体现了上拉电阻的另一个作用--->限流

    三.开漏级OC门:

    什么叫IO口的开漏状态,如上图所示 如果内线是高电平,则NPN的基级是低电平,此时NPN不导通,那么IO口此时相当于是悬浮在空气中的,所以无法确定它的状态(不知道是低电平还是高电平),那么这个状态就是开漏状态,所以此时要向外围电路输出一个高电平是不可能的,如果想输出一个高电平,则必须在NPN的集电极上面来一个上拉电阻

    这时又体现出上拉的一个作用: 就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位(保持)在一个高电平上,下拉同理

    这里对于OC门还有一个应用, 可以控制高电位的电路,如果外围电路需要大的电压,则可以用OC门加上拉电阻来完成这个功能,如下图所示, 当内部总线为高电平,则NPN截止,最右边加一个12v的上拉电阻,使得电位钳在12v供外围电路使用

     

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  • 1. 准双向口结构准双向口,也就是说不是真正的双向口,真正意义上的双向口...准双向口的内部电路结构如下如所示:1 准双向口内部电路结构由可以看出当口线寄存器为1时,左边的场效应管断开,右边的场效应管导通...

    1. 准双向口结构

    准双向口,也就是说不是真正的双向口,真正意义上的双向口是需要通过设置专门的“输入输出方向寄存器”将IO口设为输入模式或者输出模式,才能实现对应的输入输出功能。而准双向口则不需要设置,作为输出时直接向口线寄存器写;作为输入时则需要先向IO口写1再去读。准双向口的内部电路结构如下如所示:

    aa1a21d4f865d10b3fb2d6aff6318658.png

    图1 准双向口内部电路结构

    由图可以看出当口线寄存器为1时,左边的场效应管断开,右边的场效应管导通,于是输出被电源上拉为1,输出高电平;当口线寄存器为0时,左边的管子导通,右边的管子截止,输出管脚相当于直接通过左边的管子接地,输出低电平。在读取数据时,如果口线寄存器的值为1,当管脚接低电平时,采集到时输入数据为1,反之为0,这种情况下是可以正确的读取数据的,但是如果口线寄存器的值为0 ,则左边的场效应管导通,输出相当于直接与地线相连,此时无论外部输入为高电平还是低电平,采集到的输入数据都是0,这样就不能正确的读取数据了。所以对于准双向口,作为输入口使用时,必须先向该IO口写1,再读取,这就是准双向口的特点。

    2.开漏输出结构

    开漏(open drain),这里的“漏”指的是场效应管的漏极(drain),对应于三极管的集电极(collector),开漏就是指场效应管的漏极保持开路,直接接出作为输出口,如下图所示:

    13ff1039b96d8ad33bf613276db887fc.png

    图2 开漏输出结构

    从图中可以看出,当口线寄存器为0时,管子导通,输出直接通过管子接地,输出低电平;当口线寄存器为1时,管子截止,输出脚相当于悬空,为高阻态,因此开漏输出接口不能够正确的输出高低电平。对于开漏输出结构,输出必须接上拉电阻,才能够正常使用,如下图所示:

    1f97dee34b263ddba114c63da5d2e4ec.png

    图3 开漏输出结构加上拉电阻

    外接了上拉电阻后,当口线寄存器为1时,输出被电源上拉为高电平,口线寄存器为0时,输出口通过管子直接接地,为低电平,这样就可以正确的读取外部数据了。

    很多芯片都提供开漏输出结构,这是因为开漏输出结构有很多优点:

    a. 充分利用外部电路的驱动能力,减小芯片内部的驱动,从而降低芯片的功耗,提高芯片工作稳定性

    b. 可以通过改变上拉电源的电压,改变信号的传输电平,比如某芯片的输出为3.3V电平,其输出口的上拉电源可以为5V,这样就很方便的实现了电平转换。

    当然,开漏输出也存在明显的缺点:在输出脉冲信号时,在脉冲的上升沿,电源通过上拉无源电阻对负载充电,其速度较慢,导致上升时间变长,因而会导致脉冲上升沿变坏,上拉电阻阻值越大,充电时间就越长,因此其速度越慢,而阻值较小时,其功耗又会变大,因此在设计时要兼顾速度和功耗。而对于下降沿,电源通过芯片内部的场效应管放电,其速度较快,所以上拉电阻对脉冲的下降沿影响不大,某些情况下可以考虑用下降沿输出。

    3.推挽输出

    推挽输出也是一种很常见的输出结构,其内部电路结构如图所示:

    3ed81bcb914022fb77bbd1663fc7196b.png

    图4 推挽输出结构

    与准双向口类似,只是右边的场效应管为强上拉作用,因而输出电流较大,适用于需要大电流驱动的场合。在使用推挽结构时,要注意不要将两个IO口短接,因为如果一个IO口为高电平而另外一个为低电平时,会有很大的电流流入芯片,可能烧坏芯片。

    总之呢,在使用一些不熟悉的芯片时,一定要注意其IO口的结构,根据IO口结构设计合适的电路,以免出现一些意想不到的错误。

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  •  ②与门、与非门多余不用的输入端,应接正电源以保证其逻辑功能正常,如图3 所示。 图3 与门、非门逻辑功能图 ... (1)数字集成电路一般具有一个接地引脚,电路图中有时在接地引脚旁标注有“GN
  • 移位寄存器流水灯移位寄存器流水灯PAGEPAGE 22目录1实验内容及要求2方案比较及认证3系统框图,原理说明4硬件原理,完整电路图,采用器件的功能说明4.1脉冲信号产生电路4.1.1 1 HZ 555定时器的工作原理及内部结构图...
  • 电源模块电路图 此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给,也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。电源电路中接入了电源指示LED,图中R11为LED的限流电阻。S1 为电源开关。 复位电路 单片机...
  • 可以发现其实输出寄存器与输入寄存器之间在I/O引脚处是线与状态,在GPIO设置成上位输入时,其上拉电阻闭合,这时如果输出寄存器设置为0那么在IO口内部就会自己损耗电流,而这些电流的损耗是会增加功耗的。...
  • 前一段时间学习了STM32,先是用库函数学了一个星期。发现学完之后,一些基本要用的东西能配出来,但是过程却是十分的懵逼。于是决定暂时放弃库函数,用51...首先附上GPIO口的内部电路图: 其中蓝色方框部分代表的是GP

空空如也

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寄存器内部电路图