(第1章) 单片机教案

(第1章) 单片机教案 1概论1.1单片机特点及发展概况 一、什么是单片机 二、单片机的特点 三、单片机的应用 四、单片机的发展概况1.2常用8位单片机系列介绍 一、Zilog公司Z8系列单片机 二、Motorola公司M6800系列单片机 三、51系列单片机a)Intel公司MCS 51、96系列单片机b）Atmel公司AT89C51系列单片机本课程主要内容以编程应用为中心学习单片机学习特点软件为主，硬件为辅；围绕软件，了解硬件；软硬结合，解决问题251系列单片机结构及工作原理2.151系列单片机整机结构 一、内部结构CPU、RAM、ROM、I/O接口、CTC 二、外部引脚从内部了解51系列单片机，为编程服务从外部认识51系列单片机，为接线服务了解CPU控制器的4个组成部分1程序计数器PCProgram Counter2数据指针DPTRData Pointer3指令译码器4指令寄存器了解运算器的组成，认识累加器ACC明确51系列单片机一般组成CPU、（ROM）、256B RAM、216位CTC、5个中断源、48位并行I/O接口、1个全双工串行接口MCS8031单片机无ROM型，需要外接ROM或EPROM作程序存贮器这里ROM是广义的程序存贮器，既包括真正的ROMRead Only Memory，又包括EPROM ErasableProgrammable Read OnlyMemory，还包括最新的闪存FPEROMFlash Programmableand ErasableReadOnlyMemory，优盘的核心MCS8031单片机无ROM，不是真正的单片机MCS8051单片机4K ROMMCS8751单片机4K EPROMAT89C51单片机4K FPEROM，以及AT89S51AT89C2051单片机2K FPEROM，28位并行I/O接口，20脚，以及AT89S2051重点掌握PC、DPTR、PSW、ACC了解指令译码器、指令寄存器、算术逻辑单元ALU（Arithmetic LogicUnit）PC16bit ProgramCounter,16位程序计数器，功能为CPU提供程序存贮器的地址。 特点程序执行时自动加1计数加 1、2或3；程序跳转时赋入新数直接赋值。 DPTR16bit DataPointer,16位数据指针功能寻址特点可用指令MOV DPTR，#DATA16整体赋值；可用INC DPTR指令加1。 PSW:Program StateWord功能指示指令执行后各部状态特点指令执行后自然影响，或由指令直接赋值ACC:Aumulator功能存贮指令执行前的已知数据；存贮指令执行后的中间结果。 2.251系列单片机存贮器结构 一、存贮器划分方法 二、程序存贮器 三、数据存贮器 四、内部RAM的分区 五、堆栈Stack及堆栈指针Stack Pointer建立特殊功能寄存器SFRSpecial FunctionRegister,栈Stack、字节寻址、位寻址等概念了解51系列单片机存贮器划分了解程序存贮器的组成及其特殊单元的定义7FH FFHF0H寄存器BE0H累加器A用户RAM区D0H程序状态字PSW堆栈、数据暂存等B8H中断优先级控制字IPB0H并行I/O口P3A8H中断控制字A0H并行I/O口P230H99H串行口缓冲器2FH98H串行口控制字可位寻址区90H并行I/O口P18DH定时器T1的高8位位地址00H7FH8CH定时器T0的高8位20H8BH定时器T1的低8位1FHR78AH位18H3组工作寄存器区定时器T0的低8R089H定时器组合模式控制字17HR72组工作寄存器区88H定时器工作方式控制字10H R087H电源控制字0FHR783H位08H1组工作寄存器区数据指针高8R082H数据指针低8位07H R700H R00组工作寄存器区81H堆栈指针80H并行I/O口P0图1RAM的分区、SFR及堆栈堆认识RAM的分区、SFR及堆栈明确51系列单片机存贮器从物理上分为4个空间内部RAM、内部ROM、外部RAM、外部ROM从逻辑上分为3个空间内RAM,外RAM,内ROM和外ROM明确51系列单片机一般组成CPU、（ROM）、256B RAM、216位CTC、5个中断源、48位并行I/O接口、1个全双工串行接口程序存贮器特殊单元0000H主程序入口；0003H0号外部中断服务子程序入口；000BH0号CTC中断服务子程序入口；0013H1号外部中断服务子程序入口；001BH1号CTC中断服务子程序入口；0023H串行口中断服务子程序入口。 明确程序存贮器起始单元中只有0000H单元的用途主程序入口是硬性规定，其余都是弹性规定。 此处弹性规定的含义是没有相应的中断服务子程序时，该地址可以灵活运用。 明确位寻址区有两种寻址方法可用字节（整体）寻址和按位独立寻址知道堆栈先进后出的特点及应用知道内部RAM的分区作业1AT89C51单片机片内包含那些主要逻辑功能部件。 251系列单片机的EA端子有何用途。 3简答51系列单片机存贮器的4个物理空间和3个逻辑空间，如何访问不同的存贮空间。 4简述51系列单片机片内RAM的空间分配。 2.351系列单片机并行I/O端口结构 一、P1口结构及功能U ?5V内部读锁存器信号缓冲器?50k内部DB DQ锁存器MOS电子开关内部写信号CP QT1P1.XX?07缓冲器内部读引脚信号P1口线内部结构图2功能准双向I/O口作输入之前要先输出1，断开下拉电子开关有读锁存器功能，可防止误读拉电流能力0.1mA灌电流能力10mA 二、P2口结构及功能功能准双向I/O口作输入之前要先输出1，断开下拉电子开关有读锁存器功能，可防止误读拉电流能力0.1mA灌电流能力10mA第二功能高8位地址线A158内部读锁存器信号缓冲器内部控制信号内部地址信号U ?5V?50k内部DB DQ锁存器单刀双掷电子开关内部写信号MOS电子开关T1反相器P2.XX?07CP Q缓冲器内部读引脚信号P2口线内部结构图3 三、P3口结构及功能功能准双向I/O口作输入之前要先输出1，断开下拉电子开关有读锁存器功能，可防止误读拉电流能力0.1mA灌电流能力10mA第二功能串行口等U ?5V内部读锁存器信号缓冲器第二输出功能?50k内部DB DQ锁存器内部写信号MOS电子开关T1P3.XX?07CP Q缓冲器与非门内部读引脚信号第二输入功能P3口线内部结构图4 四、P0口结构及功能功能1.准双向I/O口2.数据总线3.低8位地址总线A70内部读锁存器信号缓冲器地址/数据控制U ?5V与门T1内部DB DQMOS电子开关T2锁存器P0.XX?07内部写信号CP Q单刀双掷电子开关缓冲器内部读引脚信号控制?0与门被封锁，电子开关下掷，T1截止，作开漏口线控制?1与门敞开，电子开关上掷，作地址/数据线P0口线内部结构图5明确某口线作输入之前要先输出1准双向含义知道P 0、P 2、P3口线的第二功能明确P 1、P 2、P3口线内部有约50k?的上拉电阻知道NMOS电子开关的特性栅极接受高电平时导通；接受低电平时断开。 2.451系列单片机时序和复位 一、晶振频率f oscfosc?6MHz，11.0592S1MHz，12MHz S4S5S6S2S3f oscP1P251系列单片机振荡频率及时钟频率发生器石英晶体C2二分频器振荡器C1图6 二、时钟频率P、时钟周期（状态周期）f P1?f P2?0.5f osc，f P1与f P2错开180?。 时钟频率的倒数称为时钟周期，也叫。 三、机器周期六个状态周期组成一个。 四、指令周期机器周期是指令周期的基本单位。 就是说，1个指令周期最少包括1个机器周期。 按照包括机器周期的个数，实际指令周期分为单周期、1,P2双周期和四周期共三种。 总结建立晶振频率、时钟频率、时钟周期、机器周期、指令周期等概念知道晶振频率二分频为两相时钟频率；知道一个机器周期包括两个时钟周期；知道一个指令周期包括1个、2个或4个机器周期；知道51系列单片机使用了指令交叉执行技术，即在当前指令尚未执行完毕前已经开始下一条指令的取指操作。 所以51系列单片机很多指令长度为双字节，但执行时间为单周期。 大大提高了工作速度。 2.551系列单片机的复位 一、复位要求给Reset引脚一个脉宽不小于2个机周的正脉冲例晶振频率f osc=12MHz时，机器周期T?1?s，则要求加在Reset引脚的脉宽不小于2?s。 在正脉冲期间，单片机完成复位任务，使有关的寄存器、计数器等成为特定状态。 正脉冲结束时，单片机开始执行程序。 Button5VR11k?C1?F9AT89C51ResetR10k?U R5V2Vo t1t图7复位电路 二、复位方法uc(0?)?0uc(?)?5V按照三要素法uc(t)?uc(?)?uc(0?)?uc(?)e?t/?代入uc(0?)?0和uc(?)?5V有uc(t)?5(1?e?t/?)V电阻R上的电压即AT89C51单片机Reset引线的输入电压为uR(t)?5V?uc(t)?5e?t/?V在刚上电时，uR(t)?5V。 随着时间进行，uR(t)要按照负指数曲线下降。 当下降到uR(t1)?2V时，高电平变为低电平，单片机开始执行程序。 t1就是有效复位时间。 令uR(t1)?5et/?1?t/?1V?2V由此求出e?2.5t1?ln2.5?例晶振频率f osc=12MHz时，机器周期T在Reset引脚的脉宽t1?2?s，则有?2?10?6?1?s，要求加s若电阻RC?2?1010?10?10k?，则可求出电容值?63?2?10?10F?200pF为保险起见，通常取电容C=1?F。 电阻R2以电容放电不过快为宜，通常取R1?1k?。 三、复位影响除SBUF以外的20个SFR 四、复位结果P0P3口