单片机的内部结构、时序以及最小系统设计PPT演示课件

1,学单片机需要具备的条件,与以前所学的知识关联很少；对器件的概念基本上是从0开始；如果要用C语言编程，需具备一定的C语言基础；故：所有人都站在了同一起跑线上！,1,单片机的特点及应用,1.单片机的特点,体积小，重量轻,电源单一，功耗低,功能强，价格低,运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高,可以嵌入到电子产品中嵌入式应用系统,2,2.单片机应用,工业方面,民用方面,仪表方面,电讯方面,数据处理方面,汽车方面,3,3.单片机种类,目前8位单片机仍是单片机的主流机型；,生产厂商：,单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16位机的发展过程,美国微芯片公司:PIC16C系列、PIC17C系列、PIC1400系列，美国英特尔公司的MCS-48和MCS-51系列，美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列，美国齐洛格公司的Z8系列，日本电气公司的PD78系列，美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的F8（3870）系列等。,4,单片机硬件结构,结构框图,中央处理器CPU：8位，运算和控制功能,内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。,内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。,定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。,并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。,串行口：一个全双工串行口。,中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个）,时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和12MHZ,5,1、标准8051单片机的基本组成,中央处理器CPU：8位，运算和控制功能内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行口：一个全双工串行口。中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个）时钟电路：可产生单片机工作所需时钟，晶振频率0MHz24MHz（35MHz）,6,2、MCS-51单片机信号引脚简介,P3口线的第二功能,VCC,VSS,XTAL2XTAL1,RST,P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7,P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7,P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0,ALE,P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7,2、振荡电路：XTAL1、XTAL2,3、复位引脚：RST,4、并行口：P0、P1、P2、P3,7、ALE：地址锁存控制信号,1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地),7,3.存储器,80318751805189C51,256B（字节）,4K,64K,64K,8,(1)程序存储器,程序存储器,内部,外部,(PC),程序存储器资源分布,中断入口地址,9,内部,外部,(2)数据存储器,数据存储器,RAM,专用寄存器,内部RAM存储器,工作寄存器区选择位RS0、RS1,10,注意:一个单元地址对应有8个位地址MSBMostSignificantBit（最高有效位）LSBLeastSignificantBit（最低有效位）,RAM位寻址区位地址表,11,高128个单元,离散分布有21个特殊功能寄存器SFR。,11个可以进行位寻址。,特别提示：对SFR只能使用直接寻址方式，书写时可使用寄存器符号，也可用寄存器单元地址。,12,4、并行输入/输出电路结构,P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7,P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7,P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0,P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7,4个8位并行I/O口：P0，P1，P2，P3；,均可作为双向I/O端口使用。,(1)特点：,P0：访问片外扩展存储器时，复用为低8位地址线和数据线,P2：高8位地址线。,P1：双向I/O端口,P3：第二功能,13,ALE,指令1：MOVP1,#00H,指令2：MOVP1,#0FFH,指令3：MOVP1,#0AAH,(2)输出举例,指令4：CLRP1.0,指令5：SETBP1.0,0,+5V,14,(3)输入举例,ALE,读端口：MOVP3,#11111111B,MOVA,P3,89C51,寄存器A,注：当I/O端口作为输入使用时，需先向端口写入“1”，使内部的FET截止，再读入引脚的状态。,你知道P3.4对应寄存器A哪一位吗？,你知道这是为什么吗？,0,1,15,5、时钟电路与复位电路(1)时钟振荡电路,16,(2)复位电路,单片机复位条件:必须使RST引脚持续2个机器周期的高电平,谁知道复位电路怎么起到复位的作用?,17,四、单片机的工作过程,取指过程,例:MOVA,#09H74H09H;把09H送到累加器A中,执行过程,PC=,0000H,01110100,00001001,(PC),(PC),0001H,0002H,0000H,外部控制总线CB,取指过程,(PC),执行过程,你知道PC的作用吗？,18,19,五、51系列单片机介绍,Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等；Philips、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的许多产品。,80C51是MCS-51系列中CHMOS工艺的一个典型品种；其它厂商以8051为基核开发出的CMOS工艺单片机产品统称为80C51系列。当前常用的80C51系列单片机主要产品有：,19,20,STC12C/LE5A60S2简介,20,21,STC12系列单片机引脚图与实物图,22,23,23,24,25,CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；I/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出；T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；,25,26,五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最高振荡频率为12M。,26,27,单片机最小系统,27,28,P0P3：通用I/O口；VCC：电源端，一般接5V；GND：电源地；XTAL1，XTAL2：外接晶体振荡器，不能超过24M；需加微调电容，一般为30pF；RST/VPD：复位端，平时为低电平；ALE/PROG：地址锁存允许信号端；EA/Vpp：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端；,28,29,2.2.4控制器,1.时钟电路,（a）内部时钟电路；（b）HMOS型外部振荡源(C)CHMOS型外部振荡源,29,30,单片机工作的基本时序,.机器周期和指令周期（1）振荡周期:也称时钟周期,是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。（2）状态周期:每个状态周期为时钟周期的2倍,是振荡周期经二分频后得到的。（3）机器周期:一个机器周期包含6个状态周期S1S6,也就是12个时钟周期。在一个机器周期内,CPU可以完成一个独立的操作。（4）指令周期:它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。每条指令执行时间都是有一个或几个机器周期组成。MCS-51系统中,有单周期指令、双周期指令和四周期指令。,30,31,1.时钟电路引脚：XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在单片机内部，它是构成片内振荡器的反向放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部振荡器的输入端。XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在单片机内部，它是构成片内振荡器的反向放大器的输出端。当采用外部振荡器时，此引脚应悬空。,31,32,2.控制信号引脚：RST/VPD:RST是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持2个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。RST引脚的第二功能是备用电源的输入端。,上电复位,按键复位,32,33,ALE/PROG:(AddressLatchEnable/Programming)当单片机上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正弦脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。CPU访问外部存储器时，ALE作为锁存低8位地址的控制信号。此引脚的第二功能PROG作为8751编程脉冲输入端使用。,33,34,PSEN：(ProgramStoreEnable)在访问片外存储器时，此端定时输出负脉冲作为片外存储器的选通信号。EA/VPP：(EnableAddress/VoltagePulseOfProgramming)当EA接高电平时，CPU访问片内ROM，并执行内部程序存储器中的指令，但当PC（程序计数器）的值超过4K时，将自动转去执行片外存储器内的程序。当EA脚接低电平时，CPU只访问片外ROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。VPP是对8751片内ROM固化程序时，作为施加较高编程电压（12V21V）的输入端。,34,35,3.输入输出引脚：P0P3：4个8位双向输入输出端口，每个端口都有锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。4个端口都可以做输入输出口使用，其中，P0和P2通常用于对外部存储器的访问。在这种方式下，把P0口作为地址/数据总线使用，分时输出外部存储器的地址和传送8位数据。当扩充外