单片机基础知识及开发工具应用概论(PPT 57页).ppt

任务2单片机硬件结构,1认知单片机芯片，完成单片机最小系统电路设计，会正确选择单片机型号。2了解51系列单片机引脚功能和内部结构，熟悉CPU功能。3熟悉片内存储器分配，了解特殊功能寄存器。4了解单片机时序概念，掌握单片机复位电路和低功耗技术使用。,一、任务描述,通过对单片机LED发光二极管相应电路的练习，认识单片机最小系统。能对典型硬件电路进行分析，并认知各元器件的作用，掌握元器件参数选型设计。,（一）51系列单片机概述,1单片机概念单片机是一种智能集成电路芯片。它将CPU、存储器、输入和输出接口电路集成在同一块芯片上，构成一个即小巧又很完善的微型计算机硬件系统。简称：单片机。由于单片机是做嵌入式应用，故又称为嵌入式控制器。根据数据总线的宽度不同，单片机可分为8位机、16位机和32位机。增强型单片机内部集成了ADC、DAC、中断单元、定时单元等更复杂、更完善的电路。,二、相关知识,特点：在程序的控制下能准确、迅速、高效、单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，完成程序设计者事先规定的任务。在实际使用中，可将单片机看作是一个可以通过软件控制的智能多路开关（AT89C51为32路），其引脚输入/输出数字为“1”（高电平+5V）和“0”（低电平0V），可以直接驱动LED等负载。,二、相关知识,（一）51系列单片机概述,2单片机特色简化了多而繁杂的各类电路设计。小巧灵活、成本低、功耗低、可靠性好，抗干扰性强，易于产品化，应用范围广。智能化设备的核心，能组装成各种智能测控设备及智能仪器仪表。易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。具有通讯功能，可以很方便地实现多机和分布式控制，形成控制网络和远程控制。,二、相关知识,（一）51系列单片机概述,3.如何选择单片机满足市场对产品的要求。是否容易购买。性价比要高，开发费用低。印刷板设计容易，加密性能优良。引脚驱动能力大，尽量使用内部资源，减少外扩器件。产品有一定的升级余地，开发周期短工作温度范围广，电源适应能力强。,二、相关知识,（一）51系列单片机概述,4.学习单片机方法必须掌握数字电路和模拟电路方面的知识。学习和掌握单片机原理、硬件结构、接口电路和编程语言。熟悉外围硬件扩展接口和各类传感器电路应用，尽可能了解各学科中的控制项目、控制过程和方法。软件编程多练习，在反复练习中掌握程序设计。借助仿真软件完成实践操作。,二、相关知识,（一）51系列单片机概述,5.常用8051内核单片机类型,二、相关知识,1）MCS-51系列单片机MCS-51是指由美国INTEL公司生产的一系列高性能8位单片机的总称，也就是我们平常讲的51系列单片机。所以人们习惯于用8051来称呼MCS-51系列单片机。,2）AT89系列单片机ATMEL公司将闪速存储器与MCS-51控制器相结合，开发生产了新型的8位单片机-AT89系列单片机，片内带有可编程可擦写只读存储器PEPROM。,常用ATMEL单片机芯片DIP封装实物图和引脚图,5.常用8051内核单片机类型,3）STC系列单片机STC系列单片机是深圳宏晶科技公司推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，无需仿真器或专用编程器就可进行单片机应用系统的开发，方便了单片机的学习和应用。按照工作速度与片内资源配置的不同，STC系列单片机可分为：12T系列：STC89系列。6T系列：STC90系列。1T系列：STC10/11系列、STC12/15系列。注：12T是指一个机器周期需要12个时钟。,5.常用8051内核单片机类型,（二）单片机内部结构,1单片机功能概述STC12C5A60S2系列单片机是STC12系列的典型产品，是高速/低功耗/超抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快812倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/秒）。,STC12C5A60S2主要指标1,增强型8051CPU，1T型。工作电压范围宽：5.5V3.5V可正常工作。工作频率范围：035MHz，相当于普通8051的0420MHz。用户应用程序空间：60K字节Flash程序存储器，1280字节SRAM，有1K的EEPROM功能。通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）。可设置成四种模式：准双向口、弱上拉、强推挽和强上拉，每个I/O口驱动能力均可达到20mA。,STC12C5A60S2主要指标2,ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）。时钟源：外部高精度晶体和内部R/C振荡器。共4个16位定时器。两个与传统8051兼容的16位定时器/计数器0和1，没有定时器2，但有独立波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器。3个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟，独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟。,STC12C5A60S2主要指标3,外部中断I/O口7路：除了传统的下降沿中断或低电平触发中断外，新增支持上升沿中断的PCA模块。PWM（2路）/PCA（可编程计数器阵列2路）。可用来当2路D/A使用；可用来再实现2个定时器；也可用来再实现2个外部中断（上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持）。A/D转换：8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/秒）。通用两个全双工异步串行口（UART）。,2.单片机内部结构图,3.单片机CPU结构,CPU是单片机的核心部分，分为运算器和控制器两部分。,运算器运算器由算术/逻辑运算单元ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存器（TMP1、TMP2）和程序状态寄存器PSW组成。主要用来完成:数据的传送、算术/逻辑运算和位变量处理等操作。,3.单片机CPU结构,注意：汇编语言中对累加器ACC、寄存器B和程序状态寄存器PSW必须详细了解，掌握其应用。在C语言中只要知道有这么个概念，不要求深入。,2)控制器控制器是CPU的指挥中心，由指令寄存器IR、指令译码器ID以及程序计数器PC等组成。完成：取指令存放（IR）译码（ID）执行指令操作再取指令的循环过程。PC指到哪里，CPU就从哪里开始执行程序。单片机复位后，PC=0000H。,（三）单片机引脚功能及最小系统,1单片机封装及引脚功能,（三）单片机引脚功能及最小系统,（三）单片机引脚功能及最小系统,（三）单片机引脚功能及最小系统,（三）单片机引脚功能及最小系统,（三）单片机引脚功能及最小系统,（三）单片机引脚功能及最小系统,（三）单片机引脚功能及最小系统,（三）单片机引脚功能及最小系统,（三）单片机引脚功能及最小系统,2单片机最小系统,时钟频率小于12MHz时的单片机最小系统,用最少的元件组成的单片机系统被称为单片机最小系统。,（三）单片机引脚功能及最小系统,时钟频率高于12MHz时的单片机最小系统,（四）存储器结构和特殊功能寄存器,STC12C5A60S2单片机的程序存储器和数据存储器是各自独立编址的。其所有程序存储器都是片上Flash存储器，不能访问外部程序存储器。1.ROM60KB的程序存储器，其地址为0000H0EFFFH,【通用固定存储器地址分配如下：】,0000H复位入口地址（主程序入口）0003H外部中断0中断入口地址。000BH定时/计数器0中断入口地址。0013H外部中断1中断入口地址。001BH定时/计数器1中断入口地址。0023H串行口中断入口地址。,更多的中断向量地址见单独的中断章节,2.片内RAM,规定单元地址长度为8位工作寄存器区（00H1F）idata、data位寻址区(20H2FH)bdata、idata、data用户区（30H7FH）idata、data,1）内部低128字节RAM介绍-也称通用RAM区,2）内部高128字节RAM（80HFFH）idata,3）特殊功能寄存器（SFR）,功能固定。每一个特殊功能寄存器的状态都与某一具体的硬件接口电路相关，用来对片内各功能模块进行管理、控制和监视。设置后，才能使用对应硬件电路。使用中，一般用它的特殊功能寄存器名称，而不用地址。如：P0P3、PCON、SCON、TCON、SBUF、IE、IP、TMOD、TH0、TL0、TH1、TL1等,（五）单片机时序与复位电路,STC12C5A60S2单片机的程序存储器和数据存储器是各自独立编址的。其所有程序存储器都是片上Flash存储器，不能访问外部程序存储器。,（五）单片机时序与复位电路,STC12C5A60S2单片机的时钟1）时钟源的选择有两个时钟源：内部R/C振荡时钟和外部晶体时钟。,（五）单片机时序与复位电路,2）系统时钟与时钟分配寄存器时钟源输出信号经过一个可编程时钟分频器后再提供给单片机CPU和内部接口，为了区分时钟源信号与CPU内部接口的时钟，时钟源信号（振荡器时钟）的频率记为fOSC，CPU、内部接口的时钟称为系统时钟，记为fSYS。fSYS=fOSC/N。,（五）单片机时序与复位电路,N为时钟分频器的分频系数，由时钟分频寄存器CLK_DIV定义,（五）单片机时序与复位电路,（五）单片机时序与复位电路,2.复位单片机在上电以后内部的电路处于一种随机状态，这时如果开始工作则会出现混乱。因此，对单片机而言，必须做准备工作，让程序、单片机引脚、存储器等从默认的初始状态开始行，我们把这个准备过程称为单片机复位。复位是使单片机回到初始化状态的一种操作，单片机结束复位状态后从用户程序区的0000H处开始正常工作。,（五）单片机时序与复位电路,2.复位STC12C5A60S2系列单片机有5种复位方式：外部RST引脚复位、外部低压检测复位、软件复位、掉电复位/上电复位和看门狗复位。,1）外部RST复位（第一复位功能）,将RST复位管脚拉高并维持至少24个时钟加10s后，单片机会进入复位状态，将RST复位管脚拉回低电平，单片机结束复位状态并从系统ISP监控程序区开始执行程序。,2）外部低压检测复位（高可靠复位，新增第二复位功能脚RST2复位）,低于1.33V复位（通过2个电阻分压实现外部可调复位门槛电压复位）。时钟频率高于12MHz时，建议使用第二复位功能脚。外部低压检测若不作第二复位功能时，可作外部低压检测，经比较可产生中断。这样用户可以用查询方式或中断方式检查外部电压是否偏低。当外部供电电压过低时，无法保证单片机正常工作。,3）软件复位,控制IAP_CONTR特殊功能寄存器的其中两位SWBS/SWRST：SWBS：软件复位程序启动区的选择控制位。=0，复位后选择从用户应用程序区启动；=1，复位后选择从系统ISP监控程序区启动。SWRST：软件复位控制位。=0，不复位；=1，产生软件复位。,4）内部上电复位/掉电复位当电源电压VCC低于上电/掉电复位检测门槛电压时，所有的逻辑电路都会复位。当VCC重新恢复到复位检测门槛电压以上后，延迟32768个时钟后，上电复位/掉电复位结束。进入掉电模式时，上电复位/掉电复位功能被关闭。,5）MAX810专用复位电路若MAX810专用复位电路在STC-ISP编程器中被允许，则以后上电复位后将再产生约200ms延迟，复位才能被解除。,6）看门狗（WDT）复位复位看门狗的方法是重写看门狗特殊功能寄存器WDT_CONTR。,WDT_FLAG：看门狗溢出标志位。EN_WDT：看门狗允许位。当设置为“1”时，看门狗启动。CLR_WDT：看门狗清“0”位。=1，启动后，硬件将自动清“0”此位，看门狗将重新计数。IDLE_WDT：看门狗“IDLE”模式（空闲模式）位。=1，看门狗定时器在“空闲模式”计数；=0，看门狗定时器在“空闲模式”时不计数。,PS2、PS1、PS0：看门狗定时器预分频值,7）冷启动复位和热启动复位,（一）工作任务,对图1-2-9所示电路进行硬件电路分析和阅图。,在图1-2-9所示电路中，与数码管相连电阻起限流作用，R1和C1起单片机上电复位作用，C2和C3帮助石英晶体起振。,（二）实践操作,1利用电子CAD绘制如图1-2-9LED显示电路。,2查阅相关资料，熟悉LED发光原理。,3对电路进行分析，设置选择合适的参数范围。,4认知各元器件的作用，完成表1-2-3填空。,（一）问答题1什么是单片机？有哪几部分组成？简述单片机的功能与特点？2单片机最小系统包括几个部分？应如何设计？3选择单片机的依据是什么？4单片机为什么要有复位电路？为什么要有时钟电路？5简述单片机片内低128字节的数据存储器组成。6简述程序存储器中的特殊入口地址分配。,（二）填空题1单片机是指将、和集成在同一块芯片上的微型计算机。其工作电压为V，单片机I/O口输出数字“1”表示输出电平，其电压约为V，输出数字“0”表示输出电平，其电压约为V。2CPU表示，可分为和两部分。ROM表示，RAM表示，I/O表示。,（二）填空题3平常讲的51系列单片机是指单片机，其典型产品为。目前我国使用较多的51系列单片机是系列单片机和系列单片机。4STC系列单片机可分为：12T系列、6T系列和1T系列。其中1T是指。STC89系列是