[理学]第1章单片机硬件系统ppt课件

1、微控制器原理及应用C语言版 本章内容本章内容p什么是单片机什么是单片机 pMCS-51内部组成及信号引脚内部组成及信号引脚p单片机最小系统电路单片机最小系统电路pMCS-51存储器构造存储器构造第第1 1章章 单片机硬件系统单片机硬件系统什么是单片机什么是单片机 单片微型计算机单片微型计算机Single Chip Microcomputer简简称单片机，是指集成在一个芯片上的微型计算机，它称单片机，是指集成在一个芯片上的微型计算机，它的各种功能部件，包括的各种功能部件，包括CPUCentral Processing Unit、存储器、存储器memory、根本输入、根本输入/输出输出Input/

2、Output，简称，简称I/O接口电路、定时接口电路、定时/计数器计数器和中断系统等，都制作在一块集成芯片上，构成一个和中断系统等，都制作在一块集成芯片上，构成一个完好的微型计算机。单片机内部根本构造如图完好的微型计算机。单片机内部根本构造如图1.7所所示。由于它的构造与指令功能都是按照工业控制要求示。由于它的构造与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又称为微控制器设计的，故又称为微控制器Micro-Controller Unit，简称简称MCU。单片机的应用非常广泛，在工业控制、智能仪单片机的应用非常广泛，在工业控制、智能仪器仪表、家用电器、通信系统、信息和通信产器仪表、家用电器、通信系统

3、、信息和通信产品、办公自动化设备、商业营销设备、医疗设品、办公自动化设备、商业营销设备、医疗设备、汽车电子系统等领域，都有重要的用处。备、汽车电子系统等领域，都有重要的用处。学单片机需要什么根底？学单片机需要什么根底？1只需要掌握很根本的数电模电知识；只需要掌握很根本的数电模电知识；2与以前所学的知识关联很少；与以前所学的知识关联很少；3对各种器件的概念根本上是从对各种器件的概念根本上是从0开场；开场；4假如要用假如要用C语言编程，需具备简单的语言编程，需具备简单的C语言根底；语言根底；预备知识预备知识1电平特性电平特性q所以计算机与单片机之间通讯时需要加电平所以计算机与单片机之间通讯时需要加

4、电平转换芯片转换芯片max232。数字电路中只有两种电平：数字电路中只有两种电平： 高和低高和低本课程中定义单片机为本课程中定义单片机为TTL电平：电平：高高 +5V 低低 0VRS232电平：计算机的串口电平：计算机的串口高高 -12V 低低+12V22进制与进制与16进制的表示与转换进制的表示与转换0 0 6 1101 1 7 1112 10 8 10003 11 9 10014 100 10 10105 101 11 1011二进制的表示方式：二进制的表示方式：十六进制的表示方式：十六进制的表示方式：q规律：一般把四个二进制数放在一起转换成一规律：一般把四个二进制数放在一起转换成一个十六

5、进制数，转换时先把二进制数转换成十进个十六进制数，转换时先把二进制数转换成十进制数，再把十进制数转换成十六进制数。制数，再把十进制数转换成十六进制数。是二进制的简短表示形式。是二进制的简短表示形式。十进制中的十进制中的0-15分别表示为十六进制的分别表示为十六进制的0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F纯熟掌握二进制与十六进制之间的转换。纯熟掌握二进制与十六进制之间的转换。什么是单片机什么是单片机 C P U 存 储 器定 时 器 / 计 数 器 中 断 系 统P0-P3TxDRxD TINT并行I/O口串行I/O口单片机应用系统单片机应用系统单单片片机机接口接口电路电

6、路及外及外设等设等单片机应用系统由单片机应用系统由硬件硬件和和软件软件组组成成硬件是硬件是应用系统的根底应用系统的根底软件是在硬件的根底上软件是在硬件的根底上对其资源对其资源进展合理调配和使用进展合理调配和使用，从而完成，从而完成应用系统所要求的任务，二者互应用系统所要求的任务，二者互相依赖，缺一不可相依赖，缺一不可单片机种类 单片机硬件构造单片机硬件构造时钟电路CPUROMRAMT0 T1中断系统串行接口并行接口P0 P1 P2 P3TXD RXDINT0 INT1定时计数器中央处理器中央处理器CPU：8位，位，运算和控制运算和控制功能功能内部内部RAM：共共256个个RAM单单元，用户使用

7、元，用户使用前前128个单元，个单元，用于存放可读用于存放可读写数据，后写数据，后128个单元被个单元被专用存放器占专用存放器占用。用。内部内部ROM：4KB掩膜掩膜ROM，用于存放程序、用于存放程序、原始数据和表原始数据和表格。格。定时定时/计数器：计数器：两个两个16位的定位的定时时/计数器，实计数器，实现定时或计数现定时或计数功能。功能。并行并行I/O口：口：4个个8位的位的I/O口口P0、P1、P2、P3。串行口：串行口：一个全一个全双工串行口。双工串行口。中断控制系统：中断控制系统：5个中断源外个中断源外中断中断2个，定时个，定时/计数中断计数中断2 个，串行中断个，串行中断1个个时

8、钟电路：时钟电路：可可产生时钟脉冲产生时钟脉冲序列，允许晶序列，允许晶振频率振频率6MHZ和和12MHZ复位电路80518051单片机的根本组成单片机的根本组成中央处理器中央处理器CPU：8位，运算和控制功能位，运算和控制功能内部内部RAM：共共256个个RAM单元，用户使用前单元，用户使用前128个单元，个单元，用于存放可读写数据，后用于存放可读写数据，后128个单元被专用存放器占用。个单元被专用存放器占用。内部内部ROM：4KB掩膜掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。，用于存放程序、原始数据和表格。定时定时/计数器：计数器：两个两个16位的定时位的定时/计数器，实现定时或计数功能。计

9、数器，实现定时或计数功能。并行并行I/O口：口：4个个8位的位的I/O口口P0、P1、P2、P3。串行口：串行口：一个全双工串行口。一个全双工串行口。中断控制系统：中断控制系统：5个中断源外中断个中断源外中断2个，定时个，定时/计数中断计数中断2个，个， 串行中断串行中断1个个时钟电路：时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和和12MHZVCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0. 0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1. 0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.

10、5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0ALEP3. 0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7EAPSENRXD/TXD/INT0/ INT1/ T0/ T1/WR/ RD/1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C51时钟电路与复位电路时钟电路与复位电路 1时钟振荡电路1XTAL1XTAL2C1C2晶振8051至内部时钟电路时时 序序 关于关于MCS-51系列单片机的时序概念有系列单片机的时序概念有4个，可用定时单位来说

11、明，个，可用定时单位来说明，从小到大依次是：节拍、状态、机器周期和指令周期，下面分别加以从小到大依次是：节拍、状态、机器周期和指令周期，下面分别加以说明。说明。l1节拍节拍 把振荡脉冲的周期定义为节拍，用把振荡脉冲的周期定义为节拍，用P表示，也就是晶振的振荡频率表示，也就是晶振的振荡频率fosc。l2状态状态 振荡脉冲振荡脉冲fosc经过二分频后，就是单片机时钟信号的周期，定义为状经过二分频后，就是单片机时钟信号的周期，定义为状态，用态，用S表示。一个状态包含两个节拍，其前半周期对应的节拍叫表示。一个状态包含两个节拍，其前半周期对应的节拍叫P1，后半周期对应的节拍叫后半周期对应的节拍叫P2。l

12、3机器周期机器周期 MCS-51系列单片机采用定时控制方式，有固定的机器周期。规定一系列单片机采用定时控制方式，有固定的机器周期。规定一个机器周期的宽度为个机器周期的宽度为6个状态，即个状态，即12个振荡脉冲周期，因此机器周期个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡脉冲的十二分频。就是振荡脉冲的十二分频。l小提示小提示 当振荡脉冲频率为当振荡脉冲频率为12 MHz时时, 一个机器周期为一个机器周期为1s；当振荡脉冲频率；当振荡脉冲频率为为6 MHz时，一个机器周期为时，一个机器周期为2 s。2复位电路复位电路MCS-51V C CVCCRESETVSS22uF1KMCS-51V C CVCCRES

13、ETVSS22uF1KRESETR1R220012345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM276412345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM27641234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222112345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 12345678910111213142827262524232221

14、201918171615RAM6264 80318751805189C51256B字节4K程序程序存储器存储器内部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002HPC0000H是程序执行的起始单元是程序执行的起始单元,在这三个单元存放一条在这三个单元存放一条无条件转移指令无条件转移指令中断中断5中断中断4中断中断3中断中断2中断中断10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中断外部中断0定时器定时器0中断中断外部中断外部中断1定时器定时器1中断中断串行口中断串行口中断8位位0FFFH0FFEHEA=

15、1 EA=0EA=1 EA=0程序程序存储器资源分布存储器资源分布中断入口地址中断入口地址l在单片机在单片机C语言程序设计中，用户无需考虑程语言程序设计中，用户无需考虑程序的存放地址，编译程序会在编译过程中按照序的存放地址，编译程序会在编译过程中按照上述规定，自动安排程序的存放地址。上述规定，自动安排程序的存放地址。l例如：例如：C语言是从语言是从main函数开场执行的，函数开场执行的，编译程序会在程序存储器的编译程序会在程序存储器的0000H处自动存放处自动存放一条转移指令，跳转到一条转移指令，跳转到main函数存放的函数存放的地址；中断函数也会按照中断类型号，自动由地址；中断函数也会按照中

16、断类型号，自动由编译程序安排存放在程序存储器相应的地址中。编译程序安排存放在程序存储器相应的地址中。因此，读者只需理解程序存储器的构造就可以因此，读者只需理解程序存储器的构造就可以了。了。0000HFFFFH(64K)内部外部数据数据存储器存储器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM专用存放器0000H H07H07H0808H H0FH0FH1010H H17H17H1818H H1FH1FH0区区R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R71区区2区区3区区工作寄存器区工作寄存器区可位寻址区可位寻址区20H2FH7F 7807 0030H7FH数据缓

17、冲区数据缓冲区/堆栈区堆栈区内部内部RAMRAM存储器存储器 工作存放器区选择位RS0、RS1注意注意: : 一个单元地址对应有一个单元地址对应有8 8个位地址个位地址MSBMost Significant Bit MSBMost Significant Bit 最高有效位最高有效位LSB Least Significant Bit LSB Least Significant Bit 最低有效位最低有效位单元地址单元地址2FH2FH2EH2EH2DH2DH2CH2CH2BH2BH2AH2AH29H29H28H28H27H27H26H26H25H25H24H24H23H23H22H22H21H2

18、1H20H20H7F7F77776F6F67675F5F57574F4F47473F3F37372F2F27271F1F17170F0F0707 MSBMSB 位地址位地址 LSBLSB7E7E76766E6E66665E5E56564E4E46463E3E36362E2E26261E1E16160E0E06067D7D75756D6D65655D5D55554D4D45453D3D35352D2D25251D1D15150D0D05057C7C74746C6C64645C5C54544C4C44443C3C34342C2C24241C1C14140C0C04047B7B73736B6B636

19、35B5B53534B4B43433B3B33332B2B23231B1B13130B0B03037A7A72726A6A62625A5A52524A4A42423A3A32322A2A22221A1A12120A0A020279797171696961615959515149494141393931312929212119191111090901017878707068686060585850504848404038383030282820201818101008080000RAM位寻址区位地址表位寻址区位地址表离散分布有离散分布有2121个个特殊功能存放器特殊功能存放器SFRSFR。 1111个可以进展个可以进展位寻址。位寻址。特别提示：对特别提示：对SFRSFR只能使用直接只能使用直接寻址方式，书写时寻址方式，书写时可使用存放器符号