单片机技术及工程实践第1章课件

1、 要使单片机技术的学习从入门进阶到运用自如，必须要多思考,多看电路图,多读程序,多编程序、多查技术手册，多动手实践，也就是说知识结合工程实现，就能达到得心应手掌握这门技术的目的. 1第1章 51系列单片机的硬件结构 1.1 单片机概述 1.1.1 微型计算机的基本功能构件 三大功能构件: 微处理器(CPU)，存储器,I/O 接口. 由三总线连接: 地址总线、数据总线、控制总线. 通过I/O接口与外围设备连接,见图1-1. 2 图1-1 微型计算机的基本功能构件3 结构形式不同的4种类型计算机：1. 单板机CPU、存储器、I/O接口电路以及简单的输入/输出设备组装在同一块印制电路板而成,如20世

2、纪70年代流行的机型TP801. 2. 单片机CPU、存储器、 I/O接口电路和实时控制器件等集成在一块芯片上的单片微型计算机,简称单片机.43. 微型计算机CPU、存储器、I/O接口电路通过总线有机地联系在一起的整体，称为微型计算机，如20世纪80年代流行的TRS80机型. 4. 微型计算机系统微型计算机与外围设备(如CRT显示器、磁盘机、打印机)、 电源、系统软件一起构成的系统，如20世纪80年代流行的APPLE/型和如今的IBM PC. 5单片机与微型计算机的主要区别：1. 应用方面 通用微机：主要面向数据处理,以提高计算速率和计算精度为发展目标. 单片机：主要面向过程控制,属于功能很强

3、的过程控制机,但数据处理能力较弱. 2. 存储器方面通用微机: 增大存储容量和提高存取速度. 单片机：存储器的结构简单,能够直接与单片机总线连接并对物理地址单元进行寻址. 63. 外设方面 通用微机：I/O接口主要通过标准总线与标准外设配接，标准外设通常能即插即用. 单片机：单片机的外设种类很多,且均属非标准外设,用户必须针对具体的外围设备设计相应的接口电路,接口电路的设计成为了单片机应用技术中一项重要的内容.71.1.2 单片机的发展概况 单片机经历了4位机、8位机、16位机、32位机几个典型的发展阶段. 1. 单片机硬件技术的发展过程 单片微型计算机(Single Chip Micro C

4、omputer),缩写为 MCU(Micro Controller Unit);也有人称之为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller).(1) 4位单片机 1971年由美国Intel公司推出了4位单片机4004,随后是美国和日本的多家公司推出. 8(2) 8位单片机 1976年美国Intel公司首先推出了MCS48系列8位单片机；1986年Intel公司推出的MCS51系列8位单片机,具有16位的地址总线和64KB的寻址能力. (3) 16位单片机 1983年美国Intel公司推出了MCS96系列16位单片机，随后其它公司也逐渐推出. (4) 32位单片机 近年厂商着力

5、于研制性能更高的32位单片机,但由于控制领域的需求不迫切,应用并不广泛. 9 3) I/O口线可双功能复用,解决有限引脚数目的问题. 1) ROM和RAM分开成为两个严格独立的地址空间,寻址方式不同. 2) 指令系统主要面向控制，逻辑和位控制更强,由指令切换功能而不必依靠硬件跳线. 4) 能对ROM、RAM、I/O口等进行扩展,接口与许多通用的微机芯片兼容. 2. 单片机的特点103. 常用单片机系列 单片机至今已达几十个系列,几百种型号. 本书把基于8051内核的单片机统称51系列单片机.Intel公司的MCS-51系列和 Atmel公司的AT89系列相互兼容. 常见单片机系列有：Intel

6、 的 MCS系列,和Atmel的AT89系列.Philips 的 80C51系列.Winbond 的 W78系列.Motorola 的 68H系列.Microchip 的PIC系列. 111.1.3 51系列单片机的基本类型1)内部无ROM型: 8051/8052,80C51/80C522)工厂掩膜ROM: 8031/8032,80C31/80C323)紫外光EPROM: 8751/8752,87C51/87C524)电擦写FLASH ROM: 89C51,89C52,89C2051紫外光EPROM型电擦写FLASH ROM型121.2 51系列单片机芯片结构1.2.1 51系列单片机基本组成

7、结构分为8大组成部分131.2.2 51系列单片机的引脚及其功能(普通双列直插式)(薄方形适于SMT焊装)(俯视反钟向读引脚序号)141.3 51系列单片机的中央处理器51系列单片机内部结构框图1-6151.3.1 运算部件 (图1-6中红色所示)1. 算术逻辑运算单元ALU (含布尔处理机)2. 累加器ACC3. 寄存器B4. 程序状态字PSW (位定义如下)161.3.2 控制部件 (图1-6中蓝色所示)1. 程序计数器 PC2. 指令寄存器 IR3. 指令译码器 ID4. 数据指针 DPTR5. 堆栈指针 SP6. 时钟电路(外接晶振的内部时钟方式)17定义四种周期: 1.振荡周期 2.

8、状态周期S (分P1,P2两相) 3.机器周期 4.指令周期区分四类指令:a)单字节单周期b)双字节单周期c)单字节双周期d)单字节双周期1.3.3 CPU的工作时序181.4 存储器结构及存储空间1.4.1 程序存储器(1)191.4.2 片内数据存储器(2)寻址区域: (祥见图1-15)1.工作寄存器区 (区号 0 3) (代号 R7R0)2.位寻址区(128位) D制代号:0 127 H制代号:00H7FH3.字节寻址区 (堆栈需设于高端)201.4.3 特殊功能寄存器(2)SFR数量(祥见表1-2):51子系列定义了21个,52子系列定义了26个.可位寻址的SFR单元： 共12个,见左

9、图举例.注：SFR区与52子系列高128B RAM 重叠(后者RAM只能用间接寻址方式访问).211.4.4 片外数字存储器(3)51系列单片机外部扩展的RAM区，方式：间接寻址数据指针：R0,R1, (范围256B)数据指针：DPTR,(范围64KB)扩展方法：通过并行总线 或：通过串行总线(见末章)221.5 并行I/O接口1.5.1 P0口的结构及功能 (属8位双向口)P0口的1位结构(图1-16)23(1) P0口作地址/数据复用输出地址/数据 (见图1-16)： CPU发控制电平1,与门打通,连接上拉管V1,且转换开关a-c接通; 地址/数据经反相器接下拉管V2; V1和V2呈反相推

10、挽式从引脚取输出.输入数据 (见图1-16)： 由读引脚打通三态门2，数据从引脚送入.注： 片内无ROM单片机组构最小系统时，或片内有ROM单片机要外扩ROM时,P0口需作低8位地址/数据复用而不能再作通用I/O口 (此时端口悬浮，属真正双向口).24 (2) P0口作通用输出口 (此时为准双向口) CPU发控制0,与门使管V1截止,且转换开关接通b-c,输出呈漏极开路;写锁存器操作使D端被Q和管V2取反,引脚输出同相数据(需上拉电阻).(图1-17)25 (3) P0口作通用输入口 (此时为准双向口)（图1-18）注：输入数据时需先从锁存器D端写1,使端口置1(则V1和V2均截止,使引脚呈高

11、阻状态).26P0口作通用输入口的两种读方式：1)读引脚方式端口先置1,使下拉管V2截止,外部信号从引脚沿虚线经三态门2,读入内部总线.2)读锁存器方式先读端口数据入总线(实际是从三态门1读回锁存器Q端的数据,也即原先向端口输出的数据),在ALU中运算，结果再送回端口.可避免从三态门2直接读引脚时,误读端口因高电平使外接器件导通时被拉低的数据. 适于读-修改-写类指令(如ANL,JBC,DJNZ等).注：CPU按指令性质自动选择两种读方式之一.271.5.2 P1口的结构及功能 (属8位准双向口) 用作通用I/O口,原理同P0口，内部已有上拉电阻；输入数据也有读引脚和读锁存器两方式.(图1-1

12、9)281.5.3 P2口的结构及功能 (属8位准双向口) CPU使b-c接通,作通用I/O口,操作与P1口同;使a-c接通,作高8位地址总线(余下线不作I/O)(图1-20)291.5.4 P3口的结构及功能 (属8位准双向口)(1)作通用输出口:第二功能保持1时,总线数据经与非门反相,使管V通/断,引脚输出同相数据.(图1-21)30(2)作通用输入口:第二功能保持1且总线向锁存器写1,使与非门输出0,管V截止,读引脚操作把引脚数据经缓冲器3和三态门2进入内部总线.(3)作第二功能输出口:内部总线置Q端为1,使与非门保持导通,把第二功能输出端数据送至引脚.(4)作第二功能输入口:内部总线置Q端为1,第二功能输出端保持1,使与非门输出0, 则管V截止,从引脚输入的第二功能信号, 从缓冲器3的输出端取出.注: P0作地址/数据总线复用呈高阻状态,称真正双向口; P1P3内部有上拉电阻,称准双向口.311.6 51系列单片机的工作方式(两项重点)1.6.1 复