创新协会单片机最小系统学习资料

第1章单片机最小系统 ——单片机最小硬件系统简介1.1计算机、微型机、单片机及单片机应用系统概述微型计算机的出现给人类生活带来了根本性的变化，使现代科学研究产生了质的飞跃，单片机技术的出现则给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。它在工业控制、数控采集、智能化仪表、办公自动化等诸多领域得到了极为广泛的应用，毫不夸张地说，单片机技术的开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展的标志之一。单片微型计算机（SingleChipMicroComputer）简称单片机，它是一种把组成微型计算机的各功能部件：中央处理单元CPU、一定容量的随机存储器RAM和只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行口等制作在一块芯片中的计算机。由于单片机的硬件结构与指令系统的功能都是按工业控制要求而设计的，常用在工业检测、控制装置中，因而也称为微控制器（Micro-Controller）。单片机具有结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等特点，在家用电器、智能化仪器、工业控制以及火箭导航尖端技术领域都发挥着十分重要的作用。1.1.1单片机及单片机应用系统1．微型计算机及微型计算机系统计算机的硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大部分组成。把运算器、控制器及一些寄存器集成在一块硅片上而成为独立的器件，该器件就称为微处理器（CPU）。微处理器芯片、存储器芯片、输入/输出接口电路芯片以及外部设备，在它们之间用总线连接起来就构成了微型计算机，如图1-1所示。图1-1微型计算机组成框图可见，微型计算机结构的突出特征是具有一个包含运算器和控制器的集成芯片微处理器（CPU）。微型机硬件系统各部分的组成及功能简述如下：1）微处理器微处理器是微型计算机的核心，其结构示意如图1-2所示。图1-2微处理器结构示意图微处理器包括运算器，控制器和寄存器组3个基本部分。（1）运算器：运算器是计算机的运算部件，用于实现算术和逻辑运算。计算机的数据运算和处理都在这里进行。廉通常域运算狱器由斧算术搬/炎逻辑渡运算监单元探AL埋U文、累肢加器艺A梳、暂盾存寄桑存器误、标葵志寄很存器折F面等组效成。乏累加消器未A灶是一腔个特塘殊的东寄存围器。颠通常吼其作祸用有强两个边：一舟是运芬算时刷把一闭个操愉作数饰经暂暂存器冈送至危AL旨U亩；二束是在死运算团后保量存其列运算寿结果净。剂暂存坝寄存颂器用辩来暂海时存婚储数评据总棋线或女其他扯寄存魂器送视来的谷操作恼数，闸是藏AL垂U凡的数巧据输渔涂入胃源。焰标志扎寄存兄器脑F击用来骆保存证AL苍U隐运算闸结果板的特挨征（哲如进搭位标呈志、户溢出朵标志裁等）兼和处达理器柔的状地态，姿这些找特征横和状纽态可怀以作偷为控腾制程李序转同移的邪条件湾。业算术嚷/雕逻辑贪运算寒单元税AL局U旬由加赔法器给和相私应的采控制疼逻辑任电路屿组成且。它慕能分烦别对提来自谈两个世暂存协器数伯据源斩的两浮个操镜作数荷进行享加、填减、片与、拔或等虾运算穷，还段能进朽行数押据的男移位脖。孤AL请U星进行液何种喉运算私由控番制器甚发出肺的命蜘令确哗定，霞运算兼后的羞结果柿经数付据总茂线送驰至累抹加器芽A民，同役时影昨响标散志寄酸存器贿F傍的状旦态。阁（删2逝）控警制器茫：计刮算机赶的控婚制器舅由指衡令寄永存器痛IR毯、指埋令译玉码器榜ID段、定便时及厌控制泰逻辑椅电路栗和程芦序计堡数器书PC撒等组纯成，顶它控厦制使愚计算求机各火部分位自动和、协肠调地夺工作超。控瓜制器堵按照医指定屠的顺坊序从碧程序摊存储糊器中爷取出兆指令税进行散译码韵并根链据译预码结展果发壤出相哑应的晴控制注信号码，从四而完有成该贿指令招所规糖定的喇任务滑。辱指令咐寄存隐器乱IR剧用来叠保存气当前猫正在耕执行匙的一归条指趣令。州要执陷行一译条指窃令，猾首先好要把斜它从府程序含存储皂器中征取到拖指令素寄存非器中镇。指您令的样内容甘包括铃操作毯码和统操作火数（饺或操焰作数球的地打址码影）两呈部分甘。操秒作码漏送到惨指令历译码霞器秀ID骡，经奏译码绕后确戚定所右要执魂行的虑操作关；操汉作数许的地挂址码拖也要颂送到岁操作礼数地志址形俊成电南路以让便形豪成真赵正的倚操作麻数地汇址。岩定时夹及控陪制逻习辑电络路是纵CP绣U乌的核掩心部摇件。很它的谨任务馅有控值制取碌指令窜、执活行指夺令、坚存取祸操作迹数或屑运算块结果娘等操例作，跃向其该他部障件发戴出控移制信餐号，胸协调面各部化件的少工作臣。菜程序坏计数程器筋PC也也叫哭指令桂地址炭计数道器。堆计算骆机的军程序肃是有倍序地红存储幸在程拔序存锤储器招中的榆各种训指令何的集貌合。够计算监机运夺行时通，按恰顺序店取出券程序边存储器器中裕的指面令并凯逐一远执行卡。程伤序计麦数器筑PC鸦指出免当前袋要执超行的胞指令鞠的地蔬址。垃每当弱指令监取出歇后，认PC懂的内煤容自娃动加户1详（除催转移镜指令声外）定，从风而指逮向按既序排茧列的本下一冲条指侍令的撒地址跳。若锹遇到讽转移滴指令社（续JM宾P青）、到子程笋序调都用指鸣令（白CA配LL刚）或槽返回素指令父（叉RE滋T驳）时叫，这干些指旺令会曲把要记执行芳的下遮一条止指令幼的地扫址直结接置纵入宜PC低中，惭PC然的内躬容才尸会突榜变。昏程序钓计数逃器躲PC若的位委数决叛定了库微处著理器桂所寻振址的尽存储盗器空捷间。短（3叉）寄顽存器第组：榨寄存森器组丝作为厉CP踢U内撇部的赶暂存练单元治至关涝重要仅，它淋是C万PU悼处理裤数据拦所必骨需的唤一个伙存取柿空间割，其葱多少胀直接筛影响烧着微百机系欢统处哄理数嫩据的蹲能力忆和速丘度。属2漏）存英储器箱存储关器是冲计算蚂机存停放程愿序或如数据摧的器店件，解它由焰若干蜜存储姐单元惕组成沫。存餐储器倒有两狮个指搬标：稍①限存储踏容量篮是指辱存储阶器所索能存脏放的隙最大帮字节煮数，端每个航存储籍单元肢按顺丢序都最有一早个惟腿一的老编号楚，即唉存储检地址挽；庄②牢存取滩时间狡是指恶存储炕器存父取一增次数巡据所劝需要薄的时菜间，对在某磨种程拖度上供，它谢决定植着计赔算机钳系统薪的运节行速圾度。柔存储晴器又上分内巡存储讯器和摘外存泄储器竞。存斯放程菊序的臣存储丽器采待用只蛙读存缎储器败（赴RO来M询）；溉存放扣输入颤/敞输出怕数据袋或中碍间结唯果的烤存储美器采的用随币机存掌储器户（蝶RA炕M昏）。伞在实条验系秤统中口使用赏的含EE倡PR妇OM虚28眼64赚、槽SR架AM缺62冲64龟都是春存储餐器芯妖片。芳3站）输榨入设顷备到输入请设备街用于荣把程啊序和宣数据销输入曾到计例算机样中。踢常用吊的输舱入设沾备有沟键盘瞧、鼠引标、坚光电缝输入兄机等蛙。遇4盯）输锤出设晕备蜂输出衡设备犯用于廉把计瞒算机财数据如计算侧或数盗据处幸理的革结果竿，以岁用户汪需要遍的形吩式显挣示或绑打印寨出来应。常剖用的凡输出董设备磁有打搂印机珍、显蠢示器油、绘狠图仪弹等。鸭计算送机用宅于控岸制时锐，输见入输侄出信宇息还泊包括罩现场冒的各迟种信括息和被控制欢命令阶。蛛软件舒系统置和硬咱件系淘统共形同构成成完王整的竖微型悲机系肢统，茧两者示相辅艇相成振，缺山一不介可。吓2圣．条单片占微型拴计算压机振前面成已经受提到饿：单丰片微便型计孩算机秃简称颂单片诉机，痕它是云指把辩组成拦微型声计算垮机的早各功勉能部阶件集爱成在告一个走芯片忧上构项成一酬个完尘整的净微型伯机，救从而抹实现旅微型证计算镰机的埋基本斥功能活。单醉片机料实质飘上是往一个佛芯片看，在江实际幕应用掌中通楚常很膜难直招接把甚单片渔机和劳受控乞对象走进行科电气晚连接容，而屑是必析须外冷加各融种扩暗展接傅口电淡路以答至外伟部设逆备，毁连同碧受控消对象陷和单灯片机侧程序迹软件怖构成考一个稿单片跟机应箱用系欺统。泉而计图杜1托-滚3略政微型著计算妻机系结统结潜构示破意图越纳怨鬼赵产脊豆薪载图具1嚼-逼4魄宇单片公机内誓部结凯构示弊意图郊1.内1.狗2杜吓MC状S-耳51寺系列羞单片则机衣In蜜te净l秆公司条于扣19肝76诉年推慎出了狡MC孕S-幸48衫系列君单片堪机，诸于支19虽80贿年推志出了女MC咏S-洞51宪系列幅单片童机，输于西19挨83责年推蔽出了丰MC浸S-脖96彼系列不单片访机。州1包．客MC样S-晴51详系列瓦单片倡机佣MC企S-螺51遭系列浓单片哪机是用一种加高性扇能的吉8垮位单培片机汗，它安是在郊MC决S-夏48当系列终单片姻机的惜基础献上推序出的泽第二炊代单福片机取。其纱典型申产品佣为炼80佳51架，封棚装为川40芝引脚模。芯逐片内挨部集裕成有抵：将一个常8纷位的鸟微处堵理器雾（魔CP敏U析）珍4K还B住的程各序存兔储器庸12工8B绍的数注据存超储器遵64毙KB泊的片馒外程输序存眠储器傍寻址猫能力治64鸭KB辽的片弦外数罚据存牧储器屡寻址扯能力叨32叮根输撇入岛/经输出慌线限1鹊个全彻双工补异步谈串行钞口挡2封个别16蔑位定半时平/幸计数难器册5协个中央断源威，扒2隙个优章先级糠MC难S-乓51陶系列杂单片振机按佛片内揪有无催程序宏存储企器及屋程序扇存储哲器的膊形式苹分为畜三种海基本仪产品伐：器80疑51专、疾87回51悼和福80吃31勤。距1.将2鱼帝MC脂S-赢51横单片装机结筑构和知原理慕1.嘉2.卷1犹锅M出CS暑-5党1鲁单片熊机的务引脚夜及内消部结硬构尼对于摧一个滚单片艘机应做用系零统的从开发嗓设计捐者，混熟悉者并掌展握单选片机疼的硬舍件结遍构是屿十分米重要泪的，雀这里浮从实常际需佛要出垄发，铁只介赛绍与顷程序骂设计贵和系壶统扩柜展应键用有四关的违内容割。忍1．苏89漫C5斗1疼的外宪部引葱脚好8洗9世C岗51失是标刻准的泡40划引脚粮双列结直插桌式集选成电南路芯附片。图1-689C51引脚照按其原功能贤可分拾为电部源、壳时钟虾、控奏制和监I/下O唇接口给四大图1-689C51引脚坛1臣）电超源引件脚铜VC胳C：临芯片座主电着源，绣外接州+5鸽V次；G午ND茎：电龙源地敌线。双2璃）时质钟引湖脚串XT皂AL陆1寿与网XT登AL杜2装为内睛部振逢荡器辣的两砌条引旧出线共。相3化）控踪制引脑脚捷（赠1敌）鲜AL逐E/川：地践址锁蓝存控拌制信浅号溉/豆编程堵脉冲碎输入栏端丈在扩插展系逝统时彩，密AL挥E币用于牵控制筝把及P0默口输眨出的休低舞8题位地废址锁杰存起旺来，恼以实删现低医8忠位地阶址和验数据李的隔秒离，蛇P0谈口作机为数狂据地匆址复堆用口牲线。丙当访叉问单懒片机旬外部附程序悄或数袋据存益储器宰或外鱼接涨I/狼O镜口时鞠，逃AL推E宽输出煤脉冲群的下金降沿慈用于旨低云8宿位地梁址的牙锁存治信号行；即勒使不机访问驰单片谁机外铁部程甚序或劣收据细存储疾器或引外接豆I/伸O需口，伞AL泳E受端仍樱以晶降振频佛率的福1/暗6忠输出兵正脉虹冲信替号，宋因此赛可作走为外草部时倦钟或杆外部宣定时酷信号疼使用集。但石应注搅意，铃此时丑不能旱访问腰单片金机外仅部程歌序、佩数据剥存储屑器或愧外设肥I/星O侧接口雕。捏AL茂E铺端可盆以驱羽动凝8言个袍TT萌L少负载筑。铲对于袄E窝EP碰RO夸M具型单姑片机汁（胜89率C伯51爹）或宰EP柄RO另M啄型单刃片机摔（乎87犬51斯），摩在阻EE齐PR侦OM陕或巨EP柳RO震M清编程秒期间喊，该义引脚洪用来般输入锐一个副编程泄脉冲立。邻（调2长）棉：片除外程天序存猫储器扇读选芝通有赛效信碑号竿在摧CP础U姥向片魔外程客序存释储器缘读取蚂指令播和常拴数时掏，每陆个机情器周沉期鞭两次嘱低电息平有展效。测但在教此期没间，吵每当膛访问四外部缝数据针存储隐器或枪I/逃O完接口能时，巨该骗两次求低电密平有洲效信肿号将碌不出兆现。衔端可臂以驱朋动忙8撇个清TT蛙L婚负载革。贷（宅3妖）冬/V漏PP慧：访润问程腹序存须储器萌控制裹信号份/惜编程讯电源音输入杂端碍当该峡引脚狸信号和为低辣电平亦时，敞只访妨问片哭外程赶序存老储器燃，不喷管片谎内是拾否有匠程序法存储跪器；壮当该般引脚个为高拼电平今时，场单片密机访分问片皱内的语程序舍存储千器。促但对匹AT泼89助C党51办来说喇，当歇PC绝（程夕序计贸数器辉）值板超出侧4K洞地址碧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