《单片机原理及应用系统设计》课件第1章

1.1单片机概述

1.251系列单片机的基本结构

1.3AT89系列单片机型号的编码说明及封装形式

习题一第一章单片机概述及基本结构1.1.1单片机的定义

单片机是单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer,SCM)的简称,是将中央处理器(CentralProcessingUnit,CPU)、存储器(Memory)、定时/计数器、I/O(Input/Output)接口等通过片内总线连接起来并集成在一块集成电路芯片上的微型计算机,其内部结构如图1-1所示。1.1单片机概述图1-1单片机内部结构1.1.2单片机的发展

1.4位单片机

2.8位单片机

3.16位单片机

4.32位单片机1.1.3单片机的分类

1.Intel公司的MCS-51系列单片机

2.ATMEL公司的51系列单片机

3.Philips公司的51系列单片机

4.华邦公司51系列单片机

5.Freescale公司的51系列单片机

6.其他公司生产的8位单片机

1.1.4单片机的特点

(1)单片机的ROM和RAM存储器是严格区分的。

(2)采用面向控制的指令系统。

(3)单片机的I/O引脚通常是多功能的。

(4)单片机的外部扩展能力强。1.1.5单片机的应用领域

1.家电产品及玩具

2.机电一体化设备

3.智能测量设备

4.自动控制系统

5.计算机控制及通信技术1.2.1内部结构的主要组成部分

51系列单片机主要由中央处理器(CPU)、片内存储器(ROM和RAM),定时/计数器、中断系统和并行I/O接口、串行I/O接口等功能部件组成，其AT89S52单片机的功能框图如图1-2所示。1.251系列单片机的基本结构图1-2AT89S52的功能框图

AT89S52单片机采用了3个定时/计数器片内数据存储器(RAM),其空间为256B,片内Flash程序存储器(ROM)的空间达8KB;工作频率有12时钟与6时钟两种模式可供选择。其内部结构如图1-3所示。

1.中央处理器

2.片内存储器

3.定时与中断系统

4.I/O口

5.时钟电路

图1-3MCS-51系列AT89S52单片机的内部结构图1.2.2单片机的引脚功能

AT89S52单片机有PDIP、TQFP和PLCC三种封装形式。

AT89S52的塑封双列直插式(PDIP)封装形式如图1-4所示。

1.主电源引脚(2根)

2.外接晶振引脚(2根)

3.控制引脚(4根)

4.输入/输出引脚

(1)P0.0~P0.7:P0口的8位双向I/O口线。

(2)P1.0~P1.7:P1口的8位准双向I/O口线。

(3)P2.0~P2.7:P3口的8位准双向I/O口线。

(4)P3.0~P3.7:P3口的8位准双向I/O口线。当P3口用作第二功能时,其功能如表1-1所列。图1-4AT89S52的PDIP封装形式引脚图表1-1P3口引脚第二功能1.2.3控制器、时钟电路和基本时序周期

1.AT89S52的时钟方式

1)内部方式

图1-5所示的内部时钟方式是采用单片机内部振荡器来工作的模式。图1-5内部时钟方式连接图

2)外部方式

图1-6所示的外部时钟方式采用外部振荡器产生时钟信号,直接供给单片机使用。图1-6外部时钟方式连接图

2.AT89S52的基本时序周期

CPU时序是指令周期所遵从的格式。在单片机内部,振荡器实质驱动内部时钟发生器向CPU提供时钟信号。时钟发生器的输入是一个二分频触发器,这个二分频触发器为单片机提供了一个二相时钟信号,即图1-7所示的相位信号P1和相位信号P2,驱动CPU产生执行指令功能的机器周期。

单片机的时序是用定时单位来描述的,描述了指令执行中各控制信号的关系,这里涉及节拍、状态、机器周期和指令周期4个概念,接下来分别说明它们之间的关系。关系图如图1-7所示。图1-7MCS-51系列单片机各种周期间的关系图1.2.4复位状态及复位电路

单片机复位是让CPU及系统其他部件都处于确定的初始状态,并从初始状态开始工作。单片机复位采用上电自动复位和按钮手动复位两种方式,如图1-8所示。复位后主机内部有关寄存器的初始状态如表1-2所示。图1-8复位电路表1-2复位后主机内部有关寄存器的初始状态

1.常用复位方式

(1)上电复位。

(2)电平式开关与上电复位。

(3)复杂的复位电路。图1-9列出了两种较复杂的复位电路,供参考。

2.定时监视器的复位图1-9较复杂的复位电路1.2.5省电方式

AT89S52单片机提供了两种省电工作方式,即休眠方式和节电保持方式。其目的是尽可能地降低系统的功耗。在省电工作方式下VCC可由后备电源供电。图1-10为实现这种特性的控制电路。图1-10省电方式的控制电路

1.休眠运行方式

通过软件将PCON.0位的IDL置“1”指令执行完后,系统进入休眠运行方式,这时送向CPU内部去的时钟信号被封锁,CPU进入冻结状态,但内部时钟信号仍继续供给中断、串行口定时/计数器等。

2.省电保持方式

休眠和省电保持方式期间外部引脚状态如表1-3所示。表1-3休眠和省电保持方式期间外部引脚状态

1.编码说明

AT89系列单片机的型号编码由三个部分组成,它们是前缀、型号和后缀。格式见表1-4。

型号编码的后缀有4个参数组成,每个参数又有不同的参数值,代表不同的意义,如表1-5所示。1.3AT89系列单片机型号的编码说明及封装形式表1-4AT89系列单片机型号的编码表1-5AT89系列单片机型号的后缀说明

2.单片机的封装形式

单片机的封装形式有PDIP、PQFP、TQFP、PLCC、SOIC等多种。

其中,PDIP、PLCC、TQFP封装的AT89S52分别如图

1-11(a)、(b)、(c)所示。图1-11AT89S52的外部封装图

1.AT89S52单片机内部有哪些主要逻辑功能部件？各个功能部件的主要功能是什么？

2.何谓专用寄存器和通用工作寄存器？AT89S52的通用工作寄存器在应用时有何突出特点？为什么要设置通用工作寄存器？

3.AT89S52单片机的时钟周期、机器周期、指令周期是如何划分的？如何计算机器周期？设主振频率fosc=12MHz,则一个机器周期的T为多少？习题一

4.单片机复位有几种方式？复位后的机器初始状态如何？