单片机最小系统.ppt

1、项目一、 单片机最小系统的设计 能力目标 1、能根据单片机的引脚功能设计出最小系统的硬件电路图。 2、会使用常用的仪表，能够识别和检测元器件。 3、能焊接和拆卸元器件。 4、能够掌握KEIL软件的基本使用 5、能够检修最小系统的硬件故障。 6、能够掌握编程器的使用。 知识目标 1、了解单片机的基本组成、分类、发展。 2、单片机的引脚功能、外围器件的连接。 3、单片机的时序、存储器配置。 4、单片机最小系统的检测。,任务一 认识单片机最小系统,一、初识单片机 单片机全称单片微型计算机（Sing Chip Microcomputer），又称MCU（Micro Controller Unit），就是

2、将CPU、系统时钟、RAM、ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路都集成在一块芯片上的微型计算机，典型的单片机结构框图如下：,MCS-51系列单片机包括下列型号： 1、8031、8051、8751、8951四种型号的单片机通常称为8051子系列，区别仅仅在于：8031没有片内程序存储器，8051内含4KB的ROM，8751片内有4K的EPROM， 8951片内有4K的E2PROM。 2、8032、8052、8752、8952是8031、8051、8751、8951的增强型，内部RAM为256字节，片内程序存储器为8KB，比8051子系列各增加了一倍，同时还增加了一个定时器/计数器和一个中断

3、源。 3、80C31、80C51、87C51、89C51是8051子系列的CHMOS芯片，两者功能兼容。CHMOS型芯片的基本特点是功耗低。,二、认识单片机的硬件电路,1、单片机的外观及引脚排列,VCC：单片机电源输入端，接+5V,GND：单片机的地线，接地。,XTAL1、XTAL2：用于产生单片机工作所需的时钟信号，只要接上晶振、电容就可以了。,RST：复位信号输入端，用于通电时对单片机内部寄存器进行初始化，只需接上相应的电阻、电容。,/EA：通常直接将该引脚与电源VCC相连。,2、单片机最小系统电路图,所谓单片机最小系统，是指在尽可能少的外部电路条件下，形成一个可以独立工作的单片机系统，也

4、就是说为了保证单片机能够工作，所必须的最小系统配置。 1、首先，要保证各电路能够工作，必须要有电源 2、其次单片机是数字电路，其工作离不开时钟，因此必须给单片机配置时钟电路； 3、另外为保证单片机可靠工作，还须配置复位电路 4、在以上3个必要条件的基础上加上应用系统所需 的控制电路。,电源,时钟电路,复位电路,外围控制电路,3、控制程序介绍,#include sbit LED=P00; main( ) unsigned int i; while(1) LED=0; for(i=0;i20000;i+); LED=1; for(i=0;i20000;i+); ,包含针对51系列单片机的基本声明,

5、用符号LED来表示P0.0引脚,定义一个用于延时的变量,将P0.0设置为低电平，点亮发光管,变量i从0加到20000，完成延时,将P0.0设置为高电平，熄灭发光管,变量i从0加到20000，完成延时,任务二 认识MCS-51单片机结构,一、 单片机的内部结构,二、CPU的结构,CPU是单片机的核心，MCS-51系列单片机内含一个高性能的8位中央处理器。CPU的作用是从ROM中读取指令并进行分析，然后根据指令的功能控制单片机的功能部件执行指定的操作。CPU由运算器和控制器两大功能部件组成。,1、运算器,运算器的主要功能是进行算术运算和逻辑运算，由算术逻辑运算部件ALU、暂存器及部分特殊功能寄存器

6、组成。,在ALU进行运算时，通常会用到ACC、B、PSW三个特殊功能寄存器。 ACC寄存器（简称累加器A）：用于向ALU提供操作数和存放运算结果，还可实现与程序存储器、片外数据存储器及I/O接口的数据传递，是使用最频繁的寄存器。,B寄存器：在乘除运算时存放另外一个操作数，乘除运算完成后，存放运算的一部分结果，如果不进行乘除运算，B寄存器可作为一般寄存器使用。 PSW寄存器：又称为程序状态字寄存器，当加、减、乘、除等指令执行完后，用来存储相应的状态信息，PSW是一个8位的寄存器，各位的定义如下：,CY：进位标志，进行运算时，如果操作结果在最高位有进位或借位，CY=1，否则CY=0。,AC：辅助进

7、位标志，如果操作结果的低4位有进位或借位，AC=1， 否则AC=0。,F0：用户标志位，其功能由用户自行定义，用户可通过软件对它置位、复位或测试 。,RS1、RS0：工作寄存器选择位，用于选择工作寄存器R0R7的实际位置，取值为0011，具体说明见后面的章节。,OV：溢出标志，如果两个操作数的运算结果超出了运算范围，OV=1，否则OV=0。,P：奇偶标志位，如果累加器A中1的个数为奇数，P=1，否则P=0。,2、控制器 控制器的作用是控制单片机各部件的协调动作，由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、堆栈指针SP、数据指针DPTR、定时与控制逻辑电路等组成。 程序计数器PC是一个16

8、位的计数器，它总是存放着下一条指令所在的16位地址，单片机运行过程中，CPU总是根据PC所指定的地址从程序存储器中取出指令，然后分析执行，同时PC的值自动加1，为读取下一条指令作准备。单片机上电或复位时，PC自动清0，从地址0000H开始取指执行。,指令寄存器IR用来保存正在执行的指令代码。若要执行一条指令，首先要把它从程序存储器取到指令寄存器中。 定时与控制逻辑电路是CPU的核心部件，用来控制取指令、分析指令、存取操作数等操作。它向其它部件发出各种操作控制信号，协调各部件的工作。 数据指针DPTR是一个16位的寄存器，由DPH（数据指针的高8位）和DPL（数据指针的低8位）组成，既能作为一个

9、16位寄存器使用，也可作为两个独立的8位寄存器使用，DPTR通常用于存放外部数据存储器的单元地址。,堆栈指针SP用于指示堆栈顶部在内部RAM中的位置，当数据压入堆栈时，SP首先自动加1，然后存入数据；当数据从堆栈中弹出时，首先将SP指针所指地址的内容弹出，然后SP自动减1。,三、MCS-51单片机的引脚,1、电源类引脚,VCC (40脚)：单片机工作电源的输入端，+5V。,VSS (20脚)：电源的接地端。,2、时钟振荡引脚,XTALl（19脚)、XTAL2(18脚)： 其内部是一个振荡电路，通常在这两个管脚之间接612MHz的石英晶振和30PF左右的电容。,单片机的时序单位 时钟周期：又称振

10、荡周期，是最小的时序单位。如果时钟频率fosc=12MHz,则时钟周期=1/fosc=0.0833us。 状态周期：连续的两个时钟脉冲称为一个状态，即一个状态周期=2个时钟周期。 机器周期：1个机器周期由6个状态周期即12个时钟周期组成，是单片机完成某种基本操作的时间单位，如果时钟频率fosc=12MHZ,则机器周期=12/fosc=1us。 指令周期：执行一条指令所需的时间。一个指令周期由14个机器周期组成，依据指令的不同而不同。,3、 控制信号引脚,RST ：复位信号输入端。 MCS-51单片机的复位靠外部电路实现，复位信号由RST（RESET）引脚输入，高电平有效，复位后程序从0000H

11、地址单元开始执行。,ALE ：地址锁存允许信号。 在访问外部存储器时，8051通过P0口输出片外存储器的低8位地址，ALE用于将片外存储器的低8位地址锁存到外部地址锁存器中。,/PSEN：外部程序存储器ROM的读选通信号。在访问外部ROM时，引脚产生负脉冲，用于选通片外程序存储器。,/EA： 高电平时，对于低4KB程序存储器的读操作，将针对片内ROM进行，当地址范围超出低4KB时，读操作将自动切换到片外程序存储器中进行；低电平时，片内的程序存储器被屏蔽，对ROM的读操作限定在外部程序存储器。,4、 并行I/O口,单片机内部有P0、P1、P2、P3 4个8位双向I/O口，外设与这些端口可以直接相

12、连，无需另外的接口芯片。P0P3既可以按字节输入或输出，也可以按位进行输入输出，共32条口线，其控制十分灵活方便。各个端口的结构、功能有所不同 。,P0口的基本功能是数据的输入与输出，此外在扩展程序存储器、外部数据存储器或I/O口时，作为数据总线和低8位地址总线。,是P0口作为输出口使用时需加上拉电阻, ；P0作为输入口使用时，必须首先写端口输出1.,P1口只能作为通用I/O口，内部结构如图所示，由于内部有上拉电阻，因此输出时无需加上拉电阻，但输入时，同P0口一样，必须向端口输出1，,P2口既可以作为通用I/O口，在扩展程序存储器、外部数据存储器或I/O口时，也可作为地址总线的高8位。作为I/

13、O口使用时，用法与P1口一样。,P3口除了双向输入/输出口功能外，还具有第二功能，其内部结构如图所示。其输入/输出的用法同P1口。,任务三 认识单片机的存储器,8051单片机的存储器从物理上分为四个存储空间：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。 从用户角度看，8051单片机的存储器可分为三个逻辑空间： 片内、片外统一编址的64KB（0000HFFFFH）程序存储器空间。 片内256B数据存储空间，其地址为00HFFH，其中80HFFH内仅二十几个字节单元的特殊功能寄存器。 片外64KB RAM 数据存储空间，其地址为0000HFFFFH。,一、程序存储器,用于存放程

14、序、表格、常量。MCS-51单片机有64KB程序存储空间，地址范围为0000HFFFFH，引脚用来选择低地址（0000H0FFFH/0000H1FFFH）空间使用片内的存储器还是片外的存储器。,二、片内数据存储器,51子系列只有128字节的片内RAM，地址范围00H-7FH；52子系列除了以上128字节的片内RAM外，还拥有80H-FFH之间的128字节的片内RAM。 片内RAM按其功能可分为4个不同的区域： (1)工作寄存器区（00-1FH） (2)位寻址空间（20H-2FH） (3)用户RAM区（30H-7FH） (4)间接寻址区（80H-FFH）,工作寄存器区又分四组，依次为第03组，每

15、组有8个单元，用R0R7作为单元的编号。某一时刻，只能选中一组工作寄存器，被选中的组称为当前组。当前组的选择由程序状态字PSW中的RS0、RS1位决定 。,位寻址空间共16个字节，每个字节8位，共128位，每位都有一个独立的编号（称为位地址），位地址范围为007FH。,用户对该区域的访问是按字节方式寻址的，通常用来存放参与运算的数据或运算的中间结果，另外也常把堆栈开辟在该区域。,间接寻址区共128字节， 80C32、80C52、89C52等型号的单片机才有。对该区域数据的读写必须采用间接寻址方式。,三、外部数据存储器,MCS-51单片机具有扩展64KB外部数据存储器和I/O端口的能力，外部数据

16、存储器和外部I/O口采用统一编址，用MOVX指令对其进行读/写。如果片内I/O口或数据存储器的资源不能满足应用系统的要求，用户可以扩展I/O口或外部数据存储器。,8XX51单片机共有21个字节的特殊功能寄存器SFR，用来设置片内电路的运行方式，记录电路的运行状态。另外，并行I/O口和串行I/O端口也是特殊功能寄存器，对这些寄存器的读/写，能够实现从相应I/O端口的输入/输出操作。 21个特殊功能寄存器不连续地分布在80H-FFH的地址空间中，其中地址能够被8整除的特殊功能寄存器具有位寻址能力，可直接用指令将该寄存器的某位置1或清0。,任务四 单片机最小系统的制作,一、最小系统的硬件电路,二、输

17、入源程序、产生目标代码,硬件电路安装完成后，还必须编写控制发光二极管闪烁的程序。单片机程序通常使用汇编语言或C语言编写，无论使用哪一种语言编写，都需将源程序转换为目标代码。 Keil C51是目前最为流行的51系列单片机C语言软件开发系统，集成了文件编辑、编译连接、项目管理、软件仿真调试等多种功能 。,1、Keil的启动。 2、新建一个项目并选择单片机的型号 3、创建一个新的源程序文件，并将该源文件添加到项目中 4、设置目标文件的存放位置 5、编译项目并创建HEX文件,三、编程器的使用,当我们将硬件电路、控制程序调试好后，就可将源程序的目标代码写到单片机芯片中，然后将单片机插入电路板的单片机插

18、座上，上电运行。要将目标代码写入单片机芯片中，离不开编程器。,EasyPRO800编程器的外观,2、烧录器件的步骤,（1）硬件准备 在确保正确安装了通用编程器应用软件，以及USB驱动程序之后，连接好电源适配器及USB通讯线。此时编程器的红色电源指示灯点亮，指示连接正常，绿色编程结果指示灯点亮，指示编程器处于等待编程状态。 （2）插入芯片 按编程器锁紧座旁所标示的方式正确放置芯片。 （3）选择目标芯片型号 （4）装入目标文件 （5）目标代码写入,四、调试方法与步骤,1、通电前应仔细检查线路板上元器件的连线是否正确、焊点之间有无短路等问题。 2、用万用表测量电源与地线之间的电阻，如果电阻为0或很小，说明有短路现象，应将问题解决后才能