1单片机基础教学案例

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1、1 单片机基础及MCS-51结构,1.1 单片机概述,单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片机。 定义：在一块半导体硅片上集成微处理器(CPU)、存储器(RAM，ROM、EPROM)和各种输入、输出接口(定时/计数器、并行I/O口、串行口、A/D转换器以及脉宽调制器PWM等)。 单片机是应工业测控而诞生的，它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故也叫单片微控制器（SCM Single Chip Microcontroller）。,1.1 单片机概述,单片机的发展历史 第一阶段（1974年-1976年）:初级阶段 因受工艺技术水平的限制，单片机结构和

2、功能都很简单。例如仙童公司生产的F8单片机，内部仅有8位CPU，64字节RAM和2个并行口，还需一些其他芯片才能组合成一台完整的微型机。 第二阶段（1976年-1978年）:低性能阶段 以美国INTEL公司的MCS-48为代表。该系列单片机内集成有8位CPU、并行I/O接口、一个8位的定时/计数器、片内64或128字节RAM，程序存储空间最大4KB，但无串行通信口，不宜多机使用。,1.1 单片机概述,单片机的发展历史 第四阶段（1983年）:新一代阶段 单片机的含义已发生了根本改变。目前仍然保留单片机这一习惯叫法，但实际是指“Single-chip Microcontroller”。新一代单片

3、机有如下几方面特点： 1CPU仍以8位为主流，并不断完善。另一方面发展了16位、32位的单片机。 2按片内程序存储器的类型不同分为：ROM型、EPROM型、无ROM（Romless）型和低成本的OTP（One Time Programmable ROM）型、E2PROM型。,1.1 单片机概述,单片机的发展历史 第四阶段（1983年）:新一代阶段 单片机的含义已发生了根本改变。目前仍然保留单片机这一习惯叫法，但实际是指“Single-chip Microcontroller”。新一代单片机有如下几方面特点： 3产品日趋复杂化、多样化、专用化。 4. 多采用CMOS工艺，出现双时钟、低电压单片机

4、，大大降低了系统功耗。,目前世界上较为著名的8位单片机的主要生产厂家和机型,接下页,1.1 单片机概述,接上页,1.1 单片机概述,1.1 单片机概述,80C51单片微型计算机特点 (1) 体积小、重量轻、价格低、耗电少、电源单一。 (2) 抗干扰能力强，可靠性高。 (3) 面向控制，控制功能强，运行速度快。 (4) 开发应用方便，研制周期短。 (5)受集成度限制，片内存储器容量较小。,1.1 单片机概述,1、单片机在智能仪器仪表中的应用。 广泛地应用于电力系统、交通运输工具、计量等各种仪器仪表之中，使仪器仪表智能化。 2、单片机在工业测控中的应用。 如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的

5、测量和控制。 3、单片机在计算机网络与通信技术中的应用。 例如：MCS-51系列单片机控制的串行自动呼叫应答系统、列车无线通信系统、MCS-51单片机无线遥控系统等。 4、单片机在日常生活及家电中的应用。 例如电子秤、银行计息电脑、电脑缝纫机、心率监护仪、电冰箱控制、彩色电视机、洗衣机控制、手机、IC卡、汽车电子设备等等。,1.1.2 单片机的实际应用,1.1 单片机概述,1 按CPU对数据的处理位数分 4位、8位、16位、32位单片机 2 按适用范围划分为通用型与专用型。 通用型具有比较丰富的内部资源，性能全面且适应性强，可满足多种应用需求。它把可开发资源(如ROM、I/O口等)全部提供给使

6、用者，如80C51属通用型，它并不是为某一种专门用途设计的单片机； 专用型是针对某一类产品甚至某个产品需要而设计、生产的单片机；其特点是针对性强且数量巨大。如为满足电子体温计的要求，在片内集成有热敏电阻、ADC接口和段式液晶驱动器接口的温度计量控制用单片机以及录音机机芯控制器等。,1.1.3 单片微型计算机的分类,1.1 单片机概述,3 按是否提供并行总线分为总线型与非总线型。 总线型设置有DB、AB、CB三种引脚，用于扩展并行外围器件；非总线型的外围器件通过串行接口连接。 4 按大致的应用领域分为工控型与家电型。 工控型满足工业控制用机；家电型多数为专用单片机。 5 按含有的ROM形式分为以

7、下几种类型： 内含厂家已用掩膜编好程序的 ROM(MaskROM 供应状态)。属专用单片机， ROM内的程序已在出厂前固化好，不可改变。如较流行的MCS-51系列的8051，MCS-96系列的8398，Philps公司的83C552等。,1.1.3 单片微型计算机的分类,1.1 单片机概述,内含EPROM(EPROM 供应状态)。属通用型单片机，如8751、87C552、MC68C05M4FN等，芯片带有透明窗口，可通过紫外线擦除存储器中的程序代码。用户可将自己的程序写入其中。 无ROM(ROMLess供应状态)。需外接EPROM或 E2PROM，如8031、80C31 8098等。 OTP(

8、One Time Programmable)ROM供应状态。用户可一次性编程写入的程序存储器供应状态。用户可通过专用写入器将应用程序写入OTPROM中，但只允许写入一次。 FlashROM(MTPROM)供应状态。一种可由用户多次编程写入的程序存储器供应状态。与EPROM相比，不需紫外线擦除，成本低，开发调试十分方便，是目前大力发展的一种供应状态，有替代EPROM的趋势，能满足一般应用系统要求，如AT89C51、AT89C52、P89C58等。,1.1.3 单片微型计算机的分类,1.1 单片机概述,MCS-51是美国Intel公司的8位高档单片机系列，也是我国目前应用最为广泛的一种单片机系列。

9、8051/80C51是整个MCS-51系列单片机的核心，该系列其他型号的单片机都是在这一内核的基础上发展起来的。 MCS-51单片机系列分为51和52子系列，并以芯片型号的末位数字加以标识。其中，51子系列是基本型，而52子系列是增强型。 单片机型号带有字母“C”的，表示该单片机采用的是CHMOS工艺，具有低功耗的特点。 8051的功耗为630mW，而80C51的功耗只有120mW。,1.1.4 MCS-51系列单片机,1.1 单片机概述,1.1.4 MCS-51系列单片机,MCS-51系列单片机技术参数表,1个8位微处理器(CPU)。 1个时钟电路。 4KB程序存储器。 256B数据存储器。

10、 2个16位定时/计数器。 64KB扩展总线控制电路。 4个8位并行I/O接口P0P3。 1个全双工串行I/O接口。 5个中断源，其中包括2个优先级嵌套中断。 片内采用单总线结构。 用单一+5V电源。,1.2 MCS-51单片机功能及结构,1.2.1 8051单片机功能综述,1.2 MCS-51单片机功能及结构,1.2.2 8051单片机结构框图,组成：由CPU系统、CPU外围单元、基本功能单元等组成，各组成部分通过内部单一总线相连。,1、CPU系统(核心) 组成：包括CPU、时钟系统、总线控制逻辑。 (1)CPU：是专门为面向测控对象、嵌入式应用特点而设计的，有突出控制功能的指令系统。 (2

11、)时钟系统：主要满足CPU及片内各单元电路对时钟的要求，对80C51单片机还要满足功耗管理对时钟系统电路的可控要求。 (3)总线控制逻辑：主要用于管理外部并行总线的时序以及系统复位控制。,1.2 MCS-51单片机功能及结构,1.2.2 8051单片机结构框图,1.2 MCS-51单片机功能及结构,1.2.2 8051单片机结构框图,2、CPU外围单元 功能： 与CPU运行直接相关的单元电路，与CPU构成单片机的最小系统。 组成：包括程序存储器ROM、数据存储器RAM、输入/输出(I/O)口、操作管理寄存器SFR(特殊功能寄存器)。 说明： (1)ROM：其供应状态有MaskROM、EPROM

12、、ROMLess。早期的MCS-51系列中的8031为ROMLess型，8751为EPROM型，8051为MaskROM型。,1.2 MCS-51单片机功能及结构,1.2.2 8051单片机结构框图,2、CPU外围单元 说明： (2)RAM：寻址范围为00H7FH，它包括通用寄存器区、位寻址区、用户RAM区。80HFFH为特殊功能寄存器区。 (3)4个8位I/O端口：分别为P0、P1、P2、P3口。 (4)SFR：位于80HFFH中，重要控制、指挥单元。CPU对所有片内功能单元的操作、控制都是通过对SFR访问实现的。,1.2 MCS-51单片机功能及结构,1.2.2 8051单片机结构框图,3

13、、基本功能单元 功能： 满足单片机测控功能要求的基本计算机外围电路，用来完善和扩大计算机的功能 组成： 包括定时/计数器、中断系统、串行通信接口等。 说明： (1)80C51有两个16位定时/计数器 (T0和T1)。 作用： 可以作为内部定时器或外部脉冲计数器使用。作内部定时器时，是靠对时钟振荡器的12分频脉冲计数方式实现定时的；做为计数器时，外部脉冲通过引脚T0(P3.4)、T1(P3.5)输入。,1.2 MCS-51单片机功能及结构,1.2.2 8051单片机结构框图,3、基本功能单元 说明： (1)80C51有两个16位定时/计数器 (T0和T1)。 (2)中断系统： 有5个中断源，即两

14、个外部中断源、两个定时/计数器T0、T1溢出中断源和一个串行通信发送/接收完毕的中断源。五个中断源有高级、低级两种优先状态。两个外部中断源由引脚(P3.2)、(P3.3)输入。 (3)一个带有移位寄存器工作方式的通用异步收发器UART ：既可用作串行通信，还可以用于移位寄存器方式的串行外围扩展。其接口分别为RXD(P3.0)、TXD(P3.1)。,CPU是单片机的核心部件，其功能是产生控制信号，把数据从存储器或输入口传送到CPU或反向传送，还可以对输入数据进行算术逻辑运算以及位操作处理。它由运算器、控制器等部件组成。 一、运算器 它以算术/逻辑部件ALU为核心，加上累加器ACC、暂存寄存器、程

15、序状态字寄存器PSW以及布尔处理器、BCD码运算调整电路等构成了整个运算器逻辑电路。,1.3 8051单片机内部结构,1.3.1 8051单片机CPU结构,1.3 8051单片机内部结构,1.3.1 8051单片机CPU结构,一、运算器 1、累加器ACC 8位寄存器，它通过暂存器和ALU相连，是CPU中最繁忙的寄存器。在进行算术、逻辑运算时，运算器的一个输入多为ACC的输出，而运算结果又大多数送到ACC中。在指令系统中ACC的助记符为A。 2、算术逻辑部件ALU ALU用来完成二进制的四则运算和布尔代数的逻辑运算。此外通过对运算结果判断，影响程序状态字的有关位。 3、通用寄存器B 8位寄存器，

16、专为乘、除法而设置的寄存器。,1.3 8051单片机内部结构,1.3.1 8051单片机CPU结构,3、程序状态字寄存器PSW 8位寄存器，用来存放运算结果的一些特征。字节地址(D0H)。,Cy：进位标志。在进行加法(或减法)运算时，若运算结果最高位有进位(或借位)，则Cy=1，否则Cy=0，在进行位操作时，Cy作为位操作累加器。 AC：半进位标志(或辅助进位)。在进行加法(或减法)运算时，若低半字节向高半字节有进位(或借位)，则AC=1，否则AC=0，AC还作为BCD码运算调整时的判别位。 F0：用户标志位。由用户置位、复位，作为软件标志。,1.3 8051单片机内部结构,1.3.1 8051单片机CPU结构,3、程序状态字寄存器PSW 8位寄存器，用来存放运算结果的一些特征。字节地址(D0H)。,RS1、RS0：工作寄存器指针。用来选择当前的工作寄存器组。由用户 通过指令改变RS1、RS0的组合，以选择当前的工作寄存器组。,1.3 8051单片机内部结构,1.3.1 8051单片机CPU结构,3、