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1、第二章 单片机基础知识,2.1单片机的结构与组成 2.1.1中央处理器（CPU） 2.1.2存储器 2.1.3输入腧出(IO) 2.1.4定时器/事件计数器和时钟系统 2.1.5总线(BUS) 2.1.6输出回路 2.1.7单片机系统硬件与软件,第二章 单片机基础知识,单片机是一个微型电脑，内部有CPU、存储器、输入输出接口。汽车上用单片机来控制各种执行器工作。 汽车单片机的程序在出厂时就已固化写好了，汽车控制只是根据各种传感器收集来的情况，通过写好的程序来控制汽车，传感器的数据只是帮助程序选择运行路径。,第二章 单片机基础知识,单片机结构,第二章 单片机基础知识,2.1.1中央处理器（CPU
2、）中央处理器是汽车电子电脑的核心，直接参与运算并存放中间运算结果。 它由运算器、控制器和寄存器等组成。 运算器是计算机的运算部件，用于实现数学运算和逻辑运算。,第二章 单片机基础知识,汽车电控系统,燃油喷射系统EFI,自动变速器FCT控制系统,安全气囊系统SRS,防抱死制动系统AB,数据运算与逻辑判断都在CPU中运行,第二章 单片机基础知识,控制器是单片机的指挥控制部件，它本身不具有运算功能。 控制器负责从内存储器中读取指令或数据，并对指令进行分析，根据指令的具体要求向单片机的各个部件发出控制信号，协调单片机各部分的工作。,第二章 单片机基础知识,单片机的CPU结构框图,第二章 单片机基础知识
3、,2.1.2存储器 存储器是用来存储程序指令和数据的部件。存储器,随机存储器RAM,只读存储器ROM,RAM用于存放可读写的数据,ROM用于存放程序、原始数据或表格,第二章 单片机基础知识,程序，就是根据所要解决问题的要求，应用指令系统中所包含的指令，编成一组有次序的指令集合。 数据，就是单片机工作过程中的信息、变量、参数、表格等，例如传感器反馈回来的信息。 一般说来，写入ROM的信息不会由于断电而被破坏，也不会由于断电而丢失。 RAM中存放的内容随时可以改变。,第二章 单片机基础知识,2.1.3输入腧出(IO) IO接口是CPU与传感器或执行器之间进行数据交换和下达控制指令的通道。 IO在C
4、PU与外围设备之间起着数据的缓冲、电平和时序的匹配等多种作用。,第二章 单片机基础知识,2.1.4定时器/事件计数器和时钟系统 (1)定时器事件计数器 为了提高单片机的实时控制能力，一般微控制器内都设有定时器电路。定时器,增量计数器,减量计数器,第二章 单片机基础知识,定时器溢出时，增量计数产生中断并做标志位置位 定时器回零时，减量计数器产生中断。 定时器还具有自动重新加载的能力，这使得定时器的使用更加灵活方便，利用这种功能很容易产生一个可编程的时钟。 定时器还可作为一个事件计数器，当工作在计数器方式时，可从指定的输入端输入脉冲，计数器对其进行计数运算。,第二章 单片机基础知识,单片机内部工作
5、,第二章 单片机基础知识,(2)时钟系统 时钟系统是单片机的重要系统，单片机的工作是由时钟系统控制的。 时钟信号把微处理器执行指令时要做的操作按先后顺序排好，并给每一个操作规定好固定时间，这样就可以使单片机在某时刻只做一个动作，可实现电路的有序工作。,第二章 单片机基础知识,2.1.5总线(BUS)总线是微机内部传递信息的电路连线在单片机内部，CPU、ROM、RAM与UO接口之间的信息交换都通过总线来实现。,第二章 单片机基础知识,传递信息不同,数据总线：,地址总线：,控制总线：,主要用于传递数据与指令。数据总线的导线数与数据的位数一一对应。例如16位微机，其数据总线就有16根导线。,用来传递
6、地址数码。在微机内，各器件之间的通信主要是靠地址数码进行联系。,微机中的器件都与控制总线连接，CPU可通过控制总线随时掌握各个器件的状态，并根据需要随时向某个器件发出控制指令。,第二章 单片机基础知识,2.1.6输出回路 输出回路是单片机与执行器之间的中继站。 功用是根据微机发出的指令，控制执行器动作。 微机对采样信号进行分析、比较、运算后，由预定的程序形成控制指令并通过输出端子输出。,第二章 单片机基础知识,2.1.7单片机系统硬件与软件单片机系统,硬件,软件：,为了进行管理、维修和开发各种微控制器所编制的各种程序的总和。,第二章 单片机基础知识,微控制器系统进行计时，已经将解决各种问题、实
7、现各种自动操作的步骤、方法等，用指令编成了程序，事先存入微控制器。 微控制器在执行时，只要将指令一条条取出来，加以译码，变成相应的控制信号，去控制单片机运行。 汇编语言要通过编译软件转化为机器语言。 机器语言是一种利用二进制代码表示的，能够由微控制器直接识别和执行的机器码所构成的语言，就是微控制器的指令系统。,第二章 单片机基础知识,2.2 Intel系列MCS-51单片机 Intel公司于1980年推出了8位高性能MCS-51单片机，MCS-51单片机根据其内容结构分成三档，即8051/8751/8031、8052/8032和8044/8744/8344。采用CHMOS工艺制造的产品属于低功
8、耗产品，编号为80C51、80C31等。8051系列产品都是40脚封装，其引脚功能与指令系统完全兼容。应用比较广泛的8051/8751/8031，其中8031应用最多。,第二章 单片机基础知识,一、MCS-51单片机的基本特征与组成MCS-51基本特征,1) 8位中央处理器（CPU）,2)有片内振荡和定时电路,3）128B/256B片内数据存储器（RAM）,4）4KB/8KB片内程序存储器(ROM/EPROM),5）21/26个特殊功能寄存器,6）32根（4个并行口）I/O线,7）2/3个16位可编程定时器/计数器,8）5/6个中断源，可编程位两个优先级,9）一个全双工的可运行于同步/异步方式
9、的串行口,10）可惊醒片外64KB程序存储器空间寻址,11）可进行片外64KB数据存储器空间寻址,12）具有位寻址功能,13）使用单一5V电源，主时钟频率612MHz,第二章 单片机基础知识,（1）中央处理器（CPU）中央处理器是单片机的核心，用于实现运算和控制功能，因此其中的运算器和控制器是CPU的两个主要部分。中央处理器,运算器,控制器,算术逻辑运算部件(ALT),位处理器,累加器A,寄存器B缓存器（TMP1和TMP2）,程序状态字寄存器（PSW）,十进制调整电路,时钟电路,时序电路,一些控制寄存器,第二章 单片机基础知识,（2）数据存储器 MCS-51单片机芯片内的数据存储器共有128个
10、存储单元，用以存放可读写的数据。为了与外部扩展的数据存储器相区别，通常将芯片内部的数据存储器称为内部数据存储器，简称内部RAM 主要是用来存储计算操作时的可改变数据，如用来存储计算机输入、输出数据和计算过程中产生的中间数据等 RAM在计算机中起暂时存储信息的作用。当电源切断时所有存入RAM的数据将完全消失。,第二章 单片机基础知识,（3）程序存储器 标准的8051芯片内有4KB掩膜ROM，用于存放程序和原始数据，通常称之为内部程序存储器或简称内部ROM ROM用来存储固定数据，即存放各种永久性程序和永久性、半永久性数据，如电子控制燃油喷射发动机系统中的一系列控制程序软件、喷油脉谱图、点火脉谱图
11、以及其他特性数据等 ROM中的信息不会丢失，通电后又可以立即使用。8031芯片内无ROM。,第二章 单片机基础知识,（4）定时器/计数器 MDS-51共有2个16位定时器/计数器，以实现定时和计数功能。 （5）并行I/O口。 MCS-51共有4个8位I/O口（即P0、P1、P2和P3），用以完成数据的并行输入/输出。 （6）串行I/O口 MCS-51有1个全双工的串行口，以实现单片机与其他计算机或设备之间的串行数据传送。,第二章 单片机基础知识,（7）中断控制系统通常计算机只有1个CPU，但可能同时要进行数据输入/输出、运行程序等，借助中断控制系统可逐一完成多项任务。,第二章 单片机基础知识,
12、MCS-51单片机组成图,第二章 单片机基础知识,二、AT89C51单片机 1. AT89C51单片机概述。 AT89C51单片机在引脚和指令上与标准的MCS-51单片机完全兼容，是国内比较流行的MCS-51单片机 它有双列直插封装（DIP）方式和方形封装方式。 与标准MCS-51的明显区别是： 1）4KB可改编程序Flash储存器（可经受1000次的写入/擦除）。 2）全静态工作：0Hz24MHz。 3）三级程序存储器加密。,第二章 单片机基础知识,AT89C51/LV51引脚结构图,第二章 单片机基础知识,AT89C51采用全静态逻辑设计，其工作频率可以下降到0Hz，并提供两种可用软件来选
13、择的省电方式空闲方式和掉电方式。,在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、穿行口和中断系统都继续工作,在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保留片内RAM中的内容，直到下次硬件复位为止。,第二章 单片机基础知识,2. AT89C51引脚说明。 1）P0口（P0.7P0.0）： P0口是一个8位漏极断路型双向I/O口，作为输出口用时，每位能以灌电流的方式驱动8个TTL输入。对口写1时，又可作高阻抗输入端用。 在Flash编程期间，P0端口接收指令字节，在效验程序时，则输入指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。 2）P1口（P1.7P1.0）：
14、P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1的输出缓冲器可以驱动（灌电流或拉电流方式）4个TTL输入。对口写1时，通过内部上拉电阻将口拉到高电位，这时可用做输出口。 在对Flash编程和程序效验时，P1接收低8位地址。 3）P2口（P2.7P2.0）： 作为标准I/O口，基本功能与P1口相同。 在对Flash编程和程序效验期间，P2口也接收高位地址和一些控制信号。 4）P3口（P3.7P3.0）： P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。作为标准I/O口，基本功能与P1、P2口相同。,第二章 单片机基础知识,口引脚复用功能表,5）ALT（输出）地址锁存控制信号：系统扩展时，在
15、ALE信号的控制下将P0口输出的低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分离。此外，在不使用MOVX指令的情况下，以晶振1/6固定频率输出ALE信号，还可以作为外部的定时脉冲使用。,6）PSEN（输出）外部程序存储器选通用信号：在读外部扩展ROM时，PSEN信号应该有效，以实现外部程序存储器单元的读操作。,（输入）访问程序存储器控制信号：当EA信号为低电平时，对程序存储器的读写操作限定在外部ROM。当EA信号为高电平时，对程序存储器的读操作包括内部和外部的全部ROM空间。,7),8）RST（输入）复位信号：当振荡器运行时，在该引脚上出现2个机器周期以上的高电平将使单片机复位。,第二章
16、 单片机基础知识,9）XTAL1和XTAL2(输入/输出)外接晶振引线端。 1XTAL1：在单片机内部，它是构成片内振荡器的反方向放大器的输入端。当使用芯片内部振荡器时，此引线端用于外界石英晶体和微调电容；当使用外部振荡器时，该引脚接受振荡器的信号，即将此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 2XTAL2：接外部晶体的另外一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反方向放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬空不连接。 10）GND搭铁线。 11）Ucc为5V电源。,第二章 单片机基础知识,三、单片机存储器和I/O接口扩展,单片机扩展结构框图,整个扩展系统以单片机芯片为核心。 扩展内容包括程序存储器、数据存储器和I/O接口电路等。 通常将扩展的程序存储器称为外部程序存储器，简称外部ROM。 将扩展的数据存储器称为外部数据存储器，简称外部RAM。,
