单片机幻灯片-结构

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1、单片机原理及应用,物联网工程学院 自动化系 吴定会,第一章 单片机概述,1实训目的 (1) 了解单片机应用系统的基本组成。 (2) 通过最简应用系统实例了解单片机的基本工作过程。,实训1 信号灯的控制1,2实验电路,3实训程序,ORG 0000H START：MOV P1,#00H ACALL DELAY MOV P1,#0FFH ACALL DELAY SJMP START DELAY: MOV R3,#0FFH DEL2: MOV R4,#0FFH DEL1: NOP DJNZ R4,DEL1 DJNZ R3,DEL2 RET END,ALE,+5V,单片机到底是如何实现这些动作？它里面有

2、些什么呢？,微 机 系 统,微处理器CPU,计算机处理信 息的主要部件,控制计算机 各部件自动地、 协调一致地工作,与外围设备之间 进行信息交换 的必经通道,使用和管理计算机 的各种程序,内部存储器,输入/输出接口,用来存放程序和数据的部件,1-1 什么是单片机,一、微机系统,二、微型计算机的硬件结构,三、什么是单片机,单片计算机：SCMC Single Chip Micro Computer,单片机又称微控制器：MCU Micro Controller Unit,单 片 机,（微控制器）,CPU （微处理器）,RAM ROM(EPROM),I/O（串、并、C/T、A/D、中断.）,三、什么是

3、单片机,所谓单片机是指在一块硅片上集成了CPU、随机存储器（RAM）、程序存储器（ROM或EPROM）和各种I/O口（包括并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器和A/D转换器等），也就是集成在一块芯片上的计算机。,按CPU字长，可分为4、8、16、32位单片机。,根据内部程序存储器的结构不同，单片机可分为： ROM型单片机； EPROM型单片机； E2PROM型单片机； 无ROM型单片机。,四、通用单片机和专用单片机,通用单片机： 是一个基本芯片，内部资源比较丰富，性能全面且通用性强，覆盖多种应用需求。,专用单片机： 针对某一产品，或某一种控制应用而专门设计的。设计时已经使系统结构最简；软

4、硬件资源利用最优；可靠性以及经济成本最佳。,本课程介绍的MCS51系列单片机是一种通用单片机，其结构和原理对所有单片机都是适用的。,五、单片机系统,在单片机芯片基础上，扩展其他电路或芯片构成具有一定应用功能的计算机系统。,六、单片机应用系统,为控制应用而设计，系统和控制对象结合在一起,七、单片机开发系统,单片机系统开发调试工具,11,1-2 单片机的发展概况,首次宣布 1971 Intel 4004 位微处理器,第一阶段 1971-1976 萌芽阶段 4位、8位双片，功能简单； 1974-12 Fairchild(仙童） F8 8位（配3851芯片）。,第四阶段 1982 - 16位机 198

5、2 Intel MCS-96 系列 Mostek MK 68200 系列 据统计 50多个系列、300多个品种,我国位单片机的应用，大体上始于1982年。 86年上海召开全国首届单片机应用与开发交流会，成立 了单片机应用协会，使单片机应用的普及和深化掀起了 全国性的高潮。,CPU的发展,CPU字长：8位、16位、32位 时钟频率：6MHz、 12MHz、 20MHz 双CPU结构：处理能力大大提高,片内存储器的发展,所谓片内（相对于片外）： 集成在单片机芯片内的存储单元。,扩大存储容量,早期单片机 RAM：64128字节 ROM：12K字节 寻址范围：14k（212）,新型单片机 RAM：25

6、6字节 ROM：816K字节 寻址范围：64k （216）,片内EPROM开始E2PROM,电擦除可编程只读存储器E2PROM可在正常工作电压下进行读写，并能在断电情况下，保持信息不丢失。,片内程序的保密措施,早期单片机：并行输入/输出口，定时器/计数器 现代单片机：大功率输入/输出口， 可直接驱动VFD（荧光显示管）； LCD（液晶显示器）和LED（数码显示管） 片内A/D，D/A转换器； CRT控制器，LCD、LED驱动器，正弦波发生器，声音发生器，字符发生器，频率合成器等。,加强片内输入输出口的功能,1-3 单片机的特点,体积小、重量轻、便宜、省电。 抗干扰性能强，可靠性高。 控制功能强

7、，运行速度快。 片内存储器及I/O口有限，适宜于构成专用微机系统。,1-4 单片机的应用,工业方面：工业机器人、过程控制、数字控制 仪器仪表：智能仪器、医疗器械、色谱仪、视波器 民用方面：电路玩具、游戏机、录象机、光盘驱动器 电讯方面：调制解调器、智能线路运行控制 导航与控制：导弹、鱼雷制导控制、智能武器装置 数据处理：图形终端、复印机、硬盘驱动器、磁带机,MCS-48、MCS-51、MCS-96 三大系列,1-5 INTEL公司系列产品简介,76年 MCS-48系列 基本型 EPROM ROM 无ROM(ROM RAM 扩展 C/T I/O 中断） 8748 8048 8035 (1K 64

8、B 4K/320 1*8 2*8 2 ） 改进型 8749 8049 8039（ROM、RAM 扩大一倍） 8750 8050 8040（ROM、RAM 再扩大一倍）,84-85 年 51-96、之间 CHMOS 87C252 83C252 80C252 指令与51系列完全兼容，并具有96系列的HSIO（高速输入输出）功能。,82年 MCS-96 8796 8396 8096 (ROM RAM 扩展 C/T I/O 中断 串口 ） （8K 232B 64K/64K 4*16 40位 8 1 HSIO）,80年 MCS-51系列 基本型 8751 8051 8031 改进型 8752 8052

9、8032,常用单片机系列： Philips 51系列 ATMEL 51系列 Microchip PIC16C 5X Motorla M68HC05、M68HC11、M68HC16； Zilog Z8 ； NS COP800、HPC,习 题 和 思 考 题 一 、一个完整的单片微机芯片内至少有哪些部件？ 、根据程序存储器的差别单片机可以分为那些类型？ 、单片机的主要特性是什么？它适宜于构成一个通用微机系统还是专用微机系统？为什么？,第二章 MCS-51系列单片机的硬件结构,2-1 总体概况,Intel 80年 51子系列： 8031、8051、8751 8031芯片：无内部ROM，须外接EPRO

10、M 8051芯片：内部有4KB工厂掩膜编程的ROM 8751芯片：内部有4KB用户可编程的EPROM 52子系列： 8032、8052、8752,一、主要功能,8位CPU fosc 1.212MHZ 片内 RAM 128B（52为256B）ROM 4K（52为8K） 片外扩展能力：64KROM,64KRAM(通过P0.P2口扩展） 21个特殊功能寄存器（SFR） 并行I/O口：48 P0、P1、P2、P3 一个全双工串行口（P3口两位兼） 定时器/计数器 216 T0、T1（52 3个 T2） 中断源5个（2外3内）, 2个优先级(52 6个中断源） 111条指令，位寻址、位处理能力强 片内单

11、总线结构 单一5V电源,二、内部结构框图,CPU ROM RAM SFR I/O （PIO SIO C/T.）,结构框图,中央处理器CPU：8位，运算和控制功能,内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。,内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。,定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。,并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。,串行口：一个全双工串行口。,中断控制系统：5个中断源（外部中断2个，定时/计数中断2 个，串行中断1个）,时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振

12、频率6MHZ和12MHZ,8052 +4K,8052 +128B,三、外部引脚说明,40脚 双列直插式封装,1） 主电源管脚： Vcc:5V 正常运行、编程、校验 Vss:电源地,2） 外接晶体引脚： XTAL1： 片内反相放大器输入端 XTAL2： 片内反相放大器输出端,VCC,VSS,XTAL2 XTAL1,RST,P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7,P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0,ALE,P3. 0 P3.1 P

13、3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7,P0口： 双向I/O口 扩展：低8位地址/数据复用总线,P2口： 准双向I/O口 扩展：高8位地址总线,P1口：准双向I/O口 52：P1.0 T2计数脉冲输入端 P1.1 T2外部控制端T2EX,P3口： 准双向I/O口 第二功能： （P41，表 2-1）,3） 输入/输出引脚 48 = 32根,4） 控制管脚和某些电源复用管脚,RST/VPD RST复位端（两个机器周期的高电平信号， 大于10ms）, VPD: 备用电源输入端（5V0.5V）保护片内 RAM数据。,特点:,1）复用管脚多 2）对外呈三总线, VDD：EPROM外部电

14、源输入端 21V,A15 A8,A7 A0,地址总线,习题与思考题二 、8051单片机内包含哪些主要逻辑功能部件？ 、MCS-51单片机结构上有哪些主要特点？,计算机处理信息的主要部件。,由算术逻辑单元ALU、累加器A、暂存寄存器TR、程序状态字PSW和B寄存器等部件组成。,微处理器（CPU）：由运算器、控制器组成。 是计算机的核心部件，决定功能特性。,功能：实现数据的算术、逻辑运算，位变量处理，数据传送。 算术和逻辑运算，可对半字节（4位）和单字节数据进行操作 加、减、乘、除、加1、减1、比较等算术运算 与、或、异或、求补、循环等逻辑运算 布尔处理器（位处理器）,2-2 微处理器,一、运算器

15、,进位,辅助进位,用户标志,选择工作 寄存器区,溢出位,奇偶位,8位寄存器，主要反映程序执行过程中的状态。,程序状态字PSW,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,（1）进位标志位 C（PSW.7）,算术运算：最高位产生进位或借位时，C1， 否则 C0。,位操作中: C是位累加器，又称布尔累加器。,(2) 辅助进位标志 AC（PSW.6),在加减运算中，低4位向高4位产生进位或借位时， AC=1；否则AC=0。,（3）软件标志F0（PSW.5）,用户自定义状态标志，可软件置位或清零。,（4）工作寄存器区选择位RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3),用于选择工作寄存器Rn的区域。,

16、0 0 0 区 00 H 07 H,0 1 1 区 08 H 0F H,1 0 2 区 10 H 17 H,1 1 3 区 18 H 1F H,算术运算中，结果溢出OV=1；否则OV=0。 最高位、次高位之一有进（借）位时，OV1，否则OV0,（6）奇偶标志 P（PSW.0）,当Acc中有偶数个1时，P=0； 当Acc中有奇数个1时，P=1。,B寄存器,在乘、除运算中，存放操作数和运算结果； 在其他运算中，可以作为一个中间结果寄存器使用。,（5）溢出标志OV（PSW. 2）,控制器是产生操作时序和控制信号来控制计算机 各种操作的部件。是计算机的心脏。,它包括：指令寄存器,指令译码器,定时及控制电路,程序计数器PC,程序地址寄存器,数据