单片机简介.docx

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1、单片机基本感念一、单片机的定义日常生活中使用PC机是一种微型的计算机系统，内部结构主要由CPU、内存、内部 功能单元和I/O接口电路等部分组成，每一部分至少需要一片集成电路，各个部件通过主 板连接才能组成计算机的主机，如图1-1-1所示。微型计算机系统输入设备输入接口电路CPU运算器存储器/I K.T|V 控制器输出接口电路输出设备-5?硬件系统软件 系 统图111微型计算机系统组成示意图单片机是单片微型计算机(Monolithic Microcomputer 或 Single Chip Microcomputer) 的简称，是一种集成在一个芯片上的微型计算机系统。单片机内部结构示意图如图1-

2、1-2 所示。TINT图L1-2单片机内部结构示意图单片机与计算机系统的主要区别在于其结构、组成以及应用领域不同。首先它把组成 微型计算机的各种功能部件，包括CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、基本 输入/输出(hiput/Output)接口电路、定时/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等部 件都集成在一块芯片上，构成-个完整的微型计算机硬件。单片机在早期的自动化生产控 制领域中应用得十分广泛，因此单片机也称为微控制器(Microcontroller Unit),简称MCU。二、单片机系列出现较早也是最成熟的单片机为Intel公司的MCS-51系列,如Intel803K Inte

3、l805KIntel 8751等型号，该单片机的字长为8位，具有完善的结构和优越的性能，以及较高的性价比和要求较低的开发环境，因此，后来很多厂商或公司沿用或参考了 Intel公司的MCS-5I内核，相继开发出了自己的单片机产品，如PHILIPS、Dallas、ATMEL等公司， 并增加和扩展了单片机的很多功能。单片机型号很多，但采用MCS-5I内核的单片机常简 称为51系列单片机。目前市场流行的8位单片机多为ATMEL公司的AT89系列、国内品 牌STC系列等。STC单片机为增强51系列，支持串口在线下载(ISP)、内部看门狗和内部E2PROM 在应用编程(IAP),个别型号内部设计有A/D转

4、换器，由于STC单片机功能强且价格低， 市场容易购置，实验和研发成本较低，因此本书案例多以STC单片机介绍。三、单片机应用单片机的运行与计算机一样，也需要必要的硬件和软件。程序是单片机系统的软件， 通过程序下载到单片机内部ROM中，既可以让单片机运行，从而实现微型计算机的基本 功能。虽然单片机不能加载复杂的操作系统，但单片机是一种程序简单芯片化的计算机， 各功能部件在芯片中的布局和结构达到最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。在实际应用中，通常很难将单片机直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展 接口电路、外部设备、被控对象等硬件以及软件，才能构成一个单片机应用系统。图1-1-3 是-个

5、由单片机设计的校园自动打铃定时器系统原理。数码管时间显示继电器 -220V图1-1-3校园自动打铃定时器单片机是一种芯片级计算机系统，具有数据运算和处理的能力，它可以嵌入到很多电 子设备的电路系统中，实现智能化检测和控制。单片机应用领域非常广泛，主要集中在以 下几个方面：1.自动控制工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之-。单片机结合不同类型的传感器， 可实现电信号、湿度、温度、流量、压力、速度和位移等物理最的测量。在测控系统、工 业生产机器人的过程控制、医疗、机电一体化设备和仪器仪表中有着广泛的应用。(2)家用电器单片机系统具有体积小、功耗低、扩展灵活、微型化利使用方便等优点，在家用电器

6、 方面也有着广泛应用。单片机系统能够完成电子系统的输入和自动操作，非常适合于对家 用电器的智能控制。嵌入单片机的家用电器实现了智能化，是传统型家用电器的更新换代, 现已广泛应用于全自动洗衣机、空调、电视机、微波炉、电冰箱以及各种视听设备中。(3)其它领域智能化的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视各 种仪表等装置中都离不开单片机。单片机在机器人、汽车、航空航天、军事等领域也有广 泛的应用。单片机的外部引脚一、单片机外部引脚和逻辑符号常用的AT89C51/52、STC89C51单片机都采用DIPO40封装。图1-1-4 (a)为DIP40单 片机封装外形引脚的分布，图

7、1-1-4 (b)脚单片机的电路符号。4()个引脚按功能分为4个 部分，即电源引脚(Vcc和Vss)、时钟引脚(XTAL1和XTAL2)、控制信号引脚(RST、 缺、PSEN和 ALE)以及 I/O 口引脚(P0P3)。T2/P1.0T2BX/P1.1Pl. 2Pl. 3Pl. 4Pl. 5Pl. 6Pl. 7 RSTRXD/P3. 0IXD/P3. 1 INT0/P3. 2 ixfl/P3. 3T0/P3. 4U/P3. 5WRZ?3. 6RD/P3. 7XTAL2XTAL1VSS) PDIP10012 3456789!0 12*、45 I tv c 111 II liltll ilAiHa

8、assInVCC2/AD23/AD34 ADI5/AD56, AD6ALE PROGPSENP2. 7/A15P2.6 Al lP2. 5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2. 2/A10P2.1/A9ILa-_2LJLST4_MALIXTAURESETHLQAD)PO.LADtFOAMPOABPOAWWSAD PO 6 AI Hl AD?P2.UAJJP2 lAQ 阳绷 P2.4AJ2 P25AB P2j6.A4 P2.7AJ5P*魅D PUTKD P52回P14TOPF.P17RD(a)单片机DIP40引脚分布(a)单片机DIP40引脚分布(b) DIP40引脚单片机电路符号(c)

9、实物外形图1-1-4 51系列单片机的引脚分布图二、电源引脚40脚Vcc为单片机电源正极引脚，2()脚Vss为单片机的接地引脚。在正常T.作情况卜, Vcc接+5V电源，为了保证单片机运行的可靠性和稳定性，电源电压误差不超过0.5V。在 移动的单片机系统中，可以用4节镣镉电池或锲氢电池直接供电，实验情况下也可以用三 节普通电池或计算机的USB总线接口电源供电，在嵌入式的单片机系统中，采用集成稳压 器7805提供电源。图1-4-2为简单的的单片机集成稳压电源，为了提高电路的抗干扰能力, 电源正极与地之间接有O.lpF独立电容。7805+5V1000 pF1000 pFxx0.1巧 0咯图1-1-

10、5单片机集成稳压电源三、控制信号引脚9脚RST/VPD为复位/备用电源引脚。此引脚上外加两个机器周期的高电平就使单片机 复位（Reset）。单片机正常工作时，此引脚应为低电平。在单片机掉电期间，此引脚可接 备用电源（+5V）。在系统工作的过程中，如果Vcc低于规定的电压值，VPD就向片内 RAM提供电源，以保持RAM内的信息不丢失。30脚ALE/PROG为锁存信号输出/编程引脚，在扩展了外部存储器的单片机系统中， 单片机访问外部存储器时，ALE用于锁存低8位的地址信号。如果系统没有扩展外部存储 器，ALE端输出周期性的脉冲信号，频率为时钟振荡频率的1/6,可用对外输出的时钟。 对于EPROM型

11、单片机，此引脚用于输入编程脉冲。29脚标N脚为输出访问片外程序存储器的读选通信号引脚。在CPU从外部程序存 储器取指令期间,该信号每个机器周期两次有效。在访问片外数据存储器期间，这两次 PSEN信壁不出现。31脚EA/Vpr用于区分片内外低4KB范围存储器空间。该引脚接高电平时，CPU访 问片内程序存储器4KB的地址范围。若PC值超过4KB的地址范围，CPU将自动转向访问 片外程序存储器；当此引脚接低电平时，则只访问片外程序存储器，忽略片内程序存储器。 8031单片机没有片内程序存储器，此引脚必须接地。对于EPROM型单片机，在编程期间, 此引脚用于加较高的编程电压Vpp, 一般为+12V。单

12、片机的I/O端口引脚单片机的I/O 口是用来输入和控制输出的端口, DIP40封装的51单片机共有P0、Pk P2、P3四组端口,分别与单片机内部PO、PK P2、P3四个寄存器对应,每组端口有8位, 因此DIP40封装的51单片机共有32个I/O端口。P0 口分别占用3239脚，依次命名为P0.0P0.7o与其他I/O 口不同，P0 口是漏极 开路型双向I/O Lio在访问片外存储器时，P0 口分时作为低8位地址线和8位双向数据总 线用，此时不需外接上拉电阻。如果将P0 口作为通用的I/O 口使用，则要求外接上拉电阻 或排阻，每位以吸收电流的方式驱动8个LSTTL门电路或其他负载。P0 口中

13、任意一位电 路原理如图1-4-3所示。地址/数据图1-1-6 P0 口中一位的结构P1 I占用18脚，分别是P1.0Pl.7, P1 口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O 口，每位能驱动4个LSTTL门负载。这种接口没有高阻状态，输入不能锁存，因而不是真 正的双向I/O 口。P2曰的8个引脚占用2128脚，分别是o P2 口也是一个带内部上拉电阻 的8位双向I/O 口。在访问外部存储器时，P2 口输出高8位地址，每位也可以驱动4个 LSTTL负载。P3 口的8个引脚占用1017脚，分别是P3.0P3.7。P3是双功能端口，作为普通I/O 口使用时，同Pl、P2 口一样，作为第二功能使用时，引

14、脚定义见表1-4-1。P3 口引脚具有 的第二功能，能使硬件资源得到充分利用。表1-1-1 P3 口的第二功能表四、时钟引脚I/O 口线第二功能定义功能说明P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出LIP3.2/INTO外部中断0输入端P3.3/INTI外部中断1输入端P3.4TOTO外部计数脉冲输入端P3.5T1T1外部计数脉冲输入端P3.6/WR外部RAM写选通脉冲输出端P3.7/RD外部RAM读选通脉冲输出端单片机有两个时钟引脚，分别是19脚XTAL1和18脚XTAL2,用于提供单片机的工 作时钟信号。单片机是一个复杂的数字系统，内部CPU以及时序逻辑电路都需要时钟脉冲, 所以单片机需要有精确的时钟信号。单片机内部含有振荡电路，19脚和18脚用来外接石英晶体和微调电容。在使用外部时 钟时，XTAL2则用来输入时钟脉冲。见图1-1-7所示，其中图1-1-7 (a)为晶体振荡电路，(b)为外部时钟输入电路。利用外部时钟输入时，要根据单片机型号XTAL1接地或悬空, 并考虑时钟电平的兼容性。单片机is20XTAL2XTAL1Vss+5VCP输入(b)外部时钟输入电路(a)晶体振荡电路图1-7单片机时钟电路掌握单片机系统的结构组成是设计单片机应用系统的基础，只有对单片机的硬件组成 有一个全面的了解，才能更好地去应用单片机系统所提供的硬件资源，设计出性价比较高 的实际应用系统。