C单片机硬件基础知识PPT课件

1、单片机简介。单片机应用系统的研制步骤和方法简介。第1页/共78页第第2 2讲讲80C5180C51单片机硬件基础知识单片机硬件基础知识第2页/共78页微处理器、微型计算机与单片机CPU微型计算机的基本结构 第3页/共78页单片机的内部基本组成 如果在一块芯片上，集成了一台微型计算机的四个基本组成部分，则这种芯片就被称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），简称单片机。 第4页/共78页本章小结4.1 MCS-514.1 MCS-51系列及系列及80C5180C51系列单片机简介系列单片机简介4.2 80C514.2 80C51系列单片机外引脚功能系列单片机外引脚

2、功能4.3 80C514.3 80C51单片机内部结构单片机内部结构4.4 4.4 低功耗运行方式低功耗运行方式4.5 80C514.5 80C51单片机最小系统单片机最小系统第5页/共78页4.1 MCS-51系列及80C51系列单片机简介系列和80C51系列单片机Intel公司推出的系列单片机有：MCS-48、MCS-51、MCS-96系列。Intel公司单片机系列的符号包括51和52两个子系列。第6页/共78页基于基于HMOSHMOS工艺，工艺，它们的指令系统它们的指令系统与芯片引脚完全与芯片引脚完全兼容，只是片内兼容，只是片内程序存储器程序存储器（ROMROM）有所不同。有所不同。51

3、系列单片机80318051875l80C3180C5187C5l第7页/共78页MCS-51系列单片机内部组成8位CPU。片内带振荡器及时钟电路。128B片内数据存储器。4KB片内程序存储器（8031/80C31无）。程序存储器的寻址范围为64KB。片外数据存储器的寻址范围为64KB。21B特殊功能寄存器。48根I/O线。1个全双工串行I/O接口，可多机通信。2个16位定时器/计数器。中断系统有5个中断源，可编程为两个优先级。111条指令，含乘法指令和除法指令。布尔处理器。使用单5V电源。51子系列的主要功能为：第8页/共78页与与5151子系列的不同之处在于：片内数据存储器增至子系列的不同之

4、处在于：片内数据存储器增至256B256B，片内，片内程序存储器增至程序存储器增至8KB8KB（8032/80C328032/80C32无），有无），有26B26B的特殊功能寄存的特殊功能寄存器，有器，有3 3个个1616位定时器位定时器/ /计数器，有计数器，有6 6个中断源。其他性能均与个中断源。其他性能均与5l5l子系列相同。子系列相同。52系列单片机80328052875280C3280C5287C52第9页/共78页说明：本书所述的80C51系列单片机包括Intel公司和其他公司的51和52子系列。内部资源超出52子系列的单片机则称为新一代80C51系列单片机。第10页/共78页新一

5、代高性能80C51系列单片机。其主要发展技术如下：（1）提供不同类型的存储器。除掩模ROM、EPROM以外，还能提供EEPROM和Flash EEPROM。（2）扩展存储器容量。目前ROM已扩至64KB，RAM扩至2KB。（3）提高运行速度，时钟频率已达40MHz。（4）发展低电压专用芯片，工作电压可低于1.8V。（5）扩大接口功能，如设置高速I/O口，扩展I/O数量，增加外部中断源以及将ADC、PWM嵌入到片内。第11页/共78页系列单片机的命名规则80C51系列单片机源于MCS-51系列，其他公司80C51系列单片机命名基本上是以Intel公司的80C51为参考，增加了公司标记。 对正确选

6、择和使用80C51系列产品是十分重要的。第12页/共78页Intel 80C51系列单片机产品命名规则 第13页/共78页Atmel 80C51系列单片机产品命名规则 第14页/共78页Philips 80C51系列单片机产品命名规则 第15页/共78页80C51系列部分单片机替换表第16页/共78页系列单片机的选择特性1.程序存储器 单片机程序存储器用于存放单片机应用系统的目标程序，目标程序通过称之为商用编程器的工具写入单片机，该过程称为编程。 普遍采用Flash EEPROM型单片机代替。 第17页/共78页2. 数据存储器单片机片内数据存储器目前供应的类型有SRAM静态数据存储器，少数单

7、片机片内有EEPROM非易失性数据存储器。选择52子系列在使用上更为方便灵活。第18页/共78页3. 功耗许多公司都供应低电压的80C51系列单片机，具有低功耗的特点。4. 体积在应用系统的空间有限时，可选择相应型号的PLCC和QFP封装的单片机，外围芯片当然也要选择小型封装。第19页/共78页4.2 80C51系列单片机外引脚功能常用两种封装为双列直插式DIP40和方形封装式LCC44P1P1口口P3P3口口P0P0口口P2P2口口 时钟端时钟端 复位端复位端控制信号控制信号 接接VCCVCC（+5V+5V） 接地端接地端第20页/共78页 LCC第21页/共78页80C51的40条引脚，可

8、分为端口线、电源线和控制线三类。在绘制电路原理图时，经常采用元器件的逻辑符号，80C51逻辑符号如图所示。引脚1和引脚2的第二功能（方形封装为引脚2和引脚3）仅用于52子系列80C51逻辑符号第22页/共78页1. 端口线（4 8 = 32条）8051有4个并行I/O端口，每个端口都有8条端口线，用于传送数据或地址。由于每个端口的结构各不相同，因此它们在功能和用途上的差别也较大。P1P1口口P3P3口口P0P0口口P2P2口口第23页/共78页2. 电源线（2条）VCC为5V电源线，VSS接地。 接接VCCVCC（+5V+5V） 接地端接地端第24页/共78页3. 控制线（6条）ALE、EA、

9、PSEN、RST、XTAL1和XTAL2。 时钟端时钟端 复位端复位端控制信号控制信号第25页/共78页4.2 80C51系列单片机外引脚功能第26页/共78页4. 地址、数据和控制：三总线结构80C51三总线具有以下特点： （1）P0口的地址/数据复用。 （2）两个独立的并行扩展空间。 （3）外围数据存储器扩展的统一编址。 锁存器第27页/共78页4.3 80C51单片机内部结构图80C51CPU振荡器和时序OSC64KB 总线扩展控制器数据存储器256B RAM/SFR216位定时器/计数器可编程I/O程序存储器4KBROM可编程全双工串行口外中断内中断控制并行口串行通信外部时钟源外部事件

10、计数第28页/共78页80C51单片机内部结构框图第29页/共78页中央处理器CPU 单片机最核心的部分是CPU，可以说CPU是单片机的大脑和心脏。第30页/共78页存储器组织(哈佛结构)第31页/共78页 每个ROM单元(byte)对应一个唯一的16bit地址编码(Address) CPU要到某个ROM单元去取指令，是通过把地址写入一个16bit的特殊功能寄存器程序计数器PC(Program Counter)来实现，因此，51系列单片机的地址的编码范围(通常称为寻址范围)： 0000 0000 0000 0000B 1111 1111 1111 1111B（二进制） 0 0 0 0 H F

11、F F F H（十六进制） 0 65535 （十进制） 通常习惯说51系列单片机的ROM寻址范围是64K PC的值是CPU根据用户程序的运行流程自动装载的，它的值代表单片机下一条要执行的指令在ROM中的存放位置，用户不能直接对PC进行操作51系列单片机的程序存储器管理第32页/共78页 而80C51在物理结构上有4个存储空间：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。但在逻辑上，即从用户使用的角度上，80C51有三个存储空间。在访问三个不同的逻辑空间时，应采用不同形式的指令（见指令系统），以产生不同的存储空间的选通信号。51系列单片机的程序存储器管理片内外统一编址的64

12、KB程序存储器地址空间256 B片内数据存储器的地址空间64KB片外数据存储器地址空间第33页/共78页1. 程序存储器（51子序列）程序存储器用于存放编好的程序或表格常数程序存储器用于存放编好的程序或表格常数第34页/共78页在程序存储器中，以下单元具有特殊功能0000H：80C51复位后，PC = 0000H，即程序从 0000H开始执行指令。0003H：外部中断0入口。000BH：定时器0溢出中断入口。0013H：外部中断1入口。001BH：定时器1溢出中断入口。0023H：串行口中断入口。002BH：定时器2入口（仅52子系列有）。 第35页/共78页 使用时，通常在这些中断入口地址处

13、存放一条跳转指令，使程序跳转到用户安排的中断程序起始地址。其他程序要避开上述中断入口地址。从0000H起始地址则跳转到用户设计的主程序入口地址。采用汇编语言编程的程序员需要精心安排这些地址，而C51编译器自动产生中断程序起始地址。说明：第36页/共78页2. 数据存储器 数据存储器用于存放中间运算结果、数据暂存和缓冲、标志位等。 80C51系列单片机数据存储器有片内和片外之分。片内又有RAM和SFR之分，这几个部分的访问指令不同的，从这一点看，数据存储器的使用比程序存储器略微复杂点。采用C51语言编程则要简单许多。第37页/共78页5151子系列数据存储器配置子系列数据存储器配置 扩展第38页

14、/共78页5252子系列数据存储器配置子系列数据存储器配置 第39页/共78页 这样可把数据存储器分为片外数据存储器、片内数据存储器、特殊功能存储器，以下分别加以介绍。1）片内数据存储器 片内数据存储器分为工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲器区等三个区域。第40页/共78页工作寄存器区00H1FH单元为工作寄存器区。工作寄存器也称通用寄存器，供用户编程时使用，临时寄存8位信息。 80c51单片机片内RAM配置1）片内数据存储器 第41页/共78页位寻址区 20H2FH单元是位寻址区，该区的每一位都赋予了一个位地址。 数据缓冲区 30H7FH是数据缓冲区，即用户RAM区，共80个单元。堆栈与堆栈指

15、针 片内RAM的部分单元还可以用作堆栈。 1）片内数据存储器 第42页/共78页2）特殊功能寄存器 所有单片机片内外设是依靠对内部特殊功能寄存器的操作实现其功能的，80C51也不例外，特殊功能寄存器（SFR, Special Function Register）也称专用寄存器，专用于控制、管理单片机内部算术逻辑部件、并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作，用户在编程时可以置数设定，不能移作他用。 通过特殊功能寄存器可实现对单片机内部资源的操作和管理。第43页/共78页常用特殊功能寄存器第44页/共78页常用特殊功能寄存器第45页/共78页（1）程序状态字寄存器PS

16、WPSW是8位寄存器，用作程序运行状态的标志，字节地址D0H，位地址格式如下所示。常用特殊功能寄存器第46页/共78页 ACC是8位寄存器，通过暂存器与ALU相连。它是CPU中工作最繁忙的寄存器，因为在进行算术、逻辑类操作时，运算器的一个输入多为ACC，而运算器的输出即运算结果也大多要送到ACC中。在指令系统中累加器的助记符为A，作为直接地址时助记符为ACC。 （2）累加器ACC常用特殊功能寄存器第47页/共78页（3）数据指针寄存器DPTR由于80C51可以外接64 KB的数据存储器和I/O接口电路，因此在控制器中设置了一个16位的专用地址指针。它主要用以存放16位地址，作为间址寄存器使用。

17、 （4）B寄存器在乘、除法运算中用B寄存器暂存数据。在其他指令中，B寄存器可作为RAM中的一个单元使用。B寄存器的地址为B0H。 常用特殊功能寄存器第48页/共78页（5）堆栈指针SP 堆栈是个特殊的存储区，主要功能是暂时存放数据和地址，通常用来保护断点和现场。它的特点是按照先进后出的原则存取数据，这里的进与出是指进栈与出栈操作。 常用特殊功能寄存器第49页/共78页（6）端口P0P3特殊功能寄存器P0P3分别是I/O端口P0P3的锁存器。80C51单片机是把I/O当作一般的特殊功能寄存器使用，不专设端口操作指令，使用方便。 常用特殊功能寄存器第50页/共78页并行输入/输出端口结构1. P1

18、口P1口内部有上拉电阻，因此在输入时，即使由集电极开路电路或漏极开路电路驱动，也无需外接上拉电阻。Pl口只有一种功能：通用输入/输出接口。通用I/O接口有输出、输入和端口操作三种工作方式。 第51页/共78页2. P2口P2口有两种用途：通用I/O接口或高8位地址总线。下图是P2口1位的结构原理图，图中的模拟开关受内部控制信号控制，用于选择P2口的工作状态。第52页/共78页P3口1位的结构原理如图所示：3. P3口第53页/共78页P3口除了作为准双向通用I/O接口使用外，每一根线还具有第二种功能，详见下表。3. P3口第54页/共78页4. P0口 P0口有两种功能；地址/数据分时复用总线

19、和通用I/O接口。P0口作为准双向通用I/O接口使用时应外加上拉电阻。 第55页/共78页5. 并行输入/输出口编程举例【例4.1】 用89C52单片机的P1口驱动一位8段LED显示器。在8段LED显示器轮流显示字符0F。第56页/共78页第第3 3讲讲80C5180C51单片机硬件基础知识单片机硬件基础知识( (续）续）第57页/共78页P1P1口口P3P3口口P0P0口口P2P2口口 时钟端时钟端 复位端复位端控制信号控制信号 接接VCCVCC（+5V+5V） 接地端接地端第58页/共78页第59页/共78页时钟电路用于产生供单片机各部分同步工作的时钟信号。时序：是CPU在执行指令时所需控

20、制信号的时间顺序。第60页/共78页时钟电路方法方法1 1：用石英晶体振荡器：用石英晶体振荡器 时钟电路参数： 频率范围：1.2-12MHz C1、C2：2030pF第61页/共78页时钟电路方法方法2 2：从外部输入时钟信号：从外部输入时钟信号(80C51(80C51）80C51单片机外部时钟接入方法第62页/共78页2. CPU时序为了便于对CPU时序进行分析，人们按指令的执行过程规定了几种周期，即时钟周期、状态周期、机器周期和指令周期。 时钟周期（振荡周期）：为时钟脉冲频率（fosc)的倒数。用P表示。状态周期：时钟周期经2分频后的时钟信号。用S表示。机器周期：为完成一个基本操作所需要的

21、时间。指令周期：执行一条指令所需要的时间。一般由若干个机器周期组成。第63页/共78页 复位的概念复位：将单片机系统置成特定初始状态的操作。复位后程序从头（0000H）开始重新执行。 何时复位 刚通电时上电复位，进入初始状态 重新启动时回到初始状态、重新开始 程序故障时回到初始状态、重新开始复位是什么？复位是什么？一般在什么时候一般在什么时候需要进行复位？需要进行复位？复位电路第64页/共78页复位的方法在RST引脚上加一个持续两个机器周期以上的高电平脉冲，就可以使单片机被复位。复位电路第65页/共78页1）上电复位复位电路第66页/共78页2）上电+按键复位 复位电路第67页/共78页3）同

22、步复位电路 4）微处理器复位监控电路复位电路第68页/共78页 复位后单片机的特点寄存器寄存器初始状态值初始状态值寄存器寄存器初始状态值初始状态值PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0、P1P2、P30FFHSCON00HIPXXX00000BPCON0XX00000BIEN00XX00000BSBUF不定不定复位后单片机是复位后单片机是什么样的呢？什么样的呢？复位电路第69页/共78页4.4 低功耗运行方式80C51单片机具有两种低功耗运行方式：待机（或称空闲）方式，电流一般为

23、1.7mA5mA；掉电（或称停机）方式，电流一般为5uA50uA第70页/共78页待机（或称空闲）方式和掉电（或称停机）方式都是由专用寄存器PCON（电源控制寄存器）中的有关位控制的。4.4 低功耗运行方式第71页/共78页4.5 80C51单片机最小系统单片机最小系统就是能使单片机工作的最少的器件构成的系统，是大多数控制系统所必不可少的关键部分。 第72页/共78页图为80C32单片机的外部扩展总线。扩展外部接口电路第73页/共78页将80C32单片机的外部扩展总线接到外部程序存储器的地址总线、数据总线和控制总线，即构成80C32单片机最小系统。 扩展外部接口电路第74页/共78页5. 并行输入