第1周单片机内部结构、时序以及最小系统设计

1、1学单片机需要具备的条件学单片机需要具备的条件v与以前所学的知识关联很少；与以前所学的知识关联很少；v对器件的概念基本上是从对器件的概念基本上是从0开始；开始；v如果要用如果要用C语言编程，需具备一定的语言编程，需具备一定的C语言基语言基础；础；v故：所有人都站在了同一起跑线上！故：所有人都站在了同一起跑线上！单片机的特点及应用单片机的特点及应用 体积小，重量轻体积小，重量轻电源单一，功耗低电源单一，功耗低功能强，价格低功能强，价格低运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高3. 3. 单片机种类单片机种类 单片机硬件结构时钟电路CPUROMRAMT0 T1中断系统串

2、行接口并行接口P0 P1 P2 P3TXD RXDINT0 INT1定时计数器结构框图结构框图中央处理器中央处理器CPU：8位位，运算和控，运算和控制功能制功能内部内部RAM：共共256个个RAM单单元，用户使用元，用户使用前前128个单元个单元，用于存放可，用于存放可读写数据，后读写数据，后128个单元被个单元被专用寄存器占专用寄存器占用。用。内部内部ROM：4KB掩膜掩膜ROM，用于存放程，用于存放程序、原始数据序、原始数据和表格。和表格。定时定时/计数器：计数器：两个两个16位的定位的定时时/计数器，实计数器，实现定时或计数现定时或计数功能。功能。并行并行I/O口：口：4个个8位的位的I

3、/O口口P0、P1、P2、P3。串行口：串行口：一个全一个全双工串行口。双工串行口。中断控制系统中断控制系统：5个中断源（个中断源（外中断外中断2个，定个，定时时/计数中断计数中断2 个，串行中断个，串行中断1个）个）时钟电路：时钟电路：可可产生时钟脉冲产生时钟脉冲序列，允许晶序列，允许晶振频率振频率6MHZ和和12MHZ1 1、标准标准80518051单片机的基本组成单片机的基本组成中央处理器中央处理器CPU：8位，运算和控制功能位，运算和控制功能内部内部RAM：共共256个个RAM单元，用户使用前单元，用户使用前128个个单元，用于存放可读写数据，后单元，用于存放可读写数据，后128个单元

4、被专用个单元被专用寄存器占用。寄存器占用。内部内部ROM：4KB掩膜掩膜ROM，用于存放程序、原始，用于存放程序、原始数据和表格。数据和表格。定时定时/计数器：计数器：两个两个16位的定时位的定时/计数器，实现定时计数器，实现定时或计数功能。或计数功能。并行并行I/O口：口：4个个8位的位的I/O口口P0、P1、P2、P3。串行口：串行口：一个全双工串行口。一个全双工串行口。中断控制系统：中断控制系统：5个中断源（外中断个中断源（外中断2个，定时个，定时/计计数中断数中断2 个，串行中断个，串行中断1个）个）时钟电路：时钟电路：可产生可产生单片机工作所需单片机工作所需时钟，晶振频率时钟，晶振频

5、率0MHz24MHz（35MHz）VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0. 0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1. 0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0ALEP3. 0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7EAPSENRXD/TXD/INT0/ INT1/ T0/ T1/WR/ RD/1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424

6、222180318051 875189C5112345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM276412345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM27641234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222112345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 12345678910111213142827262524232221 2

7、01918171615RAM6264 80318751805189C51256B（字节）4K64K64K程序程序存储器存储器内部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)0000H是程序执行的起始单元,在这三个单元存放一条无条件转移指令中断5中断4中断3中断2中断10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中断0定时器0中断外部中断1定时器1中断串行口中断8位位0FFFH0FFEHEA=1 EA=0EA=1 EA=0程序程序存储器资源分布存储器资源分布中断入口地址0000HFFFFH(6

8、4K)内部外部数据数据存储器存储器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM专用寄存器0000H H07H07H0808H H0FH0FH1010H H17H17H1818H H1FH1FH0区区R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R71区区2区区3区区工作寄存器区工作寄存器区可位寻址区可位寻址区20H2FH7F 7807 0030H7FH数据缓冲区数据缓冲区/堆栈区堆栈区内部内部RAMRAM存储器存储器 工作寄存器区工作寄存器区选择位选择位RS0RS0、RS1RS1注意注意: : 一个单元地址对应有一个单元地址对应有8 8个位地址个位地址MSBMost

9、 Significant Bit MSBMost Significant Bit （最高有效位）（最高有效位）LSB Least Significant Bit LSB Least Significant Bit （最低有效位）（最低有效位）单元地址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F7F77776F6F67675F5F57574F4F47473F3F37372F2F27271F1F17170F0F0707 MSB 位地址 LSB7E7E76766E6E66665E5E56564E4E46463E3E36362E2E26261E1

10、E16160E0E06067D7D75756D6D65655D5D55554D4D45453D3D35352D2D25251D1D15150D0D05057C7C74746C6C64645C5C54544C4C44443C3C34342C2C24241C1C14140C0C04047B7B73736B6B63635B5B53534B4B43433B3B33332B2B23231B1B13130B0B03037A7A72726A6A62625A5A52524A4A42423A3A32322A2A22221A1A12120A0A02027979717169696161595951514949414

11、1393931312929212119191111090901017878707068686060585850504848404038383030282820201818101008080000RAM位寻址区位地址表位寻址区位地址表离散分布有离散分布有2121个个特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR。 1111个可以进行个可以进行位寻址。位寻址。特别提示：对特别提示：对SFRSFR只能使用直接只能使用直接寻址方式，书写时寻址方式，书写时可使用寄存器符号可使用寄存器符号，也可用寄存器单，也可用寄存器单元地址。元地址。4、并行输入/输出电路结构P0. 0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P

12、0.5 P0.6 P0.7P1. 0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0P3. 0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7u4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口：口：P0P0，P1P1，P2P2，P3P3；u均可作为双向均可作为双向I/OI/O端口使用。端口使用。 P0 P0：访问片外扩展存储器时，访问片外扩展存储器时， 复用为低复用为低8 8位地址线和数据线位地址线和数据线 P2P2：高高8 8位地址线。位地址线。P1P1：双向双向I/OI/O端口端口

13、 P3P3：第二功能第二功能1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C51ALEWR RDP1. 0P1. 1P1. 2P1. 3P1. 4P1. 5P1. 6P1. 7指令指令1 1：MOV P1,#00H指令指令2 2：MOV P1,#0FFH指令指令3 3：MOV P1,#0AAH000000001111111101010101指令指令4 4：CLR P1.0指令指令5 5：SETB P1.0111111110+5V1111111111111111ALEWR

14、 RDP3. 0P3. 1P3. 2P3. 3P3. 4P3. 5P3. 6P3. 7读端口：读端口： MOV P3, #11111111BMOV A, P3 89C51P3.41 1 1 1 1 1 1 10 15 5、时钟电路与复位电路、时钟电路与复位电路 (1)时钟振荡电路时钟振荡电路1XTAL1XTAL2C1C2晶振8051至内部时钟电路(2)复位电路复位电路MCS-51V C CVCCRESETVSS22uF1KMCS-51V C CVCCRESETVSS22uF1KRESETR1R2200谁知道谁知道复位电路怎么起到复位的作用复位电路怎么起到复位的作用?例例: : MOV A,#0

15、9H MOV A,#09H 74H74H 09H09H ; ;把把09H09H送到累加器送到累加器A A中中执行过程执行过程PC=0000H0001H0000H0002H0 1 1 1 0 1 0 00 0 0 0 1 0 0 1(PC)(PC)0001H0002H0000H(PC)执行过程执行过程19 五、五、5151系列单片机介绍系列单片机介绍 Intel的：的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；等； ATMEL的：的：89C51、89C52、89C2051等；等； Philips、华邦、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的

16、许多产品等公司的许多产品 。 80C51是是MCS-51系列中系列中CHMOS工艺的工艺的一个典型品种一个典型品种 ；其它厂商；其它厂商以以8051为基核为基核开开发出的发出的CMOS工艺单片机产品工艺单片机产品统称为统称为80C51系列系列。当前常用的。当前常用的80C51系列单片机主要产系列单片机主要产品有：品有：20STC12C/LE5A60S2简介STC12系列单片机引脚图与实物图2325vCPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；中断系统和部分外部特殊功能寄存器；vRAM：用以存放可以读写的数据，如运算的：用以存放可以

17、读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；中间结果、最终结果以及欲显示的数据；vROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；：用以存放程序、一些原始数据和表格；vI/O口：四个口：四个8位并行位并行I/O口，既可用作输入，口，既可用作输入，也可用作输出；也可用作输出；vT/C：两个定时：两个定时/记数器，既可以工作在定时记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；模式，也可以工作在记数模式；26v五个中断源的中断控制系统；五个中断源的中断控制系统；v一个全双工一个全双工UART（通用异步接收发送器）（通用异步接收发送器）的串行的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机口，用

18、于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；与微机之间的串行通信；v片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最高振荡频率为调电容需要外接。最高振荡频率为12M。27单片机最小系统Y122.1184C915PC810uFS1SW-PBALEWRRDRXDTXDINT0EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P232

19、4P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20U189S52VCCPSENP10P11P12P13P14P15P16P17T0T1INT1P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27VCCR610KR4101R510KC1015PX1X228vP0P3：通用：通用I/O口；口；vVCC：电源端，一般接：电源端，一般接5V；vGND：电源地；：电源地；vXTAL1，XTAL2：外接晶体振荡器，不能超：外接晶体振荡器，不能超过过24M；需加微调电容，一般为；需加微调电容，一般为30pF

20、；vRST/VPD：复位端，平时为低电平；：复位端，平时为低电平；vALE/PROG：地址锁存允许信号端；：地址锁存允许信号端；vEA/Vpp：外部程序存储器地址允许输入端：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端；固化编程电压输入端；292.2.4 控制器控制器1. 时钟电路时钟电路 （a）内部时钟电路；（b） HMOS型外部振荡源 (C) CHMOS型外部振荡源 30单片机工作的基本时序单片机工作的基本时序v. 机器周期和指令周期机器周期和指令周期v （1） 振荡周期振荡周期: 也称时钟周期也称时钟周期, 是指为单片机提是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。供时钟脉冲信号的振

21、荡源的周期。 v （2） 状态周期状态周期: 每个状态周期为时钟周期的每个状态周期为时钟周期的 2 倍倍, 是振荡周期经二分频后得到的。是振荡周期经二分频后得到的。 v （3） 机器周期机器周期: 一个机器周期包含一个机器周期包含 6 个状态周个状态周期期S1S6, 也就是也就是 12 个时钟周期。个时钟周期。 在一个机器周在一个机器周期内期内, CPU可以完成一个独立的操作。可以完成一个独立的操作。 v （4） 指令周期指令周期: 它是指它是指CPU完成一条操作所需完成一条操作所需的全部时间。的全部时间。 每条指令执行时间都是有一个或几个每条指令执行时间都是有一个或几个机器周期组成。机器周期

22、组成。MCS - 51 系统中系统中, 有单周期指令、有单周期指令、双周期指令和四周期指令。双周期指令和四周期指令。 311.时钟电路引脚：XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在单片机内部，它是构成片内振荡器的反向放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部振荡器的输入端。 XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在单片机内部，它是构成片内振荡器的反向放大器的输出端。当采用外部振荡器时，此引脚应悬空。32v2.控制信号引脚控制信号引脚：vRST/VPD:RST是复位信号输入端，高电平有效。当是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持此输入端保持2个

23、机器周期的高电平时，就可以完成个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。复位操作。RST引脚的第二功能是备用电源的输入引脚的第二功能是备用电源的输入端。端。上电复位按键复位33vALE/PROG:(Address Latch Enable/ Programming)当单片机上电正常工作后，当单片机上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正弦脉冲信号，此频引脚不断向外输出正弦脉冲信号，此频率为振荡器频率的率为振荡器频率的1/6。CPU访问外部存储器访问外部存储器时，时，ALE作为锁存低作为锁存低8位地址的控制信号。此位地址的控制信号。此引脚的第二功能引脚的第二功能PROG作为作为8751编程脉冲输编程脉冲输入端使用。入端使用。34vPSEN：(Program Store Enable)在访问片外存储在访问片外存储器时