单片机基础知识及开发工具应用概论课件

项目一单片机基础知识及开发工具应用

任务2单片机硬件结构

任务2单片机硬件结构1

1．认知单片机芯片，完成单片机最小系统电路设计，会正确选择单片机型号

。2．了解51系列单片机引脚功能和内部结构，熟悉CPU功能。

3．熟悉片内存储器分配，了解特殊功能寄存器。4．了解单片机时序概念，掌握单片机复位电路和低功耗技术使用。学习目标1．认知单片机芯片，完成单片机最小系统电路设计，会正确选择2一、任务描述通过对单片机LED发光二极管相应电路的练习，认识单片机最小系统。能对典型硬件电路进行分析，并认知各元器件的作用，掌握元器件参数选型设计。一、任务描述通过对单片机LED发光二极管相应3

（一）51系列单片机概述

1．单片机概念

单片机是一种智能集成电路芯片。它将CPU、存储器、输入和输出接口电路集成在同一块芯片上，构成一个即小巧又很完善的微型计算机硬件系统。简称：单片机。由于单片机是做嵌入式应用，故又称为嵌入式控制器。根据数据总线的宽度不同，单片机可分为8位机、16位机和32位机。

增强型单片机内部集成了ADC、DAC、中断单元、定时单元等更复杂、更完善的电路。二、相关知识（一）51系列单片机概述1．单片机概念二、相关知识4特点：

在程序的控制下能准确、迅速、高效、单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，完成程序设计者事先规定的任务。在实际使用中，可将单片机看作是一个可以通过软件控制的智能多路开关（AT89C51为32路），其引脚输入/输出数字为“1”（高电平+5V）和“0”（低电平0V），可以直接驱动LED等负载。二、相关知识特点：二、相关知识5

（一）51系列单片机概述

2．单片机特色

简化了多而繁杂的各类电路设计。

小巧灵活、成本低、功耗低、可靠性好，抗干扰性强，易于产品化，应用范围广。

智能化设备的核心，能组装成各种智能测控设备及智能仪器仪表。

易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。

具有通讯功能，可以很方便地实现多机和分布式控制，形成控制网络和远程控制。

二、相关知识（一）51系列单片机概述2．单片机特色二、相关知识6

（一）51系列单片机概述

3.如何选择单片机

满足市场对产品的要求。是否容易购买

。

性价比要高，开发费用低

。印刷板设计容易，加密性能优良

。

引脚驱动能力大，尽量使用内部资源，减少外扩器件

。产品有一定的升级余地，开发周期短

工作温度范围广，电源适应能力强。

二、相关知识（一）51系列单片机概述3.如何选择单片机二、相关知7

（一）51系列单片机概述

4.学习单片机方法

必须掌握数字电路和模拟电路方面的知识

。学习和掌握单片机原理、硬件结构、接口电路和编程语言

。

熟悉外围硬件扩展接口和各类传感器电路应用，尽可能了解各学科中的控制项目、控制过程和方法。

。软件编程多练习，在反复练习中掌握程序设计

。

借助仿真软件完成实践操作

。二、相关知识（一）51系列单片机概述4.学习单片机方法二、相关知8

（一）51系列单片机概述

5.常用8051内核单片机类型

二、相关知识1）MCS-51系列单片机MCS-51是指由美国INTEL公司生产的一系列高性能8位单片机的总称，也就是我们平常讲的51系列单片机。所以人们习惯于用8051来称呼MCS-51系列单片机。2）AT89系列单片机ATMEL公司将闪速存储器与MCS-51控制器相结合，开发生产了新型的8位单片机----AT89系列单片机，片内带有可编程可擦写只读存储器PEPROM。（一）51系列单片机概述5.常用8051内核单片机类型9常用ATMEL单片机芯片DIP封装实物图和引脚图

常用ATMEL单片机芯片10

5.常用8051内核单片机类型

3）STC系列单片机STC系列单片机是深圳宏晶科技公司推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，无需仿真器或专用编程器就可进行单片机应用系统的开发，方便了单片机的学习和应用。按照工作速度与片内资源配置的不同，STC系列单片机可分为：12T系列：STC89系列。6T系列：STC90系列。1T系列：STC10/11系列、STC12/15系列。注：12T是指一个机器周期需要12个时钟。5.常用8051内核单片机类型3）STC系列单片11

5.常用8051内核单片机类型

表1-2-2常用STC系列单片机型号工作电压（V）Flash程序存储器SRAM字节EEPROM普通定时器CCP/PCA/PWM/定时器A/D8路看门狗内置复位STC89C52RC5.5-3.58K5122K3--有有STC11F04E5.5-4.14K2561K2--有有STC12C40525.5-3.54K2561K22-ch-有有STC12C5A60S25.5-3.560K12801K22-ch10位有有5.常用8051内核单片机类型表1-2-2常12

（二）单片机内部结构

1．单片机功能概述

STC12C5A60S2系列单片机是STC12系列的典型产品，是高速/低功耗/超抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8~12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/秒）。（二）单片机内部结构1．单片机功能概述13STC12C5A60S2主要指标1增强型8051CPU，1T型。工作电压范围宽：5.5V~3.5V可正常工作。工作频率范围：0~35MHz，相当于普通8051的0~420MHz。

用户应用程序空间：60K字节Flash程序存储器，1280字节SRAM，有1K的EEPROM功能。通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）。可设置成四种模式：准双向口、弱上拉、强推挽和强上拉，每个I/O口驱动能力均可达到20mA。

STC12C5A60S2主要指标1增强型8051CPU，114STC12C5A60S2主要指标2ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）

。时钟源：外部高精度晶体和内部R/C振荡器

。共4个16位定时器。两个与传统8051兼容的16位定时器/计数器0和1，没有定时器2，但有独立波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器。

3个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟，独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟。

STC12C5A60S2主要指标2ISP（在系统可编程）/15STC12C5A60S2主要指标3外部中断I/O口7路：除了传统的下降沿中断或低电平触发中断外，新增支持上升沿中断的PCA模块。

PWM（2路）/PCA（可编程计数器阵列2路）。可用来当2路D/A使用；可用来再实现2个定时器；也可用来再实现2个外部中断（上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持）。

A/D转换：8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/秒）。

通用两个全双工异步串行口（UART）。

STC12C5A60S2主要指标3外部中断I/O口7路：除了16

2.单片机内部结构图2.单片机内部结构图173.单片机CPU结构

CPU是单片机的核心部分，分为运算器和控制器两部分。运算器

运算器由算术/逻辑运算单元ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存器（TMP1、TMP2）和程序状态寄存器PSW组成。主要用来完成:数据的传送、算术/逻辑运算和位变量处理等操作。3.单片机CPU结构CPU是单片机的核心部分，分为运算器183.单片机CPU结构

注意：汇编语言中对累加器ACC、寄存器B和程序状态寄存器PSW必须详细了解，掌握其应用。在C语言中只要知道有这么个概念，不要求深入。3.单片机CPU结构注意：192)控制器控制器是CPU的指挥中心，由指令寄存器IR、指令译码器ID以及程序计数器PC等组成。完成：取指令存放（IR）→译码（ID）→执行指令操作→再取指令的循环过程。

PC指到哪里，CPU就从哪里开始执行程序。单片机复位后，PC=0000H。2)控制器20

（三）单片机引脚功能及最小系统

1．单片机封装及引脚功能

（三）单片机引脚功能及最小系统1．单片机封装及引脚功能21

（三）单片机引脚功能及最小系统（三）单片机引脚功能及最小系统22

（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说明1P1.0/ADC0/CLKOUT2P1.0标准I/O口PORT1[0]ADC0ADC输入通道-0CLKOUT2独立波特率发生器的时钟输出。可通过设置WAKE_CLKO[2]位/BRT­CLKO将该管脚配置为CLKOUT22P1.1/ADC1P1.1标准I/O口PORT1[1]ADC1ADC输入通道-13P1.2/ADC2/ECI/RxD2P1.2标准I/O口PORT1[2]ADC2ADC输入通道-2ECIPCA计数器的外部脉冲输入脚RxD2第二串口数据接收端（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说23

（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说明4P1.3/ADC3/CCP0/TxD2P1.3标准I/O口PORT1[3]ADC3ADC输入通道-3CCP0外部信号捕获(频率测量或当外部中断使用)、高速脉冲输出及脉宽调制输出TxD2第二串口数据发送端5P1.4/ADC4/CCP1/SSP1.4标准I/O口PORT1[4]ADC4ADC输入通道-4CCP1外部信号捕获(频率测量或当外部中断使用)、高速脉冲输出及脉宽调制输出SSSPI同步串行接口的从机选择信号（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说24

（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说明6P1.5/ADC5/MOSIP1.5标准I/O口PORT1[5]ADC5ADC输入通道-5MOSISPI同步串行接口的主出从入(主器件的输出和从器件的输入)7P1.6/ADC6/MISOP1.6标准I/O口PORT1[6]ADC6ADC输入通道-6MISOSPI同步串行接口的主入从出(主器件的输入和从器件的输出)8P1.7/ADC7/SCLKP1.7标准I/O口PORT1[7]ADC7ADC输入通道-7SCLKSPI同步串行接口的时钟信号（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说25

（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说明9P4.7/RSTP4.7标准I/O口PORT4[7]RST复位脚10P3.0/RxDP3.0标准I/O口PORT3[0]RxD串口1数据接收端11P3.1/TxDP3.1标准I/O口PORT3[1]TxD串口1数据发送端12P3.2/INT0P3.2标准I/O口PORT3[2]INT0外部中断0，下降沿中断或低电平中断13P3.3/INT1P3.3标准I/O口PORT3[3]INT1外部中断1，下降沿中断或低电平中断（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说26

（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说明14P3.4/T0/CLKOUT0P3.4标准I/O口PORT3[4]T0定时器/计数器0的外部输入CLKOUT0定时器/计数器0的时钟输出。可通过设置WAKE_CLKO[0]位/T0CLKO将该管脚配置为CLKOUT0。15P3.5/T1/CLKOUT1P3.5标准I/O口PORT3[5]T1定时器/计数器1的外部输入CLKOUT1定时器/计数器1的时钟输出。可通过设置WAKE_CLKO[1]位/T1CLKO将该管脚配置为CLKOUT1。16P3.6/WRP3.6标准I/O口PORT3[6]WR外部数据存储器写脉冲（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说27

（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说明17P3.7/RDP3.7标准I/O口PORT3[7]RD外部数据存储器读脉冲18XTAL2内部时钟电路反相放大器的输出端，接外部晶振的另一端。当直接使用外部时钟源时，此引脚可浮空，此时XTAL2实际将XTAL1输入的时钟进行输出。19XTAL2内部时钟电路反相放大器的输出端，接外部晶振的另一端。当直接使用外部时钟源时，此引脚可浮空，此时XTAL2实际将XTAL1输入的时钟进行输出。20Gnd电源负极，接地21~28P2.0~P2.7Port2:P2口内部有上拉电阻，既可作为输入/输出口，也可作为高8位地址总线使用(A8~A15)。当P2口作为输入/输出口时，P2是一个8位准双向口。（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说28

（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说明29P4.4/NA标准I/O口PORT4[4]30P4.5/ALEP4.5标准I/O口PORT4[5]ALE地址锁存允许31P4.6/EX_LVD/RST2P4.6标准I/O口PORT4[6]EX_LVD外部低压检测中断/比较器RST2第二复位功能脚39-32P0.0~P0.7/AD0~AD7P0：P0口既可作为输入/输出口，也可作为地址/数据复用总线使用。当P0口作为输入/输出口时，P0是一个8位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。当P0作为地址/数据复用总线使用时，是低8位地址线[A0~A7]，数据线的[D0~D7]。40VCC电源正极（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说29

（三）单片机引脚功能及最小系统

2．单片机最小系统时钟频率小于12MHz时的单片机最小系统用最少的元件组成的单片机系统被称为单片机最小系统。（三）单片机引脚功能及最小系统2．单片机最小系统时钟频率30

（三）单片机引脚功能及最小系统时钟频率高于12MHz时的单片机最小系统（三）单片机引脚功能及最小系统时钟频率高于12MHz时的单31（四）存储器结构和特殊功能寄存器

STC12C5A60S2单片机的程序存储器和数据存储器是各自独立编址的。其所有程序存储器都是片上Flash存储器，不能访问外部程序存储器。

1.ROM

60KB的程序存储器，其地址为0000H~0EFFFH（四）存储器结构和特殊功能寄存器STC12C5A60S232【通用固定存储器地址分配如下：】

0000H复位入口地址（主程序入口）0003H外部中断0中断入口地址。000BH定时/计数器0中断入口地址。0013H外部中断1中断入口地址。001BH定时/计数器1中断入口地址。0023H串行口中断入口地址。

单元地址单元内容EFFFH………………………0005H0004H0003H0002H0001H0000H更多的中断向量地址见单独的中断章节

【通用固定存储器地址0000H复位入口地址（主程332.片内RAM

规定单元地址长度为8位

工作寄存器区（00H~1F）idata、data位寻址区(20H~2FH)bdata、idata、data用户区（30H~7FH）idata、data1）内部低128字节RAM介绍----也称通用RAM区2）内部高128字节RAM（80H~FFH）idata2.片内RAM规定单元地址长度为8位1）内部低343）特殊功能寄存器（SFR）

功能固定。每一个特殊功能寄存器的状态都与某一具体的硬件接口电路相关，用来对片内各功能模块进行管理、控制和监视。设置后，才能使用对应硬件电路。使用中，一般用它的特殊功能寄存器名称，而不用地址。如：P0~P3、PCON、SCON、TCON、SBUF、IE、IP、TMOD、TH0、TL0、TH1、TL1等3）特殊功能寄存器（SFR）功能固定。每一个特殊功能寄存器35（五）单片机时序与复位电路

STC12C5A60S2单片机的程序存储器和数据存储器是各自独立编址的。其所有程序存储器都是片上Flash存储器，不能访问外部程序存储器。

（五）单片机时序与复位电路STC12C5A60S2单片机36（五）单片机时序与复位电路

STC12C5A60S2单片机的时钟1）时钟源的选择有两个时钟源：内部R/C振荡时钟和外部晶体时钟。（五）单片机时序与复位电路STC12C5A60S2单片37（五）单片机时序与复位电路

2）系统时钟与时钟分配寄存器时钟源输出信号经过一个可编程时钟分频器后再提供给单片机CPU和内部接口，为了区分时钟源信号与CPU内部接口的时钟，时钟源信号（振荡器时钟）的频率记为fOSC，CPU、内部接口的时钟称为系统时钟，记为fSYS。fSYS=fOSC/N。

（五）单片机时序与复位电路2）系统时钟与时钟分配寄存器38（五）单片机时序与复位电路

N为时钟分频器的分频系数，由时钟分频寄存器CLK_DIV定义名称地址B7B6B5B4B3B2B1B0CLK_DIV：97H-----CLKS2CLKS1CLKS0（五）单片机时序与复位电路N为时钟分频器的分频系数，由时钟39（五）单片机时序与复位电路

表1-2-7CPU系统时钟与分频系数CLKS2CLKS1CLKS0分频后CPU的实际工作时钟000外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟，不分频001(外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟)/2010(外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟)/4011(外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟)/8100(外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟)/16101(外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟)/32110(外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟)/64111(外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟)/128（五）单片机时序与复位电路表1-2-7CPU系统时钟40（五）单片机时序与复位电路

2.复位单片机在上电以后内部的电路处于一种随机状态，这时如果开始工作则会出现混乱。因此，对单片机而言，必须做准备工作，让程序、单片机引脚、存储器等从默认的初始状态开始行，我们把这个准备过程称为单片机复位。复位是使单片机回到初始化状态的一种操作，单片机结束复位状态后从用户程序区的0000H处开始正常工作。

（五）单片机时序与复位电路2.复位41（五）单片机时序与复位电路

2.复位STC12C5A60S2系列单片机有5种复位方式：外部RST引脚复位、外部低压检测复位、软件复位、掉电复位/上电复位和看门狗复位。

（五）单片机时序与复位电路2.复位421）外部RST复位（第一复位功能）

将RST复位管脚拉高并维持至少24个时钟加10μs后，单片机会进入复位状态，将RST复位管脚拉回低电平，单片机结束复位状态并从系统ISP监控程序区开始执行程序。1）外部RST复位（第一复位功能）432）外部低压检测复位（高可靠复位，新增第二复位功能脚RST2复位）

低于1.33V复位（通过2个电阻分压实现外部可调复位门槛电压复位）。时钟频率高于12MHz时，建议使用第二复位功能脚。外部低压检测若不作第二复位功能时，可作外部低压检测，经比较可产生中断。这样用户可以用查询方式或中断方式检查外部电压是否偏低。当外部供电电压过低时，无法保证单片机正常工作。

2）外部低压检测复位（高可靠复位，新增第二复位功能脚RST2443）软件复位

控制IAP_CONTR特殊功能寄存器的其中两位SWBS/SWRST：SWBS：软件复位程序启动区的选择控制位。

=0，复位后选择从用户应用程序区启动；=1，复位后选择从系统ISP监控程序区启动。SWRST：软件复位控制位。=0，不复位；=1，产生软件复位。3）软件复位控制IAP_CO454）内部上电复位/掉电复位

当电源电压VCC低于上电/掉电复位检测门槛电压时，所有的逻辑电路都会复位。当VCC重新恢复到复位检测门槛电压以上后，延迟32768个时钟后，上电复位/掉电复位结束。进入掉电模式时，上电复位/掉电复位功能被关闭。

5）MAX810专用复位电路

若MAX810专用复位电路在STC-ISP编程器中被允许，则以后上电复位后将再产生约200ms延迟，复位才能被解除。4）内部上电复位/掉电复位5466）看门狗（WDT）复位

复位看门狗的方法是重写看门狗特殊功能寄存器WDT_CONTR。

WDT_FLAG：看门狗溢出标志位。EN_WDT：看门狗允许位。当设置为“1”时，看门狗启动。CLR_WDT：看门狗清“0”位。=1，启动后，硬件将自动清“0”此位，看门狗将重新计数。IDLE_WDT：看门狗“IDLE”模式（空闲模式）位。=1，看门狗定时器在“空闲模式”计数；=0，看门狗定时器在“空闲模式”时不计数。

名称地址B7B6B5B4B3B2B1B0WDT_CONTR0C1HWDT_FLAG-EN_WDTCLR_WDTIDLE_WDTPS2PS1PS06）看门狗（WDT）复位WD47

PS2、PS1、PS0：看门狗定时器预分频值

表1-2-8看门狗定时器预分频系数与溢出时间PS2PS1PS0Pre-scale预分频看门狗溢出时间11.0592MHz12MHz20MHz000271.1ms65.5ms39.3ms0014142.2ms131ms78.6ms0108284.4ms262.1ms157.3ms01116568.8ms524.2ms314.6ms100321137.7ms1048.5ms629.1ms101642275.5ms2097.1ms1.25S1101284551.1ms4194.3ms2.5S1112569102.2ms8388.6ms5SPS2、PS1、PS0：看门狗487）冷启动复位和热启动复位

表1-2-9冷启动复位和热启动复位对照表复位种类复位源上电复位标志（POF）复位后程序启动区域热启动复位内部看门狗复位不变会使单片机直接从用户程序区0000H处开始执行用户程序通过控制RESET脚产生的硬复位不变会使系统从用户程序区0000H处开始直接执行用户程序通过对IAP_CONTR寄存器送入20H产生的软复位不变会使系统从用户程序区0000H处开始直接执行用户程序通过对IAP_CONTR寄存器送入60H产生的软复位不变会使系统从系统ISP监控程序区开始执行程序，检测不到合法的ISP下载命令流后，会软复位到用户程序区执行用户程序冷启动复位系统停电后再上电引起的硬复位1会使系统从系统ISP监控程序区开始执行程序，检测不到合法的ISP下载命令流后，会软复位到用户程序区执行用户程序7）冷启动复位和热启动复位表49

（一）工作任务

三、任务实施对图1-2-9所示电路进行硬件电路分析和阅图。在图1-2-9所示电路中，与数码管相连电阻起限流作用，R1和C1起单片机上电复位作用，C2和C3帮助石英晶体起振。（一）工作任务三、任务实施对图1-2-9所示电路进行硬件50

（二）实践操作三、相关实践1．利用电子CAD绘制如图1-2-9LED显示电路。

2．查阅相关资料，熟悉LED发光原理

。3．对电路进行分析，设置选择合适的参数范围。4．认知各元器件的作用，完成表1-2-3填空。表1-2-3LED显示电路器件参数序号名称标号型号参数作用1单片机U1234567（二）实践操作三、相关实践1．利用电子CAD绘制如图1-51思考与练习（一）问答题1．什么是单片机？有哪几部分组成？简述单片机的功能与特点？2．单片机最小系统包括几个部分？应如何设计？3．选择单片机的依据是什么？4．单片机为什么要有复位电路？为什么要有时钟电路？5．简述单片机片内低128字节的数据存储器组成。6．简述程序存储器中的特殊入口地址分配。

思考与练习（一）问答题52（二）填空题1．单片机是指将

、

和

集成在同一块芯片上的微型计算机。其工作电压为

V，单片机I/O口输出数字“1”表示输出

电平，其电压约为

V，输出数字“0”表示输出

电平，其电压约为

V。2．CPU表示

，可分为

和

两部分。ROM表示

，RAM表示

，I/O表示

。（二）填空题53（二）填空题3．平常讲的51系列单片机是指

单片机，其典型产品为

。目前我国使用较多的51系列单片机是

系列单片机和

系列单片机。4．STC系列单片机可分为：12T系列、6T系列和1T系列。其中1T是指

。STC89系列是

T的单片机，兼容传统8051；STC12系列是

T的单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8~12倍。

（二）填空题54（二）填空题5．STC12C5A60S2系列单片机内部有

K字节Flash程序存储器、256基本字节+

K字节SRAM，有

K字节EEPROM。6．传统8051单片机一般只选择外部时钟源一种方式，而STC系列单片机有两种时钟源可供选择：外部高精度晶体和内部R/C振荡器。精度要求不高时，可选择使用

。

（二）填空题55（二）填空题7．累加器A中“1”的个数为奇数时，奇偶标志位P=

，P一般用于串行通信校验。程序计数器PC是一个16位的计数器，里面存放的是

。8．STC12C5A60S2单片机中，fOSC是指

，fSYS是指

。fSYS=fOSC/N，分频系数N由时钟分频寄存器CLK_DIV设定。复位后CLK_DIV=

，表示

分频。9．传统8051单片机在RST复位管脚保持2个机器周期高电平就能可靠复位。STC12C5A60S2系列单片机至少需要

个时钟加

μs后，才会进入复位状态，将RST复位管脚拉回低电平。10．单片机存储器的最大特点是

与

分开编址。

（二）填空题56（三）名词解释1．MS-51、ROM、RAM、EEROM、CPU、ALU、PCA模块、ISP、IAP、PWM、WDT。2．机器周期、时钟周期、指令周期，单片机最小系统、工作寄存器组。3．UART、fOSC、fSYS。4．准双向口、特殊功能寄存器、时序、空闲模式、低速模式和掉电模式、冷启动、热启动。（三）名词解释57

项目一单片机基础知识及开发工具应用

任务2单片机硬件结构

任务2单片机硬件结构58

1．认知单片机芯片，完成单片机最小系统电路设计，会正确选择单片机型号

。2．了解51系列单片机引脚功能和内部结构，熟悉CPU功能。

3．熟悉片内存储器分配，了解特殊功能寄存器。4．了解单片机时序概念，掌握单片机复位电路和低功耗技术使用。学习目标1．认知单片机芯片，完成单片机最小系统电路设计，会正确选择59一、任务描述通过对单片机LED发光二极管相应电路的练习，认识单片机最小系统。能对典型硬件电路进行分析，并认知各元器件的作用，掌握元器件参数选型设计。一、任务描述通过对单片机LED发光二极管相应60

（一）51系列单片机概述

1．单片机概念

单片机是一种智能集成电路芯片。它将CPU、存储器、输入和输出接口电路集成在同一块芯片上，构成一个即小巧又很完善的微型计算机硬件系统。简称：单片机。由于单片机是做嵌入式应用，故又称为嵌入式控制器。根据数据总线的宽度不同，单片机可分为8位机、16位机和32位机。

增强型单片机内部集成了ADC、DAC、中断单元、定时单元等更复杂、更完善的电路。二、相关知识（一）51系列单片机概述1．单片机概念二、相关知识61特点：

在程序的控制下能准确、迅速、高效、单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，完成程序设计者事先规定的任务。在实际使用中，可将单片机看作是一个可以通过软件控制的智能多路开关（AT89C51为32路），其引脚输入/输出数字为“1”（高电平+5V）和“0”（低电平0V），可以直接驱动LED等负载。二、相关知识特点：二、相关知识62

（一）51系列单片机概述

2．单片机特色

简化了多而繁杂的各类电路设计。

小巧灵活、成本低、功耗低、可靠性好，抗干扰性强，易于产品化，应用范围广。

智能化设备的核心，能组装成各种智能测控设备及智能仪器仪表。

易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。

具有通讯功能，可以很方便地实现多机和分布式控制，形成控制网络和远程控制。

二、相关知识（一）51系列单片机概述2．单片机特色二、相关知识63

（一）51系列单片机概述

3.如何选择单片机

满足市场对产品的要求。是否容易购买

。

性价比要高，开发费用低

。印刷板设计容易，加密性能优良

。

引脚驱动能力大，尽量使用内部资源，减少外扩器件

。产品有一定的升级余地，开发周期短

工作温度范围广，电源适应能力强。

二、相关知识（一）51系列单片机概述3.如何选择单片机二、相关知64

（一）51系列单片机概述

4.学习单片机方法

必须掌握数字电路和模拟电路方面的知识

。学习和掌握单片机原理、硬件结构、接口电路和编程语言

。

熟悉外围硬件扩展接口和各类传感器电路应用，尽可能了解各学科中的控制项目、控制过程和方法。

。软件编程多练习，在反复练习中掌握程序设计

。

借助仿真软件完成实践操作

。二、相关知识（一）51系列单片机概述4.学习单片机方法二、相关知65

（一）51系列单片机概述

5.常用8051内核单片机类型

二、相关知识1）MCS-51系列单片机MCS-51是指由美国INTEL公司生产的一系列高性能8位单片机的总称，也就是我们平常讲的51系列单片机。所以人们习惯于用8051来称呼MCS-51系列单片机。2）AT89系列单片机ATMEL公司将闪速存储器与MCS-51控制器相结合，开发生产了新型的8位单片机----AT89系列单片机，片内带有可编程可擦写只读存储器PEPROM。（一）51系列单片机概述5.常用8051内核单片机类型66常用ATMEL单片机芯片DIP封装实物图和引脚图

常用ATMEL单片机芯片67

5.常用8051内核单片机类型

3）STC系列单片机STC系列单片机是深圳宏晶科技公司推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，无需仿真器或专用编程器就可进行单片机应用系统的开发，方便了单片机的学习和应用。按照工作速度与片内资源配置的不同，STC系列单片机可分为：12T系列：STC89系列。6T系列：STC90系列。1T系列：STC10/11系列、STC12/15系列。注：12T是指一个机器周期需要12个时钟。5.常用8051内核单片机类型3）STC系列单片68

5.常用8051内核单片机类型

表1-2-2常用STC系列单片机型号工作电压（V）Flash程序存储器SRAM字节EEPROM普通定时器CCP/PCA/PWM/定时器A/D8路看门狗内置复位STC89C52RC5.5-3.58K5122K3--有有STC11F04E5.5-4.14K2561K2--有有STC12C40525.5-3.54K2561K22-ch-有有STC12C5A60S25.5-3.560K12801K22-ch10位有有5.常用8051内核单片机类型表1-2-2常69

（二）单片机内部结构

1．单片机功能概述

STC12C5A60S2系列单片机是STC12系列的典型产品，是高速/低功耗/超抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8~12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/秒）。（二）单片机内部结构1．单片机功能概述70STC12C5A60S2主要指标1增强型8051CPU，1T型。工作电压范围宽：5.5V~3.5V可正常工作。工作频率范围：0~35MHz，相当于普通8051的0~420MHz。

用户应用程序空间：60K字节Flash程序存储器，1280字节SRAM，有1K的EEPROM功能。通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）。可设置成四种模式：准双向口、弱上拉、强推挽和强上拉，每个I/O口驱动能力均可达到20mA。

STC12C5A60S2主要指标1增强型8051CPU，171STC12C5A60S2主要指标2ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）

。时钟源：外部高精度晶体和内部R/C振荡器

。共4个16位定时器。两个与传统8051兼容的16位定时器/计数器0和1，没有定时器2，但有独立波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器。

3个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟，独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟。

STC12C5A60S2主要指标2ISP（在系统可编程）/72STC12C5A60S2主要指标3外部中断I/O口7路：除了传统的下降沿中断或低电平触发中断外，新增支持上升沿中断的PCA模块。

PWM（2路）/PCA（可编程计数器阵列2路）。可用来当2路D/A使用；可用来再实现2个定时器；也可用来再实现2个外部中断（上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持）。

A/D转换：8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/秒）。

通用两个全双工异步串行口（UART）。

STC12C5A60S2主要指标3外部中断I/O口7路：除了73

2.单片机内部结构图2.单片机内部结构图743.单片机CPU结构

CPU是单片机的核心部分，分为运算器和控制器两部分。运算器

运算器由算术/逻辑运算单元ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存器（TMP1、TMP2）和程序状态寄存器PSW组成。主要用来完成:数据的传送、算术/逻辑运算和位变量处理等操作。3.单片机CPU结构CPU是单片机的核心部分，分为运算器753.单片机CPU结构

注意：汇编语言中对累加器ACC、寄存器B和程序状态寄存器PSW必须详细了解，掌握其应用。在C语言中只要知道有这么个概念，不要求深入。3.单片机CPU结构注意：762)控制器控制器是CPU的指挥中心，由指令寄存器IR、指令译码器ID以及程序计数器PC等组成。完成：取指令存放（IR）→译码（ID）→执行指令操作→再取指令的循环过程。

PC指到哪里，CPU就从哪里开始执行程序。单片机复位后，PC=0000H。2)控制器77

（三）单片机引脚功能及最小系统

1．单片机封装及引脚功能

（三）单片机引脚功能及最小系统1．单片机封装及引脚功能78

（三）单片机引脚功能及最小系统（三）单片机引脚功能及最小系统79

（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说明1P1.0/ADC0/CLKOUT2P1.0标准I/O口PORT1[0]ADC0ADC输入通道-0CLKOUT2独立波特率发生器的时钟输出。可通过设置WAKE_CLKO[2]位/BRT­CLKO将该管脚配置为CLKOUT22P1.1/ADC1P1.1标准I/O口PORT1[1]ADC1ADC输入通道-13P1.2/ADC2/ECI/RxD2P1.2标准I/O口PORT1[2]ADC2ADC输入通道-2ECIPCA计数器的外部脉冲输入脚RxD2第二串口数据接收端（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说80

（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说明4P1.3/ADC3/CCP0/TxD2P1.3标准I/O口PORT1[3]ADC3ADC输入通道-3CCP0外部信号捕获(频率测量或当外部中断使用)、高速脉冲输出及脉宽调制输出TxD2第二串口数据发送端5P1.4/ADC4/CCP1/SSP1.4标准I/O口PORT1[4]ADC4ADC输入通道-4CCP1外部信号捕获(频率测量或当外部中断使用)、高速脉冲输出及脉宽调制输出SSSPI同步串行接口的从机选择信号（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说81

（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说明6P1.5/ADC5/MOSIP1.5标准I/O口PORT1[5]ADC5ADC输入通道-5MOSISPI同步串行接口的主出从入(主器件的输出和从器件的输入)7P1.6/ADC6/MISOP1.6标准I/O口PORT1[6]ADC6ADC输入通道-6MISOSPI同步串行接口的主入从出(主器件的输入和从器件的输出)8P1.7/ADC7/SCLKP1.7标准I/O口PORT1[7]ADC7ADC输入通道-7SCLKSPI同步串行接口的时钟信号（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说82

（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说明9P4.7/RSTP4.7标准I/O口PORT4[7]RST复位脚10P3.0/RxDP3.0标准I/O口PORT3[0]RxD串口1数据接收端11P3.1/TxDP3.1标准I/O口PORT3[1]TxD串口1数据发送端12P3.2/INT0P3.2标准I/O口PORT3[2]INT0外部中断0，下降沿中断或低电平中断13P3.3/INT1P3.3标准I/O口PORT3[3]INT1外部中断1，下降沿中断或低电平中断（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说83

（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说明14P3.4/T0/CLKOUT0P3.4标准I/O口PORT3[4]T0定时器/计数器0的外部输入CLKOUT0定时器/计数器0的时钟输出。可通过设置WAKE_CLKO[0]位/T0CLKO将该管脚配置为CLKOUT0。15P3.5/T1/CLKOUT1P3.5标准I/O口PORT3[5]T1定时器/计数器1的外部输入CLKOUT1定时器/计数器1的时钟输出。可通过设置WAKE_CLKO[1]位/T1CLKO将该管脚配置为CLKOUT1。16P3.6/WRP3.6标准I/O口PORT3[6]WR外部数据存储器写脉冲（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说84

（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说明17P3.7/RDP3.7标准I/O口PORT3[7]RD外部数据存储器读脉冲18XTAL2内部时钟电路反相放大器的输出端，接外部晶振的另一端。当直接使用外部时钟源时，此引脚可浮空，此时XTAL2实际将XTAL1输入的时钟进行输出。19XTAL2内部时钟电路反相放大器的输出端，接外部晶振的另一端。当直接使用外部时钟源时，此引脚可浮空，此时XTAL2实际将XTAL1输入的时钟进行输出。20Gnd电源负极，接地21~28P2.0~P2.7Port2:P2口内部有上拉电阻，既可作为输入/输出口，也可作为高8位地址总线使用(A8~A15)。当P2口作为输入/输出口时，P2是一个8位准双向口。（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说85

（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说明29P4.4/NA标准I/O口PORT4[4]30P4.5/ALEP4.5标准I/O口PORT4[5]ALE地址锁存允许31P4.6/EX_LVD/RST2P4.6标准I/O口PORT4[6]EX_LVD外部低压检测中断/比较器RST2第二复位功能脚39-32P0.0~P0.7/AD0~AD7P0：P0口既可作为输入/输出口，也可作为地址/数据复用总线使用。当P0口作为输入/输出口时，P0是一个8位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。当P0作为地址/数据复用总线使用时，是低8位地址线[A0~A7]，数据线的[D0~D7]。40VCC电源正极（三）单片机引脚功能及最小系统管脚编号管脚名称功能说86

（三）单片机引脚功能及最小系统

2．单片机最小系统时钟频率小于12MHz时的单片机最小系统用最少的元件组成的单片机系统被称为单片机最小系统。（三）单片机引脚功能及最小系统2．单片机最小系统时钟频率87

（三）单片机引脚功能及最小系统时钟频率高于12MHz时的单片机最小系统（三）单片机引脚功能及最小系统时钟频率高于12MHz时的单88（四）存储器结构和特殊功能寄存器

STC12C5A60S2单片机的程序存储器和数据存储器是各自独立编址的。其所有程序存储器都是片上Flash存储器，不能访问外部程序存储器。

1.ROM

60KB的程序存储器，其地址为0000H~0EFFFH（四）存储器结构和特殊功能寄存器STC12C5A60S289【通用固定存储器地址分配如下：】

0000H复位入口地址（主程序入口）0003H外部中断0中断入口地址。000BH定时/计数器0中断入口地址。0013H外部中断1中断入口地址。001BH定时/计数器1中断入口地址。0023H串行口中断入口地址。

单元地址单元内容EFFFH………………………0005H0004H0003H0002H0001H0000H更多的中断向量地址见单独的中断章节

【通用固定存储器地址0000H复位入口地址（主程902.片内RAM

规定单元地址长度为8位

工作寄存器区（00H~1F）idata、data位寻址区(20H~2FH)bdata、idata、data用户区（30H~7FH）idata、data1）内部低128字节RAM介绍----也称通用RAM区2）内部高128字节RAM（80H~FFH）idata2.片内RAM规定单元地址长度为8位1）内部低913）特殊功能寄存器（SFR）

功能固定。每一个特殊功能寄存器的状态都与某一具体的硬件接口电路相关，用来对片内各功能模块进行管理、控制和监视。设置后，才能使用对应硬件电路。使用中，一般用它的特殊功能寄存器名称，而不用地址。如：P0~P3、PCON、SCON、TCON、SBUF、IE、IP、TMOD、TH0、TL0、TH1、TL1等3）特殊功能寄存器（SFR）功能固定。每一个特殊功能寄存器92（五）单片机时序与复位电路

STC12C5A60S2单片机的程序存储器和数据存储器是各自独立编址的。其所有程序存储器都是片上Flash存储器，不能访问外部程序存储器。

（五）单片机时序与复位电路STC12C5A60S2单片机93（五）单片机时序与复位电路

STC12C5A60S2单片机的时钟1）时钟源的选择有两个时钟源：内部R/C振荡时钟和外部晶体时钟。（五）单片机时序与复位电路STC12C5A60S2单片94（五）单片机时序与复位电路

2）系统时钟与时钟分配寄存器时钟源输出信号经过一个可编程时钟分频器后再提供给单片机CPU和内部接口，为了区分时钟源信号与CPU内部接口的时钟，时钟源信号（振荡器时钟）的频率记为fOSC，CPU、内部接口的时钟称为系统时钟，记为fSYS。fSYS=fOSC/N。

（五）单片机时序与复位电路2）系统时钟与时钟分配寄存器95（五）单片机时序与复位电路

N为时钟分频器的分频系数，由时钟分频寄存器CLK_DIV定义名称地址B7B6B5B4B3B2B1B0CLK_DIV：97H-----CLKS2CLKS1CLKS0（五）单片机时序与复位电路N为时钟分频器的分频系数，由时钟96（五）单片机时序与复位电路

表1-2-7CPU系统时钟与分频系数CLKS2CLKS1CLKS0分频后CPU的实际工作时钟000外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟，不分频001(外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟)/2010(外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟)/4011(外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟)/8100(外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟)/16101(外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟)/32110(外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟)/64111(外部晶体时钟或内部R/C振荡时钟)/128（五）单片机时序与复位电路表1-2-7CPU系统时钟97（五）单片机时序与复位电路

2.复位单片机在上电以后内部的电路处于一种随机状态，这时如果开始工作则会出现混乱。因此，对单片机而言，必须做准备工作，让程序、单片机引脚、存储器等从默认的初始状态开始行，我们把这个准备过程称为单片机复位。复位是使单片机回到初始化状态的一种操作，单片机结束复位状态后从用户程序区的0000H处开始正常工作。

（五）单片机时序与复位电路2.复位98（五）单片机时序与复位电路

2.复位STC12C5A60S2系列单片机有5种复位方式：外部RST引脚复位、外部低压检测复位、软件复位、掉电复位/上电复位和看门狗复位。

（五）单片机时序与复位电路2.复位991）外部RST复位（第一复位功能）

将RST复位管脚拉高并维持至少24个时钟加10μs后，单片机会进入复位状态，将RST复位管脚拉回低电平，单片机结束复位状态并从系统ISP监控程序区开始执行程序。1）外部RST复位（第一复位功能）1002）外部低压检测复位（高可靠复位，新增第二复位功能脚RST2复位）

低于1.33V复位（通过2个电阻分压实现外部可调复位门槛电压复位）。时钟频率高于12MHz时，建议使用第二复位功能脚。外部低压检测若不作第二复位功能时，可作外部低压检测，经比较可产生中断。这样用户可以用查询方式或中断方式检查外部电压是否偏低。当外部供电电压过低时，无法保证单片机正常工作。

2）外部低压检测复位（高可靠复位，新增第二复位功能脚RST21013）软件复位

控制IAP_CONTR特殊功能寄存器的其中两位SWBS/SWRST：SWBS：软件复位程序启动区的选择控制位。

=0，复位后选择从用户应用程序区启动；=1，复位后选择从系统ISP监控程序区启动。SWRST：软件复位控制位。=0，不复位；=1，产生软件复位。3）软件复位控制IAP_CO1024）内部上电复位/掉电复位

当电源电压VCC低于上电/掉电复位检测门槛电压时，所有的逻辑电路都会复位。当VCC重新恢复到复位检测门槛电压以上后，延迟32768个时钟后，上电复位/掉电复位结束。进入掉电模式时，上电复位/掉电复位功能被关闭。

5）MAX810专用复位电路

若MAX810专用复位电路在STC-ISP编程器中被允许，则以后上电复位后将再产生约200ms延迟，复位才能被解除。4）内部上电复位/掉电复位51036）看门狗（WDT）复位

复位看门狗的方法是重写看门狗特殊功能寄存器WDT_CONTR。

WDT_FLAG：看门狗溢出标志位。EN_WDT：看门狗允许位。当设置为“1”时，看门狗启动。CLR_WDT：看门狗清“0”位。=1，启动后，硬件将自动清“0”此位，看门狗将重新计数。IDLE_WDT：看门狗“IDLE”模式（空闲模式）位。=1，看门狗定时器在“空闲模式”计数；=0，看门狗定时器在“空闲模式”时不计数。

名称地址B7B6B5B4B3B2B1B0WDT_CONTR0C1HWDT_FLAG-EN_WDTCLR_WDTIDLE_WDTPS2PS1PS06）看门狗（WDT）复位WD104

PS2、PS1、PS0：看门狗定时器预分频值

表1-2-8看门狗定时器预分频系数与溢出时间PS2PS1PS0Pre-scale预分频看门狗溢出时间11.0592MHz12MHz20MHz000271.1ms65.5ms39.3ms0014142.2ms131ms78.6ms0108