单片机应用基础

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血压计呼吸机心电监护仪任务1认识单片机任务2

了解单片机的硬件结构任务3单片机最小系统设计任务1认识单片机1．了解单片机的基本概念及发展史。2．掌握AT89S51单片机的封装及引脚定义。3．了解AT89S51单片机的主要功能特性。在利用单片机实现预定的设计目标前，首先需要对单片机有一个基本的了解。本任务的目的就是使读者对单片机形成一定的感性认识，学会识别不同封装形式单片机的引脚编号，并掌握各个引脚功能的定义。一、单片机的概念单片机是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、I/O接口电路、中断系统及定时/计数器等主要计算机部件集成到一块芯片上，使其具有计算机的基本功能，称为单片微型计算机（SingleChipMicroComputer，SCMC），简称单片机。二、单片机的发展史第一阶段（1976—1979）单片机的探索阶段Intel公司MCS-48为代表

第二阶段（1979—1982）单片机的完善阶段Intel公司MCS-51为代表

第三阶段（1982—1990）16位单片机推出阶段Intel公司MCS-96为代表

第四阶段（1990至今）微控制器全面发展阶段MicrochipPICMotorola为代表MC68HC三、单片机的封装形式及引脚定义PDIP封装形式的AT89S51单片机的引脚描述引脚定义引脚编号功能描述VCC40电源引脚，接+5V电源GND20接地引脚，接+5V电源地XTAL1和XTAL219和18时钟引脚，外接时钟电路RST9复位引脚，用于单片机复位P0.0～P0.7（P0口）39～321.作为8位双向I/O口使用2.在访问外部存储器或外部接口电路时，分时用作低8位地址线和数据总线P1.0～P1.7（P1口）1～81.作为8位准双向I/O口使用2.用于ISP编程下载（P1.5、P1.6、P1.7）（续表）引脚定义引脚编号功能描述P2.0～P2.7（P2口）21～181.作为8位准双向I/O口使用2.在访问外部存储器或外部接口电路时，分时用作高8位地址线P3.0～P3.7（P3口）10～171.作为8位准双向I/O口使用2.具有第二功能（详见课题五中具体应用）/Vpp31外部/内部程序存储器使能端29外部程序存储器读选通信号端ALE/30地址锁存允许信号端四、AT89S51的功能特性✤兼容MCS-51系列产品。✤4KBFlash存储器，支持

在线编程，可反复擦写1000次。✤128B片内RAM。✤工作电压4.5～5.5V。✤全静态时钟0～33MHz。✤32个双向I/O口线。✤2个16位定时/计数器。✤5个中断源，2个中断优

先级。✤1个全双工UART串行口。✤看门狗定时器。✤低功耗空闲和省电模式。生产厂家类别型号举例图片ATMEL公司AT89系列AT89C2051（DIP封装）AT89S52（DIP封装）AT90系列(AVR单片机)ATmega48（QFP封装）查找资料，了解常见的其他类型单片机。生产厂家类别型号举例图片STC公司STC单片机STC89C52RC（DIP封装）MicroChip公司PIC单片机PIC16F877A（DIP封装）PHILIPS公司51LPC系列LPC2148FBD64（LCC封装）生产厂家类别型号举例图片TI公司MSP430系列MSP430F1612（QFP封装）TMS370系列TMS370C722FNT（LCC封装）Motorola公司MC68HC908系列MC68HC908SR12CB（DIP封装）单击此处返回目录任务2了解单片机的硬件结构

1．了解AT89S51单片机的内部结构。2．了解AT89S51单片机I/O端口的结构特点。3．掌握AT89S51单片机I/O端口的使用方法。设计单片机应用系统，不仅要进行程序的设计，还要进行硬件电路的设计。因此，设计时要求设计者对单片机的硬件结构要有一定的了解。本任务就是要在了解单片机内部结构的基础上，掌握单片机I/O端口与外围电路的合理设计方法。一、单片机内部结构单片机各组成部分说明组成部分说明中央处理器(CPU)单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调地工作，完成运算和控制输入输出功能等操作数据存储器(RAM)内部有256B的RAM，其中包含128B用户数据存储单元（地址为00H～7FH）和128B专用寄存器单元（地址为80H～FFH）程序存储器(ROM)内部有4KB掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格定时/计数器(T0、T1)含有两个16位的定时/计数器（T0、T1），以实现定时或计数功能组成部分说明并行输入输出(I/O)口共有4组8位并行I/O口（P0、P1、P2和P3），用于单片机与外围设备之间的数据传输全双工串行口内置一个全双工串行通信口，用于与其他设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用中断系统共含有5个中断源（2个外部中断、2个定时/计数器中断和1个串行中断），并具有2级的优先级别选择时钟电路需外接晶振和微调电容构成振荡电路，产生单片机运行的脉冲时序（续表）二、单片机的I/O端口AT89S51单片机有4个并行的I/O端口，即P0、P1、P2和P3口。每个端口均由8个引脚（即8位）构成，包括一个锁存器、一个输出驱动器和一个输入缓冲器。P0口为双向8位三态I/O口，作为通用I/O口时，每一位能以吸收电流的方式驱动8个TTL负载。当用于外接存储器或者扩展I/O接口时，作为数据总线（D0～D7）和地址总线（A0～A7）的低8位（分时复用，通过ALE信号区分）。CPU可对其按字节方式或位方式进行操作。1．P0口

P0口为漏极开路输出端口，即漏极没有电阻接至电源。作为I/O口输出时，输出低电平为“0”，但输出高电平为高阻态（并非+5V，相当于悬空状态），也就是说P0口不能真正地输出高电平，因此在使用时需外接上拉电阻，由电源通过这个上拉电阻给负载提供电流，如右图所示。P0口作为通用I/O口时，要外接上拉电阻才能输出高电平，上拉电阻的阻值由外部负载电流决定；当作为地址/数据总线时，无需外接上拉电阻，此时不能再作通用I/O口使用。P1口为8位准双向I/O口。使用时与P0口相似，但其内部具有提升电路，由于输入不能锁存，必须先输出1才能正确读出端口电平，故称为准双向口。作为通用I/O口使用时可以直接驱动4个TTL负载。

2．P1口✤P1.5：MOSI端（用于ISP编程，主出从入数据端）。✤P1.6：MOSO端（用于ISP编程，主入从出数据端）。✤P1.7：SCK端（用于ISP编程，串行时钟输入端）。同时P1口的部分引脚还具有第二功能：P2口为8位准双向I/O口。当用作通用并行I/O口时，其操作方式与P0、P1口类似，每一位可驱动4个TTL负载。当用于外接存储器或者扩展I/O接口时，P2口作为扩展的高8位地址（A8～A15）总线口，与P0口共同构成16位地址总线（A0～A15）。3．P2口引脚符号名称功能P3.0RXD串行数据接收P3.1TXD串行数据发送P3.2外部中断0输入P3.3外部中断1输入P3.4T0定时器0的外部输入P3.5T1定时器1的外部输入P3.6外部数据存储器写信号P3.7外部数据存储器读信号

P3口为8位准双向口，其结构和操作方式等与P2口类似。同时P3口还可按位复用为第二功能，具体见下表。

4．P3口三、单片机I/O口的读写操作

P0口作为输出口使用单片机最小系统P2口作为输入口使用单片机的4个I/O口在使用时，当某一端口既作输入又作输出使用，且要进行输出转输入操作时，需先将该端口写“1”然后再读。［例］P1口在输出转输入操作时的软件编程方法。汇编：MOVP1，#23HC51：P1=0x23；//P1口作输出口使用MOVP1，#0FFHP1=0xff；//先将P1口置“FF”MOVA，P1ACC=P1；//P1口由输出转输入口若端口只作输入口使用，则读数时不必再向端口先写“1”。已知P0口内部位结构图如下图所示，试查找相关资料分析为何当P0口输出高电平时需外接上拉电阻。单击此处返回目录任务3单片机最小系统设计1．了解单片机最小系统各部分的组成及功能。2．掌握单片机最小系统的设计与制作方法。单片机是一种微控制器，而任何微控制器正常工作最基本的条件是要有正确的电源、时钟和复位电路（即最小系统），三者缺一不可。因此，在所有的单片机应用电路中，单片机必须满足以上三个条件才能正常运行工作。本任务就是要认识单片机最小系统的组成及各部分的作用，并最终完成单片机最小系统的设计与制作，这是每一位设计者必须掌握的最基本的硬件电路设计知识。一、电源电路——单片机的工作电压

单片机要想工作，首先要有为整个系统提供电源的供电模块。电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。51系列单片机工作电源的电压一般为+4.5～+5.5V，典型值为+5V，即将单片机的VCC脚接+5V电源，GND脚接地。二、时钟电路——单片机的“心脏”即单片机内部的高增益反向放大器通过XTAL1、XTAL2引脚外接作为反馈元件的片外晶体振荡器（呈感性）与电容组成的并联谐振回路构成一个自激振荡器，向内部的时钟电路提供振荡时钟。1．内部时钟方式外部时钟方式常用于多片51单片机同时工作，以便于同步。它是将外部振荡脉冲信号通过CMOS门电路输入至XTAL1脚，XTAL2脚悬空，如下图所示。时钟电路异常也会引起单片机CPU不工作，可通过测量ALE脚是否有六分频信号输出来判断振荡电路是否起振。2．外部时钟方式3．时序51系列单片机的一个机器周期由12个振荡周期组成，分为6个状态，分别称为S1、S2、S3、S4、S5、S6，每个状态都包含P1和P2两相。振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期的关系如下：［例］AT89S51外接晶振频率为12MHz，则4个时间周期的具体值为：解：振荡周期＝1/12μs状态周期＝2×振荡周期＝1/6μs机器周期＝6×状态周期＝1μs指令周期＝（1～4）×机器周期＝1～4μs三、复位电路——单片机恢复初始状态值1．硬件复位上电复位电路上电与按键均有效的复位电路2．软件复位即看门狗复位，AT89S51内部自带看门狗定时器，由一个14