《單片機(jī)概述》PPT課件.ppt

單片機(jī)概述,單片機(jī)，即集成在一塊芯片上的計算機(jī)，集成了中央處理器CPU（Central Processing Unit）、隨機(jī)存儲器RAM（Random Access Memory）、只讀存儲器（Read Only Memory）、定時器/計數(shù)器以及I/O接口電路等主要計算機(jī)部件。,單片微型計算機(jī)（Single Chip Computer），簡稱單片機(jī)，也可稱為微控制器MCU（Micro controller Unit）。,主要有Intel公司的MCS48，51，96系列單片機(jī)；Motorola公司的MC6801，6805系列單片機(jī)；Zilog公司的Z8系列單片機(jī)；近年有Atmel公司的AT89系列單片機(jī)和Microchip公司的PIC系列單片機(jī)等。,單片機(jī)發(fā)展概況,各種系列的單片機(jī)由于其內(nèi)部功能、單元組成及指令系統(tǒng)的不盡相同，形成了各具特色的系列產(chǎn)品。其中Intel公司生產(chǎn)的MCS系列單片機(jī)目前仍占主導(dǎo)地位。,從1976年9月Intel公司推出MCS48系列單片機(jī)以來，世界上的一些著名的器件公司都紛紛推出各自系列的單片機(jī)產(chǎn)品。,1976-1978 初級8位單片機(jī) Intel MCS-48 系列 1978- 高檔8位單片機(jī) Intel MCS-51系列： -51子系列：8031/8051/8751 -52子系列：8032/8052/8752 低功耗型80C31高性能型80C252廉價型89C2051/1051,Intel 單片機(jī),1983- 16位單片機(jī) Intel MCS-96 系列 8098/8096、80C198/80C196 32位單片機(jī) 80960,51系列單片機(jī)分類,51系列單片機(jī)源于Intel公司的MCS51系列，在Intel公司將MCS51系列單片機(jī)實行技術(shù)開放政策之后，許多公司，如Philips、Dallas、Siemens、Atmel、華邦、LG等都以MCS51中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)8051為基核推出了許多各具特色、具有優(yōu)異性能的單片機(jī)。這樣，把這些廠家以8051為基核推出的各種型號的兼容型單片機(jī)統(tǒng)稱為51系列單片機(jī)。Intel公司MCS51系列單片機(jī)中的8051是其中最基礎(chǔ)的單片機(jī)型號。,MCS51系列,AT89系列,其它公司的51系列單片機(jī),MCS51單片機(jī)和8051、8031、89C51等的關(guān)系,MCS51是指由美國INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱.,這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機(jī)，而8031是前些年在我國最流行的單片機(jī)，所以很多場合會看到8031的名稱。,INTEL公司將MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機(jī)，當(dāng)然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中89C51就是這幾年在我國非常流行的單片機(jī)，它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的。以后我們將用89C51來完成一系列的實驗。,第二章 MCS-51單片機(jī)的組成及工作原理,2-1 8051單片機(jī)基本組成,1中央處理器（CPU） 中央處理器（CPU）是單片機(jī)的核心，完成運算和控制功能，MCS-51單片機(jī)的CPU能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。,2、內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器（內(nèi)部RAM） 8051共有256個RAM，其中128個被占有寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只有128個單元，簡稱內(nèi)部RAM,3、內(nèi)部程序存貯器（內(nèi)部ROM） 8051共有4K掩膜ROM，用于存放程序，原始數(shù)據(jù)，表格。稱程序存貯器，簡稱內(nèi)部ROM,4、定時器/計數(shù)器 8051共有2個16位定時器/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以定時或計數(shù)結(jié)果對計算機(jī)進(jìn)行控制。,5、并行I/O口 8051共有8個I / O口P0 P1P2 P3以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸出，輸入。,6、串行I/O口 MCS-51的一個全雙工的串行口，以實現(xiàn)單片機(jī)與其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳輸。該 口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。,7、中斷控制系統(tǒng) 8051共有5個中斷源，外中斷2個，定時器/計數(shù)中斷2 個，串行中斷1 個。分為高級和低級兩個級別。,8、時鐘電路 MCS-51內(nèi)部有時鐘，但晶振和微調(diào)電容需外接。系統(tǒng)允許最高頻率為12MHZ,2-2 8051的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器,普林斯頓結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲器邏輯空間，統(tǒng)一編址。 哈佛結(jié)構(gòu)：程序與數(shù)據(jù)分為兩個獨立存儲器邏輯空間，分開編址。,物理上4個存儲器地址空間： 片內(nèi)/片外程序存儲器空間 片內(nèi)/片外數(shù)據(jù)存儲器空間 邏輯上3個存儲器地址空間： 64KB 程序存儲器 256B 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 64KB 片外數(shù)據(jù)存儲器,MCS-51程序存儲器配置,(一)8051程序存儲器 64KB 程序存儲器空間 EA不同電平，選擇片內(nèi)或片外低位存儲單元,(二)8051數(shù)據(jù)存儲器 164KB片外數(shù)據(jù)存儲器空間(與擴(kuò)展I/O接口共用) 2. 256B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器: 1) 片內(nèi)RAM 2) 特殊功能寄存器 SFR,特殊存儲單元： 復(fù)位入口: 0000H 中斷入口: 0003H0023H,為什么稱它為只讀存儲器呢？在特殊的條件下由外部設(shè)備對ROM進(jìn)行寫的操作，在單片機(jī)正常工作條件下，只能從那面讀，不能把數(shù)據(jù)寫進(jìn)去，所以我們還是把它稱為ROM。,一、存儲器概述,我們來思考一個問題，當(dāng)我們在編程器中把一條指令寫進(jìn)單片要內(nèi)部，然后取下單片機(jī)，單片機(jī)就可以執(zhí)行這條指令，那么這條指令一定保存在單片機(jī)的某個地方，并且這個地方在單片機(jī)掉電后依然可以保持這條指令不會丟失，這是個什么地方呢？,這個地方就是單片機(jī)內(nèi)部的只讀存儲器即ROM（READ ONLY MEMORY）。,隨機(jī)讀/寫存儲器RAM可以進(jìn)行多次信息寫入和讀出，每次寫入后，原來的信息將被新寫入的信息所取代。另外，RAM在斷電后再通電時，原存的信息全部丟失。它主要用來存放臨時的數(shù)據(jù)和程序。,隨機(jī)讀/寫存儲器RAM (Random Access Memory),只讀存儲器ROM (Read Only Memory),RAM按生產(chǎn)工藝分，又可以分為雙極型RAM和MOS RAM，而MOS RAM又分為靜態(tài)RAM（SRAM）和動態(tài)RAM（DRAM）。 （1）雙極型RAM：是以晶體管觸發(fā)器作為基本存儲電路，存取速度快，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度較低，比較適合用于小容量的高速暫存器。 （2）MOS RAM：是以MOS管作為基本集成元件，具有集成度高，功耗低，位價格便宜等優(yōu)點，現(xiàn)在微型機(jī)一般都采用MOS RAM。 只讀存儲器ROM的信息一旦寫入后，便不能隨機(jī)修改。在使用時，只能讀出信息，而不能寫入，且在掉電后ROM中的信息仍然保留。它主要用來存放固定不變的程序和數(shù)據(jù)。,ROM按生產(chǎn)工藝分，又可以分為以下幾種： （1）掩膜ROM：其存儲的信息在制造過程中采用一道掩膜工藝生成，一旦出廠，信息就不可改變。 （2）可編程只讀存儲器 PROM：其存儲的信息可由用戶通過特殊手段一次性寫入，但只能寫入一次。 （3）可擦除只讀存儲器：其存儲的信息用戶可以多次擦除，并可用專用的編程器重新寫入新的信息。可擦除只讀存儲器又可分為紫外線擦除的EPROM、電擦除的EEPROM和Flash ROM。,二、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器,（一）低128個單元片內(nèi)RAM,8051內(nèi)部RAM有256個單元，通常在空間上分為兩個區(qū)；低128個單元（00H7FH）的內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM塊和高128個單元（80H0FFH）的專用寄存器SFR塊。,1、工作寄存器（00H1FH） R0R7 (8位)暫存運算數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。,4個工作寄存器區(qū)，工作寄存器0區(qū)3區(qū)。每個區(qū)均含8個寄存器R0R7 。 用PSW中的兩位PSW.4和PSW.3（RS1，RS0位）來切換工作寄存器區(qū)，選用一個工作寄存器區(qū)進(jìn)行讀寫操作。,在任一時刻，CPU只能使用其中一組通用寄存器,共16個單元，計168=128位，位地址為00H7FH。位尋址區(qū)既可作為一般的RAM區(qū)進(jìn)行字節(jié)操作，也可對單元的每一位進(jìn)行位操作，因此稱為位尋址區(qū)，是存儲空間的一部分。表21列出了位尋址區(qū)的位地址：,2、位尋址區(qū)（20H2FH）,3、用戶RAM區(qū)（30H7FH）,一般把堆棧放在這里,專用寄存器： A、B、PSW、DPTR、SP P0、P1、P2、P3、SBUF、TMOD、TCON、SCON ,（二）內(nèi)部RAM高128單元,專用寄存器區(qū)（也稱為特殊功能寄存器區(qū)（SFR）區(qū)）,占用字節(jié)地址：80HFFH,共有22個專用寄存器 ，程序計數(shù)器PC在物理上是獨立的，沒有地址不屬于內(nèi)部RAM的SFR區(qū) ；其余的21個專用寄存器都屬于內(nèi)部RAM的SFR區(qū),注：帶“” 專用寄存器表示可以位操作。,CPU總是按PC的指示讀取程序。PC可自動加1。因此CPU執(zhí)行程序一般是順序方式。當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)移、子程序調(diào)用、中斷和復(fù)位等操作，PC被強(qiáng)制改寫，程序執(zhí)行順序也發(fā)生改變。 復(fù)位時，PC=0000H。,(1)程序計數(shù)器PC(16位),(5)數(shù)據(jù)指針DPTR(16位) 存放片外存儲器地址，作為片外存儲器的指針?？煞殖蓛蓚€8位寄存器DPH、DPL使用。,(2)累加器Acc(8位) 需要ALU處理的數(shù)據(jù)和計算結(jié)果多數(shù)要經(jīng)過A累加器。,(3)寄存器B(8位) 與A累加器配合執(zhí)行乘、除運算。也可用作通用寄存器。,(4)程序狀態(tài)字PSW(8位) 存放ALU運算過程的標(biāo)志狀態(tài),CY進(jìn)（借）位標(biāo)志位,AC輔助進(jìn)（借）位標(biāo)志位,F0：用戶標(biāo)志位,RS1，RS0：寄存器組選擇位,OV：溢出標(biāo)志位,P：奇偶標(biāo)志位,(6)堆棧指針SP(8位),堆棧是按“先進(jìn)后出”原則存取數(shù)據(jù)的存儲區(qū)。 MCS-51堆棧設(shè)在片內(nèi)RAM區(qū)。數(shù)據(jù)入棧/出棧時，SP自動加1/減 1，其內(nèi)容始終為棧頂?shù)刂贰?復(fù)位時 SP=07H。,（7）電源控制及波特率選擇控制寄存器PCON,PCON為8位寄存器，主要用于控制單片機(jī)工作于低功耗方式,（8）并行I/O端口P0P3,（9）串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF,（10）定時器/計數(shù)器的專用寄存器T0和T1,（11）控制類的專用寄存器 IE、IP 、TMOD、TCON 、SCON寄存器是中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串行口的控制寄存器，包含有控制位和狀態(tài)位,（三）專用寄存器的位尋址,有11個專用寄存器（字節(jié)地址能被8整除的）可以進(jìn)行位尋址，即可對這些專用寄存器單元的每一位進(jìn)行位操作，每一位有固定的位地址。,2-3 內(nèi)部程序存儲器,8051芯內(nèi)有4KROM掩膜存貯單元，AT89C51芯片內(nèi)部配置了4KB FlashROM， 其地址均是0000H0FFFH。,其中一組特殊單元是0000H0002H。系統(tǒng)復(fù)位后，（PC）=0000H，單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。如果不是從0000H開始，就要在這三個單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令。,0003H000AH：外部中斷0中斷地址區(qū) 000BH0012H：定時器/計數(shù)器0中斷地址區(qū) 0013H001AH：外部中斷1中斷地址區(qū) 001BH0022H：定時器/計數(shù)器1中斷地址區(qū) 0023H002AH：串行中斷地址區(qū) 通常就要在中斷地址區(qū)首地址中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令。,內(nèi)部程序存儲器有一些特殊單元,中斷源的入口向量地址,2-4 MCS-51單片機(jī)引腳,一、引腳功能 1I/O口線功能 4個8位并行 I/O 接口引腳 P0.0P0.7 、P1.0P1.7 、P2.0P2.7和 P3.0P3.7,2控制線 ALE：地址鎖存允許信號端 PSEN：外部程序存儲器讀選通信號端 EA/VPP：程序存儲器選擇信號端和編程電源輸入端,為多功能引腳，可自動切換用作數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和或I/O 接口外部引腳。,復(fù)位是單片機(jī)系統(tǒng)的初始化操作,復(fù)位電路,RST/VPD(9腳)：復(fù)位信號端和后備電源輸入端。 RESET:復(fù)位信號輸入引腳，高電平有效。在該引腳上輸入持續(xù)2個機(jī)器周期以上的高電平時，單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位。 VPD使用后備電源，可實現(xiàn)掉電保護(hù)。,復(fù)位后對一些專用寄存器的影響,復(fù)位電路： 1）上電復(fù)位 2）外部信號復(fù)位,/VPP(31腳)：訪問程序存貯器選擇信號輸入線。 當(dāng),為低電平時，CPU只能訪問外部程序存儲器。 當(dāng),為高電平時，CPU可訪問內(nèi)部程序存儲器（當(dāng)8051單片機(jī)的PC值小于等于0FFFH時），也可訪問外部程序存儲器（當(dāng)PC值大于0FFFH時）。,（29腳）：外部程序存儲器的讀選通輸出信號，低電平有效。在讀外部程序存儲器時CPU會送出有效的低電平信號。,ALE/PROG（30腳）：地址鎖存允許信號輸出端，高電平有效。在訪問外部存儲器時，該信號將P0口送出的低8位地址鎖存到外部地址鎖存器中。,主電源及地引腳 VCC（40腳）：電源，正常操作時接+5V電源。 VSS（20腳）：地線。,其它控制引腳,并行輸入/輸出引腳 P0.0P0.7（3932腳）：8位漏極開路的三態(tài)雙向輸入/輸出口。 P1.0P1.7（18腳）：8位帶有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。 P2.0P2.7（2128腳）：8位帶有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。 P3.0P3.7（1017腳）：8位帶有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。,信號引腳第二功能,（2）EPROM存貯器程序固化所需的信號 編程脈沖：30腳（ALE/PROG） 編程電壓（25V）：31腳（EA/VPP）。,（3）備用電源引入 備用電源由9腳（RST/VPD）引入的。當(dāng)電源發(fā)生故障，電壓下降到下限時，備用電源經(jīng)此向內(nèi)部RAM提供電壓，保護(hù)內(nèi)部RAM中的信息不丟失。,（1）P3口的第二功能,對于P3口，實際上，都是先按需要選取第二功能，多余的再作為輸入輸出口使用,1 信息轉(zhuǎn)存 當(dāng)電源電壓出現(xiàn)故障時，立即將有用信息轉(zhuǎn)存到內(nèi)部RAM中，信息轉(zhuǎn)存是通過中斷產(chǎn)生請求，執(zhí)行中斷報務(wù)程序，把有用信息送內(nèi)部RAM中保護(hù)起來。因單片機(jī)電源都接有濾波電容，掉電后的電能能有效維持電壓達(dá)幾毫秒之久，足以完成掉電中斷操作。 2 接通備用電源 信息轉(zhuǎn)存后要維持內(nèi)部RAM的供電，才能保持信息轉(zhuǎn)存不被破壞，為此要接通備用電源。 3 單片機(jī)恢復(fù)正常工作后，被保護(hù)信息的現(xiàn)場恢復(fù)。,掉電保護(hù),MCS-51如掉電，RAM數(shù)據(jù)將丟失，后果是嚴(yán)重的。,3、 復(fù)位引腳： 按圖中連好，至于復(fù)位是何含義及為何需要復(fù)要復(fù)位，在下面的功能中介紹。,二、單片機(jī)的 最小系統(tǒng),拿到一塊芯片，想要使用它，首先必須要知道怎樣連線，下面我們就看一下如何給它連線。,1、 電源： 這當(dāng)然是必不可少的了。單片機(jī)使用的是5V電源，其中正極接40引腳，負(fù)極（地）接20引腳。,2、 振蒎電路： 單片機(jī)是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。只要買來晶振，電容，連上就可以了,4、 EA引腳： EA引腳接到正電源端。,至此，一個單片機(jī)就接好，通上電，單片機(jī)就開始工作了。,P0.0P0.7（3932腳）：8位漏極開路的三態(tài)雙向輸入/輸出口。 P1.0P1.7（18腳）：8位帶有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。 P2.0P2.7（2128腳）：8位帶有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。 P3.0P3.7（1017腳）：8位帶有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。,2-5 并行輸入/輸出接口,一、P0口,可作為一般的I/O口使用，也可作為數(shù)據(jù)線、地址線使用。,當(dāng)P0口作為一般的I/O口輸出時，由于端口各端線輸出電路是漏極開路電路，必須外接上拉電阻才能有高電平輸出。,當(dāng)P0口讀引腳狀態(tài)時，必須使電路中的鎖存器寫入高電平“1”，使場效應(yīng)管FET截止，以避免鎖存器為“0”狀態(tài)時對引腳輸入的干擾，使P0.狀態(tài)始終為“0”。,二、P1口,P1口通常作為通用I/O口使用。作為輸出口時，由于電路內(nèi)部已經(jīng)帶上拉電阻，因此無需外接上拉電阻；作為輸入口時，也需先向鎖存器寫入“1”。是一個標(biāo)準(zhǔn)的I/O口。,三、P2口,P2口可作為通用I/O口使用，也可作為高位地址線使用的。,四、P3口,P3口可作為通用I/O口使用，也可作為第二功能需要來用的。,I/O口功能的自動識別。無論是P0、P2口的總線復(fù)用功能，還是P3口的第二功能復(fù)用，單片機(jī)會自動選擇，不需要用戶通過指令選擇。 I/O口的驅(qū)動特性。P0口每一個I/O口可驅(qū)動8個LSTTL輸入，而P1、P2、P3口每一個I/O口可驅(qū)動4個LSTTL輸入。在使用時應(yīng)注意口的驅(qū)動能力。,五、MCS51系列單片機(jī)的并行I/O接口有以下應(yīng)用特性,P0，P1，P2，P3作為通用雙向I/O口使用時，輸入操作是讀引腳狀態(tài)；輸出操作是對口的鎖存器的寫入操作，鎖存器的狀態(tài)立即反映到引腳上。,兩種讀端口的方式。包括端口鎖存器的讀、改、寫操作和讀引腳的操作。,在單片機(jī)中，有些指令是讀端口鎖存器的，如一些邏輯運算指令、置位/復(fù)位指令、條件轉(zhuǎn)移指令以及將I/O口作為目的地址的操作指