[理學(xué)]第1章單片機(jī)硬件系統(tǒng)ppt課件

1、微控制器原理及應(yīng)用C語(yǔ)言版 本章內(nèi)容本章內(nèi)容p什么是單片機(jī)什么是單片機(jī) pMCS-51內(nèi)部組成及信號(hào)引腳內(nèi)部組成及信號(hào)引腳p單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)最小系統(tǒng)電路pMCS-51存儲(chǔ)器構(gòu)造存儲(chǔ)器構(gòu)造第第1 1章章 單片機(jī)硬件系統(tǒng)單片機(jī)硬件系統(tǒng)什么是單片機(jī)什么是單片機(jī) 單片微型計(jì)算機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)Single Chip Microcomputer簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，它稱單片機(jī)，是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，它的各種功能部件，包括的各種功能部件，包括CPUCentral Processing Unit、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器memory、根本輸入、根本輸入/輸出輸出Input/

2、Output，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱I/O接口電路、定時(shí)接口電路、定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)等，都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個(gè)和中斷系統(tǒng)等，都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個(gè)完好的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)內(nèi)部根本構(gòu)造如圖完好的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)內(nèi)部根本構(gòu)造如圖1.7所所示。由于它的構(gòu)造與指令功能都是按照工業(yè)控制要求示。由于它的構(gòu)造與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，故又稱為微控制器設(shè)計(jì)的，故又稱為微控制器Micro-Controller Unit，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱MCU。單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，在工業(yè)控制、智能儀單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、家用電器、通信系統(tǒng)、信息和通信產(chǎn)器儀表、家用電器、通信系統(tǒng)

3、、信息和通信產(chǎn)品、辦公自動(dòng)化設(shè)備、商業(yè)營(yíng)銷設(shè)備、醫(yī)療設(shè)品、辦公自動(dòng)化設(shè)備、商業(yè)營(yíng)銷設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、汽車電子系統(tǒng)等領(lǐng)域，都有重要的用處。備、汽車電子系統(tǒng)等領(lǐng)域，都有重要的用處。學(xué)單片機(jī)需要什么根底？學(xué)單片機(jī)需要什么根底？1只需要掌握很根本的數(shù)電模電知識(shí)；只需要掌握很根本的數(shù)電模電知識(shí)；2與以前所學(xué)的知識(shí)關(guān)聯(lián)很少；與以前所學(xué)的知識(shí)關(guān)聯(lián)很少；3對(duì)各種器件的概念根本上是從對(duì)各種器件的概念根本上是從0開(kāi)場(chǎng)；開(kāi)場(chǎng)；4假如要用假如要用C語(yǔ)言編程，需具備簡(jiǎn)單的語(yǔ)言編程，需具備簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言根底；語(yǔ)言根底；預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)1電平特性電平特性q所以計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間通訊時(shí)需要加電平所以計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間通訊時(shí)需要加

4、電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片max232。數(shù)字電路中只有兩種電平：數(shù)字電路中只有兩種電平： 高和低高和低本課程中定義單片機(jī)為本課程中定義單片機(jī)為TTL電平：電平：高高 +5V 低低 0VRS232電平：計(jì)算機(jī)的串口電平：計(jì)算機(jī)的串口高高 -12V 低低+12V22進(jìn)制與進(jìn)制與16進(jìn)制的表示與轉(zhuǎn)換進(jìn)制的表示與轉(zhuǎn)換0 0 6 1101 1 7 1112 10 8 10003 11 9 10014 100 10 10105 101 11 1011二進(jìn)制的表示方式：二進(jìn)制的表示方式：十六進(jìn)制的表示方式：十六進(jìn)制的表示方式：q規(guī)律：一般把四個(gè)二進(jìn)制數(shù)放在一起轉(zhuǎn)換成一規(guī)律：一般把四個(gè)二進(jìn)制數(shù)放在一起轉(zhuǎn)換成一個(gè)十六

5、進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換時(shí)先把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)個(gè)十六進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換時(shí)先把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，再把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。制數(shù)，再把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。是二進(jìn)制的簡(jiǎn)短表示形式。是二進(jìn)制的簡(jiǎn)短表示形式。十進(jìn)制中的十進(jìn)制中的0-15分別表示為十六進(jìn)制的分別表示為十六進(jìn)制的0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F純熟掌握二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換。純熟掌握二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換。什么是單片機(jī)什么是單片機(jī) C P U 存 儲(chǔ) 器定 時(shí) 器 / 計(jì) 數(shù) 器 中 斷 系 統(tǒng)P0-P3TxDRxD TINT并行I/O口串行I/O口單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)單單片片機(jī)機(jī)接口接口電路電

6、路及外及外設(shè)等設(shè)等單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件硬件和和軟件軟件組組成成硬件是硬件是應(yīng)用系統(tǒng)的根底應(yīng)用系統(tǒng)的根底軟件是在硬件的根底上軟件是在硬件的根底上對(duì)其資源對(duì)其資源進(jìn)展合理調(diào)配和使用進(jìn)展合理調(diào)配和使用，從而完成，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要求的任務(wù)，二者互應(yīng)用系統(tǒng)所要求的任務(wù)，二者互相依賴，缺一不可相依賴，缺一不可單片機(jī)種類 單片機(jī)硬件構(gòu)造單片機(jī)硬件構(gòu)造時(shí)鐘電路CPUROMRAMT0 T1中斷系統(tǒng)串行接口并行接口P0 P1 P2 P3TXD RXDINT0 INT1定時(shí)計(jì)數(shù)器中央處理器中央處理器CPU：8位，位，運(yùn)算和控制運(yùn)算和控制功能功能內(nèi)部?jī)?nèi)部RAM：共共256個(gè)個(gè)RAM單單元，用戶使用

7、元，用戶使用前前128個(gè)單元，個(gè)單元，用于存放可讀用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后寫數(shù)據(jù)，后128個(gè)單元被個(gè)單元被專用存放器占專用存放器占用。用。內(nèi)部?jī)?nèi)部ROM：4KB掩膜掩膜ROM，用于存放程序、用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表原始數(shù)據(jù)和表格。格。定時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器：兩個(gè)兩個(gè)16位的定位的定時(shí)時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。功能。并行并行I/O口：口：4個(gè)個(gè)8位的位的I/O口口P0、P1、P2、P3。串行口：串行口：一個(gè)全一個(gè)全雙工串行口。雙工串行口。中斷控制系統(tǒng)：中斷控制系統(tǒng)：5個(gè)中斷源外個(gè)中斷源外中斷中斷2個(gè)，定時(shí)個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷計(jì)數(shù)中斷2 個(gè)，串行中斷個(gè)，串行中斷1個(gè)個(gè)時(shí)

8、鐘電路：時(shí)鐘電路：可可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，允許晶序列，允許晶振頻率振頻率6MHZ和和12MHZ復(fù)位電路80518051單片機(jī)的根本組成單片機(jī)的根本組成中央處理器中央處理器CPU：8位，運(yùn)算和控制功能位，運(yùn)算和控制功能內(nèi)部?jī)?nèi)部RAM：共共256個(gè)個(gè)RAM單元，用戶使用前單元，用戶使用前128個(gè)單元，個(gè)單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后128個(gè)單元被專用存放器占用。個(gè)單元被專用存放器占用。內(nèi)部?jī)?nèi)部ROM：4KB掩膜掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。定時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器：兩個(gè)兩個(gè)16位的定時(shí)位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。計(jì)

9、數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。并行并行I/O口：口：4個(gè)個(gè)8位的位的I/O口口P0、P1、P2、P3。串行口：串行口：一個(gè)全雙工串行口。一個(gè)全雙工串行口。中斷控制系統(tǒng)：中斷控制系統(tǒng)：5個(gè)中斷源外中斷個(gè)中斷源外中斷2個(gè)，定時(shí)個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷計(jì)數(shù)中斷2個(gè)，個(gè)， 串行中斷串行中斷1個(gè)個(gè)時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路：可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，允許晶振頻率可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，允許晶振頻率6MHZ和和12MHZVCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0. 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.

10、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/1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C51時(shí)鐘電路與復(fù)位電路時(shí)鐘電路與復(fù)位電路 1時(shí)鐘振蕩電路1XTAL1XTAL2C1C2晶振8051至內(nèi)部時(shí)鐘電路時(shí)時(shí) 序序 關(guān)于關(guān)于MCS-51系列單片機(jī)的時(shí)序概念有系列單片機(jī)的時(shí)序概念有4個(gè)，可用定時(shí)單位來(lái)說(shuō)

11、明，個(gè)，可用定時(shí)單位來(lái)說(shuō)明，從小到大依次是：節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期，下面分別加以從小到大依次是：節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期，下面分別加以說(shuō)明。說(shuō)明。l1節(jié)拍節(jié)拍 把振蕩脈沖的周期定義為節(jié)拍，用把振蕩脈沖的周期定義為節(jié)拍，用P表示，也就是晶振的振蕩頻率表示，也就是晶振的振蕩頻率fosc。l2狀態(tài)狀態(tài) 振蕩脈沖振蕩脈沖fosc經(jīng)過(guò)二分頻后，就是單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)的周期，定義為狀經(jīng)過(guò)二分頻后，就是單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)的周期，定義為狀態(tài)，用態(tài)，用S表示。一個(gè)狀態(tài)包含兩個(gè)節(jié)拍，其前半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍叫表示。一個(gè)狀態(tài)包含兩個(gè)節(jié)拍，其前半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍叫P1，后半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍叫后半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍叫P2。l

12、3機(jī)器周期機(jī)器周期 MCS-51系列單片機(jī)采用定時(shí)控制方式，有固定的機(jī)器周期。規(guī)定一系列單片機(jī)采用定時(shí)控制方式，有固定的機(jī)器周期。規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期的寬度為個(gè)機(jī)器周期的寬度為6個(gè)狀態(tài)，即個(gè)狀態(tài)，即12個(gè)振蕩脈沖周期，因此機(jī)器周期個(gè)振蕩脈沖周期，因此機(jī)器周期就是振蕩脈沖的十二分頻。就是振蕩脈沖的十二分頻。l小提示小提示 當(dāng)振蕩脈沖頻率為當(dāng)振蕩脈沖頻率為12 MHz時(shí)時(shí), 一個(gè)機(jī)器周期為一個(gè)機(jī)器周期為1s；當(dāng)振蕩脈沖頻率；當(dāng)振蕩脈沖頻率為為6 MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為2 s。2復(fù)位電路復(fù)位電路MCS-51V C CVCCRESETVSS22uF1KMCS-51V C CVCCRES

13、ETVSS22uF1KRESETR1R220012345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM276412345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM27641234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222112345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 12345678910111213142827262524232221

14、201918171615RAM6264 80318751805189C51256B字節(jié)4K程序程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器內(nèi)部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002HPC0000H是程序執(zhí)行的起始單元是程序執(zhí)行的起始單元,在這三個(gè)單元存放一條在這三個(gè)單元存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令中斷中斷5中斷中斷4中斷中斷3中斷中斷2中斷中斷10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中斷外部中斷0定時(shí)器定時(shí)器0中斷中斷外部中斷外部中斷1定時(shí)器定時(shí)器1中斷中斷串行口中斷串行口中斷8位位0FFFH0FFEHEA=

15、1 EA=0EA=1 EA=0程序程序存儲(chǔ)器資源分布存儲(chǔ)器資源分布中斷入口地址中斷入口地址l在單片機(jī)在單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)中，用戶無(wú)需考慮程語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)中，用戶無(wú)需考慮程序的存放地址，編譯程序會(huì)在編譯過(guò)程中按照序的存放地址，編譯程序會(huì)在編譯過(guò)程中按照上述規(guī)定，自動(dòng)安排程序的存放地址。上述規(guī)定，自動(dòng)安排程序的存放地址。l例如：例如：C語(yǔ)言是從語(yǔ)言是從main函數(shù)開(kāi)場(chǎng)執(zhí)行的，函數(shù)開(kāi)場(chǎng)執(zhí)行的，編譯程序會(huì)在程序存儲(chǔ)器的編譯程序會(huì)在程序存儲(chǔ)器的0000H處自動(dòng)存放處自動(dòng)存放一條轉(zhuǎn)移指令，跳轉(zhuǎn)到一條轉(zhuǎn)移指令，跳轉(zhuǎn)到main函數(shù)存放的函數(shù)存放的地址；中斷函數(shù)也會(huì)按照中斷類型號(hào)，自動(dòng)由地址；中斷函數(shù)也會(huì)按照中

16、斷類型號(hào)，自動(dòng)由編譯程序安排存放在程序存儲(chǔ)器相應(yīng)的地址中。編譯程序安排存放在程序存儲(chǔ)器相應(yīng)的地址中。因此，讀者只需理解程序存儲(chǔ)器的構(gòu)造就可以因此，讀者只需理解程序存儲(chǔ)器的構(gòu)造就可以了。了。0000HFFFFH(64K)內(nèi)部外部數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM專用存放器0000H H07H07H0808H H0FH0FH1010H H17H17H1818H H1FH1FH0區(qū)區(qū)R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R71區(qū)區(qū)2區(qū)區(qū)3區(qū)區(qū)工作寄存器區(qū)工作寄存器區(qū)可位尋址區(qū)可位尋址區(qū)20H2FH7F 7807 0030H7FH數(shù)據(jù)緩

17、沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/堆棧區(qū)堆棧區(qū)內(nèi)部?jī)?nèi)部RAMRAM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 工作存放器區(qū)選擇位RS0、RS1注意注意: : 一個(gè)單元地址對(duì)應(yīng)有一個(gè)單元地址對(duì)應(yīng)有8 8個(gè)位地址個(gè)位地址MSBMost 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單元地址單元地址2FH2FH2EH2EH2DH2DH2CH2CH2BH2BH2AH2AH29H29H28H28H27H27H26H26H25H25H24H24H23H23H22H22H21H2

18、1H20H20H7F7F77776F6F67675F5F57574F4F47473F3F37372F2F27271F1F17170F0F0707 MSBMSB 位地址位地址 LSBLSB7E7E76766E6E66665E5E56564E4E46463E3E36362E2E26261E1E16160E0E06067D7D75756D6D65655D5D55554D4D45453D3D35352D2D25251D1D15150D0D05057C7C74746C6C64645C5C54544C4C44443C3C34342C2C24241C1C14140C0C04047B7B73736B6B636

19、35B5B53534B4B43433B3B33332B2B23231B1B13130B0B03037A7A72726A6A62625A5A52524A4A42423A3A32322A2A22221A1A12120A0A020279797171696961615959515149494141393931312929212119191111090901017878707068686060585850504848404038383030282820201818101008080000RAM位尋址區(qū)位地址表位尋址區(qū)位地址表離散分布有離散分布有2121個(gè)個(gè)特殊功能存放器特殊功能存放器SFRSFR。 1111個(gè)可以進(jìn)展個(gè)可以進(jìn)展位尋址。位尋址。特別提示：對(duì)特別提示：對(duì)SFRSFR只能使用直接只能使用直接尋址方式，書(shū)寫時(shí)尋址方式，書(shū)寫時(shí)可使用存放器符號(hào)