chapt單片機(jī)的組成原理實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1chapt單片機(jī)的組成原理實(shí)用單片微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

把中央處理器CPU、存儲(chǔ)器ROM/RAM、輸入輸出接口電路以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等部件制作在一塊集成電路芯片中，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)---單片機(jī)。第1頁(yè)/共30頁(yè)

由于采用總線結(jié)構(gòu)，

1.可以減少各部件之間信息傳送線的數(shù)量，從而使信息傳送規(guī)格整齊，提高了整機(jī)的可靠性。

2.存儲(chǔ)器、輸入輸出等設(shè)備都通過(guò)專(zhuān)門(mén)的接口電路獨(dú)立地掛在總線上，因而使得微型計(jì)算機(jī)可擴(kuò)充能力強(qiáng)，使用方便靈活。

3.可以根據(jù)不同需要增加存儲(chǔ)器的容量或增添外部設(shè)備，組成專(zhuān)門(mén)的微型機(jī)。。第2頁(yè)/共30頁(yè)性能特點(diǎn)：（1）

集成度高。 在單片機(jī)中，除中央處理器CPU外，還有存儲(chǔ)器 ROM/RAM，I/O輸入、輸出接口電路、定時(shí)器

計(jì)數(shù)器等部件，因此，集成度高。

（2）

結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高。 單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，采用內(nèi)部 總線結(jié)構(gòu)，減少了多片機(jī)中各芯片之間的連線，大 大提高了單片機(jī)的抗干擾能力。另外，單片機(jī)超小 型化、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采 用屏蔽措施，因而抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。第3頁(yè)/共30頁(yè)

（3）

數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、速度快。 它增加了乘除法指令及布爾（二進(jìn)制）處理機(jī)功能,提高了數(shù)據(jù)處理能力。同時(shí)，由于中央處理器 CPU與存儲(chǔ)器在同一塊芯片上，因而減少了多片之 間數(shù)據(jù)傳送所需時(shí)間，提高了數(shù)據(jù)處理速度。（4）

功耗小、成本低。

單片機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，數(shù)據(jù)傳送路徑短，所需要功耗小;內(nèi)部采用準(zhǔn)靜態(tài)RAM，結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)RAM類(lèi)似，但不需要刷新，可使功耗下降。第4頁(yè)/共30頁(yè)§2.280C51的邏輯結(jié)構(gòu)及信號(hào)引腳

一臺(tái)計(jì)算機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備共五個(gè)部分通過(guò)總線而構(gòu)成的。第5頁(yè)/共30頁(yè)圖2-1是微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

輸入輸出設(shè)備第6頁(yè)/共30頁(yè)MCS51總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。

第7頁(yè)/共30頁(yè)在微處理器的內(nèi)部，運(yùn)算器、控制器及寄存器組通過(guò)內(nèi)部總線互相連接。在微處理器的外部，通過(guò)外部總線與存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路及必要的輸入輸出設(shè)備連接，構(gòu)成一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。CPU是計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算器和控制器的集成，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。第8頁(yè)/共30頁(yè)1.中央處理器(CPU)

中央處理器簡(jiǎn)稱(chēng)CPU(CentralProcessingUnit)，是單片機(jī)的核心。完成運(yùn)算和控制操作。按其功能分：運(yùn)算器和控制器兩部分(1)運(yùn)算器電路是單片機(jī)的運(yùn)算部件，用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算。它包括

算術(shù)/邏輯部件（ALU）、累加器A、寄存器B、程序狀態(tài)寄存器（PSW）和兩個(gè)暫存寄存器。第9頁(yè)/共30頁(yè)(2)控制器ALU（核心）實(shí)現(xiàn)對(duì)操作數(shù)的算術(shù)/邏輯運(yùn)算和位操作，包括程序計(jì)數(shù)器PC,PC+1寄存器,指令寄存器,指令譯碼器,定時(shí)控制電路及振蕩電路等.其功能如下：帶進(jìn)位和不帶進(jìn)位的加法、減法運(yùn)算；比較等邏輯與、邏輯或和邏輯異或；加1、減1和位操作；左移位、右移位和半字節(jié)移位BCD碼調(diào)整等。運(yùn)算和操作的結(jié)果的狀態(tài)由狀態(tài)寄存器PSW來(lái)保存。第10頁(yè)/共30頁(yè)2.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部RAM）

包括RAM（128×8）和RAM地址寄存器。

8051共有 256個(gè)RAM單元，后128個(gè)被專(zhuān)用寄存器占用，供用戶(hù)使用的只是前128個(gè)單元，用于存放可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)。第11頁(yè)/共30頁(yè)

只能讀出而不能寫(xiě)入，斷電后ROM中的信息不會(huì)丟失。一般用來(lái)存放一些固定程序，如監(jiān)控程序、子程序、字庫(kù)及數(shù)據(jù)表等。ROM按存儲(chǔ)信息的方法又可分為以下幾種:

3.內(nèi)部程序存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器（ROM）：包括ROM（4K×8）和程序地址寄存器。用于存放程序和原始數(shù)據(jù)。第12頁(yè)/共30頁(yè)掩膜ROM可編程ROMEPROMEEPROM快擦寫(xiě)flashROM不可改寫(xiě)用戶(hù)寫(xiě)入后不可改寫(xiě)電寫(xiě)入用紫外線擦除（可反復(fù)使用）電寫(xiě)入用電擦除（可反復(fù)使用讀寫(xiě)速度很快第13頁(yè)/共30頁(yè)4.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制。第14頁(yè)/共30頁(yè)5.并行I/O口

有四個(gè)8位I/O口（P0、P1、P2、P3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出功能。

6.串行口

有一個(gè)全雙工的串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他數(shù)據(jù)設(shè)備的之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(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)有五個(gè)中斷源，即外中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)，串行中斷1個(gè)。全部中斷分高級(jí)和低級(jí)2種優(yōu)先級(jí)別。第15頁(yè)/共30頁(yè)

8.時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，典型的晶振頻率為12MHz。9.位處理器

位處理器以狀態(tài)寄存器中的進(jìn)位標(biāo)志位C為累加位，可進(jìn)行置位、復(fù)位、取反、等于“0”轉(zhuǎn)移、等于“1”轉(zhuǎn)移且清“0”以及C與可尋址位之間的傳送、邏輯與、邏輯或等位操作。位處理操作也是通過(guò)運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)的。

10.總線

系統(tǒng)分地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，將單片機(jī)聯(lián)系在一起，并傳送信號(hào)。第16頁(yè)/共30頁(yè)§2.2.2MCS-51單片機(jī)的引腳及其功能

MCS-51單片機(jī)采用40引腳的雙列式直插式封裝方式。如圖2-4所示1.引腳

第17頁(yè)/共30頁(yè)邏輯符號(hào)如圖2-6所示。第18頁(yè)/共30頁(yè)·輸入/輸出口線

P0.0~~P0.7P08位雙向口線

P1.0~~P1.7P18位準(zhǔn)雙向口線

P2.0~~P2.7P28位準(zhǔn)雙向口線

P3.0~~P3.7P38位準(zhǔn)雙向口線第19頁(yè)/共30頁(yè)

PORG為編程脈沖的輸入端：

51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)4KB的程序存儲(chǔ)器（ROM），存放用戶(hù)需要執(zhí)行的程序，編程脈沖輸入端口PROG?！さ刂锋i存控制信號(hào)

用于把P0口輸出的低8位地址送入鎖存器存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。

ALE是以1/6晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。第20頁(yè)/共30頁(yè)·外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)讀外部ROM時(shí)有效，以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。

1、內(nèi)部ROM讀取時(shí)，PSEN不動(dòng)作；2、外部ROM讀取時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)動(dòng)作兩次；3、外部RAM讀取時(shí)，兩個(gè)PSEN脈沖被跳過(guò)不會(huì)輸出；4、外接ROM時(shí)，與ROM的OE腳相接。當(dāng)單片機(jī)外部擴(kuò)展多片ROM時(shí)，由該信號(hào)來(lái)控制其中某片的選通的工作狀態(tài)。第21頁(yè)/共30頁(yè)

訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)低電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器，高電平時(shí)，則對(duì)ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（0000H~0FFFH）開(kāi)始，并可延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)器（1000H~FFFFH）。EA/VPP訪問(wèn)和序存儲(chǔ)器控制信號(hào)

1、接高電平時(shí)：CPU讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）擴(kuò)展外部ROM：當(dāng)讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器超過(guò)0FFFH時(shí)自動(dòng)讀取外部ROM。2、接低電平時(shí)：CPU讀取外部程序存儲(chǔ)器（ROM）。3、8751燒寫(xiě)內(nèi)部EPROM時(shí)，利用此腳輸入25V的燒寫(xiě)電壓。第22頁(yè)/共30頁(yè)·RST復(fù)位信號(hào)

完成單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)。輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)2個(gè)機(jī)器以上高電平即為有效,用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作.當(dāng)復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器PC=0000H，即復(fù)位后將從程序存儲(chǔ)器的0000H單元讀取第一條指令碼?！TAL1和XTAL2外接晶體引線端

當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容（30PF）；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。·VssGND地線·Vcc+5V電源第23頁(yè)/共30頁(yè)3.引腳的第二功能

使P3端口各線處于第二功能的條件是:1、串行I/O處于運(yùn)行狀態(tài)(RXD,TXD);2、打開(kāi)了外部中斷(INT0,INT1);3、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器處于外部計(jì)數(shù)狀態(tài)(T0,T1)4、執(zhí)行讀寫(xiě)外部RAM的指令(RD,WR)

第24頁(yè)/共30頁(yè)在應(yīng)用中,如不設(shè)定P3端口各位的第二功能(WR,RD信號(hào)的產(chǎn)生不用設(shè)置),則P3端口線自動(dòng)處于第一功能狀態(tài)，也就是靜態(tài)I／O端口的工作狀態(tài)。在更多的場(chǎng)合是根據(jù)應(yīng)用的需要，把幾條端口線設(shè)置為第二功能，而另外幾條端口線處于第一功能運(yùn)行狀態(tài)。在這種情況下，不宜對(duì)P3端口作字節(jié)操作，需采用位操作的形式。第25頁(yè)/共30頁(yè)P(yáng)3口的特殊功能（即第二功能）：口線

第二功能信號(hào)名稱(chēng)

P3.0

RXD

串行數(shù)據(jù)接收

P3.1

TXD

串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2INT0外部中斷0申請(qǐng)

P3.3INT1外部中斷1申請(qǐng)P3.4T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入

P3.5

T1

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入

P3.6WR外部RAM寫(xiě)選通

P3.7RD外部RAM讀選通

第26頁(yè)/共30頁(yè)·EPROM存儲(chǔ)器固化所需要的信號(hào)

30腳（ALE/PROG）編程脈沖

31腳（EA/Vpp）編程電壓（25V）·備用電源引入

9腳（RST/VPD）當(dāng)電源發(fā)生故障，電壓降低到下限值時(shí)，備用電源經(jīng)此端向內(nèi)部RAM提供電壓，以保護(hù)內(nèi)部RAM中的信息不會(huì)丟失。第27頁(yè)/共30頁(yè)2.3MCS-51內(nèi)部存儲(chǔ)器

微型計(jì)算機(jī)必須配置一定數(shù)量的存儲(chǔ)器。第28頁(yè)/共30頁(yè)