《单片机应用技术》PPT课件.ppt
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1、教师信息,李生明 电话:665001 EMAIL:,关于本课程的学习,本课程非常有用,对就业有极大的帮助,但入门有点难,要求同学们掌握一定的计算机知识,如数制转换、字节概念、数字电路知识等。 兴趣是最好的老师; 多看程序,学习各种不同的编程方法,培养良好的逻辑思维能力; 使用好一块开发板进行实战练习,学习开发软件的使用,如KILL C51、伟福、Protues等; 充分利用网络查找有用的信息资料,如周立功单片机网站等; 相互之间多交流讨论,博采众长。 主动学习,自己写程序,避免眼高手低。 属于知识性的内容要采取自学方式学习增强主动性。,预备知识与单片机亲密接触,什么是单片机?认识单片机,大家想
2、想看,猜猜看,是一台机器吗?,预备知识:元器件实物图,单片机芯片 AT89C51 AT89S51 AT89S52 AT89C2051,通信芯片MAX232CPE 时钟芯片 DS1302,外 围 器 件,EEPROM 24C02 温度传感器18B20,AD变换器0832,稳压片78L05,晶 振 电阻和排电阻,瓷片小电容,零压力插座,万用焊接板,仪器盒,步进电机,液晶字符显示屏 液晶图形点阵显示屏 12864,拨动开关,红外遥控用 发射接受一体管 继电器,各类接插件,遥控组件,超声波发射接受头,长距离遥控器30004000M,88二极管点阵 八段数码管,超声波发射和接收一体化机,能汉字显示的显示
3、屏和实时时钟板,电子万年历,要让单片机工作需要什么?,请看一个实例仿真点亮一个灯,答案:硬件和软件,就像计算机一样,只有计算机是不行的,还得装上操作系统和其他应用软件。,再请看两个实例演示点亮一个灯、红外遥控,第一节 概述 一、单片机具有顽强的生命力 体积小、重量轻、价格低廉、可靠性高、抗干扰能力强、灵活性好、开发较为简单。,第一章 MCS-51单片机硬件结构,二、什么是单片机(概念) 是把组成微型计算机的各功能部件即中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时/计数器以及串行通讯接口等部件制作在一块集成的电路芯片上,构成一个完事的微型计算机。,三、单片机的发展四
4、个阶段(自学),四、单片机的发展趋势 CPU功能增强、内部资源增多、引脚的多功能化、低压低功耗、寻址范围增大。,五、单片机的应用,机电,家电,数据处理,智能仪表,通信,自动控制,四、MCS-51系列单片机,2. 主要特征 8位CPU; 32条I/O口线; 2个(3个)16位定时/计数器; 2个优先级,5个(6个)中断源; 1个全双工串行I/O口; 1个布尔处理器; 有硬件乘除指令; 112MHZ晶振,片内振荡器; 64KB程序存储器空间; 64KB外部数据存储器空间。,产品系列P6P7表1-1 目前使用较多:ATM89S52(需要专用编程器)、STC89C52(可在线编程ISP),第二节 MC
5、S-51系列单片机结构与引脚说明,一、 MCS-51单片机内部结构,CPU,并行I/O口,时钟电路,中断控制,串行口,内部存储器,定时计数器,CPU是单片机的核心部件,由运算器、控制器组成,(1)内部程序存储器ROM,用于存放程序、原始数据和表格内容 (2)内部数据存储器,存放随机存取数据及运算结果,8051型单片机共有2个16位的定时器/计数器,用于实现定时或计数功能,并可用定时计数结果对单片机以及系统进行控制。,8051型单片机共有4个8位的并行IO口(P0、P1、P2、P3),以实现数据的并行输入与输出。,8051型单片机有一个全双工的串行口,以实现单片机与其它数据设备之间的串行数据传递
6、。,8051型单片机共设有五个中断源,其中外部中断2个、定时/计数中断2个、串行中断1个,二级优先级,可实现二级中断嵌套。,8051型单片机芯片内有时钟电路,但石英晶体和微调电容需要外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列,作为单片机工作的时间基准。,二、 MCS-51单片机引脚说明,8051型系列单片机采用40个引脚双列直插式封装(DIP)方式。其中许多引脚具有第二功能,但各种不同的单片机芯片又略有不同。图中管脚可以分为以下四类: 电源类管脚2个 时钟类管脚2个 并行I/O类管脚32个 控制类管脚4个,1电源类引脚 VCC (40脚):芯片工作电源的输入端,+5V。 VSS(20脚):电源的接
7、地端。 2 时钟振荡引脚 XTALl为放大器的反相输入端,XTAL2为放大器的同相输入端。外接石英晶体和微调电容; 3控制信号引脚 RSTVPD(9脚):RST为复位信号输入端。 ALE/ (30脚):ALE为地址锁存允许输出信号,用于将片外存储器的低8位地址锁存到外部地址锁存器中,亦可用作外部时钟信号以及外部定时信号。此引脚的第二功能 是对8751型单片机内部EPROM编程/校验时的编程脉冲输入端。 (29脚):外部程序存储器ROM的读选通信号输出端。 VPP(31脚): 为访问内/外部程序存储器控制信号。当EA为高电平时,使用内部程序存储器ROM;当EA为低电平时,使用外部程序存储器ROM
8、。当向内含EPROM的8751型单片机固化程序时,通过该引脚的第二功能VPP外接1225V的编程电压。,4端口线(I/O口) (1)P0口( P0.0P0.7 ) 8位双向三态I/O口,可作为外部扩展时的数据总线/低8位地址总线的分时复用口。又可作为通用I/O口,每个引脚可驱动8个TTL负载。 对EPROM型芯片(如8751)进行编程和校验时,P0口用于输入/输出数据。 (2)P1口(P1.0P1.7)8位准双向I/O口,内部具有上拉电阻,可作为通用I/O口。每个引脚可驱动4个TTL负载。 (3)P2口(P2.0P2.7) 8位准双向I/O口,内部具有上拉电阻,可作为外部扩展时的高8位地址总线
9、。又可作为通用I/O口,每个引脚可驱动4个TTL负载。 对EPROM型芯片(如8751)进行编程和校验时,用来接收高8位地址。 (4)P3口( P3.0P3.7 ) 8位准双向I/O口,内部具有上拉电阻。它是双功能复用口,作为通用I/O口时,功能与P1口相同,常用第二功能。每个引脚可驱动4个TTL负载。作为第二功能使用时,各位的作用如表所示。,第三节 MCS51存储器结构,内部 ( =1),外部 ( = 0),0000H,0000H,0FFFH,0FFFH,程序存储器(ROM),外 部 ROM,1000H,FFFFH,内部RAM,SFR,00H,7FH,80H,FFH,外 部 RAM,FFFF
10、H,0000H,数据存储器(RAM),一、程序存储器 程序存储器用来存放程序代码以及表格常数,分为片内ROM、片外ROM两大部分,8051芯片内部有4KBROM存储单元(即内部ROM),地址范围为0000H0FFFH,片外通过16条地址线可以进行64KBROM的扩展,两者统一编址。单片机复位后PC的内容为0000H,0000H单元为复位入口,故单片机从0000H单元开始取指令执行程序。通常在00000002H单元中存放一条无条件转移指令,以便转移去执行指定的主程序。内部ROM的0003H002AH共有40个单元,固定用于5个中断源的中断地址区,具体内容将在中断部分介绍。读取程序存储器的程序代码
11、以及表格常数等数据时,通常采用“MOVC”指令。,二、数据存储器 数据存储器用来存放运算的中间结果、标志位,以及数据的暂存和缓冲等。可以分为片内RAM与片外RAM两大部分,片外数据存储器RAM的地址空间为64KB。805l内部共有256个数据存储器单元,地址为00HFFH,按其功能划分为两部分,低128单元(地址00H7FH)和高128单元(地址80HFFH),如图1-4所示。其中低128单元是供用户使用的数据存储单元,高128单元是为特殊功能寄存器提供的特殊功能寄存器区。,内部RAM,SFR,00H,7FH,80H,FFH,R7 0区 R0,00H,07H,R7 3区 R0,R7 2区 R0
12、,R7 1区 R0,0FH,18H,17H,10H,08H,1FH,工作寄存器区,00,01,10,11,7F 78 07 00,用户RAM区、堆栈区,位寻址区,20H,2FH,7FH,30H,片内低128B RAM分配情况 工作寄存器区:4组工作寄存器当前 寄存器,称为在任何时刻,只能使用其中一组,正在使用的寄存器由PSW中的RS0和RS1两位的组合来确定。,内部RAM位寻址区的位地址映象,共128位,可字节寻址,亦可位寻址,位寻址有两种表达方式,如表中红色的两位可分别表示为:22H.2或12H 2FH.0或70H,用户RAM区,30H7FH,共80个单元(80B),没有任何规定或限制,但通
13、常用作堆栈区以及存放用户数据。,表1-5 MCS-51特殊功能寄存器一览表,MCS-51特殊功能寄存器一览表(内部RAM高128B),(1)程序计数器PC(Program Counter)。它是一个16位的计数器,用于存放一条要执行的指令地址,寻址范围达64KB。 PC有自动加1的功能,以实现程序的顺序执行。PC没有地址,是不可寻址的,因此,用户无法对它进行读写,但在执行转移、调用、返回等指令时,能自动改变其内容,以改变程序的执行顺序。 (2)累加器A(Accumulator)。它是一个8位寄存器,是程序中最常用的特殊功能寄存器其主要功能为存放操作数以及存放运算的中间结果。单片机中大部分单操作
14、数指令的操作数取自累加器,多操作数指令中的一个操作数也取自累加器。加、减、乘、除算术运算指令的运算结果都存放于累加器A或AB寄存器中。指令系统中用A作为累加器的助记符。 (3)寄存器B。B寄存器是一个8位寄存器,主要用于乘除法的运算。乘法运算时,B为乘数,乘积的高位亦存于B中。除法运算时,B为除数,并将余数存于B中。此外,寄存器B也可以作为一般数据寄存器来使用。,(4)程序状态字PSW(Program Status Word)。它是一个8位寄存器,用于存放指令执行时的状态信息。其中有些位的状态是根据指令执行结果后,由硬件自动设置的。PSW的状态可用专门的指令进行测试,也可以用指令读出。定义如下
15、,进位标志存放算术运算的进位标志和在位操作中作为累加器使用。,辅助进位标志。当低4位向高4位进位或借位时,AC被硬件置“l”,否则被清零。,F0(PSW.5):用户标志,可以用软件对F0进行置位或复位。,寄存器选择控制位,可用软件设置这两位的状态,来选择对应寄存组。,溢出标志。执行算术指令时,由硬件置位或清零,以指示溢出状态。,P(PSW.0):奇偶标志位。用来表示累加器中l的个数的奇偶性。,(5)数据指针DPTR(Data Pointer)。该寄存器为16位寄存器,但它既可以按16位寄存器使用,也可以作为两个8位寄存器使用,其高位字节寄存器用DPH表示,低位字节寄存器用DPL来表示。在访问外
16、部数据存储器时用DPTR作为地址指针,寻址整个64KB外部数据存储器空间;在变址寻址中,用DPTR作为基址寄存器,对程序存储器空间进行访问。 (6)堆栈指针寄存器SP(Stack Pointer)。 堆栈指针寄存器SP是一个8位的特殊功能寄存器,主要用来存放堆栈的栈顶地址。 堆栈的概念。堆栈是一种数据结构,是一片按照“先进后出”原则工作的连续存储区域。这片存储区域的一端固定,称为栈底,另一端激活,称为栈顶,并用堆栈指针寄存器SP存放栈顶地址,SP亦称为堆栈指针,总是指向栈顶。堆栈位于内部RAM中地址为30H7FH的区域内。 堆栈的操作。数据写入堆栈称为入栈或压栈,对应指令的助记符为PUSH;数
17、据从堆栈中读出称为出栈或弹出,对应指令的助记符为POP。堆栈的操作只能从栈顶进行,在堆栈为空时,SP指向栈底,即栈顶与栈底重合。当把数据存入堆栈时,SP上跳,从堆栈取出数据时SP下跳,堆栈操作遵循先进后出的原则,即:先压入堆栈的数据,最后才能弹出。系统复位后,SP初始化为07H,实际上是从08H开始,一般开辟在30H7FH中,可编程程控,如MOV SP,#30H。 进栈操作:先SP加l,后写入数据。 出栈操作:先读出数据,后SP减1。,片外数据存储器,可扩展64KB,地址范围为0000HFFFFH,内外数据存储器地址有重叠,CPU通过不同的指令加以区分,如访问内部RAM用MOV指令进行读写操作
18、,访问外部RAM用MOVX指令进行读写操作。 如:MOV 60H,#34 MOV DPTR,#2000H MOV A,#23H MOVX DPTR,A,第四节 MCS-51系列单片机端口结构,一、P0口结构,(1)P0口可作通用I / O口使用,又可作地址/数据总线口; (2)P0既可按字节寻址,又可按位寻址; (3)作通用I / O 口输出时:是开漏输出,应外接上拉电阻; (4)作地址/数据总线口时,P0是一真正双向口,而作通用I / O口时,只是一个准双向口。 (5) 作输入口使用时,应先向P0写“1”,再读取。,二、P1口结构,(1)只能作I / O口,没有地址/数据复用功能 (2)可按
19、字节寻址,也可按位寻址 (3)是一准双向口,输出驱动接有上拉电阻,不是开漏输出。 (4)作输入口使用时,应先向P1写“1”,再读取。,三、P2口结构,(1)当P2口作为通用I / O时,是一准双向口。 (2)从P2口输入数据时,先向锁存器写“1”。 (3)可位寻址,也可按字节寻址 (4)可输出地址高8位。 (5)作输入口使用时,应先向P2写“1”,再读取。,四、P3口结构,当P3口作为第一功能使用时,其原理与P1和P2类似。应当指出的是:P3口并非所有8个管脚同时具有第二功能输入和输出,而是要么具有第二功能输出,要么具有第二功能输入。 作输入口使用时,应先向P3写“1”,再读取。,总之,P0和
20、P2构成单片机的16位地址总线,且具有复用功能,如下表所示。使用过程中,不用的管脚可以悬空,也可以根据需要定义管脚的输入输出属性,当系统复位后P0P3管脚均为高电平,编程时要注意,防止误动作。,第五节 时钟电路与复位电路,一、时钟电路 在外接晶振的频率为1.212MHZ时,C1和C2取3010PF,二、CPU时序,1时钟周期P:单片机内部的时钟振荡器OSC振荡频率fosc的倒数,又称振荡周期或拍。 2状态周期S:状态周期是由连续的两个振荡脉冲组成的,即1个状态周期=2个时钟周期。 3机器周期:机器周期是单片机完成某种基本操作所需要的时间,一个机器周期由6个状态即12个振荡脉冲组成,分别用S1S
21、6来表示。 4指令周期:指令周期是执行一条指令所需要的时间,它是时序中最大的时间单位,。,二、复位电路,复位是单片机的初始化操作,其目的是使CPU及各个寄存器处于一 个确定的状态,把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。,上电复位电路,按键复位电路,单片机复位后的特殊功能寄存器初态,本 章 小 结 在介绍了单片机技术的发展与应用的基础上,本章主要介绍MCS-51型单片机芯片的硬件结构及工作特性。单片机芯片的内部结构主要包括中央处理器(CPU)、内部存储器、定时器/计数器、并行IO口、串行口、中断控制系统、时钟电路等;8051芯片共有电源类、控制信号类、时钟振荡类、并行I
22、/O口类引脚40个。介绍了关于存储器的基础知识,单片机的存储器分为程序存储器ROM和数据存储器RAM,片内有ROM (除8031外)和RAM,但容量有限,根据用户需要可扩展片外ROM和RAM。在片内RAM低128单元有4组工作寄存器区,高128单元有21个特殊功能寄存器和程序计数器PC。MCS-51型单片机的芯片有4个I/O端口,分别是P0口、Pl口、P2口和P3口,通过这四个端口可实现系统扩展和构建单片机应用系统。单片机的时钟电路为单片机各部件协调工作提供时间基准,时序信号包括时钟周期、状态周期机器周期和指令周期四类,在此介绍了MCS-51系列单片机典型指令的时序,了解单片机的时钟电路、复位电路以及复位后系统的状态等内容。,
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