C單片機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)PPT課件

1、單片機(jī)簡介。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制步驟和方法簡介。第1頁/共78頁第第2 2講講80C5180C51單片機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)單片機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)第2頁/共78頁微處理器、微型計(jì)算機(jī)與單片機(jī)CPU微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 第3頁/共78頁單片機(jī)的內(nèi)部基本組成 如果在一塊芯片上，集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的四個(gè)基本組成部分，則這種芯片就被稱為單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer），簡稱單片機(jī)。 第4頁/共78頁本章小結(jié)4.1 MCS-514.1 MCS-51系列及系列及80C5180C51系列單片機(jī)簡介系列單片機(jī)簡介4.2 80C514.2 80C51系列單片機(jī)外引腳功能系列單片機(jī)外引腳

2、功能4.3 80C514.3 80C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.4 4.4 低功耗運(yùn)行方式低功耗運(yùn)行方式4.5 80C514.5 80C51單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)第5頁/共78頁4.1 MCS-51系列及80C51系列單片機(jī)簡介系列和80C51系列單片機(jī)Intel公司推出的系列單片機(jī)有：MCS-48、MCS-51、MCS-96系列。Intel公司單片機(jī)系列的符號(hào)包括51和52兩個(gè)子系列。第6頁/共78頁基于基于HMOSHMOS工藝，工藝，它們的指令系統(tǒng)它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全與芯片引腳完全兼容，只是片內(nèi)兼容，只是片內(nèi)程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器（ROMROM）有所不同。有所不同。51

3、系列單片機(jī)80318051875l80C3180C5187C5l第7頁/共78頁MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部組成8位CPU。片內(nèi)帶振蕩器及時(shí)鐘電路。128B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。4KB片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（8031/80C31無）。程序存儲(chǔ)器的尋址范圍為64KB。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為64KB。21B特殊功能寄存器。48根I/O線。1個(gè)全雙工串行I/O接口，可多機(jī)通信。2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，可編程為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。111條指令，含乘法指令和除法指令。布爾處理器。使用單5V電源。51子系列的主要功能為：第8頁/共78頁與與5151子系列的不同之處在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器增至子系列的不同之

4、處在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器增至256B256B，片內(nèi)，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器增至程序存儲(chǔ)器增至8KB8KB（8032/80C328032/80C32無），有無），有26B26B的特殊功能寄存的特殊功能寄存器，有器，有3 3個(gè)個(gè)1616位定時(shí)器位定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器，有計(jì)數(shù)器，有6 6個(gè)中斷源。其他性能均與個(gè)中斷源。其他性能均與5l5l子系列相同。子系列相同。52系列單片機(jī)80328052875280C3280C5287C52第9頁/共78頁說明：本書所述的80C51系列單片機(jī)包括Intel公司和其他公司的51和52子系列。內(nèi)部資源超出52子系列的單片機(jī)則稱為新一代80C51系列單片機(jī)。第10頁/共78頁新一

5、代高性能80C51系列單片機(jī)。其主要發(fā)展技術(shù)如下：（1）提供不同類型的存儲(chǔ)器。除掩模ROM、EPROM以外，還能提供EEPROM和Flash EEPROM。（2）擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量。目前ROM已擴(kuò)至64KB，RAM擴(kuò)至2KB。（3）提高運(yùn)行速度，時(shí)鐘頻率已達(dá)40MHz。（4）發(fā)展低電壓專用芯片，工作電壓可低于1.8V。（5）擴(kuò)大接口功能，如設(shè)置高速I/O口，擴(kuò)展I/O數(shù)量，增加外部中斷源以及將ADC、PWM嵌入到片內(nèi)。第11頁/共78頁系列單片機(jī)的命名規(guī)則80C51系列單片機(jī)源于MCS-51系列，其他公司80C51系列單片機(jī)命名基本上是以Intel公司的80C51為參考，增加了公司標(biāo)記。 對正確選

6、擇和使用80C51系列產(chǎn)品是十分重要的。第12頁/共78頁Intel 80C51系列單片機(jī)產(chǎn)品命名規(guī)則 第13頁/共78頁Atmel 80C51系列單片機(jī)產(chǎn)品命名規(guī)則 第14頁/共78頁P(yáng)hilips 80C51系列單片機(jī)產(chǎn)品命名規(guī)則 第15頁/共78頁80C51系列部分單片機(jī)替換表第16頁/共78頁系列單片機(jī)的選擇特性1.程序存儲(chǔ)器 單片機(jī)程序存儲(chǔ)器用于存放單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的目標(biāo)程序，目標(biāo)程序通過稱之為商用編程器的工具寫入單片機(jī)，該過程稱為編程。 普遍采用Flash EEPROM型單片機(jī)代替。 第17頁/共78頁2. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單片機(jī)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器目前供應(yīng)的類型有SRAM靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，少數(shù)單

7、片機(jī)片內(nèi)有EEPROM非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。選擇52子系列在使用上更為方便靈活。第18頁/共78頁3. 功耗許多公司都供應(yīng)低電壓的80C51系列單片機(jī)，具有低功耗的特點(diǎn)。4. 體積在應(yīng)用系統(tǒng)的空間有限時(shí)，可選擇相應(yīng)型號(hào)的PLCC和QFP封裝的單片機(jī)，外圍芯片當(dāng)然也要選擇小型封裝。第19頁/共78頁4.2 80C51系列單片機(jī)外引腳功能常用兩種封裝為雙列直插式DIP40和方形封裝式LCC44P1P1口口P3P3口口P0P0口口P2P2口口 時(shí)鐘端時(shí)鐘端 復(fù)位端復(fù)位端控制信號(hào)控制信號(hào) 接接VCCVCC（+5V+5V） 接地端接地端第20頁/共78頁 LCC第21頁/共78頁80C51的40條引腳，可

8、分為端口線、電源線和控制線三類。在繪制電路原理圖時(shí)，經(jīng)常采用元器件的邏輯符號(hào)，80C51邏輯符號(hào)如圖所示。引腳1和引腳2的第二功能（方形封裝為引腳2和引腳3）僅用于52子系列80C51邏輯符號(hào)第22頁/共78頁1. 端口線（4 8 = 32條）8051有4個(gè)并行I/O端口，每個(gè)端口都有8條端口線，用于傳送數(shù)據(jù)或地址。由于每個(gè)端口的結(jié)構(gòu)各不相同，因此它們在功能和用途上的差別也較大。P1P1口口P3P3口口P0P0口口P2P2口口第23頁/共78頁2. 電源線（2條）VCC為5V電源線，VSS接地。 接接VCCVCC（+5V+5V） 接地端接地端第24頁/共78頁3. 控制線（6條）ALE、EA、

9、PSEN、RST、XTAL1和XTAL2。 時(shí)鐘端時(shí)鐘端 復(fù)位端復(fù)位端控制信號(hào)控制信號(hào)第25頁/共78頁4.2 80C51系列單片機(jī)外引腳功能第26頁/共78頁4. 地址、數(shù)據(jù)和控制：三總線結(jié)構(gòu)80C51三總線具有以下特點(diǎn)： （1）P0口的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。 （2）兩個(gè)獨(dú)立的并行擴(kuò)展空間。 （3）外圍數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展的統(tǒng)一編址。 鎖存器第27頁/共78頁4.3 80C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖80C51CPU振蕩器和時(shí)序OSC64KB 總線擴(kuò)展控制器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256B RAM/SFR216位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可編程I/O程序存儲(chǔ)器4KBROM可編程全雙工串行口外中斷內(nèi)中斷控制并行口串行通信外部時(shí)鐘源外部事件

10、計(jì)數(shù)第28頁/共78頁80C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖第29頁/共78頁中央處理器CPU 單片機(jī)最核心的部分是CPU，可以說CPU是單片機(jī)的大腦和心臟。第30頁/共78頁存儲(chǔ)器組織(哈佛結(jié)構(gòu))第31頁/共78頁 每個(gè)ROM單元(byte)對應(yīng)一個(gè)唯一的16bit地址編碼(Address) CPU要到某個(gè)ROM單元去取指令，是通過把地址寫入一個(gè)16bit的特殊功能寄存器程序計(jì)數(shù)器PC(Program Counter)來實(shí)現(xiàn)，因此，51系列單片機(jī)的地址的編碼范圍(通常稱為尋址范圍)： 0000 0000 0000 0000B 1111 1111 1111 1111B（二進(jìn)制） 0 0 0 0 H F

11、F F F H（十六進(jìn)制） 0 65535 （十進(jìn)制） 通常習(xí)慣說51系列單片機(jī)的ROM尋址范圍是64K PC的值是CPU根據(jù)用戶程序的運(yùn)行流程自動(dòng)裝載的，它的值代表單片機(jī)下一條要執(zhí)行的指令在ROM中的存放位置，用戶不能直接對PC進(jìn)行操作51系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器管理第32頁/共78頁 而80C51在物理結(jié)構(gòu)上有4個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外程序存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。但在邏輯上，即從用戶使用的角度上，80C51有三個(gè)存儲(chǔ)空間。在訪問三個(gè)不同的邏輯空間時(shí)，應(yīng)采用不同形式的指令（見指令系統(tǒng)），以產(chǎn)生不同的存儲(chǔ)空間的選通信號(hào)。51系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器管理片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64

12、KB程序存儲(chǔ)器地址空間256 B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間64KB片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間第33頁/共78頁1. 程序存儲(chǔ)器（51子序列）程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序或表格常數(shù)程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序或表格常數(shù)第34頁/共78頁在程序存儲(chǔ)器中，以下單元具有特殊功能0000H：80C51復(fù)位后，PC = 0000H，即程序從 0000H開始執(zhí)行指令。0003H：外部中斷0入口。000BH：定時(shí)器0溢出中斷入口。0013H：外部中斷1入口。001BH：定時(shí)器1溢出中斷入口。0023H：串行口中斷入口。002BH：定時(shí)器2入口（僅52子系列有）。 第35頁/共78頁 使用時(shí)，通常在這些中斷入口地址處

13、存放一條跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到用戶安排的中斷程序起始地址。其他程序要避開上述中斷入口地址。從0000H起始地址則跳轉(zhuǎn)到用戶設(shè)計(jì)的主程序入口地址。采用匯編語言編程的程序員需要精心安排這些地址，而C51編譯器自動(dòng)產(chǎn)生中斷程序起始地址。說明：第36頁/共78頁2. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放中間運(yùn)算結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。 80C51系列單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有片內(nèi)和片外之分。片內(nèi)又有RAM和SFR之分，這幾個(gè)部分的訪問指令不同的，從這一點(diǎn)看，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的使用比程序存儲(chǔ)器略微復(fù)雜點(diǎn)。采用C51語言編程則要簡單許多。第37頁/共78頁5151子系列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器配置子系列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器配置 擴(kuò)展第38頁

14、/共78頁5252子系列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器配置子系列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器配置 第39頁/共78頁 這樣可把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、特殊功能存儲(chǔ)器，以下分別加以介紹。1）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、數(shù)據(jù)緩沖器區(qū)等三個(gè)區(qū)域。第40頁/共78頁工作寄存器區(qū)00H1FH單元為工作寄存器區(qū)。工作寄存器也稱通用寄存器，供用戶編程時(shí)使用，臨時(shí)寄存8位信息。 80c51單片機(jī)片內(nèi)RAM配置1）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 第41頁/共78頁位尋址區(qū) 20H2FH單元是位尋址區(qū)，該區(qū)的每一位都賦予了一個(gè)位地址。 數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 30H7FH是數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，即用戶RAM區(qū)，共80個(gè)單元。堆棧與堆棧指

15、針 片內(nèi)RAM的部分單元還可以用作堆棧。 1）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 第42頁/共78頁2）特殊功能寄存器 所有單片機(jī)片內(nèi)外設(shè)是依靠對內(nèi)部特殊功能寄存器的操作實(shí)現(xiàn)其功能的，80C51也不例外，特殊功能寄存器（SFR, Special Function Register）也稱專用寄存器，專用于控制、管理單片機(jī)內(nèi)部算術(shù)邏輯部件、并行I/O口、串行I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作，用戶在編程時(shí)可以置數(shù)設(shè)定，不能移作他用。 通過特殊功能寄存器可實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)內(nèi)部資源的操作和管理。第43頁/共78頁常用特殊功能寄存器第44頁/共78頁常用特殊功能寄存器第45頁/共78頁（1）程序狀態(tài)字寄存器PS

16、WPSW是8位寄存器，用作程序運(yùn)行狀態(tài)的標(biāo)志，字節(jié)地址D0H，位地址格式如下所示。常用特殊功能寄存器第46頁/共78頁 ACC是8位寄存器，通過暫存器與ALU相連。它是CPU中工作最繁忙的寄存器，因?yàn)樵谶M(jìn)行算術(shù)、邏輯類操作時(shí)，運(yùn)算器的一個(gè)輸入多為ACC，而運(yùn)算器的輸出即運(yùn)算結(jié)果也大多要送到ACC中。在指令系統(tǒng)中累加器的助記符為A，作為直接地址時(shí)助記符為ACC。 （2）累加器ACC常用特殊功能寄存器第47頁/共78頁（3）數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR由于80C51可以外接64 KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O接口電路，因此在控制器中設(shè)置了一個(gè)16位的專用地址指針。它主要用以存放16位地址，作為間址寄存器使用。

17、 （4）B寄存器在乘、除法運(yùn)算中用B寄存器暫存數(shù)據(jù)。在其他指令中，B寄存器可作為RAM中的一個(gè)單元使用。B寄存器的地址為B0H。 常用特殊功能寄存器第48頁/共78頁（5）堆棧指針SP 堆棧是個(gè)特殊的存儲(chǔ)區(qū)，主要功能是暫時(shí)存放數(shù)據(jù)和地址，通常用來保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場。它的特點(diǎn)是按照先進(jìn)后出的原則存取數(shù)據(jù)，這里的進(jìn)與出是指進(jìn)棧與出棧操作。 常用特殊功能寄存器第49頁/共78頁（6）端口P0P3特殊功能寄存器P0P3分別是I/O端口P0P3的鎖存器。80C51單片機(jī)是把I/O當(dāng)作一般的特殊功能寄存器使用，不專設(shè)端口操作指令，使用方便。 常用特殊功能寄存器第50頁/共78頁并行輸入/輸出端口結(jié)構(gòu)1. P1

18、口P1口內(nèi)部有上拉電阻，因此在輸入時(shí)，即使由集電極開路電路或漏極開路電路驅(qū)動(dòng)，也無需外接上拉電阻。Pl口只有一種功能：通用輸入/輸出接口。通用I/O接口有輸出、輸入和端口操作三種工作方式。 第51頁/共78頁2. P2口P2口有兩種用途：通用I/O接口或高8位地址總線。下圖是P2口1位的結(jié)構(gòu)原理圖，圖中的模擬開關(guān)受內(nèi)部控制信號(hào)控制，用于選擇P2口的工作狀態(tài)。第52頁/共78頁P(yáng)3口1位的結(jié)構(gòu)原理如圖所示：3. P3口第53頁/共78頁P(yáng)3口除了作為準(zhǔn)雙向通用I/O接口使用外，每一根線還具有第二種功能，詳見下表。3. P3口第54頁/共78頁4. P0口 P0口有兩種功能；地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線

19、和通用I/O接口。P0口作為準(zhǔn)雙向通用I/O接口使用時(shí)應(yīng)外加上拉電阻。 第55頁/共78頁5. 并行輸入/輸出口編程舉例【例4.1】 用89C52單片機(jī)的P1口驅(qū)動(dòng)一位8段LED顯示器。在8段LED顯示器輪流顯示字符0F。第56頁/共78頁第第3 3講講80C5180C51單片機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)單片機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)( (續(xù)）續(xù)）第57頁/共78頁P(yáng)1P1口口P3P3口口P0P0口口P2P2口口 時(shí)鐘端時(shí)鐘端 復(fù)位端復(fù)位端控制信號(hào)控制信號(hào) 接接VCCVCC（+5V+5V） 接地端接地端第58頁/共78頁第59頁/共78頁時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生供單片機(jī)各部分同步工作的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)序：是CPU在執(zhí)行指令時(shí)所需控

20、制信號(hào)的時(shí)間順序。第60頁/共78頁時(shí)鐘電路方法方法1 1：用石英晶體振蕩器：用石英晶體振蕩器 時(shí)鐘電路參數(shù)： 頻率范圍：1.2-12MHz C1、C2：2030pF第61頁/共78頁時(shí)鐘電路方法方法2 2：從外部輸入時(shí)鐘信號(hào)：從外部輸入時(shí)鐘信號(hào)(80C51(80C51）80C51單片機(jī)外部時(shí)鐘接入方法第62頁/共78頁2. CPU時(shí)序?yàn)榱吮阌趯PU時(shí)序進(jìn)行分析，人們按指令的執(zhí)行過程規(guī)定了幾種周期，即時(shí)鐘周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期和指令周期。 時(shí)鐘周期（振蕩周期）：為時(shí)鐘脈沖頻率（fosc)的倒數(shù)。用P表示。狀態(tài)周期：時(shí)鐘周期經(jīng)2分頻后的時(shí)鐘信號(hào)。用S表示。機(jī)器周期：為完成一個(gè)基本操作所需要的

21、時(shí)間。指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成。第63頁/共78頁 復(fù)位的概念復(fù)位：將單片機(jī)系統(tǒng)置成特定初始狀態(tài)的操作。復(fù)位后程序從頭（0000H）開始重新執(zhí)行。 何時(shí)復(fù)位 剛通電時(shí)上電復(fù)位，進(jìn)入初始狀態(tài) 重新啟動(dòng)時(shí)回到初始狀態(tài)、重新開始 程序故障時(shí)回到初始狀態(tài)、重新開始復(fù)位是什么？復(fù)位是什么？一般在什么時(shí)候一般在什么時(shí)候需要進(jìn)行復(fù)位？需要進(jìn)行復(fù)位？復(fù)位電路第64頁/共78頁復(fù)位的方法在RST引腳上加一個(gè)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平脈沖，就可以使單片機(jī)被復(fù)位。復(fù)位電路第65頁/共78頁1）上電復(fù)位復(fù)位電路第66頁/共78頁2）上電+按鍵復(fù)位 復(fù)位電路第67頁/共78頁3）同

22、步復(fù)位電路 4）微處理器復(fù)位監(jiān)控電路復(fù)位電路第68頁/共78頁 復(fù)位后單片機(jī)的特點(diǎn)寄存器寄存器初始狀態(tài)值初始狀態(tài)值寄存器寄存器初始狀態(tài)值初始狀態(tài)值PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0、P1P2、P30FFHSCON00HIPXXX00000BPCON0XX00000BIEN00XX00000BSBUF不定不定復(fù)位后單片機(jī)是復(fù)位后單片機(jī)是什么樣的呢？什么樣的呢？復(fù)位電路第69頁/共78頁4.4 低功耗運(yùn)行方式80C51單片機(jī)具有兩種低功耗運(yùn)行方式：待機(jī)（或稱空閑）方式，電流一般為

23、1.7mA5mA；掉電（或稱停機(jī)）方式，電流一般為5uA50uA第70頁/共78頁待機(jī)（或稱空閑）方式和掉電（或稱停機(jī)）方式都是由專用寄存器PCON（電源控制寄存器）中的有關(guān)位控制的。4.4 低功耗運(yùn)行方式第71頁/共78頁4.5 80C51單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)就是能使單片機(jī)工作的最少的器件構(gòu)成的系統(tǒng)，是大多數(shù)控制系統(tǒng)所必不可少的關(guān)鍵部分。 第72頁/共78頁圖為80C32單片機(jī)的外部擴(kuò)展總線。擴(kuò)展外部接口電路第73頁/共78頁將80C32單片機(jī)的外部擴(kuò)展總線接到外部程序存儲(chǔ)器的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，即構(gòu)成80C32單片機(jī)最小系統(tǒng)。 擴(kuò)展外部接口電路第74頁/共78頁5. 并行輸入