單片機技術及應用單片機硬件系統(tǒng)課件

單片機技術與應用.有關本課程學習的幾點建議

本課程是一門實踐性、應用性很強的學科僅僅聽懂還不夠,重在培養(yǎng)動手能力硬件/軟件同樣重要、不可偏廢

硬件是骨架，軟件是皮肉器臟及思想本課程的前期基礎課程是數(shù)字電路，C語言這方面知識掌握得不夠好的請自己補上聽課、作業(yè)、實驗環(huán)環(huán)都重要用科學的方法學習.有關本課程的安排

主要學習環(huán)節(jié)理論課程：講解基本理論知識和方法實驗課程：10次以上實驗實訓課程：兩周實訓考核方式期末考試，實驗成績，平時考勤及作業(yè).第

章

單

片

機

硬

件

系

統(tǒng)

本章內(nèi)容SingleChipMicrocomputer什么是單片機？單片機特點及應用單片機工作過程單片機硬件結構.單片機技術的應用遍布國民經(jīng)濟與人民生活的各個領域...一、什么是單片機

1、微型計算機硬件結構——常見的微機外形臺式微機便攜式微機立式微機.微型計算機硬件結構——微機硬件組成顯示器主機鍵盤鼠標.微型計算機硬件結構——運算器控制器CPU存儲器輸入接口電路輸入設備輸出設備輸出接口電路硬件系統(tǒng)內(nèi)部結構CPU(CentralProcessingUnit).硬件系統(tǒng)——構成微機的實體和裝置軟件系統(tǒng)——微機系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構成實用的微機系統(tǒng)，兩者是相輔相成、缺一不可的。

軟件系統(tǒng)+微型計算機系統(tǒng)運算器控制器CPU存儲器輸入接口電路輸入設備輸出設備輸出接口電路硬件系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng).CPU輸入設備輸出設備軟件系統(tǒng)+微型計算機系統(tǒng)硬件系統(tǒng)輸入接口設備輸出接口設備運算器控制器存儲器單片微型計算機是指集成在一個芯片上的微型計算機，簡稱單片機——單片機實質(zhì)上就是一個芯片2、單片微型計算機.組成：

CPU(進行運算、控制)RAM(數(shù)據(jù)存儲器)I/O口(串口、并口等)ROM(程序存儲器)PC機：上述部件以芯片形式安裝在主板上。單片機：上述部件被集成到單芯片中。通用PC包括：鍵盤、顯示器、鼠標、硬/軟/光驅(qū)、音箱、打印機、掃描儀…等外設。單片機則只是一片集成電路。（……100、48、40、32、28、20、16、8條引腳）。單片機與PC機之異同（1）.功能：PC機：數(shù)據(jù)運算、采集、處理、存儲、傳輸；單片機：控制（或受控于）外設。通用計算機擅長于數(shù)據(jù)運算、采集、處理、存儲和傳輸；單片機的專長則是測控，往往嵌入某個儀器/設備/系統(tǒng)中，使其達到智能化的效果。單片機與PC機之異同（2）.應用特點：個人計算機（微機）：體積大，功耗大，價格高，用途較固定，屬通用計算機。易于學習掌握和使用，但用于控制時必須制作或購買專用的接口卡，并編制專門的應用軟件。單片機：體積小，功耗小，價格低，用途靈活，無處不在，屬專用計算機。是一種特殊器件，需經(jīng)過專門學習方能掌握應用，應用中要設計專業(yè)的硬件和軟件。單片機與PC機之異同（3）.單片機的誕生導致了計算機領域中開始出現(xiàn)“兩大分支”：通用計算機系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng).單片機內(nèi)部結構示意圖

CPU存儲器定時器/計數(shù)器

中斷系統(tǒng)P0-P3TxDRxD

TINT并行I/O口串行I/O口.單片機應用系統(tǒng)

單片機應用系統(tǒng)單片機＋接口電路及外設等＋軟件硬件單片機應用系統(tǒng):由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成硬件是應用系統(tǒng)的基礎軟件是在硬件的基礎上對其資源進行合理調(diào)配和使用，從而完成應用系統(tǒng)所要求的任務，二者相互依賴，缺一不可注：本課程的重點1.掌握單片機應用系統(tǒng)硬件原理的分析方法。2.掌握軟件設計與調(diào)試的基本技能。.二、單片機的特點及應用1.單片機的特點體積小，重量輕電源單一，功耗低功能強，價格低運行速度快，抗干擾能力強，可靠性高可以嵌入到電子產(chǎn)品中——嵌入式應用系統(tǒng).2.單片機應用

工業(yè)方面民用方面儀表方面電訊方面數(shù)據(jù)處理方面汽車方面.3.單片機種類

◆目前8位單片機仍是單片機的主流機型；◆生產(chǎn)廠商：◆單片機的發(fā)展經(jīng)歷了由4位機到8位機,再到16位機的發(fā)展過程美國Microchip公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列美國英特爾公司的MCS-48和MCS-51系列，美國摩托羅拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列，美國齊洛格公司的Z8系列，日本電氣公司的μPD78××系列，美國莫斯特克公司和仙童公司合作生產(chǎn)的F8（3870）系列等。

.1、微型化2、低功耗3、高速化（時鐘頻率的提高）4、集成資源更多（定時器，比較器，AD轉(zhuǎn)換等）5、性能更加優(yōu)異6、主流與多品種共存4.單片的發(fā)展趨勢.系列片內(nèi)存儲器（字節(jié)）定時器計數(shù)器并行I/O串行I/O中斷源片內(nèi)ROM片內(nèi)RAM無有ROM有EPROMIntelMCS-51子系列803180C31805180C51(4K字節(jié))875187C51(4K字節(jié))128字節(jié)2x164x8位15IntelMCS-52子系列803280C32805280C52(8K字節(jié))875287C52(8K字節(jié))256字節(jié)3x164x8位16ATEML89C系列(常用型)01051(1K)/2051(2K)/4051(4K)（20條引腳DIP封裝）1282151589C51(4K)/89C52(8K)（40條引腳DIP封裝）128/2562/33215/6MCS-51系列單片機各型號配置.三、MCS-51單片機硬件結構時鐘電路CPUROMRAMT0T1中斷系統(tǒng)串行接口并行接口P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1定時計數(shù)器結構框圖中央處理器CPU：8位，運算和控制功能內(nèi)部RAM：共256個RAM單元，用戶使用前128個單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后128個單元被專用寄存器占用。內(nèi)部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。定時/計數(shù)器：兩個16位的定時/計數(shù)器，實現(xiàn)定時或計數(shù)功能。并行I/O口：4個8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行口：一個全雙工串行口。中斷控制系統(tǒng)：5個中斷源（外部中斷2個，定時/計數(shù)中斷2個，串行中斷1個）時鐘電路：可產(chǎn)生時鐘脈沖序列，允許晶振頻率6MHZ和12MHZ.1、8051單片機的基本組成中央處理器CPU：8位，運算和控制功能內(nèi)部RAM：共256個RAM單元，用戶使用前128個單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后128個單元被專用寄存器占用。內(nèi)部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。定時/計數(shù)器：兩個16位的定時/計數(shù)器，實現(xiàn)定時或計數(shù)功能。并行I/O口：4個8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行口：一個全雙工串行口。中斷控制系統(tǒng)：5個中斷源（外中斷2個，定時/計數(shù)中斷2個，串行中斷1個）時鐘電路：可產(chǎn)生時鐘脈沖序列，允許晶振頻率6MHZ和12MHZ.單片機系統(tǒng)硬件部分軟件部分單片機芯片外圍器件CPU內(nèi)存中斷控制邏輯通用接口運算器寄存器組控制器并行I/O口串行UART定時/計數(shù)器ADC0809、DAC0832825382518255A、81552764、6264指令系統(tǒng)應用程序總結.第二講.1.8051單片機基本組成時鐘電路CPUROMRAMT0T1中斷系統(tǒng)串行接口并行接口P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1定時計數(shù)器結構框圖.2、MCS-51單片機信號引腳簡介

P3口線的第二功能VCCVSSXTAL2

XTAL1RSTP0.0

P0.1

P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0

P1.1

P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP3.0

P3.1

P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.72、振蕩電路：XTAL1、XTAL23、復位引腳：RST4、并行口：P0、P1、P2、P37、ALE：地址鎖存控制信號1、電源線：VCC(+5V)、VSS(地)EAPSEN5、EA：訪問程序存儲控制信號6、PSEN：外部ROM讀選通信號RXD/

TXD/

INT0/INT1/

T0/

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RD/1

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313029282726252424222180318051875189C51.引腳第二功能信號名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2

外部中斷0申請P3.3

外部中斷1申請P3.4T0定時/計數(shù)器0的外部輸入P3.5T1定時/計數(shù)器1的外部輸入P3.6

外部RAM寫選通P3.7

外部RAM讀選通P3口各引腳與第二功能表/INT0/INT1/WR/RD.EA端

EA:

尋址外部ROM控制端低電平有效片內(nèi)無ROM時必須接地片內(nèi)有ROM時應當接高電平；.PSEN端

尋址外部程序存儲器時選通外部EPROM的讀控制端（OE）低電平有效。單片機鎖存器74LS373P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROM.

3.存儲器組織.

為了理解存儲器——我們先來看一個倉庫：貨架上帶編號的格子倉庫貨架.

單片機的存儲器——幾個有關的概念：計算機中的存儲器就是一個用來存放數(shù)據(jù)（包括用戶數(shù)據(jù)和程序）的倉庫，倉庫中有很多用來存放貨物（數(shù)據(jù)）的貨架，貨架上面的格子存儲器中的存儲單元，在這個倉庫中存放數(shù)據(jù)可以一個字節(jié)一個字節(jié)的放、也可以一個位一個位的放，為了存取貨物（數(shù)據(jù)）方便，每個格子都有一個編號，這個編號被稱為地址，即存儲單元地址，地址用一個8位或16位的二進制數(shù)來表示。存儲器組織.

存儲器組織單片機的存儲器——幾個有關的概念：隨機存儲器——RAM（RandomAccessMemory）只讀存儲器——ROM（ReadOnlyMemory）閃速存儲器——FlashMemoryEPROM——（UV）ErazibleProgrammableROMEEPROM/E2PROM——ElectricalErasableProgrammableROM靜態(tài)存儲器SRAM——StaticRAM

（動態(tài)存儲器DRAM——DynamicRAM）按字節(jié)尋址：每個字節(jié)(8個位)占一個地址按位尋址：有的存儲器每一個位就有一個地址.1

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15RAM6264

80318751805189C51片內(nèi)RAM片內(nèi)ROM256B（字節(jié)）4K64K64K.(1)程序存儲器程序存儲器內(nèi)部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)0000H是程序執(zhí)行的起始單元,

在這三個單元存放一條

無條件轉(zhuǎn)移指令中斷5中斷4中斷3中斷2中斷10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中斷0定時器0中斷外部中斷1定時器1中斷串行口中斷8位．．．0FFFH0FFEHEA=1EA=0程序存儲器資源分布中斷入口地址.0000HFFFFH(64K)內(nèi)部外部(2)數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM專用

寄存器00H07H08H0FH10H17H18H1FH0區(qū)R0R7R0R7R0R7R0R71區(qū)2區(qū)3區(qū)工作寄存器區(qū)可位尋址區(qū)20H2FH7F78070030H7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/堆棧區(qū)內(nèi)部RAM存儲器

11第3區(qū)18H~1FH

01第1區(qū)08H~0FHRS1RS0寄存器區(qū)片內(nèi)RAM地址

00第0區(qū)00H~07H10第2區(qū)10H~17H工作寄存器區(qū)選擇位RS0、RS1PSW位地址CYACF0RS1RS0OVF1P.MSB——MostSignificantBit（最高有效位）

LSB——LeastSignificantBit（最低有效位）單元地址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F776F675F574F473F372F271F170F07

MSB

位地址

LSB7E766E665E564E463E362E261E160E067D756D655D554D453D352D251D150D057C746C645C544C443C342C241C140C047B736B635B534B433B332B231B130B037A726A625A524A423A322A221A120A027971696159514941393129211911090178706860585048403830282018100800RAM位尋址區(qū)位地址表.高128個單元☆離散分布有21個特殊功能寄存器SFR?！?/p>

11個可以進行位尋址?！钐貏e提示：對SFR只能使用直接尋址方式，書寫時可使用寄存器符號，也可用寄存器單元地址。..4、并行輸入/輸出電路結構P0.0

P0.1

P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0

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P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.0

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P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.74個8位并行I/O口：P0，P1，P2，P3；均可作為雙向I/O端口使用。(1)特點：P0：訪問片外擴展存儲器時，

復用為低8位地址線和數(shù)據(jù)線

P2：高8位地址線。P1：雙向I/O端口

P3：第二功能1

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RDP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7指令1：MOVP1,#00H指令2：MOVP1,#0FFH指令3：MOVP1,#0AAH(2)輸出舉例指令4：CLRP1.0指令5：SETBP1.0+5V下一頁.1111111111111111(3)輸入舉例S0+5V4.7kWALEWR

RDP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7讀端口：MOVP3,#11111111BMOVA,P389C51××××××××寄存器A注：當I/O端口作為輸入使用時，需先向端口寫入“1”，使內(nèi)部的FET截止，再讀入引腳的狀態(tài)。你知道P3.4對應寄存器A哪一位嗎？P3.4你知道這是為什么嗎？1111111101.5、時鐘電路與復位電路

(1)時鐘振蕩電路.時序機器周期：振蕩脈沖的十二分頻12MHz，機器周期為？6MHz，機器周期為？指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間單指令周期，多指令周期，四指令周期取指令階段和執(zhí)行指令階段.時序.若外接晶振為12MHz時，則單片機的四個周期的具體值為：振蕩周期＝1/12MHz＝1/12μs＝0.0833μs

時鐘周期＝1/6μs＝0.167μs

機器周期＝1μs

指令周期＝1～4μs可用于計算指令、程序的執(zhí)行時間，以及定時器的定時時間.(2)復位電路單片機復位條件:必須使RST引腳持續(xù)10ms以上高電平(外部時鐘12MHz)誰知道復位電路怎么起到復位的作用?.寄存器復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)PC0000HTCON00HA00HT2CON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0~P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUFXXHIE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00HPC與SFR復位后的狀態(tài).指令寄存器譯碼地址譯碼程序計數(shù)器地址寄存器累加器A運算器①②存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)總線外部地址總線AB數(shù)據(jù)緩沖器外部數(shù)據(jù)總線DB寄存器區(qū)外部控制總線CB內(nèi)部控制信號時鐘及清零四、單片機的工作過程取指過程例:MOVA,#09H74H

09H;把09H送到累加器A中執(zhí)行過程PC=0000H0001H0000H0002H0111010000001001(PC)(PC)0001H0002H0000H外部控制總線CB取指過程(PC)執(zhí)行過程你知道PC的作用嗎？.1、CPU主要的組成部部分為()。B．加法器，寄存器

C．運算器,寄存器

D．運算器，指令譯碼器A．運算器，控制器

課堂練習.2、8031有四個工作寄存器區(qū)，由PSW狀態(tài)字中的RS1、RS0兩位的狀態(tài)來決定，單片機復位后，若執(zhí)行SETBRS1指令，此時只能使用（）區(qū)的工作寄存器。A．0區(qū)B．1區(qū)C．2區(qū)D．3區(qū)課堂練習.3.

09H位所在的單元地址是（）A．02HC．08HB．21HD．20H課堂練習.4.單片機在進行取指令操作時，指令的地址是由（）的內(nèi)容決定。A．SPC．DPTRD．PSEN和ALE

B．PC課堂練習.5.P0,P1口作輸入用途之前必須()。A．外接高電平

B．外接上拉電阻C．相應端口先置0

D．相應端口先置1

課堂練習.6.程序計數(shù)器PC用來()。A．存放指令

B．存放上一條的指令地址D．存放正在執(zhí)行的指令地址

C．存放下一條的指令地址

課堂練習.單片機開發(fā)系統(tǒng)的功能在線仿真功能調(diào)試功能運行控制功能目標系統(tǒng)狀態(tài)的讀出修改功能跟蹤功能軟件輔助設計功能程序固化功能.單片機應用系統(tǒng)的調(diào)試硬件調(diào)試方法常見的硬件故障邏輯錯誤，器件失效，可靠性差，電源故障硬件調(diào)試方法脫機調(diào)試，聯(lián)機調(diào)試軟件調(diào)試方法.END.1.

數(shù)123可能是()。A.二進制數(shù)B.八進制數(shù)C.十六進制數(shù)D．四進制數(shù)E.十進制數(shù)2.

8031單片機內(nèi)部RAM包括()。A.程序存儲區(qū)B．堆棧區(qū)C．工作寄存器及特殊功能區(qū)D．位尋址區(qū)E.中斷入口地址區(qū)3.

8051單片機CPU的主要功能有()。A.產(chǎn)生控制信號B．存儲數(shù)據(jù)C.算術、邏輯運算及位操作D．I/O端口數(shù)據(jù)傳送E.驅(qū)動LED思考題.思考題4.單片機能夠直接運行的程序是（）。A.匯編源程序B.C語言源程序C.高級語言程序D.機器語言源程序5.十進制數(shù)126其對應的十六進制可表示為()。A．8FB．8EC．FED.7E6.十進制數(shù)89.75其對應的二進制可表示為().A.10001001.01110101B．1001001.10C.1011001.11D.1001001.117.二進制數(shù)110010010對應的十六進制數(shù)可表示為()A.192HB．C90HC．1A2HD.CA0H8.二進制數(shù)110110110對應的十六進制數(shù)可表示為()。A．1D3HB，1B6HC．DBOHD.666H9.-3的補碼是()。A．10000011B.11111100C．11111110D．11111101.思考題10.CPU主要的組成部部分為()。A．運算器，控制器B．加法器，寄存器C.運算器,寄存器D.運算器，指令譯碼器11.INTEL8051CPU是()位的單片機。A．16B．4C．8D.準16位12.對于INTEL8031來說，/EA腳總是()A.接地B.接電源C.懸空D.不用13.在單片機中，通常將一些中間計算結果放在(）中A.累加器B．控制器C.程序存儲器D.數(shù)據(jù)存儲器14.程序計數(shù)器PC用來()。A．存放指令B．存放正在執(zhí)行的指令地址C.存放下一條的指令地址D．存放上一條的指令地址.思考題15.指令和程序是以()形式存放在程序存儲器中。A.源程序B.匯編程序C.二進制編碼D．BCD碼16.單片機應用程序一般存放在()中。A.RAMB．ROMC.寄存器D．CPU17.單片機上電后或復但后，工作寄存器R0是在()。A.0區(qū)00H單元B．0區(qū)01H單元C.1區(qū)09H單元D．SFR18.進位標志CY在()中。A.累加器AB．算術邏輯運算部件ALUC．程序狀態(tài)字寄存器PSWD.DPDR19.單片機8051的XTALl和XTAL2引腳是（）引腳A.外接定時器B．外接串行口C.外接中斷D.外接晶振.思考題20.8031復位后，PC與SP的值為()。A．0000H，00HB．0000H，07HC．0003H，07HD.